物理化学实验总结

物理化学是化学与化工专业的一门必修核心基础理论课。 化学反应常伴随有 物理变化， 物理因素也可以引起或影响化学变化过程。 物理化学是从物质的物理 现象和化学现象的联系入手， 应用物理学的基本原理与实验方法， 如力、热、光、 电、磁等，研究化学变化基本规律的科学。 物理化学还为化学的其它分支科学提 供基本理论与方法。 学习物理化学的目的在于打下扎实的化学理论基础， 增强分 析和解决实际化学问题的能力， 加深对无机化学、 有机化学、 分析化学等课程的 理解，为仪器分析、化工热力学、化工原理、化学反应工程、催化化学、应用电 化学等课程的学习提供必要的基础知识。 物理化学是化学与化工及某些相关专业 硕士研究生入学的必考科目之一。

1 物理化学课程的基本内容 物理化学可分成以下三个主要部分：化学热力学、化学动力学、物质结构。 其中物质结构已单独设课讲授。主要内容有： （一）热力学第一定律及其应用 核心提示 ：能量守恒与转化定律在热力学、热化学 （主要涉及内能、热与功 ） 中的应用。 主要内容：（1）热力学方法的特点和局限性； （2）体系与环境、 强度性质与广度 性质、可逆过程与不可逆过程、状态、状态函数、状态方程式、过程方程式、过 程、途径、功、热、内能、焓、热容、反应进度、热效应、焦耳（Joule）-汤姆逊（Thomson） 效应等热力学基本概念；（3）热力学第一定律、盖斯（Hess定律、基尔霍夫（Kirchhoff） 定律； （4）热力学第一定律对简单状态变化 （如理想气体自由膨胀过程、 等温过程、 等压过程、等容过程、绝热过程、节流膨胀过程等 ）、相变、化学反应过程 （等温 与非等温 ）的分析，热、功、内能变化以及焓变 （包括应用生成焓、燃烧焓、键焓 等热力学数据 ）的计算。 （二） 热力学第二定律及其应用 核心提示 ：过程的方向性与限度。 主要内容：⑴熵（S）判据：熵的引出（由卡诺循环出发），熵增加原理，熵的统 计意义，热力学第二定律的表述与数学表达式，物质的规定熵； （2）赫姆霍兹 (Helmholz)自由能(F)判据和吉布斯(Gibbs)自由能(G)判据：函数的定义、判据的 使用条件，特

定条件下 F、 G 的物理意义； (3)热力学函数间的关系：定义式、 热力学基本方程、特征偏微商、麦克斯韦 (Maxwell) 关系式、吉布斯 -赫姆霍兹方 程；(4)单组分体系两相平衡 一克拉贝龙(Clapeyron)方程、克劳修斯(Clausius) -克 拉贝龙方程、楚顿(Trouton)规则；(5)热力学第二定

律对简单状态变化、相变、化 学变化过程的分析以及热力学函数 S、 F、 G 变化值的计算。 (三) 多组分体系热力学及其在溶液中的应用 核心提示 ：溶液中组分的偏摩尔量、化学势与活度。 主要内容 ： (1)偏摩尔量、化学势、活度与活度系数、物质的标准态、逸度与 逸度系数、对比态、压缩因子、理想溶液 (理想混合物、理想稀溶液 )与实际溶液 等基本概念；(2)偏摩尔量的集合公式、吉布斯-杜亥姆(Duhem)公式、多组分体 系热力学基本方程、拉乌尔(Raoult)定律、亨利(Henry)定律、路易斯(Lewis)-兰道 尔(Ra ndoll)规则、稀溶液的依数性；(3)有关活度与活度系数、逸度与逸度系数、 平衡气 -液相组成、依数性、混合过程热力学量的变化等方面的计算。 (四) 相平衡 核心提示 ：相平衡的热力学条件、相律与相图。 主要内容 ： (1)相、物种数、独立组分数、自由度、相点、物系点、连结线、 气相线、液相线、固相线、恒沸混合物、低共熔混合物、固熔体、相合熔点、不 相合熔点、转熔温度、临界会溶温度、步冷曲线等基本概念； (2)相律、杠杆规 则；(3)典型相图一(a)单组分体系p-T图；(b)

双液系：完全互溶双液系气-液平衡 (正负偏差不大、正偏差大、负偏差大 3类)p-x与T-x图、部分互溶双液系液-液 平衡(有最咼、最低、最咼与最低、无会溶温度 4类)T-x图、完全不互溶双液系 气-液平衡p-T图；(c)两组分体系固-液平衡T-x图：固相不互溶的简单低共熔混 合物和有稳定或不稳定化合物生成的体系、部分互溶固熔体 (有一低共熔点和有 一转熔温度 2类)、完全互溶固熔体 (有或无最咼或最低点 3类)； (d) 三组分体系： 三液系 (一、二或三对液体部分互溶 3 类)、二固体和一液体的盐水体系 (简单盐、 复盐、水合盐、水合

复盐 4 类)； (4)运用相律分析相图，相图与步冷曲线绘制， 杠杆规则的有关计算， 利用相图讨论蒸馏、 结晶、萃取、化合物制备、 热处理等。 (五) 化学平衡 核心提示 ：化学反应的平衡条件、方向与限度。 主要内容 ：(1)化学平衡、平衡条件、化学反应亲和势、化学反应等温方程式 及厶rGm(E )、^Gm的物理意义；(2)各种平衡常数(标准平衡常数Ke,活度平衡 常数Ka,经验平衡常数KP、Kf、Kc、Kx、Km等)的表达式以及区别与联系、标准 吉布斯生成自由能； (3)平衡移动 (温度、压力、

惰性气体等因素对平衡的影响 )； (4)偶合反应、同时平衡。 (5)热力学函数与平衡常数、平衡混合物组成、转折温 度、固体分解温度与分解压力等的计算。 (六) 统计热力学基础 核心提示：分子配分函数与热力学函数和平衡常数的关系。 主要内容：(1)独立与相依粒子体系、可别 (定位)与不可别(非定位)粒子体系、 某种分布方式的与体系的微观

状态数、 最可几分布与平衡分布、 配分函数、 转动 特征温度、振动特征温度、焓 (热函)函数、自由能函数、统计熵与量热熵等基本 概念；(2)玻兹曼(Boltzmann)公式，等几率假设，玻兹曼分布，配分函数与热力 学的关系 (定位与非定位体系的热力学函数表示式的差别 ),平动、转动和振动的 能级公式， 分子配分函数的分离及各种运动形式对热力学函数的贡献， 最低能级 能量数值的选取对配分函数和热力学函数的影响， 用配分函数和自由能函数计算 简单理想气体反应的平衡常数。 (七) 电解质溶液 核心提示 ：电解质溶液的电导和离子的平均活度与活度系数。 主要内容 ： (1)电导、电导率、摩尔电导率、离子迁移数、离子淌度、离子 强度、电解质的活度、离子的平均活度、平均活度系数； (2)浓度与温度对电导、 电导率和摩尔电导率的影响，离子独立移动定律，德拜 (Debye)—休克尔(H tckel) 离子互吸理论、离子氛模型，昂萨格 (On sager)电导理论、松弛力、电泳力。 ⑶ 电导、离子迁移数的测定方法及有关计算，离子强度、丫 士(D-H公式)计算，异 同离子效应对溶解度影响的计算，电导测定的应用。 (八) 可逆电池的电动势 核心提示 ：可逆电池的热力学及应用。 主要内容 ：(1)原电池、电解池、电极命名、 可逆电极分类及常用电极的使用、 可逆与不可逆电池、化学电池、浓差电池、单液与双液电池、标准电池、相间电 势差、接触电势、液接电势、电极电势、标准电极电势； (2)电动势及其测定原 理、能斯特(Nernst)方程、可逆电池热力学；(3)电池符号与电池反应“互译”，根 据要求设计电池，电极电势、电池电动势计算，应用电化学方法测定、计算热力 学函数、平衡常数、 pH、丫 士等，-pH图及其应用。 (九) 不可逆电极过程 核心提示 ：极化与电解。 主要内容 ：(1) 电解及其应用、分解电压、极化、极化曲线、超电势及测定 方法、析出电势与析出顺序、电化学极化与塔菲尔 (Tafel) 公式、浓差极化、化 学电源、金属的电化学腐蚀、腐蚀电流、防腐方法； (2) 法拉第电解定律、塔菲 尔公式、析出电势和分解电压的有关计算。 (十)化学反应动力学 核心提示 ：化学反应速率与机理。 主要内容 ：唯象动力学—— (1)反应速率、速率常数、速率方程、反应级数、 半衰期、分数衰期、(实验)活化能(Ea)、表观活化能、指前因子(A); (2)反应速率、 反应级数及活化能的测定与计算， 简单级数反应的动力学特征及计算， 温度对反 应速率的影响 (Arrhenius 公式 )的有关计算。 基元反应的速率理论—— (1)基元反应、总反应、反应分子数、活化分子、活 化络合物、阈能(Ec)、势能垒(Eb)、零点能差(Eo)、质量作用定律、微观可逆性原 理、气相反应简单碰撞理论要

点及基本公式、过渡态理论要点及基本公式; (2) 简单碰撞理论中碰撞数、有效碰撞分数和速率常数的计算，Ec、Eb、Eo、△ r Hm、 △ r Sm与Ea和指前因子A之间的关系以及△ r Hm、△ r Sm与Ea的计算。 反应历程—— (1)反应机理、决速步骤、 确定反应机理的主要步骤、快速反应 测试 (弛豫法和闪光光解 )、态 -态反应; (2)各类典型复杂反应 (对峙反应、平行反 应、连续反应、直链反应、支链反应 )的动力学特征，由稳态近似和平衡假设推 导复杂反应速率方程，基元反应活化能的估算及复杂反应表观活化能的计算。 催化动力学、 光化学—— (1)催化反应的特征及有关术语、 酸碱催化、酶催化、 络合催化、气 -固相表面催化反应及表面反应为决速步骤的速率方程， (2)光化反 应的特点及基本名词、 光化学第一定律和第二定律、 光化反应速率方程、 光化平 衡、量子产率及计算。 (十一)表面化学 核心提示 ：相界面上的物理化学与吸附等温方程式。 主要内容 ：(1)比表面、比表面吉布斯自由能、表面功、内压力、表面张力、 附加压力、介稳现象、润湿、铺展、接触角、表面活性剂 （ 分类、性质、胶束、 CMC值、HLB值）及其作用、吸附作用（物理吸附、化学吸附、吸附量、吸附热、 吸附

曲线、吉布斯吸附超量 ）等基本概念； （2）表面热力学关系式、弯曲液面附加 压力的杨-拉普拉斯（Young-Laplace）公式、弯曲液面蒸气压的开尔文（Kelvin）公式 及固体溶解度与颗粒半径的关系、吸附等温方程式 （吉布斯吸附公式、朗格缪尔 （Langmuir）等温式、弗伦德利希（Freundlich）等温式、BET公式的应用与计算。 （十二）胶体化学 核心提示 ：胶体与大分子溶液的物理化学性质。 主要内容 ：（1）分散相、分散介质、各种分散体系；溶胶的基本性质与胶团结 构, 溶胶的制备、净化与聚沉，大分子对溶胶的保护与敏化作用；布朗 （Brown