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南京大学物理化学学习教案
课程介绍与教学目标
热力学基础
化学动力学基础
电化学与界面现象
物质结构与性质关系
量子化学基础与应用
实验技能培养与实验操作规范
contents
目
录
01
课程介绍与教学目标
1
2
3
物理化学是化学学科的一个重要分支，研究物质在宏观和微观层面上的物理和化学性质及其变化规律。
本课程主要介绍物理化学的基本原理、概念、方法及其在化学、材料、生物等领域的应用。
通过本课程的学习，学生将掌握物理化学的基本知识和实验技能，培养分析和解决问题的能力。
掌握物理化学的基本实验技能，能够独立完成实验操作和数据处理。
培养学生的创新思维和实践能力，提高分析问题和解决问题的能力。
掌握物理化学的基本概念和原理，理解物质的结构、性质和变化规律。
了解物理化学在化学、材料、生物等领域的应用和发展趋势。
教材：《物理化学》（南京大学化学化工学院编）
《物理化学教程》（王正烈等编）
《物理化学解题指南》（傅献彩等编）
参考书目
02
热力学基础
热力学系统
研究对象，与周围环境有能量和物质交换的体系。
状态函数
描述系统状态的物理量，如温度、压力、体积等。
过程函数
描述系统状态变化过程的物理量，如热量、功等。
热力学平衡态
系统在没有外界影响的情况下，各部分的性质不随时间变化的状态。
热力学第一定律表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU为系统内能变化，Q为系统吸收或放出的热量，W为系统对外做功或外界对系统做功。
热量和功的符号规定
系统吸热Q为正，放热Q为负；系统对外做功W为正，外界对系统做功W为负。
能量守恒定律
能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第二定律的表述
不可能从单一热源吸热并全部转化为有用功而不引起其他变化。
熵的概念
描述系统无序度的物理量，符号为S。
熵增原理
在孤立系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行。
热力学第二定律的数学表达式
对于可逆过程，dS=δQ/T；对于不可逆过程，dSδQ/T。其中dS为系统熵变，δQ为系统与环境的热量交换，T为环境温度。
03
化学动力学基础
03
反应速率与浓度的关系
探讨反应速率与反应物浓度的关系，引出速率方程和速率常数的概念，并解释其物理意义。
01
反应速率定义及表示方法
介绍反应速率的概念，如何通过实验测定反应速率，以及反应速率的表示方法，如速率方程、速率常数等。
02
反应机理的推测与验证
阐述如何根据实验现象和已有的化学知识推测反应机理，以及如何通过进一步的实验验证所推测的机理。
活化能的概念及意义
介绍活化能的概念及其在化学反应中的意义，阐述活化能与反应速率的关系。
活化能的测定方法
介绍通过实验测定活化能的常用方法，如差热分析法、荧光法等，并讨论这些方法的优缺点。
反应速率常数的计算
详细讲解如何根据实验数据计算反应速率常数，包括一级反应、二级反应等多级反应的速率常数计算方法。
04
电化学与界面现象
原电池工作原理
将化学能转变为电能的装置，通过氧化还原反应在负极上失去电子，正极上得到电子。
电解池工作原理
将电能转变为化学能的装置，通过电解过程在阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应。
电解条件与电极反应
电解需要直流电源、电解质溶液或熔融电解质以及两个电极，电极上发生氧化还原反应。
03
02
01
界面现象概述
界面现象是指发生在相界面上的各种物理和化学现象，包括表面张力、吸附、润湿等。
胶体性质介绍
胶体是一种分散体系，其中分散质粒子直径在1-100nm之间，具有丁达尔效应、电泳现象等特性。
胶体稳定性与聚沉
胶体具有一定的稳定性，但受到外界条件影响时会发生聚沉现象，如加入电解质、加热等。
05
物质结构与性质关系
原子、分子、离子等微观粒子构成的物质结构。
微观结构
由大量微观粒子组成的团簇、纳米材料等中间尺度的物质结构。
介观结构
物质在宏观尺度上表现出来的结构，如晶体、非晶体等。
宏观结构
分子间作用力
范德华力、偶极-偶极相互作用、氢键等分子间的相互作用力。
氢键
一种特殊的分子间作用力，主要存在于含有氢原子的分子之间，如H2O、NH3等。氢键对物质的物理性质和化学性质都有重要影响。
晶体中原子、离子或分子的排列方式，包括单质和化合物晶体的结构。晶体结构的多样性导致了物质性质的多样性。
晶体结构
不同晶体结构导致物质在力学、热学、电学、光学等方面表现出不同的性质。例如，金属晶体具有良好的导电性和延展性，而离子晶体则具有高的熔点和硬度。
性质差异
06
量子化学基础与应用
微观粒子的位置和动量不能同时精确测定，这是量子力学的基本原理之一，对理解微观世界有重要意义。
不确定性原理
描述微观粒子状态的数学函数，满足薛定谔方程，是量子力学的基本假设之一。
波函数与薛定谔方程
量子力学中，物理量用
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