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物理化学考纲笔记整理

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   《物理化学》教学大纲
  二、课程的目的与教学基本要求
  通过本门课程的学习, 学生应比较牢固地掌握物理化学基本概念及计算方法,同时还应得到一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养。这种训练和培养应贯穿在课程教学的整个过程中,使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎,或由假设和模型上升为理论,并结合具体条件应用理论解决实际问题的方法。
  物理化学的理论研究方法有热力学方法、动力学方法、统计力学方法和量子力学方法。从研究内容来说包括宏观上的、微观上的、以及亚微观上的,对工科学生来说,热力学方法及宏观上内容是主要的、基本的,后两种方法及内容的重要性正在日益增加。理论教学时数少的专业,要求学生较好地掌握热力学方法及宏观内容,理论教学时数较多的专业,还要求初步了解统计热力学方法。对工科专业,量子力学方法一般不作要求或另设课程。
  下面按化学热力学,统计热力学初步,化学动力学,电化学,界面现象和胶体化学六个部分列出基本要求,其中统计热力学初步和胶体化学可供选一部分。基本要求按深入的程度分"了解"、"理解"(或"明了")和"掌握"(或"会用")三个层次。
  (I) 化学热力学
  一、 热力学基础
  理解下列热力学基本概念:平衡状态,状态函数,可逆过程。
  理解热力学第一、第二、第三定律的叙述及数学表达式。明了内能、焓、熵、霍姆兹函数和吉布斯函数等热力学函数以及标准燃烧焓, 标准生成焓,标准摩尔熵和标准生成吉布斯函数等概念。
  掌握在物质的PVT变化、相变化和化学变化过程中计算热、功和各种状态函数变值的原理和方法。在将热力学一般关系式应用于特定系统时, 会应用状态方程(主要是理想气体状态方程,其次是范德华方程)和物性数据(热容、相变热、蒸气压等)。
  掌握熵增原理和各种平衡判据。明了热力学公式的适用条件。
  理解热力学基本方程和麦克斯韦关系式。
  二、 溶液和相平衡
  理解偏摩尔量和化学势的概念。
  会从相平衡条件推导克拉佩龙和克拉佩龙—克劳修斯方程,并能应用这些方程进行有关的计算。
  掌握拉乌尔定律和亨利定律以及它们的应用。理解理想系统(理想液体及理想稀溶液)中各组分化学势的表达式。
  理解逸度和活度的概念。
  理解相律的推导和意义。
  掌握单组分系统和二组分系统典型相图的特点和应用。
  三、化学平衡
  明了标准平衡常数的定义。了解等温方程的推导。掌握用等温方程来判断化学反应的方向和限度。
  会用热力学数据计算平衡常数。了解等压方程的推导。理解温度对标准平衡常数的影响。会用等压方程计算不同温度下的标准平衡常数。
  了解压力和惰性气体对化学反应平衡组成的影响。
  (III) 化学动力学
  明了化学反应速率、反应速率常数及反应级数的概念。掌握通过实验建立速率方程的方法。
  掌握一级和二级反应的速率方程及其应用。
  理解对行反应、连串反应和平行反应的动力学特征。
  理解基元反应及反应分子数的概念。
  掌握阿仑尼乌斯方程及其应用。明了活化能及指前因子的物理意义。
  了解简单有效碰撞理论的基本思想和结果。
  (IV) 电化学
  了解电解质溶液的导电机理。理解离子迁移数和法拉第定律。
  理解表征电解质溶液导电能力的物理量(电导率、摩尔电导率)。
  理解电解质活度和离子平均活度系数的概念。
  理解原电池电动势与热力学函数的关系。掌握能斯特方程及其计算。
  掌握各种类型电极的特征和电动势测定的主要应用。
  (V) 界面现象
  理解表面张力和表面吉布斯函数的概念。了解表面相的吉布斯模型。
  理解曲面的附加压力概念和拉普拉斯公式。
  理解开尔文公式及其对介稳状态的解释。
  了解铺展和铺展系数。了解润湿与接触角的关系和杨氏方程。
  了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用。理解吉布斯吸附等温式及其计算。
  了解物理吸附与化学吸附的含义和区别。掌握兰缪尔单分子层吸附模型和吸附等温式。
  三、课程适用专业
  化工、制药、高分子专业、材料化学   学分:4学分
  四、课程的教学内容、要求与学时分配
  1.理论教学部分:
  学时安排
  根据工科《物理化学》教学基本要求而制定,具体学时分配如下:
  一. 绪论与气体性质(2学时)
  (1)  了解物理化学的研究对象、方法和学习目的
  (2)  掌握理想气体状态方程和混合气体的性质(分压和道尔顿定律、分容和阿马格定律)。
  (3)  了解实际气体的状态方程(范德华方程)。
  (4)  了解实际气体的液化和临界性质。
  二. 热力学第一定律(11学时)
  (1) 热力学基本慨念和术语
 
 理解下列热力学基本概念:平衡状态,状态函数,可逆过程,热力学标准态
  (2) 热力学第一定律
 
 理解热力学第一定律的叙述及数学表达式。掌握内能、功、热的计算
  (3) 热函(焓)
  明了热力学焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓、标准摩尔反应焓等概念及掌握其计算方法
  (4) 掌握标准摩尔反应焓与温度关系。
  (5) 掌握理想气体绝热可逆过程的PVT关系及理解其功的计算。
  (6) 了解节流膨胀。
  三. 热力学第二定律(9学时)
  (1)了解卡诺循环。
  (2)热力学第二定律: 理解热力学第二定律的叙述及数学表达式,掌握熵增原理
  (3)熵: 掌握理想气体PVT变化、相变化和化学变化过程中系统熵变的计算方法和环境熵变的计算方法,以及掌握用总熵变判断过程的方法
  (4)了解热力学第三定律。
  (5)亥姆霍兹和吉布斯函数: 明了Helmholtz函数和Gibbs函数以及标准生成Gibbs函数等概念并掌握其计算方法和各种平衡依据。明了热力学公式的适用条件.
  (6)理解热力学基本方程和Maxwell关系。
  (7)热力学第二定律应用—Clapeyron(克拉佩龙)方程。会从相平衡条件推导Clapeyron方程和Clapeyron-Clausius方程,并能应用这些方程进行有关的计算。
  四. 多组分系统热力学(6学时)
  (1) 掌握Raoult定律和Henry定律以及它们的应用。
  (2) 理解偏摩尔量和化学势的概念。理解理想系统(理想溶体及理想稀溶体)中各组分化学势的表达式。
  (3) 理解能斯特分配定律。
  (4) 了解稀溶液的依数性。
  (5) 了解逸度和活度的概念。
  五. 化学平衡(5学时)
  (1)等温方程及标准平衡常数。
  明了标准平衡常数的定义。会用热力学数据计算标准平衡常数。了解等温方程的推导。 掌握用等温方程判断化学反应的方向和限度的方法。
  (2)理解平衡常数的测定,掌握平衡组成的计算。
  (3)温度对标准平衡常数的影响。
  了解等压方程的推导。理解温度对标准平衡常数的影响。 会用等压方程计算不同温度下的标准平衡常数。
  (4)影响理想气体反应平衡的其它因素。
 
 了解压力和惰性气体对化学平衡组成的影响
 
 六. 相平衡(7学时)
  (1)理解相律的推导和定义。
  (2)掌握单组分系统相图的特点和应用。
  (3)掌握二组分系统气—液平衡相图的特点(包括温度—组成图,压力—组成图,气相组成—液相组成图)。
  (4)掌握二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统的气—液平衡相图。
  (5)掌握二组分系统固—液平衡相图(包括生成稳定,不稳定化合物及固态部分互溶相图)
  相图部分要求会填写相图中各区域存在的物质;能用相律分析相图和计算自由度数;能从实验数据绘制相图。
  七. 电化学(10学时)
  (1)了解电解质溶液的导电机理和法拉第定律。
  (2)理解离子迁移数。
  (3)理解表征电解质溶液导电能力的物理量(电导率, 摩尔电导率)。
  (4)了解离子独立运动定律。
  (5)理解电导测定的应用。
  (6)理解电解质活度和离子平均活度系数的概念。
  (7)理解可逆电池及韦斯顿标准电池
  (8)理解原电池电动势与热力学函数的关系。
  (9)掌握Nernst方程及其计算。
  (10)掌握各种类型电极的特征。
  (11)掌握电动势测定的主要应用。
  (12)掌握把一般的电池反应设计成电池。
  八. 表面现象(6学时)
  (1)理解表面张力和表面Gibbs函数的概念。
  (2)了解铺展和铺展系数。了解润湿、接触角和Young方程。
  (3)理解弯曲界面的附加压力概念和Laplace方程。
  (4)理解Kelvin公式及其应用。解释亚稳状态和新相生成现象
  (5)了解物理吸附与化学吸附的含义和区别。掌握Langmuir吸附、单分子层吸附模型和吸附等温式。
  (6)了解溶液界面的吸附及表面活性物质的作用。理解Gibbs吸附等温式。
  九. 化学动力学及其应用(8学时)
  (1)明了化学反应速率定义及测定方法。
  (2)明了反应速率常数及反应级数的概念。理解基元反应及反应分子数的概念。
  (3)掌握零级、一级和二级反应的速率方程的积分式及其应用。
  (4)掌握通过实验建立速率方程的方法。
  (5)掌握Arrhennius方程及其应用。明了活化能及指前因子的定义和物理意义。
  (6)理解对行反应、连串反应和平行反应的动力学特征。
  (7)了解单分子反应的Lindemann(林德曼)机理。
  (8)了解链反应机理的特点及支链反应与爆炸的关系。
  (9)了解简单碰撞理论的基本思想和结果。
  《材料力学》课程教学大纲 (80学时 5学分)
  一. 课程的地位及其任务
  材料力学是一门由基础理论课过渡到专业课的技术基础课。其任务是研究杆件在载荷作用下的强度、刚度和稳定性的问题,为工程有关零构件设计提供必要的基础知识和计算方法。
  二. 课程的基础要求
  1. 基本掌握将一般工程零部件或结构简化为力学简图的方法。
  2. 牢固树立四种基本变形及组合变形的概念,熟练掌握直杆的受力分析。
  3. 熟练掌握杆件在基本变形下的内力、应力、位移、应变的计算,并能应用强度、刚度条件进行计算。
  4. 对应力状态,强度理论有一定认识,并能进行组合变形下杆件的强度计算。
  5. 正确理解弹性稳定平衡的概念,确定压杆的临界载荷和临界应力,并进行压杆稳定性校核。
  6. 正确认识能量法的基本原理,熟练掌握用单位力法计算结构的位移。
  7. 熟练掌握求解简单超静定问题的基本原理和方法,正确建立变形条件。掌握用变形比较法求超静定梁。
  8. 一般掌握常用金属材料的力学性质及测定方法,对电测应力方法有初步认识。
  9. 掌握动静法求动载荷问题,掌握用能量法求杆件受冲击时的应力和变形。
  10. 认识交变应力及疲劳破坏的涵义,了解交变应力下材料的持久极限及其主要影响因素,初步掌握对称循环下构件的疲劳强度计算。
  三. 教学内容及学时分配
  1. 绪论(1学时)
  材料力学的基本任务,研究方法,基本假设,杆件变形的基本形式。
  2. 拉伸与压缩(13学时)
  轴向拉伸与压缩的概念,截面法,轴力,轴力图,杆件横截面与斜截面上的应力、许用应力、强度条件。轴向拉压时的变形,纵向及横向变形,线应变,泊松比,虎克定律,抗拉(压)刚度。拉压变形能、比能。
  材料拉压时的力学性质,应力集中的概念。安全系数和许用应力的确定。拉压超静定问题及其解法。温度应力及装配应力。
  3. 剪切(2学时)
  剪切的概念和实例,剪切与挤压的实用计算。
  4. 扭转(5学时)
  扭转的概念及实例,功率。转速与外力偶矩的关系,扭矩及扭矩图,薄壁圆筒扭转时的应力和变形,纯剪切,剪应变,剪切虎克定律。剪切弹性模量,剪应力互等定理。圆轴扭转时的应力和变形,极惯性矩,抗扭刚度,圆轴扭转时的强度与刚度条件。扭转时的弹性变形能。圆柱形密圈弹簧的应力与变形。矩形截面杆扭转的问题简介。
  5. 平面图形的几何性质(3学时)
  静矩、惯性矩、惯性积、惯性半径、平面图形惯性矩的计算,平行移轴公式,简单组合图形惯性矩的计算。惯性矩和惯性积的转轴公式,组合截面形心主惯性矩的计算。
  6. 梁的平面弯曲(共18学时)
  (1) 内力(占4~6学时)
  平面弯曲的概念,剪力,弯矩及其方程,剪力、弯矩(Q.、M)图。剪力.弯矩与载荷集度之间的微分关系。用叠加法做弯矩图。
  (2) 应力(占6学时)
  纯弯曲时梁的正应力公式,弯曲正应力强度条件及其应用。矩形截面梁的剪应力,圆形及工字形截面梁的最大剪应力。梁的合理截面,等强度的概念。弯曲变形能。
  (3) 变形(占6学时)
  梁弯曲时的变形和位移,挠度和转角,梁挠曲线及其近似微分方程。用积分法求梁的挠度和转角。用叠加法求梁的变形,梁的刚度校核。提高梁弯曲刚度的主要措施。用变形比较法求解超静定梁。
  7. 应力状态理论与强度理论(8学时)
  应力状态的概念,二向应力状态及其实例,主应力.主平面。二向应力状态的解析法.图解法(应力圆)。三向应力状态下的最大剪应力,广义虎克定律,强度理论的概念,四种古典强度理论及其相应的强度条件。
  8. 组合变形(4~6学时)
  组合变形的概念和实例。斜弯曲的应力。拉(压)弯组合变形,偏心拉压,扭转与弯曲组合变形的强度计算。
  9. 变形能法(4学时)
  杆件基本变形的变形能,用单位力法求结构位移,图形互乘法,互等定理。力法求解超静定问题。
  10. 动载荷(3学时)
  动载荷概念,动静法及其应用,用能量法求杆件受冲击时的应力和变形。
  11. 交变应力(4学时)
  交变应力下材料疲劳破坏的概念,持久极限,影响材料持久极限的主要因素,对称循环下构件的疲劳强度计算。
  12. 压杆稳定(4学时)
  稳定平衡与不稳定平衡的概念。细长压杆临界载荷的欧拉公式。杆端不同约束的影响,长度系数。欧拉公式的应用范围,临界应力总图。压杆稳定条件及其计算。
 
 
 

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