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831 物理化学 (理)
一、考试总体要求
物理化学是从化学现象和物理现象相关联的角度去寻找化学变化规 律的一门学科,注重运用物理的理论和实验方法来研究化学变化的一般理 论问题,是化学学科的理论基础。物理化学课程主要包括化学热力学,化 学动力学,统计热力学,相平衡,电化学,表面化学和胶体化学。
考生应比较牢固地掌握物理化学的基本概念,注重领会物理化学解决 实际问题的科学方法,努力学会运用所学理论解释及解决实际问题。
在有关的计算和表述中,应注意采用国家标准单位制(SI 制)。
考试基本要求按深入的程度分为“掌握 ”(或“会用 ”) “理解 ”(或 “ 明了 ”) 和 “ 了解 ”三个层次。
二、考试内容及范围
第一章 气体分子运动理论与实际气体
(1)掌握理想气体状态方程和理想气体的模型;
(2)理解实际气体范德华方程的修正思路及方程;理解实际气体临 界性质和对应状态原理;理解临界参数的含义;
(3)了解实际气体状态方程的引出或修正思路:
① 引入压缩因子 Z,修正理想气体状态方程;
② 引入 p 、V 修正项,修正理想气体状态方程;
③ 使用经验公式,如维里方程,描述压缩因子 Z;
(4)掌握用普适化压缩因子图计算气体的状态参数。
第二章 热力学第一定律及应用
(1)理解热力学的基本概念,如系统、环境、状态、状态函数、热 力学标准态、可逆与不可逆过程、过程与途径等;
(2)理解热和功是能量的两种形式;
(3)掌握热力学第一定律的基本内容;
(4)掌握可逆过程和最大功这两个概念;并掌握各种过程中体积功, 热和热力学能的计算;
(5)理解焓的意义,掌握恒容热、恒压热和热容等基本概念,并能 在计算中灵活应用;
(6)了解卡诺循环的意义以及理想气体在卡诺循环过程中功、热和 热力学能的计算;
(7)理解实际气体 Joule-Thomson 效应;
(8)理解等容热效应与等压热效应的差别,掌握反应进度的概念, 理解标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓的基本概念,会应用标准摩尔生成 焓和标准摩尔燃烧焓进行热化学计算;
(9)了解 Hess 定律,掌握反应焓变与温度的关系的计算—基尔霍夫 定律。
第三章 热力学第二定律与热力学基本函数
(1)了解自发过程的共同特征,掌握热力学第二定律的意义;
(2)了解卡诺定理和热力学第二定律的关系,掌握熵的概念,理解 克劳修斯不等式的重要性;
(3)理解热力学第二定律的本质和熵的统计意义;
(4)了解热力学第三定律和规定熵的概念;
(5)掌握吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能的定义,理解吉布斯自由 能和亥姆霍兹自由能的物理意义;
(6)掌握一些简单过程ΔS,ΔA 和ΔG 的计算和如何设计可逆过程;
(7)掌握热力学基本方程及麦克斯韦关系式,掌握特性函数概念, 了解热力学基本方程和麦克斯韦关系式的简单应用;
(8)理解吉布斯-亥姆霍兹公式。
第四章 多组分系统热力学与化学势
(1)掌握偏摩尔量与化学势的定义,了解它们之间的差别和在多组 分系统中引入偏摩尔量和化学势的意义;
(2)掌握理想气体化学势的表示式及其标准态的含义, 理解非理想 气体化学势的表达式;
(3)了解气体逸度的定义和逸度的几种求算方法;
(4)掌握 Henry 定律和 Raoult 定律的应用;了解它们的适用条件和 不同之处;
(5)了解混合物与溶液的区别,掌握理想液态混合物和理想稀溶液 中各组分的化学势公式,明确标准态的选择;了解理想液态混合物的通性;
(6)理解溶液的依数性;掌握利用依数性计算未知物的摩尔质量;
(7)了解真实液态混合物与真实溶液中各组分化学势的计算公式, 理解活度和活度因子两个概念。
第五章 相平衡热力学
(1)掌握相、组分数和自由度等相平衡中的基本概念;了解相律的 推导过程、掌握相律在相图中的应用;
(2)掌握并能熟练应用克拉佩龙方程、克劳修斯-克拉佩龙方程;
(3)了解绘制相图的常用的几种方法,理解根据热分析数据绘出的 步冷曲线进而绘出相图或由相图绘出步冷曲线;
(4)掌握单组分、二组分和三组分系统的一些典型相图,理解相图 中各相区、线和特殊点所代表的意义,了解其自由度的变化情况;
(5)掌握杠杆规则及其应用。
第六章 化学平衡与标准平衡常数
(1)了解如何由热力学热力学平衡条件导出化学反应等温方程,掌 握化学反应等温方程式应用;
(2)了解如何由化学势导出标准平衡常数;掌握标准平衡常数与化 学反应标准 Gibbs 能变之间的关系;掌握标准摩尔吉布斯自由能的求算和
应用;熟练掌握平衡常数和平衡组成的计算;
(3)理解温度、压力和惰性气体对平衡组成影响,从而进一步理解 化学平衡移动规律;
(4)了解同时平衡、反应耦合等几个与化学平衡相关的问题。
第七章 统计热力学基础
(1)了解统计系统的分类;理解统计热力学的基本假设;
(2)理解玻尔兹曼能量分布及其适用条件;
(3)理解配分函数的定义及其物理意义。掌握用配分函数计算 简单分子的热力学函数,掌握理想气体简单分子平动熵的计算。
第八章 电化学基础
(1)掌握电化学的基本概念和法拉第定律,了解迁移数意义和常用 的测定方法;
(2)理解电导、电导率、摩尔电导率、极限摩尔电导率、离子摩尔 电导率的概念及它们和浓度的关系;
(3)理解离子独立运动定律,掌握测定电导的一些应用;
(4)理解离子强度、离子活度、离子平均活度和平均活度系数的概 念; 掌握其计算方法;
(5)了解电解质溶液的德拜—休克尔互吸理论和昂萨格电导理论的 基本观点,掌握德拜—休克尔极限公式的计算;
(6)理解可逆电池和不可逆电池的概念,掌握电池图式的表示方法, 了解电动势产生机理;了解对消法测定电动势的基本原理和标准电池的作 用;
(7)掌握可逆电极的种类,能够熟练写出有关的电极反应和电池反 应,并能根据所给化学反应设计电池;
(8)掌握电池和电极电势的能斯特方程;
(9)掌握电池反应的热力学函数ΔrG 、ΔrS、ΔrH 和平衡常数的计算
以及电动势测定的主要应用;
(10)理解分解电压的意义和用途;理解极化作用产生的原因和极化 的分类;理解超电势和极化曲线的概念;
(11)理解原电池和电解池的极化曲线中电流密度与极化电势的关 系;
(12)掌握用计算的方法判断在两个电极上首先发生反应的物质。
第九章 化学动力学基础
(1)理解反应速率的表示法和基元反应、非基元反应、反应级数、 反应分子数和速率常数这些基本的概念;
(2)掌握基元反应的质量作用定律和非基元反应速率的表示方法;
(3)掌握零级、一级、二级和三级反应的动力学方程及动力学特征, 掌握确定反应级数的方法;掌握利用速率方程计算速率常数和半率期等计 算;
(4)掌握 Arrhenius 经验公式的各种表达形式,理解活化能的意义, 理解温度、活化能对反应速率的影响;
(5)了解碰撞理论与过渡态理论的基本论点,了解公式推导思路, 并了解 Arrhenius 经验活化能、碰撞理论活化能(阈能)以及过渡态理论活 化能的概念以及三者的关系;
(6)掌握对峙反应、平行反应和连串反应的特点;
(7)掌握用控制步骤法,稳态近似法和平衡近似法等近似方法从复 杂的反应机理推导出速率方程;
(8)掌握链反应的特征与爆炸反应的机理,了解探索反应机理的一 般方法。
第十章 表面化学
(1)理解表面自由能、表面张力、表面功的概念,了解表面张力与 温度的关系;
(2)了解润湿的种类,掌握杨氏方程的应用;
(3)掌握 Young-Laplace 和 Kelvin 公式并能运用该公式解释一些实 际现象;
(4)理解化学吸附和物理吸附的区别,理解吸附量的定义,了解各 种吸附曲线形式;了解影响固体吸附的主要因素;
(5)理解气-固表面吸附的本质,掌握气-固表面的 Langmuir 吸附 等温式的理论要点,了解 Freundlich 吸附等温式和 BET 公式,了解 BET 公式的应用;
(6)理解溶液表面的吸附现象,并掌握吉布斯吸附等温式的表示形 式及各项的物理意义,会用吉布斯等温式作简单计算;
(7)理解表面活性物质的概念,了解表面活性分子在吸附层中的定 向排列行为;了解表面活性剂的大致分类以及其重要作用;
第十一章 胶体分散系统与大分子溶液
(1)掌握分散系统的分类;理解胶体、溶液、憎液溶胶和亲液溶胶 等基本概念;了解溶胶的净化;
(2)理解溶胶的动力性质、光学性质与电性质;
(3)了解胶体粒子带电原因、掌握溶胶胶团结构、双电层结构和电 动势的概念;
(4)了解胶体稳定性;掌握电解质对溶胶稳定性的影响,会判断电 解质聚沉能力的大小;
(5)了解高分子溶液的性质,理解唐南平衡,掌握渗透压法测定高 分子摩尔质量的方法。
三、考试形式
本考试为闭卷考试,满分为 150 分,考试时间为 180 分钟。 四、题型
1.单项选择题;
2.填空题; 3.简答题; 4.计算题;
5.证明题或者作图题。
五、主要参考教材
1.《物理化学》(第六版),傅献彩等编,高等教育出版社,2022.08; 2.《精编物理化学讲义》,物理化学学科编,高等教育出版社,2016. 12; 3.《物理化学》(第六版),天津大学编,高等教育出版社,2017.08; 4.《物理化学讲义》,彭笑刚著,北京:高等教育出版社,2012. 10; 5.《物理化学》,韩德刚等编,高等教育出版社,2001.7;
6.P .Atkins , J . Paula . Physical Chemistry , 7th ed. New York , Oxford University Press Inc . , 2002。
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