大亭化学 Umi.Chem.2021,36(1),1-8 ·栏目· dor: 10.3866/PKU. DXHX20XXXXXXX www.dxhx.pku.edu.cn 高等学校化学类专业物理化学相关教学内容与教学要求建议 (2020版) 张树永",李金林2,范楼珍3,侯文华‘,刁国旺°,郭玉鹏 (山东大学化学与化工学院,济南250100;2中南民族大学化学与材料科学学院,武汉430074:2北京师范大学 化学学院,北京100875:‘南京大学化学化工学院,南京210023,扬州大学化学化工学院,扬州江苏225002, 6吉林大学化学学院,长春130012) 摘要:介绍了“高等学校化学类专业物理化学相关教学内容与教学要求建议(2020版)”修订情况,对使用该建议 的方法进行了说明。基于学生中心、产出导向理念,明确了物理化学教学的总体目标以及各部分教学的知识、能力 和素质目标。对当前和今后一段时间我国的物理化学教学研究、教学改革、教材编写、教学效果评价具有一定的 导意义。 关键词:化学类专业:物理化学:教学内容:教学要求 中图分类号:G64:064:06-0 Suggestions for Teaching Contents and Teaching Requirements of Physical Chemistry Course for Chemistry Majors(2020 Edition) ZHANG Shu-Yong, LI Jin-Lin FAN Lou-Zhen HOU Wen-Hua, DIAO Guo-Wang, GUO Yu- Peng School of Chemistry and Chemical Engineering, Shandong University, Jinan 250100, P.R. China iSchool of Chemistry and Materials Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, P. R China College of Chemistry, Beiing Normal University, Beijing 100875, P. R. China School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, P. R. China SSchool of Chemistry and Chemical Engineering, Yangzhou University, Yangshou 225002, Jiangsu Province, P R China; cOllege of Chemistry, Jilin University, Changchun 130012, P. R. China, Abstract: The revision of"Suggestions for Teaching Contents and Teaching Requirements of Physical Chemistry Course for Chemistry Majors(2020 Edition)"is introduced. The way to use this suggestion is explained. Based on the principles of student-centeredness and outcome-based education, the overall objectives of physical chemistry teaching and the knowledge, ability and quality objectives of each contents are defined. It is of guiding significance for the teaching scholarship, teaching reform, textbook composition and evaluation of teaching effectiveness of physical chemistry course in our country at present and in future Key Words: Chemistry majors; Physical chemistry; Teaching contents: Teaching requirements 1修订说明 2017年,根据2013-2017年教育部化学类专业教学指导委员会要求,山东大学 张树永教授、南京大学侯文华教授、扬州大学刁国旺教授共同起草了“高等学校化 学类专业物理化学相关教学内容与教学要求建议》(以下简称《物化教学建议》 经广泛征求意见后在《大学化学》发表口,对指导我国高校物理化学教学改革和教学
Univ. Chem. 2021, 36(1), 1−8 01 •栏目• doi: 10.3866/PKU.DXHX20xxxxxxx www.dxhx.pku.edu.cn 高等学校化学类专业物理化学相关教学内容与教学要求建议 （2020 版） 张树永 1*，李金林 2，范楼珍 3，侯文华 4，刁国旺 5，郭玉鹏 6 （ 1山东大学化学与化工学院，济南 250100； 2中南民族大学化学与材料科学学院，武汉 430074； 3北京师范大学 化学学院，北京 100875； 4南京大学化学化工学院，南京 210023， 5扬州大学化学化工学院，扬州 江苏 225002， 6吉林大学化学学院，长春 130012） 摘要：介绍了“高等学校化学类专业物理化学相关教学内容与教学要求建议（2020版）”修订情况，对使用该建议 的方法进行了说明。基于学生中心、产出导向理念，明确了物理化学教学的总体目标以及各部分教学的知识、能力 和素质目标。对当前和今后一段时间我国的物理化学教学研究、教学改革、教材编写、教学效果评价具有一定的指 导意义。 关键词：化学类专业；物理化学；教学内容；教学要求 中图分类号：G64；O64；O6-0 Suggestions for Teaching Contents and Teaching Requirements of Physical Chemistry Course for Chemistry Majors (2020 Edition) ZHANG Shu-Yong1*, LI Jin-Lin2 , FAN Lou-Zhen3 , HOU Wen-Hua4 , DIAO Guo-Wang5 , GUO YuPeng6 ( 1School of Chemistry and Chemical Engineering, Shandong University, Jinan 250100, P. R. China; 2School of Chemistry and Materials Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, P. R. China; 3College of Chemistry, Beijing Normal University, Beijing 100875, P. R. China; 4School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, P. R. China; 5School of Chemistry and Chemical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225002, Jiangsu Province, P. R. China; 6College of Chemistry, Jilin University, Changchun 130012, P. R. China;) Abstract: The revision of “Suggestions for Teaching Contents and Teaching Requirements of Physical Chemistry Course for Chemistry Majors (2020 Edition)” is introduced. The way to use this suggestion is explained. Based on the principles of student-centeredness and outcome-based education, the overall objectives of physical chemistry teaching and the knowledge, ability and quality objectives of each contents are defined. It is of guiding significance for the teaching scholarship, teaching reform, textbook composition and evaluation of teaching effectiveness of physical chemistry course in our country at present and in future. Key Words: Chemistry majors; Physical chemistry; Teaching contents; Teaching requirements 1 修 订 说 明 20 1 7 年 ， 根 据 20 1 3-2 0 1 7 年 教 育 部 化 学 类 专 业 教 学 指 导 委 员 会 要 求 ， 山 东 大 学 张 树 永 教 授 、 南 京 大 学 侯 文 华 教 授 、 扬 州 大 学 刁 国 旺 教 授 共 同 起 草 了 “ 高 等 学 校 化 学 类 专 业 物 理 化 学 相 关 教 学 内 容 与 教 学 要 求 建 议 》（ 以 下 简 称 《 物 化 教 学 建 议 》 ” ， 经 广 泛 征 求 意 见 后 在《 大 学 化 学 》发 表 [ 1 ]，对 指 导 我 国 高 校 物 理 化 学 教 学 改 革 和 教 学
大学化学 VoL 34 建设发挥了积极作用。2020年,2018-2022年教育部高等学校化学类专业教学指导 委员会启动新一轮课程教学标准建设,由山东大学张树永教授牵头,联合中南民族 大学李金林教授、北京师范大学范楼珍教授、南京大学侯文华教授、扬州大学刁国旺 教授和吉林大学郭玉鹏教授,共同完成《物化教学建议》修订,形成2020版 本次修订在保持知识一能力一素质框架的基础上,引入了部分新概念新原理 并对原有表述进行了改进。 2《物化教学建议(2020版)》使用说明 《物化教学建议(2020版)》旨在对物理化学教学所涉及的知识、能力和素质提 出明确要求。该建议主要参照《高等学校化学类专业指导性专业规范》(2、《普通高 等学校本科专业类教学质量国家标准》3和《化学类专业化学理论教学建议内容》 和国内重要物理化学教材制定,依据全国科学技术名词审定委员会相关规定对术 语进行规范,并根据物理化学研究与应用进展引入部分新内容o。使用时应注意以下 原则 (1)本建议为物理化学教学建议而非强制性要求,各高校可以根据需要增加其他 内容或者提高教学要求,并对带“*”内容进行取舍 (2)本建议所列内容不包含与物质结构相关的内容,所列内容也不限于物理化学 课程讲授,对于内容的组合和编排方式、讲授学时也不做限定,由各高校根据需要自 行确定; (3)本建议强调学生中心、产出导向,鼓励各高校积极改革教学方法,并通过有 效测评,监控和保证教学质量 3物理化学课程教学总体目标 学生除了记忆、理解相关基础知识、基本理论外,还应形成以下能力和素质: (1)构建系统的知识体系。能够对物理化学的概念、原理和方法进行归类、分 析、对比并建立相互联系,形成系统的知识框架 (②)能够以物理化学的学科视角和方法进行观察、分析和预测,从微观和统计的 角度解释宏观过程及其性质,能够通过简化和近似,概括特征、建立模型并进行理论 处理,形成系统的物理化学学科思维 (3)能够对现有概念、原理和方法进行批判性思考,说明其成功与不足、应用 条件及局限性,并提出个人观点,体现批判和创新意识 (4)能够从科学研究和生产生活中发现并提出科学现象和问题,利用物理化学 原理和方法进行解释、研究、分析和判断 (5)能够综合运用物理化学及其他相关学科的知识和原理,设计灵活多样的问 题解决方案,并对方案的可行性和局限性进行评价,明确个人的义务和责任 (6)能够利用计算机和信息技术有效获取和处理信息,通过自主学习不断适应 科学技术和经济社会发展需要 通过学习,能够深化对辩证唯物主义的认识,形成系统的化学学科思维,能够采 用科学的世界观和方法论观察、分析和解决问题并做出预测,并藉由分析和解决生 产生活中的现象和问题,体现社会责任感、创新意识和科学发展理念 4物理化学教学内容与教学要求建议 为了落实“物理化学课程教学总体目标”,对各部分的知识、能力和素质教学提 出以下建议。其中,知识体现为知识点,能力体现为具体问题的解决,而素质强调观 察和分析的视角和思路,更多地属于世界观和方法论层次 4.1理想(完美)气体与真实气体
2 大 学 化 学 Vol.34 建 设 发 挥 了 积 极 作 用 。 20 2 0 年 ， 2018-2 0 2 2 年 教育部 高 等 学 校 化 学 类 专 业 教 学 指 导 委 员 会 启 动 新 一 轮 课 程 教 学 标 准 建 设 ， 由 山 东 大 学 张 树 永 教 授 牵 头 ， 联 合 中 南 民 族 大 学 李 金 林 教 授 、北 京 师 范 大 学 范 楼 珍 教 授 、南 京 大 学 侯 文 华 教 授 、扬 州 大 学 刁 国 旺 教 授 和 吉 林 大 学 郭 玉 鹏 教 授 ， 共 同 完 成 《 物 化 教 学 建 议 》 修 订 ，形成 2020 版 。 本 次 修 订 在 保 持 知 识 — 能 力 — 素 质 框 架 的 基 础 上 ， 引 入 了 部 分 新 概 念 新 原 理 ， 并 对 原 有 表 述 进 行 了 改 进 。 2 《 物 化 教 学 建 议 （ 2020 版 ） 》 使 用 说 明 《 物 化 教 学 建 议（ 2020 版 ）》旨 在 对 物 理 化 学 教 学 所 涉 及 的 知 识 、能 力 和 素 质 提 出明确 要 求 。 该 建 议 主 要 参 照 《 高 等 学 校 化 学 类 专 业 指 导 性 专 业 规 范 》 [ 2 ]、《 普 通 高 等 学 校 本 科 专 业 类 教 学 质 量 国 家 标 准 》 [ 3 ]和《 化 学 类 专 业 化 学 理 论 教 学 建 议 内 容 》 [ 4 ] 和 国 内 重 要 物 理 化 学 教 材 [ 5 - 9 ]制 定 ，依 据 全 国 科 学 技 术 名 词 审 定 委 员 会 相 关 规 定 对 术 语 进 行 规 范 ,并根据 物 理 化 学 研 究 与 应 用 进 展 引 入 部 分 新 内 容 [ 1 0 ]。使 用 时 应 注 意 以 下 原则： (1)本建议为 物 理 化 学 教 学 建 议 而 非 强 制 性 要求，各 高 校 可 以 根 据 需 要 增 加 其 他 内 容 或 者 提 高 教 学 要 求 ， 并 对 带 “ *” 内 容 进 行 取 舍 ； (2)本建议 所 列 内 容 不 包 含 与 物 质 结 构 相 关 的 内 容 ，所 列 内 容 也 不 限 于 物 理 化 学 课程讲授 ，对 于 内 容 的 组 合 和 编 排 方 式 、讲授学时 也 不 做 限 定 ，由 各 高 校 根 据 需 要 自 行确定 ； (3)本 建 议 强 调 学 生 中 心 、产 出 导 向 ，鼓 励 各高校 积 极 改 革 教 学 方 法 ，并 通 过 有 效测评， 监 控 和 保 证 教 学 质 量 。 3 物 理 化 学 课 程 教 学 总 体 目 标 学 生 除 了 记 忆 、 理 解 相 关 基 础 知 识 、 基 本 理 论 外 ， 还 应 形 成 以 下 能 力 和 素 质 ： ( 1 ) 构 建 系 统 的 知 识 体 系 。 能 够 对 物 理 化 学 的 概 念 、 原 理 和 方 法 进行归类、分 析 、 对 比 并建立 相 互 联 系 ， 形 成 系 统 的 知 识 框 架 ； (2 )能 够 以 物 理 化 学 的 学科视角 和 方 法 进 行 观 察 、分 析 和预测 ，从 微 观 和 统 计 的 角 度 解 释 宏 观 过 程 及 其 性 质 , 能 够 通 过 简 化 和 近 似 ，概 括 特 征 、建 立 模 型 并 进 行 理 论 处 理 ， 形 成 系 统 的 物 理 化 学 学 科 思 维 ； ( 3 ) 能 够 对现有 概 念 、原理 和 方 法 进 行 批 判 性 思 考 ， 说 明 其 成 功 与不足、应用 条 件 及 局 限 性 ， 并 提 出 个 人 观 点 ， 体 现 批 判 和 创 新 意 识 ； ( 4 ) 能够从科学 研 究 和 生 产 生 活 中发现并 提出科学 现象和 问 题 ，利用物理化学 原 理 和 方 法 进 行 解 释 、 研 究 、 分 析 和 判 断 ； ( 5 ) 能 够 综 合 运 用 物 理 化 学 及 其 他 相 关 学 科 的 知 识 和 原理， 设 计 灵活多样的 问 题 解 决 方 案 ， 并 对 方 案 的 可 行 性 和 局 限 性 进行评价 ， 明 确 个 人 的 义 务 和 责 任 ； (6) 能 够 利 用 计 算 机 和 信 息 技 术 有效获取 和处理 信息，通过 自 主 学 习 不 断 适 应 科学技术 和 经 济 社 会 发展需要 。 通 过 学 习 ，能 够 深 化 对 辩 证 唯 物 主 义 的 认 识 ，形 成 系 统 的 化 学 学 科 思 维 ，能 够 采 用 科 学 的 世 界 观 和 方 法 论 观 察 、 分 析 和 解 决 问 题 并 做 出 预 测 ， 并 藉 由 分 析 和 解 决 生 产 生 活 中 的 现 象 和 问 题 ， 体 现 社 会 责 任 感 、创新 意 识 和 科 学 发 展 理 念 。 4 物 理 化 学 教 学 内 容 与 教 学 要 求 建 议 为 了 落 实“ 物 理 化 学 课 程 教 学 总 体 目 标 ”，对 各 部 分 的 知 识 、 能 力 和 素 质 教学提 出以下 建 议 。其 中 ，知 识 体 现 为 知 识 点 ，能 力 体 现 为 具 体 问 题 的解决 ，而 素 质 强 调 观 察 和 分 析 的 视 角 和 思 路 ， 更 多 地 属 于 世 界 观 和 方 法 论 层 次 。 4.1 理 想 (完 美 )气体与 真 实 气 体
知识点: (1)理想(完美)气体理想(完美)气体状态方程气体常数 (2)真实气体范德瓦耳斯( van der waals)方程临界点蒸气压临界常数 对比状态原理对比状态方程压缩因子位力(iria)方程真实气体等温线 气体的液化波义耳( Boyle)温度 能力:(1)利用理想(完美)气体状态方程、范德瓦耳斯方程和位力方程进行相关 计算和预测:(2)利用对比状态原理和压缩因子图研究实际气体的行为:(3)能够对 复杂问题进行简单化和模型化处理 素质:(1)能够基于模型的建立说明理想(完美)气体近似的基本假设和实际气体 偏离理想(完美)气体行为的原因,修正理想(完美)气体模型的基本思路,展示采用 模型化方法处理问题的素质;(2)能够从分子角度说明真实气体状态方程的多样性 4.2气体分子动理论 知识点: (1)压力和温度的统计概念最概然速率数学平均速率根均方速率麦 克斯韦( Maxwel速率分布定律速率分布的影响因素 (2)分子的平均自由程碰撞直径碰撞截面碰撞频率分子隙流*分 子東 能力:(1)利用气体分子动理论说明三个气体经验定律:(2)推导麦克斯韦速率 分布定律。 素质:(1)基于统计的观念说明微观和宏观的区别和联系,并能够从微观角度解 释宏观性质:(2)从微观和宏观联系角度说明分子平均平动能与温度的关系。 4.3热力学第一定律 知识点: (1)系统与环境 (2)状态性质广度性质强度性质 (3)热力学平衡热平衡力平衡相平衡化学平衡平衡态准静态 非平衡态 (4)状态函数状态方程状态函数法 (5)过程等温过程等压过程等容过程绝热过程循环过程可逆过 程不可逆过程准静态过程节流过程 (6)功体积功非体积功热热力学能焓热容定容热容定压 热容 (7)热力学第一定律及其数学表达式 (8)热功转换卡诺( Carnot)循环卡诺定理热机效率冷冻系数 (9)节流膨胀焦耳( Joule)-汤姆孙( Thomson)效应焦耳-汤姆孙系数转 化温度 (10)实际气体的热力学能和焓 (11)热化学反应进度等压热效应等容热效应标准反应焓变标准 生成焓键焓离子生成焓标准燃烧焓相变焓溶解热稀释热混合热 基尔霍夫( Kirchhoff)定律 能力:(1)计算各类过程所对应的功、热和热力学能变化:(2)书写热化学方程 式并进行相关计算;(3)计算不同温度下的反应热效应;(4)计算热功转化效率
知识点： (1) 理 想 (完 美 )气 体 理 想 (完 美 )气 体 状态方程 气 体 常 数 (2) 真实气体 范 德 瓦 耳 斯 (van der Waals)方 程 临 界 点 蒸气压 临 界 常 数 对 比 状 态 原 理 对 比 状 态 方 程 压 缩 因 子 位 力 (Virial)方 程 真 实 气 体 等 温 线 气 体 的 液 化 波 义 耳 (Boyle )温 度 能 力 ：(1)利用理想 (完 美 )气 体 状 态 方 程 、范 德 瓦 耳 斯 方 程 和 位 力 方 程 进 行 相 关 计 算 和 预 测 ；(2)利 用 对 比 状 态 原 理 和 压 缩 因 子 图 研 究 实 际 气 体 的 行 为 ；（ 3）能 够 对 复 杂 问 题 进 行 简 单 化 和 模 型 化 处 理 。 素 质 ：(1)能 够 基 于 模 型 的 建 立 说 明 理 想 (完 美 )气 体 近 似 的 基 本 假 设 和 实 际 气 体 偏 离 理 想 (完 美 )气 体 行 为 的 原 因 ， 修 正理想 (完 美 )气 体 模 型 的 基 本 思 路 ， 展 示 采 用 模型化 方 法 处 理 问 题 的 素 质 ；(2) 能 够 从 分 子 角 度 说 明 真 实 气 体 状 态 方 程 的 多 样 性 。 4.2 气体分子动 理 论 知识点 ： ( 1 ) 压 力 和 温 度 的 统 计 概 念 最 概 然 速 率 数 学 平 均 速 率 根均方速率 麦 克斯韦 (Maxwell)速率分布定律 速 率 分 布 的 影 响 因 素 ( 2 ) 分 子 的 平 均 自 由 程 碰 撞 直 径 碰 撞 截 面 碰 撞 频 率 分子隙流 *分 子 束 能 力 ： (1)利 用 气 体 分 子 动理论 说 明 三 个 气 体 经 验 定 律 ； (2)推 导 麦 克 斯 韦 速 率 分 布 定 律 。 素 质 ：(1)基 于 统 计 的 观 念 说 明 微 观 和 宏 观 的 区 别 和 联 系 ，并 能 够 从 微 观 角 度 解 释 宏 观 性 质 ； (2)从 微 观 和 宏 观 联 系 角 度 说 明 分 子 平 均 平 动 能 与 温 度 的 关 系 。 4.3 热力学第一定律 知识点： ( 1 ) 系统与 环 境 (2) 状 态 性 质 广 度 性 质 强 度 性 质 ( 3 ) 热力学平衡 热 平 衡 力平衡 相平衡 化学平衡 平衡态 准 静 态 非平衡态 ( 4 ) 状态函数 状 态 方 程 状 态 函 数 法 ( 5 ) 过 程 等温过程 等压过程 等 容 过 程 绝热过程 循 环 过 程 可逆过 程 不 可 逆 过 程 准 静 态 过 程 节 流 过 程 ( 6 ) 功 体 积 功 非 体积功 热 热 力 学 能 焓 热 容 定容热容 定 压 热 容 (7) 热 力 学 第 一 定 律 及 其 数 学 表 达 式 (8) 热功转换 卡 诺 (Carnot)循 环 卡 诺 定 理 热 机 效 率 冷 冻 系 数 (9) 节 流 膨 胀 焦 耳 (Joule)-汤姆孙 (Thomson)效 应 焦 耳 -汤 姆 孙 系 数 转 化 温 度 ( 1 0 ) 实 际 气 体 的 热 力 学 能 和 焓 ( 1 1 ) 热化学 反 应 进 度 等 压 热 效 应 等 容 热 效 应 标 准 反 应 焓 变 标 准 生成焓 键 焓 离 子 生 成 焓 标 准 燃 烧 焓 相变焓 溶 解 热 稀释热 混 合 热 基尔霍夫 (Kirchhoff)定 律 能 力 ：(1) 计 算 各 类 过 程 所 对 应 的 功 、热 和 热 力 学 能 变 化 ；(2) 书 写 热 化 学 方 程 式 并 进 行 相 关 计 算 ； (3) 计 算 不 同 温 度 下 的 反 应 热 效 应 ； (4) 计 算 热 功 转 化 效 率
大学化学 VoL 34 素质:(1)说明各类系统的性质及其对开展物理化学研究的意义:(2)能够从 微观层面说明热及热传导的本质以及体积功的本质;(3)能够运用能量守恒与转化 的观念解释相关现象并做出合理判断:(4)能够运用状态函数法说明计算系统状态 变化过程的能量变化的原理:(5)能够从分子运动角度说明气体的热容:(6)能够 从微观角度说明理想(完美)气体和非理想(非完美)气体热力学性质差异的原因 (⑦)能够从理论角度说明热效应测量的思路和方法。 4.4热力学第二定律 知识点: (1)方向与限度自发变化非自发变化 (2)自发变化的共同特征热力学第二定律的经典表述 (3)热温商熵克劳修斯( Clausius)不等式熵增加原理能量退降 (4)亥姆霍兹( Helmholtz)自由能吉布斯( Gibbs)自由能吉布斯一亥姆霍兹 方程 (5)热力学基本方程麦克斯韦( Maxwel)关系式 (6)特性函数变化方向和限度以及过程可逆与否的热力学判据(或变化的方 向和平衡条件) (7)热力学第三定律规定熵 能力:(1)计算各类过程的熵变:(2)计算各类过程和不同温度下的亥姆霍兹自 由能和吉布斯自由能变化;(3)应用麦克斯韦关系式推导或者证明各热力学函数间的 关系。 素质:(1)通过运用状态函数对变化的方向和限度以及过程的可逆与否进行判断 (②)能够基于函数间关系说明通过容易测量的物理量测量或者计算难以测量物理量 的灵活思路和多样化方法。 4.5统计热力学基础 知识点: (1)宏观状态微观状态能级简并度微观状态数(热力学概率)玻耳 兹曼( Boltzmann)公式 (2)定域子系统离域子系统独立子系统相依子系统 (3)统计热力学基本假定统计分布统计平均最概然分布玻耳兹曼 分布定律 (4)麦克斯韦一玻耳兹曼统计玻色(Bose)-爱因斯坦( Einstein)统计 米 ( Fermi)-狄拉克( Dirac)统计*系综 (5)配分函数的定义及其分解(析因子)配分函数与热力学函数的关系 (6)能量零点的选取及其与配分函数的关系自由能函数焓函数 (⑦)热力学能和热容的微观解释 能力:(1)能够利用玻耳兹曼分布定律计算各种分布的概率;(2)能够利用分子 性质计算各种配分函数,表示和计算相关热力学函数、平衡常数:(3)对热容进行理 论估算:(4)能够利用自由能函数和热函函数计算化学反应的吉布斯自由能变化和焓 变 素质:(1)能够从统计角度说明热力学定律的本质和熵的物理意义,正确使用熵 的概念:(2)说明统计在联系微观状态和宏观规律中的作用:(3)说明撷取最大项法 及其原理;(4)说明麦克斯韦-玻耳兹曼统计、玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统 计的异同
4 大 学 化 学 Vol.34 素 质 ： (1) 说 明 各 类 系 统 的 性 质 及 其 对 开 展 物 理 化 学 研 究 的 意 义 ； ( 2) 能够从 微观层面说明热及热传导的本质以及体积功的本质； ( 3 ) 能 够 运 用 能量守 恒 与转化 的 观念解释相关现象并 做 出合理判断； (4) 能 够 运 用 状 态 函 数 法 说明计算 系统状态 变 化 过 程 的 能 量 变 化 的 原 理 ； (5) 能 够 从 分 子 运 动 角 度 说 明 气 体 的 热 容 ； (6) 能 够 从 微 观 角 度 说 明 理 想（ 完 美 ）气 体 和 非 理 想（ 非 完 美 ）气 体 热 力 学 性 质 差 异 的 原 因 ； ( 7 ) 能 够 从 理 论 角 度 说 明 热 效 应 测 量 的 思 路 和 方 法 。 4 .4 热力学第二定律 知识点 ： (1) 方 向 与 限 度 自 发 变 化 非 自 发 变 化 (2) 自 发 变 化 的 共 同 特 征 热 力 学 第 二 定 律 的 经 典 表 述 ( 3 ) 热温商 熵 克 劳 修 斯 (Clausius)不 等 式 熵 增 加 原 理 能 量 退 降 ( 4 ) 亥 姆 霍 兹 (Helmholtz)自 由 能 吉布斯 (Gibbs)自 由 能 吉布斯 -亥 姆 霍 兹 方 程 ( 5 ) 热力学 基 本 方 程 麦克斯韦 (Maxwell)关系式 (6 ) 特 性 函 数 变 化 方 向 和 限 度 以 及 过 程 可 逆 与 否 的 热 力 学 判 据 （ 或 变 化 的 方 向 和 平 衡 条 件 ） (7) 热 力 学 第 三 定 律 规定熵 能 力 ： (1)计算各类 过 程 的 熵 变 ； (2)计 算 各 类 过 程 和 不 同 温 度 下 的 亥 姆 霍 兹 自 由 能 和 吉 布 斯 自 由 能 变 化 ；(3)应 用 麦 克 斯 韦 关 系 式 推 导 或 者 证 明 各 热 力 学 函 数 间 的 关 系 。 素质：(1)通 过 运 用 状 态 函 数 对 变 化 的 方 向 和 限 度 以 及 过 程 的 可 逆 与 否 进 行 判 断 ； ( 2 )能 够 基 于 函 数 间 关 系 说 明 通 过 容 易 测 量 的 物 理 量 测 量 或 者 计 算 难 以 测 量 物 理 量 的 灵 活 思 路 和 多 样 化 方 法 。 4.5 统计热力学基础 知识点： ( 1 ) 宏 观 状 态 微 观 状 态 能 级 简 并 度 微 观 状态数 (热 力 学 概 率 ) 玻 耳 兹 曼 (Boltzmann)公 式 ( 2 ) 定域子 系 统 离 域 子 系 统 独 立 子 系 统 相 依 子系统 (3 ) 统 计 热 力 学 基 本 假 定 统 计 分 布 统计平均 最 概 然 分 布 玻 耳 兹 曼 分 布 定 律 ( 4 ) 麦克斯韦 -玻 耳 兹 曼 统 计 玻 色 (Bose)-爱 因 斯 坦 (Einstein)统 计 费 米 (Fermi)-狄拉克 (Dirac)统 计 *系 综 ( 5 ) 配 分 函 数 的 定 义 及 其 分 解 （ 析 因 子 ） 配 分 函 数 与 热 力 学 函 数 的 关 系 (6) 能 量 零 点 的 选 取 及 其 与 配 分 函 数 的 关 系 自 由 能 函 数 焓 函 数 (7) 热 力 学 能 和 热 容 的 微 观 解 释 能 力 ： (1)能够利用 玻耳兹曼 分 布 定 律 计 算 各 种 分 布 的 概 率 ； (2 )能 够 利 用 分 子 性 质 计 算 各 种 配 分 函 数 ，表 示 和 计 算 相 关 热 力 学 函 数 、平 衡 常 数 ；(3 )对 热 容 进 行 理 论估算 ；(4)能 够 利 用 自 由 能 函 数 和 热 函 函 数 计 算 化 学 反 应 的 吉 布 斯 自 由 能 变 化 和 焓 变 。 素 质 ：(1)能 够 从 统 计 角 度 说 明 热 力 学 定 律 的 本 质 和 熵 的 物 理 意 义 ，正 确 使 用 熵 的概念； (2)说 明 统 计 在 联 系 微 观 状 态 和 宏 观 规 律 中 的 作 用 ； (3)说明撷取 最大项 法 及 其 原 理 ； (4)说 明 麦 克 斯 韦 -玻 耳 兹 曼 统 计 、玻色 -爱 因 斯 坦 统 计 和费米 -狄 拉 克 统 计 的 异 同
4.6非平衡态热力学简介 知识点 (1)非平衡态稳(定)态局域平衡假设熵产生熵流熵产生率力 流力与流的线性唯象关系盎萨格( Onsager)倒易关系最小熵产生原理 (2)非线性非平衡定态稳定性的判据耗散结构自组织现象 能力:利用非平衡态热力学解释相关现象。 素质:(1)能够说明最小熵产生及其应用条件;(2)能够说明耗散结构和自组 织现象产生的条件。 4.7化学热力学(多组分系统、化学平衡和相平衡部分) 知识点: (1)偏摩尔量偏摩尔量加和公式化学势及其表达式标准态化学势等温 式组成可变系统热力学基本方程吉布斯一杜安( Duhem)公式平衡条件平衡 稳定性判据杜安-马居尔( Margule)公式 (2)组分均相系统多相系统理想液体混合物非理想液体混合物逸 度逸度系数理想稀溶液拉乌尔( Raoult)定律亨利( Henry)定律依数性 活度活度系数渗透因子超额函数 (3)化学反应亲合势化学平衡标准平衡常数化学反应的等温方程活 度商范托夫(van' t Hoff)方程溶液中的化学平衡 (4)相物种独立组分数自由度相律克劳修斯( Clausius)-克拉佩龙 ( Clapeyron)方程 (5)相图单组分系统相图超临界状态超临界流体一级相变*二级相 (6)二组分系统相图溶解度曲线杠杆原理完全互溶双液系统最低恒 沸点最髙恒沸点部分互溶双液系统会溶温度完全不互溶双液系统低共 熔系统固态部分互溶系统固溶体区域熔炼低共熔混合物最低共熔温度 转熔温度步冷曲线 (7)三组分相图等边三角形坐标表示法二固体一液体水盐体系三组分 低共熔系统直角坐标表示法 能力:(1)计算各类系统以及不同温度、压力下的化学势:(2)能够说明逸度系 数、活度系数的测量和求算方法:(3)能够应用相律说明系统的状态:(4)能够绘制 简单系统的相图,对重要的单组分系统、二组分系统、三组分系统的相图进行说明: 能够应用相图解释相关现象和过程:(5)能够基于平衡进行计算并解释相关实验现象 素质:(1)能够从化学势角度判断反应或者过程发生的方向和限度:(2)能够从 微观角度说明理想和非理想液态混合物的异同:(3)能够基于稀溶液依数性预测相关 变化规律,解释相关现象:(4)能够从多相系统平衡角度分析说明相关现象和应用 (5)能够基于超临界流体的特征解释相关现象和应用;(6)能够从平衡影响因素角度 解释相关变化及其应用:(⑦)能够说明多相化学平衡和固相反应的特征。 4.8化学动力学 知识点 (1)化学反应速率动力学曲线速率方程速率常数反应级数准级数 反应简单级数反应及其速率方程半衰期质量作用定律 (2)反应机理基元反应中间体简单反应复杂反应反应分子数 微观可逆性原理
4.6 非 平衡态热力学 简 介 知识点 ： (1) 非平衡态 稳 (定 )态 局 域 平 衡 假 设 熵 产 生 熵 流 熵产生率 力 流 力 与 流 的 线 性 唯 象 关 系 盎 萨 格 (Onsager)倒 易 关 系 最 小 熵 产 生 原 理 (2) 非 线 性 非 平 衡 定 态 稳 定 性 的 判 据 耗 散 结 构 自 组 织 现 象 能 力 ： 利 用 非 平 衡 态 热 力 学 解 释 相 关 现 象 。 素 质 ： (1) 能 够 说 明 最 小 熵 产 生 及 其 应 用 条 件 ； ( 2 ) 能 够 说 明 耗 散 结 构 和 自 组 织现象 产 生 的 条 件 。 4.7 化学热力学 （多组分系统、化学平衡 和 相平衡部分） 知识点 ： ( 1 ) 偏摩尔量 偏 摩 尔 量 加 和 公 式 化学势 及 其 表 达 式 标准态 化 学 势 等 温 式 组 成 可 变 系 统 热 力 学 基 本 方 程 吉布斯 -杜 安 (Duhem)公 式 平衡条件 平 衡 稳 定 性 判 据 杜 安 -马居尔 (Margule)公 式 (2) 组 分 均 相 系 统 多 相 系 统 理 想 液 体 混 合 物 非 理 想 液 体 混合物 逸 度 逸 度 系 数 理想稀 溶 液 拉乌尔 (Raoult)定 律 亨 利 (Henry)定 律 依 数 性 活 度 活 度 系 数 渗 透 因 子 超 额 函 数 ( 3 ) 化 学 反 应 亲 合 势 化 学 平 衡 标 准 平 衡 常 数 化 学 反 应 的 等 温 方 程 活 度 商 范 托 夫 (v a n’t H o f f)方 程 溶 液 中 的 化 学 平 衡 ( 4 ) 相 物 种 独 立 组分数 自由度 相 律 克劳修斯 (Clausius)-克 拉 佩 龙 (Clapeyron)方 程 ( 5 ) 相 图 单 组 分 系 统 相 图 超 临 界 状 态 超 临 界 流 体 一 级 相 变 *二级相 变 ( 6 ) 二 组 分 系 统 相 图 溶解度 曲 线 杠 杆 原 理 完 全 互 溶 双 液 系 统 最低恒 沸 点 最高恒 沸 点 部 分 互 溶 双 液 系 统 会 溶 温 度 完 全 不 互 溶 双 液 系 统 低 共 熔 系 统 固 态 部 分 互 溶 系 统 固 溶 体 区 域 熔 炼 低 共 熔 混 合 物 最 低 共 熔 温 度 转熔温度 步 冷 曲 线 ( 7 ) 三组分 相 图 等 边 三 角 形 坐 标 表 示 法 二 固 体 一 液 体 水 盐 体 系 三组分 低 共 熔 系 统 直 角 坐 标 表 示 法 能 力 ： (1)计算各类 系 统 以 及 不 同 温 度 、 压 力 下 的 化 学 势 ； (2)能够说明 逸 度 系 数 、活 度 系 数 的 测 量 和 求 算 方 法 ；(3)能够应用相律 说 明 系 统 的 状 态 ； (4)能够绘制 简 单 系 统 的 相 图 ，对 重 要 的 单 组 分 系 统 、二 组 分 系 统 、三 组 分 系 统 的 相 图 进 行 说 明 ； 能够应用 相 图 解 释 相 关 现 象 和 过 程 ；(5)能 够 基 于 平 衡 进 行 计 算 并 解 释 相 关 实 验 现 象 。 素 质 ： (1)能够从 化 学 势 角 度 判 断 反 应 或 者 过 程 发 生 的 方 向 和 限 度 ； (2)能 够 从 微 观 角 度 说 明 理 想 和 非 理 想 液 态 混 合 物 的 异 同 ；(3)能 够 基 于 稀 溶 液 依 数 性 预 测 相 关 变 化 规 律 ， 解 释 相 关 现 象 ； (4)能够从 多 相 系 统 平 衡 角 度 分 析 说 明 相 关 现 象 和 应 用 ； ( 5 ) 能够基于 超 临 界 流 体 的 特 征 解 释 相 关 现 象 和 应 用 ；(6)能够从平衡 影 响 因 素 角 度 解 释 相 关 变 化 及 其 应 用 ； (7)能 够 说 明 多 相 化 学 平 衡 和 固 相 反 应 的特征 。 4.8 化学动力学 知识点： ( 1 ) 化 学 反 应 速 率 动力学 曲 线 速 率 方 程 速 率 常 数 反 应 级 数 准 级 数 反 应 简 单 级 数 反 应 及 其 速 率 方 程 半衰期 质 量 作 用 定 律 ( 2 ) 反 应 机 理 基元反应 中间体 简 单 反 应 复 杂 反 应 反 应 分子数 微 观 可 逆 性 原 理