山东大学化学与化工学院 物理化学(2)》理论课程教学大纲 编写人:张树永 审定人 编制时间:2017年4月 审定时间 、课程基本信息 课程名称物理化学(双语2) 英文名称| Physical chemistry(2) 课程编码|sd011311710 开课单位化学与化工学院 口通识教育必修课程口通识教育核心课程 课程类别口通识教育选修课程口学科基础平台课程 回专业基础课程口专业必修课程口专业选修课程 课程性质团必修口选修 分 适用专业化学基地班 先修课程大学数学、大学物理、物理化学(1) 课程网站|a oursesdu. edu.cn/G2S/Template/View. aspx? action=view&courseT 、课程描述(不超过200字,须提供中、英文对照描述) 物理化学是化学专业的主干基础课程。以数学、物理学和物理化学(1)为基础,为后续 化学课程的学习以及学生未来从事化学研究和开发工作奠定基础。 物理化学(2)主要包括化学动力学、电化学、表面化学、胶体化学、催化化学、光化 学、溶液化学等内容。其蕴含的方法论知识主要包括:变化过程的表示、相关参数的表征、 科学研究的特殊方法、一般方法和化学学科思维等。物理化学(2)具有完善的知识框架和 系统的学科思维体系,对学生理解、思考和判断化学现象,提出、分析和解决化学相关问题 具有重要的意义。通过学习物理化学(2),学生可以发展思维能力、批判精神和创新意识 Physical chemistry is one of the most important foundation courses for chemistry major. This course sets its base on the advanced mathematics and college physics, provides solid supports for the subsequent courses for chemical major, and strongly backs up the future development of students in chemistry and other related careers. Physical chemistry course covers many chemistry branches such as kinetics, electrochemistry, surface chemistry, colloidal chemistry, catalysis chemistry photochemistry and solution chemistry etc. Physical chemistry is an accumulation of the important weltanschauung and methodologies of chemistry discipline, including the way to describe change processes, determination of some important physo-chemical parameters, the special method to solve definite problems and the general way of thinking. It has perfect knowledge network and systematic patterns of thinking. It is helpful for students to understand, reflect on and comment on the chemical
山东大学 化学与化工 学院 《 物理化学（2） 》理论课程教学大纲 编写人： 张树永 审定人： 编制时间：2017 年 4 月 审定时间： 一、课程基本信息： 课程名称 物理化学（双语 2） 英文名称 Physical chemistry (2) 课程编码 sd01131171-0 开课单位 化学与化工学院 课程类别 □通识教育必修课程 □通识教育核心课程 □通识教育选修课程 □学科基础平台课程 专业基础课程 □专业必修课程 □专业选修课程 课程性质 必修 □选修 学分 64 学时 4 适用专业 化学基地班 先修课程 大学数学、大学物理、物理化学（1） 课程网站 http://course.sdu.edu.cn/G2S/Template/View.aspx?action=view&courseType=0&courseId=13 二、课程描述（不超过 200 字，须提供中、英文对照描述） 物理化学是化学专业的主干基础课程。以数学、物理学和物理化学(1)为基础，为后续 化学课程的学习以及学生未来从事化学研究和开发工作奠定基础。 物理化学（2）主要包括化学动力学、电化学、表面化学、胶体化学、催化化学、光化 学、溶液化学等内容。其蕴含的方法论知识主要包括：变化过程的表示、相关参数的表征、 科学研究的特殊方法、一般方法和化学学科思维等。物理化学（2）具有完善的知识框架和 系统的学科思维体系，对学生理解、思考和判断化学现象，提出、分析和解决化学相关问题 具有重要的意义。通过学习物理化学（2），学生可以发展思维能力、批判精神和创新意识。 Physical chemistry is one of the most important foundation courses for chemistry major. This course sets its base on the advanced mathematics and college physics, provides solid supports for the subsequent courses for chemical major, and strongly backs up the future development of students in chemistry and other related careers. Physical chemistry course covers many chemistry branches such as kinetics, electrochemistry, surface chemistry, colloidal chemistry, catalysis chemistry, photochemistry and solution chemistry etc. Physical chemistry is an accumulation of the important weltanschauung and methodologies of chemistry discipline, including the way to describe change processes, determination of some important physo-chemical parameters, the special method to solve definite problems and the general way of thinking. It has perfect knowledge network and systematic patterns of thinking. It is helpful for students to understand, reflect on and comment on the chemical
henomena, to find analyze and solve chemistry and related problems. Physical chemistry(2)pays much more attention to cultivate the thinking ability, critical spirit and innovation consciousness of the students 三、课程教学目标和教学要求 【教学目标】 通过学习学生可以形成系统的化学理论框架,掌握化学学科的思维方式和解决问题的思 路和方法,增强发现和提出问题,对问题进行综合分析,提出解决问题的方案并对方案的可 行性和局限性进行评价的能力,养成批判精神、创新意识,发展应用能力,树立正确的世界 观、人生观、价值观,能够从化学哲学的角度观察和思考化学学科的发展。 【教学要求】 除了掌握和运用物理化学的基础知识和基本理论之外,还应达到以下要求: 教学要求-1:利用物理化学的原理和方法对化学反应速率进行研究、分析和判断: 教学要求-2:从微观和统计角度解释宏观过程及其性质: 教学要求-3:能够运用化学研究的一般方法和思路进行观察、分析、推理和判断 教学要求-4:能够从科学研究和生产生活中发现和提出科学问题,并利用物理化学原理 和方法进行分析: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解决问题的方 案,并评价方案的可行性和局限性 教学要求-5:能够对现有概念、原理和方法等进行批判性思考,说明其成功与不足、应 用的条件及局限性,能够提出自己的观点 教学要求-6:具有自主学习和终身学习的能力;能够查阅、综述和评价相关文献,开展 拓展性学习:使用相关数据处理和分析软件辅助分析。 教学要求-7:能够以正确的世界观、人生观和价值观观察和思考,并做出正确的价值判 断,演绎律己、关心社会、积极向上。 四、课程教学内容及学时分配 第九章化学动力学基本原理 第九章主要包括2部分内容:唯像动力学和动力学理论。通过学习,学生能够辨析反 应速率、反应级数、活化能等重要概念:能够对反应速率的影响因素的进行研究,分析简单 级数反应的动力学特征并进行相关计算:能够分析温度对反应速率常数的影响,能够通过改 变温度改变反应的速率和选择性。能够理解在经验公式的基础上建立简化模型,推导动力学 方程并最终建立理论的科硏基本思路。并利用反应理论对实验现象进行深入的分析。 第9.1节引言(1学时) 【教学目标和要求】 1.说明化学动力学研究范畴及与热力学的区别:2.说明动力学研究的主要内容。 【具体教学内容】 知识:1.说明反应速率、反应机理、动力学理论、化学动态学等概念:2.比较简单反应
phenomena, to find, analyze and solve chemistry and related problems. Physical chemistry (2) pays much more attention to cultivate the thinking ability, critical spirit and innovation consciousness of the students. 三、课程教学目标和教学要求 【教学目标】 通过学习学生可以形成系统的化学理论框架，掌握化学学科的思维方式和解决问题的思 路和方法，增强发现和提出问题，对问题进行综合分析，提出解决问题的方案并对方案的可 行性和局限性进行评价的能力，养成批判精神、创新意识，发展应用能力，树立正确的世界 观、人生观、价值观，能够从化学哲学的角度观察和思考化学学科的发展。 【教学要求】 除了掌握和运用物理化学的基础知识和基本理论之外，还应达到以下要求： 教学要求-1：利用物理化学的原理和方法对化学反应速率进行研究、分析和判断； 教学要求-2：从微观和统计角度解释宏观过程及其性质； 教学要求-3：能够运用化学研究的一般方法和思路进行观察、分析、推理和判断； 教学要求-4：能够从科学研究和生产生活中发现和提出科学问题，并利用物理化学原理 和方法进行分析；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解决问题的方 案，并评价方案的可行性和局限性； 教学要求-5：能够对现有概念、原理和方法等进行批判性思考，说明其成功与不足、应 用的条件及局限性，能够提出自己的观点； 教学要求-6：具有自主学习和终身学习的能力；能够查阅、综述和评价相关文献，开展 拓展性学习；使用相关数据处理和分析软件辅助分析。 教学要求-7：能够以正确的世界观、人生观和价值观观察和思考，并做出正确的价值判 断，演绎律己、关心社会、积极向上。 四、课程教学内容及学时分配 第九章 化学动力学基本原理 第九章主要包括 2 部分内容：唯像动力学和动力学理论。通过学习，学生能够辨析反 应速率、反应级数、活化能等重要概念；能够对反应速率的影响因素的进行研究，分析简单 级数反应的动力学特征并进行相关计算；能够分析温度对反应速率常数的影响，能够通过改 变温度改变反应的速率和选择性。能够理解在经验公式的基础上建立简化模型，推导动力学 方程并最终建立理论的科研基本思路。并利用反应理论对实验现象进行深入的分析。 第 9.1 节 引言 （1 学时） 【教学目标和要求】 1.说明化学动力学研究范畴及与热力学的区别；2.说明动力学研究的主要内容。 【具体教学内容】 知识：1.说明反应速率、反应机理、动力学理论、化学动态学等概念；2.比较简单反应
复杂反应、基元反应、单分子、双分子和三分子反应等概念。 能力:能够对反应进行分类 素质:说明动力学的研究范畴及与热力学的区别 【教学和学习建议】 阅读相关内容,说明热力学和动力学的异同以及动力学从宏观到微观的发展趋势 【教学/考核难点重点】 1.反应机理;2.反应分子数;3.反应分类 第9.2节反应速率和速率方程(1学时,其中练习10min) 【教学目标和要求】 1.说明反应速率的表示方式;2.辨析反应速率测量的原理和方法;3.写出基元反应的 速率方程 【具体教学内容】 知识:1.辨析反应速率、平均速率、瞬息速率、初始速率、真实速率等概念的异同:2. 说明动力学曲线和速率的数学含义;3.说明动力学曲线的测量方法:时间测量、浓度测量 (物理方法、化学方法)、静态法、动态法;4.说明速率方程的表示形式:微分方程、积 分方程:速率常数、反应级数:5.说明质量作用定律及其适用范围 能力:1.能够写出速率方程的微分形式;2.能够写出基元反应的速率方程 素质:理解化学方法和物理方法测量浓度的局限性 【教学和学习建议】 1.通过联系理解反应进度表示速率的优势:4.联系基元反应速率方程的书写:3.小 组作业辨析影响反应速率的因素,掌握单一因素研究的思路 【教学/考核难点重点】 1.动力学曲线:2.书写基元反应的速率方程:3.反应级数与反应分子数。 第9.3节简单级数反应的动力学规律(1课时,其中学生小组汇报10min) 【教学目标和要求】 1.根据反应级数对反应进行的分类;2.说明简单级数反应的动力学方程的微分形式 积分形式及分析动力学方程的特点和应用 【具体教学内容】 知识:1.写出一级反应、二级反应、三级反应、零级反应动力学方程的微分形式、积分 形式、速率常数单位:2.析出各级数反应的线性关系、半衰期;3.说明同位素断代法、药物 半衰期的相关原理:4.辨析准级数反应的产生和判判别 能力:1.能够导出各级数反应的动力学方程;2.能够对各级数反应进行相关计算。 素质:1.通过准级数反应说明如何科学观察实验现象。2.分析处理无法完成反应的方 法思路。 【教学和学习建议】 1.按反应级数对反应进行分类;2.自学反应的动力学方程的微分、积分形;3.列表比
复杂反应、基元反应、单分子、双分子和三分子反应等概念。 能力：能够对反应进行分类； 素质：说明动力学的研究范畴及与热力学的区别。 【教学和学习建议】 阅读相关内容，说明热力学和动力学的异同以及动力学从宏观到微观的发展趋势； 【教学/考核难点重点】 1. 反应机理；2. 反应分子数；3. 反应分类。 第 9.2 节 反应速率和速率方程（1 学时，其中练习 10 min） 【教学目标和要求】 1. 说明反应速率的表示方式；2. 辨析反应速率测量的原理和方法；3.写出基元反应的 速率方程。 【具体教学内容】 知识：1.辨析反应速率、平均速率、瞬息速率、初始速率、真实速率等概念的异同；2. 说明动力学曲线和速率的数学含义；3. 说明动力学曲线的测量方法：时间测量、浓度测量 （物理方法、化学方法）、静态法、动态法；4. 说明速率方程的表示形式：微分方程、积 分方程；速率常数、反应级数；5. 说明质量作用定律及其适用范围。 能力：1. 能够写出速率方程的微分形式；2. 能够写出基元反应的速率方程。 素质：理解化学方法和物理方法测量浓度的局限性。 【教学和学习建议】 1. 通过联系理解反应进度表示速率的优势；4.联系基元反应速率方程的书写；3. 小 组作业辨析影响反应速率的因素，掌握单一因素研究的思路； 【教学/考核难点重点】 1. 动力学曲线；2. 书写基元反应的速率方程；3.反应级数与反应分子数。 第 9.3 节 简单级数反应的动力学规律（1 课时，其中学生小组汇报 10 min） 【教学目标和要求】 1. 根据反应级数对反应进行的分类；2.说明简单级数反应的动力学方程的微分形式、 积分形式及分析动力学方程的特点和应用； 【具体教学内容】 知识：1.写出一级反应、二级反应、三级反应、零级反应动力学方程的微分形式、积分 形式、速率常数单位；2.析出各级数反应的线性关系、半衰期；3.说明同位素断代法、药物 半衰期的相关原理；4.辨析准级数反应的产生和判判别。 能力：1. 能够导出各级数反应的动力学方程；2. 能够对各级数反应进行相关计算。 素质：1.通过准级数反应说明如何科学观察实验现象。2. 分析处理无法完成反应的方 法思路。 【教学和学习建议】 1. 按反应级数对反应进行分类；2.自学反应的动力学方程的微分、积分形；3.列表比
较各种级数反应的动力学特征:4.通过练习完成相关计算。 【教学/考核难点重点】 1.动力学方程推导和的相关计算:2.动力学方程微分、积分的一般形式。 第9.4节反应级数的测定(1课时,课后1小时作业) 【教学目标和要求】 1.分析测量反应级数的原理、方法及其局限性,能够正确确定反应级数:2.能够对溶 剂和催化剂参与的反应进行正确处理。 【具体教学内容】 知识:1.对确定方法进行分类和分析:积分法(尝试法、作图法、半衰期法)、微分法 (作图法、计算法)、分级数方法、孤立法。2.辨析对浓度而言和对时间而言的反应级数概 念,及导致差异的原因和应用 能力:能够通过多种方法正确确定反应的级数 素质:能够分析影响反应级数确定的可能因素 【教学和学习建议】 1.通过举例和讲解说明每一种方法的原理和局限性:2.通过比较说明作图法的优势 3.分析对时间而言和对浓度而言的反应级数及其差异:4.通过练习使学生掌握各种确定反应 级数的方法 【教学/考核难点重点】 1.反应级数的确定:2.准级数反应的判断 第9.5节温度对反应速率的影响(2课时,) 【教学目标和要求】 1.说明阿伦尼乌斯经验公式,计算不同温度下的反应速率,设计反应温度,调整产物比 例;2.说明不同的活化能定义,活化能与反应速率的关系,并估算反应的活化能 【具体教学内容】 知识:1.说明温度影响反应速率的类型:2.辨析范托夫经验规则,阿伦尼乌斯经验公式、 指前因子、活化能、活化分子,实验活化能,表观活化能,托尔曼活化能等概念:3.说明 活化能与反应分子能量的关系,进行活化能的估算,说明复杂反应的活化能的物理意义;4 说明活化能与温度的关系,非线性关系的校正 能力:1.通过进行活化能计算和估算:2.能够对反应速率和反应的选择性进行计算和 调整 素质:1.说明活化能和活化分子概念的重要性:2.说明阿伦尼乌斯经验公式的导出的 科学意义。 【教学和学习建议】 1.比较范托夫经验规则和阿伦尼乌斯经验公式优劣:2.示意图讲解活化能与体系热力 学能的关系、托尔曼活化能、活化能与温度的关系;3.练习实验活化能的计算、活化能的估 算和适宜反应温度的确定
较各种级数反应的动力学特征；4. 通过练习完成相关计算。 【教学/考核难点重点】 1.动力学方程推导和的相关计算；2. 动力学方程微分、积分的一般形式。 第 9.4 节 反应级数的测定(1 课时，课后 1 小时作业) 【教学目标和要求】 1.分析测量反应级数的原理、方法及其局限性，能够正确确定反应级数；2. 能够对溶 剂和催化剂参与的反应进行正确处理。 【具体教学内容】 知识：1. 对确定方法进行分类和分析：积分法（尝试法、作图法、半衰期法）、微分法 （作图法、计算法）、分级数方法、孤立法。2.辨析对浓度而言和对时间而言的反应级数概 念，及导致差异的原因和应用。 能力：能够通过多种方法正确确定反应的级数。 素质：能够分析影响反应级数确定的可能因素。 【教学和学习建议】 1. 通过举例和讲解说明每一种方法的原理和局限性；2.通过比较说明作图法的优势； 3.分析对时间而言和对浓度而言的反应级数及其差异；4.通过练习使学生掌握各种确定反应 级数的方法。 【教学/考核难点重点】 1. 反应级数的确定；2. 准级数反应的判断 第 9.5 节 温度对反应速率的影响（2 课时，） 【教学目标和要求】 1.说明阿伦尼乌斯经验公式，计算不同温度下的反应速率，设计反应温度，调整产物比 例；2.说明不同的活化能定义，活化能与反应速率的关系，并估算反应的活化能。 【具体教学内容】 知识：1.说明温度影响反应速率的类型；2.辨析范托夫经验规则，阿伦尼乌斯经验公式、 指前因子、活化能、活化分子，实验活化能，表观活化能，托尔曼活化能等概念；3. 说明 活化能与反应分子能量的关系，进行活化能的估算，说明复杂反应的活化能的物理意义；4. 说明活化能与温度的关系，非线性关系的校正。 能力：1. 通过进行活化能计算和估算；2. 能够对反应速率和反应的选择性进行计算和 调整； 素质：1.说明活化能和活化分子概念的重要性；2. 说明阿伦尼乌斯经验公式的导出的 科学意义。 【教学和学习建议】 1. 比较范托夫经验规则和阿伦尼乌斯经验公式优劣；2.示意图讲解活化能与体系热力 学能的关系、托尔曼活化能、活化能与温度的关系；3.练习实验活化能的计算、活化能的估 算和适宜反应温度的确定
【教学/考核难点重点】 1.阿伦尼乌斯公式的使用条件;2.活化能理论估算的前提要求。 第9.6节双分子反应的简单碰撞理论(2学时,学生分析结果10min) 【教学目标和要求】 1.说明简单碰撞理论理论的模型和假设:2.说明有效碰撞频率的计算原理和相关近似, 能够计算碰撞频率 【具体教学内容】 知识:1.说明简单碰撞理论的基本假设:2.辨析碰撞半径、碰撞截面、碰撞频率、有效 碰撞频率等概念:3.说明简单碰撞理论动力学表达式;4.说明空间因子与模型修正 能力:1.能够推导碰撞频率的表达式并进行相关计算:2.能够对简单碰撞理论的成 败进行评价 素质:理解模型简化的原理和修正的方法 【教学和学习建议】 1.分析碰撞理论的基本假设和理论处理;2.练习计算碰撞频率的方法; 【教学/考核难点重点】 1.动力学公式的推导;2.平动能与活化能的关系:3.空间因子校正的意义。 第9.7节基元反应的过渡态理论大意(2课时,) 【教学目标和要求】 1.说明过渡态理论的基本假设;2.推导过渡态理论的速率方程和其热力学形式,能够进 行相关计算并解释相关实验事实 【具体教学内容】 知识:1.说明过渡态理论模型的基本假设:2.说明零点能、键长、分解渐近线、共线碰 撞势能面、投影、反应坐标等概念:3.寿命过渡态理论的速率方程;4.辨析活化熵、活化 焓、活化吉布斯自由能的概念,说明过渡态理论的速率方程的热力学形式;5.说明空间因 子和活化熵的关系 能力:1.能够推导过渡态理论的速率方程及其热力学形式;2.能够利用过渡态理论 公式解释相关现象并进行相关计算。 素质:1.说明势能的含义;2.比较实验活化能,托尔曼活化能、简单碰撞理论活化能和 过渡态活化能的物理意义;3.说明标准活化熵与空间因子的关系; 【教学和学习建议】 1.讨论过渡态理论的基本假设和基本结果;2.通过对比讨论,明确活化能的本质异 同:3.练习过渡态理论速率方程的相关计算 【教学/考核难点重点】 1.零点能和活化能的关系:2.过渡态理论速率方程和其热力学形式;3.相关物理量 的计算
【教学/考核难点重点】 1. 阿伦尼乌斯公式的使用条件；2. 活化能理论估算的前提要求。 第 9.6 节 双分子反应的简单碰撞理论（2 学时，学生分析结果 10 min） 【教学目标和要求】 1. 说明简单碰撞理论理论的模型和假设；2.说明有效碰撞频率的计算原理和相关近似， 能够计算碰撞频率。 【具体教学内容】 知识：1.说明简单碰撞理论的基本假设；2.辨析碰撞半径、碰撞截面、碰撞频率、有效 碰撞频率等概念；3. 说明简单碰撞理论动力学表达式；4.说明空间因子与模型修正。 能力：1. 能够推导碰撞频率的表达式并进行相关计算；2. 能够对简单碰撞理论的成 败进行评价。 素质：理解模型简化的原理和修正的方法 【教学和学习建议】 1. 分析碰撞理论的基本假设和理论处理；2. 练习计算碰撞频率的方法； 【教学/考核难点重点】 1. 动力学公式的推导；2.平动能与活化能的关系；3.空间因子校正的意义。 第 9.7 节 基元反应的过渡态理论大意（2 课时，） 【教学目标和要求】 1.说明过渡态理论的基本假设；2.推导过渡态理论的速率方程和其热力学形式，能够进 行相关计算并解释相关实验事实。 【具体教学内容】 知识：1.说明过渡态理论模型的基本假设；2.说明零点能、键长、分解渐近线、共线碰 撞势能面、投影、反应坐标等概念；3. 寿命过渡态理论的速率方程；4. 辨析活化熵、活化 焓、活化吉布斯自由能的概念，说明过渡态理论的速率方程的热力学形式；5. 说明空间因 子和活化熵的关系。 能力：1. 能够推导过渡态理论的速率方程及其热力学形式；2. 能够利用过渡态理论 公式解释相关现象并进行相关计算。 素质：1.说明势能的含义；2.比较实验活化能，托尔曼活化能、简单碰撞理论活化能和 过渡态活化能的物理意义；3.说明标准活化熵与空间因子的关系； 【教学和学习建议】 1. 讨论过渡态理论的基本假设和基本结果；2. 通过对比讨论，明确活化能的本质异 同；3. 练习过渡态理论速率方程的相关计算。 【教学/考核难点重点】 1. 零点能和活化能的关系；2. 过渡态理论速率方程和其热力学形式；3. 相关物理量 的计算