物理化學(xué)教學(xué)大綱-預(yù)覽頁

　

【正文】 修課程： 無機與分析化學(xué) 高等數(shù)學(xué)二、課程的性質(zhì)和目的本課程是材料科學(xué)與工程及高分子材料與工程專業(yè)的專業(yè)必修課。四、理論教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配（1）緒論、熱力學(xué)第一定律(10學(xué)時)1．掌握熱力學(xué)基本概念（內(nèi)能、熱、功、焓、熱容）和熱力學(xué)第一定律。2．掌握熱力學(xué)函數(shù)熵S、亥姆霍茲自由焓 A、吉布斯函數(shù) G。2．掌握理想、非理想氣體、溶液各組分化學(xué)勢的計算。3．掌握平衡常數(shù)與溫度、壓力的關(guān)系，影響化學(xué)平衡的因素。4．掌握杠桿規(guī)則在相圖中的應(yīng)用。4．掌握電極的極化作用、超電勢的原理及計算、溶液中不同成分的分離原理。4．掌握分散系統(tǒng)，膠體的制備及膠體體系的主要特點，電解質(zhì)溶液對膠體穩(wěn)定性的影響，電解質(zhì)聚沉能力的判斷，溶膠的膠團結(jié)構(gòu)的書寫與雙電層理論。七、考核方式及成績評定考核方式：采用期末閉卷考試與平時考核結(jié)合的方法。本課程采用多種教學(xué)手段和方法，精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，對于來自全國各地的優(yōu)質(zhì)學(xué)生來源，培養(yǎng)學(xué)生掌握運用冶金物化基本理論去解決實際問題的方法和能力，了解該學(xué)科的思維方法，培養(yǎng)冶金工程專業(yè)的本科生對新工藝、新流程設(shè)計能力、實踐探索能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。2．通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握冶金熱力學(xué)、冶金動力學(xué)的基本原理。2．課程難點活度的概念及活度標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的選擇；不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)活度及活度系數(shù)之間關(guān)系；相圖的基本規(guī)則（鄰接、相界限構(gòu)筑、二次體系副分、切線、阿爾克馬德、零變點）。教師在講解重點和難點內(nèi)容的過程中，要放慢速度，舉一反三。針對這些問題，也作為作業(yè)，要求學(xué)生寫出評論。四、教學(xué)內(nèi)容模塊一 理論課教學(xué)（64學(xué)時）緒論（2學(xué)時）現(xiàn)代冶金過程與冶金物理化學(xué)；冶金熱力學(xué)與冶金動力學(xué)的最新發(fā)展；如何學(xué)習(xí)冶金物理化學(xué)？（一）冶金熱力學(xué)部分（32學(xué)時）1． 熱力學(xué)基本定理及在冶金中的應(yīng)用（4學(xué)時） 幾個基本公式1）體系中組元i的自由能的描述；理想氣體體系中組元i的自由能；液相體系中組元i的自由能；固相體系中組元i的自由能。第4學(xué)時作業(yè)16 17 182．熱力學(xué)參數(shù)狀態(tài)圖（10學(xué)時） Ellingham圖思路：氧勢圖的形成原理氧勢圖的熱力學(xué)特征氧勢圖的應(yīng)用 具體內(nèi)容1）氧勢圖的形成原理；2）氧勢圖的熱力學(xué)特征；（特殊的線；直線斜率；直線位置）3）氧勢圖的應(yīng)用 第6學(xué)時作業(yè)14，19，110，111，112課外閱讀：氧氣標(biāo)尺；Jeffes圖；溶解在鐵溶液中的元素與氧氣反應(yīng)的氧勢圖具體內(nèi)容 1）相圖基本定律：相律、連續(xù)原理、相應(yīng)原理 2）三元系相圖的構(gòu)成：構(gòu)成原理、濃度三角形 3）三元系濃度三角形性質(zhì)：杠桿規(guī)則與重心規(guī)則第8學(xué)時作業(yè)： 314）三元系濃度三角形性質(zhì)：垂線、平行線、等含線、定比例、直線5）簡單共晶型三元系：圖的構(gòu)成、平面投影圖、結(jié)晶過程（冷卻組織及量杠桿原理應(yīng)用）、等溫線與截面。例題 28第222學(xué)時作業(yè)213 214 215理論模型。第228學(xué)時閱讀：固體氧化物的間接還原 選擇性還原過程熱力學(xué)；分析討論。第2學(xué)時作業(yè)51，52；思考題：51，52閱讀：串連反應(yīng) 擴散與傳質(zhì)費克第一定律；費克第二定律；費克二定律的特解（擴散偶；幾何面源）第4學(xué)時 閱讀：有效碰撞理論及過渡態(tài)理論 相際傳質(zhì)邊界層的概念；邊界層理論；傳質(zhì)系數(shù) 第6學(xué)時作業(yè)61 多相反應(yīng)動力學(xué)基本模型雙膜理論；溶質(zhì)滲透理論；表面更新理論；舉例6－6第8學(xué)時作業(yè)63，67；思考題：65 6．多相反應(yīng)動力學(xué)（22學(xué)時） 氣一固反應(yīng)（8學(xué)時）氣固反應(yīng)特點及處理方法； 1)外擴散為限制環(huán)節(jié)時反應(yīng)模型 第10學(xué)時2）內(nèi)擴散為限制環(huán)節(jié)時反應(yīng)模型 3）界面化學(xué)反應(yīng)為限制環(huán)節(jié)時反應(yīng)模型 第112學(xué)時4）內(nèi)擴散和界面化學(xué)反應(yīng)混合控速時反應(yīng)模型 5）一般情況 第114學(xué)時作業(yè)71，72；思考題71 未反應(yīng)核模型特殊條件下：外擴散、內(nèi)擴散或界面化學(xué)反應(yīng)控速應(yīng)用 及動力學(xué)參數(shù)獲取，舉例 第116學(xué)時作業(yè)73，74 ；思考題：72，73 氣一液反應(yīng)（8學(xué)時） 均相中氣泡的生成機理；例：碳氧反應(yīng)；非均相氣泡生成機理；活性氣隙的最大半徑；氣泡長大與上升動力學(xué)機理。根據(jù)冶金物理化學(xué)教學(xué)大綱，按照學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，密切結(jié)合冶金物理化學(xué)的特點，切實把握理論教學(xué)、實踐教學(xué)和科技創(chuàng)新環(huán)節(jié)，注重相互之間的聯(lián)系與結(jié)合，科學(xué)地設(shè)計實驗教學(xué)內(nèi)容。在基礎(chǔ)層次培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，加強綜合層次和創(chuàng)新層次的能力培養(yǎng)的教學(xué)體系。由于課堂教學(xué)和實驗教學(xué)進度一致，使得實驗內(nèi)容與課堂教學(xué)的重點、難點相互呼應(yīng)。目前已建立了軟、硬件條件良好的完善實踐教學(xué)體系。這部分進行的教學(xué)改革是：為了充分發(fā)揮部分同學(xué)的潛能，在每個實驗后均有相應(yīng)的拓展實驗訓(xùn)練內(nèi)容，以供優(yōu)秀的學(xué)生在業(yè)余時間選擇練習(xí)。提高學(xué)生的動手能力、綜合運用知識的能力。提高學(xué)生的動手能力、綜合運用知識的能力。在上述實驗的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以在業(yè)余時間開展如下拓展實驗訓(xùn)練：（1）球團礦900℃還原膨脹性能檢測；（2）塊礦的爆裂性能。掌握FactSage軟件的Reaction模塊的主要用法。實驗七、爐渣相圖的綜合應(yīng)用 【實驗性質(zhì)】網(wǎng)絡(luò)平臺實驗；學(xué)時：2通過本實驗的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟練掌握二元系、三元系相圖（等溫截面、液相投影面、等組成的等溫截面）的解讀；以煉銅和煉鋼過程的主要渣系為例，掌握利用爐渣相圖分析冶金過程中的爐渣的熔化性能、飽和溶解度等性質(zhì)的方法，從而達到利用所學(xué)物理化學(xué)知識分析和指導(dǎo)冶金生產(chǎn)的目的。實驗十、鐵礦石500℃低溫還原粉化性能RDI檢測實驗 【實驗性質(zhì)】選作實驗；學(xué)時：4通過本實驗的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握鐵礦石低溫還原粉化性能的測定方法與測試原理；能夠計算鐵礦石低溫還原粉化性能各項指標(biāo)；了解并初步掌握X射線衍射儀的工作原理和正確操作方法以及X射線衍射進行物相鑒定的方法；確定鐵礦石低溫還原粉化性能的影響因素。實驗十二、含鈦高爐渣流動性能的實驗研究 【實驗性質(zhì)】選作實驗；學(xué)時：4通過本實驗的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握熔體粘度的測試原理及方法；實驗設(shè)備的使用方法和適用范圍及操作技術(shù)；了解渣粘度隨溫度的變化規(guī)律；影響含鈦高爐渣粘度的主要因素；初步進行粘度模型的驗證。② 化學(xué)反應(yīng)的速率和機理問題。《物理化學(xué)》，韓德剛、高執(zhí)棣、高盤良，高等教育出版社，2001。《物理化學(xué)解題指導(dǎo)》，孫德坤、沈文霞、姚天揚（南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院），江蘇教育出版社，1997。，掌握ΔU、ΔH的計算方法及化學(xué)反應(yīng)熱的計算。熱力學(xué)第一定律—內(nèi)能的概念、焓、熱容和能量均分原理、第一定律對理想氣體的應(yīng)用、*第一定律對實際氣體的應(yīng)用—焦耳?湯姆遜效應(yīng)，實際氣體的△H 和 △U。思考題：？？意義何在？ 第二章：熱力學(xué)第二定律 教學(xué)目的和要求： 。主要內(nèi)容： 自發(fā)變化的特征、第二定律的克勞修斯和開爾文的說法。等溫物理過程變化中的ΔG、化學(xué)變化中的ΔG。化學(xué)勢的定義、化學(xué)勢與溫度、壓力的關(guān)系、化學(xué)勢在相平衡中的應(yīng)用。2． 玻茲曼統(tǒng)計最概率分布，α、β值的推導(dǎo)。3． 配分函數(shù)配分函數(shù)的定義、配分函數(shù)與熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系、分子配分函數(shù)的分離。分子的全配分函數(shù)。3． 會用牛頓圖計算逸度系數(shù) 4． *會用蒸汽壓數(shù)據(jù)計算活度 主要內(nèi)容：1． 稀溶液中的兩個經(jīng)驗定律—拉烏爾定律、亨利定律。3． 理想溶液和稀溶液 理想溶液中各組分的化學(xué)勢、理想溶液的通性。7． 分配定律—溶質(zhì)在互不相溶的兩相中的分配。3． 能用化學(xué)勢討論相平衡問題。2． 基本概念相、組分、自由度、相律及其推導(dǎo)。形成化合物，完全互熔的固熔體，部分互熔的固熔體，*重結(jié)晶、*區(qū)域熔煉。2． 能用化學(xué)反應(yīng)等溫方程判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。6． 了解統(tǒng)計熱力學(xué)中學(xué)到的方法計算簡單的平衡常數(shù)。3．平衡常數(shù)及其應(yīng)用化學(xué)平衡常數(shù)的熱力學(xué)表達式及與經(jīng)驗平衡常數(shù)的關(guān)系（包括氣體、復(fù)相體系）*平衡常數(shù)的測定及平衡轉(zhuǎn)化率的計算。6． 外界條件對平衡的影響溫度的影響、壓力的影響、惰性氣體的影響。學(xué)時：8 主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織：課堂講授、習(xí)題、討論、答疑。0(T)值就不同,則△rGm176。5.***了解強電解質(zhì)溶液理論（主要是離子氛的概念）并會使用德拜—休克爾極限公式。 離子的電遷移現(xiàn)象，離子遷移率和遷移數(shù)，離子遷移數(shù)的測定。學(xué)時：7 主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織：課堂講授、習(xí)題、討論、答疑。4．了解電動勢產(chǎn)生的機理及電動勢測定的一些應(yīng)用。4． 電動勢測定的應(yīng)用求難溶鹽的活度積，測定離子平均活度系數(shù)r177。思考題：？？？如何用電動式法測定熱力學(xué)數(shù)據(jù)？ 第九章：電解及極化作用 教學(xué)目的和要求：1．明確極化產(chǎn)生的原因，了解超電勢在電解中的作用 2．能計算一些簡單的電解分離問題 3．了解金屬腐蝕的原因及防腐的方法 主要內(nèi)容：1．分解電壓與極化作用 2．電解時電極上的反應(yīng)金屬的析出與氫的超電勢，塔菲爾公式，氫析出的反應(yīng)機理，溶液中金屬離子的分離 3．金屬電化學(xué)腐蝕與防腐 電化學(xué)腐蝕，防腐，鈍化 *化學(xué)電池 學(xué)時：6 主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織：課堂講授、習(xí)題、討論、答疑。，對其中比較簡單的反應(yīng)能根據(jù)穩(wěn)態(tài)近似法和平衡假設(shè)法導(dǎo)出反應(yīng)速率方程。質(zhì)量作用定律，速率常數(shù)，具有簡單級數(shù)（一級、二級、三級、零級）的反應(yīng)及其特點。活化能對反應(yīng)速率影響。主要內(nèi)容： 剛球碰撞模型，碰撞頻率，碰撞參數(shù)，碰撞截面，閾能εc，反應(yīng)閾能與實驗活化能的關(guān)系由碰撞理論計算反應(yīng)速率的基本關(guān)系式，概率因子。溶劑對反應(yīng)速率的影響，原鹽效應(yīng)，擴散控制反應(yīng)*。學(xué)時：4 主要教學(xué)環(huán)節(jié)的組織：課堂講授、習(xí)題、討論、答疑、自學(xué)。3．掌握吉布斯吸附公式的應(yīng)用及了解其推導(dǎo)過程。主要內(nèi)容： 1．基本概念分散度和表面積，界面張力和界面吉布斯自由能。4．*固—液界面液體的鋪展，接觸角與潤濕作用，固體在溶液中的吸附。思考題：？研究的重要性？ ？如何理解催化反應(yīng)動力學(xué)的機理？ 第十三章：膠體分散體系和大分子溶液 教學(xué)目的和要求： 了解膠體分散體系的基本特征，在動力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等方面的基本特點。主要內(nèi)容： 膠體分散體系概述膠體的分類，基本特征，溶膠的制備和凈化。5 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用溶膠的穩(wěn)定性，聚沉作用，影響聚沉作用的一些因素，*膠體穩(wěn)定性的DLVO理論簡介。聚合物的平均相對分子質(zhì)量，分子量的測