教学大纲_冶金物理化学

第一篇：教学大纲_冶金物理化学

《冶金物理化学》教学大纲

一、课程概要 课程编号：020401

开课院系：冶金与生态工程学院

课程类别：必修课

适用专业：冶金工程

课内总学时：88（课内64，实验24）

课程基础：物理化学，冶金传输原理

根据我校的人才培养目标，建设特色突出、国内一流、国际知名的研究型大学，对国家与地方经济，特别是钢铁行业，培育创新、进取、团结、实践能力强的一代新人。本课程采用多种教学手段和方法，精心设计教学内容，对于来自全国各地的优质学生来源，培养学生掌握运用冶金物化基本理论去解决实际问题的方法和能力，了解该学科的思维方法，培养冶金工程专业的本科生对新工艺、新流程设计能力、实践探索能力、创新意识和创新能力。

本课程的目标是通过学习冶金物理化学的基本理论，为后续的其他专业课程学习打好扎实的理论基础；培养运用冶金的基础理论分析和解决实际问题的能力。

为了达到本课程的预期目的，在课程内容的设置上，注意传统内容与现代内容的结合；课堂教学与实验课教学的呼应，主讲老师的科研成果对教学的促进，将本课程办成具有研究性和前沿性的时代特征的国际一流新的教学平台。

二、教学目的

1．本课程是冶金工程专业本课生必修课程，是一门重点介绍冶金物理化学基本概念、基本原理以及在冶金过程中应用的专业基础课。2．通过本课程的学习使学生掌握冶金热力学、冶金动力学的基本原理。学会运用这些原理分析和解决生产中出现的新问题；不断地改造旧工艺，创造新工艺，降低生产消耗，提高生产率；不断地向相关学科渗透，扩大冶金物理化学的研究领域。

3.通过本课程的学习，使学生掌握冶金物理化学基本的实验技能，对冶金中的问题，利用冶金物理化学基础和其他专业知识综合的研究方法。

三、基本要求

1．课程重点

热力学基本定理在冶金中应用及标准吉布斯自由能的计算方法；Elingham图的应用；溶液（包括铁液与渣液的活度与活度系数、Wagner模型、分子理论与离子理论模型、标准溶解自由能等）；扩散与传质的基本理论；三个典型的冶金动力学模型（气固相反应动力学、气液相反应动力学、液液相反应动力学）。

2．课程难点

活度的概念及活度标准态的选择；不同标准态活度及活度系数之间关系；相图的基本规则（邻接、相界限构筑、二次体系副分、切线、阿尔克马德、零变点）。含有一个不稳定二元化合物的三元系相图的冷却过程分析；气泡在均相与非均相形核、气泡长大与上升过程动力学机理；液液反应动力学的双膜理论的应用；不同控速条件的气固反应动力学的未反应核模型。

3.解决办法

1）充分发挥优质教师资源，让国内外著名学者周国治院士给全体学生开第一课－绪论，除全面介绍冶金物理化学的发展及如何在冶金中的应用外，重点指导学生如何学习冶金物理化学，学会解决冶金物理化学中难点问题的方法。2）教师通过举例、通俗化、强调、比较等手段使学生真正掌握教学中的重点和难点。教师在讲解重点和难点内容的过程中，要放慢速度，举一反三。3）每章教学内容完成之后，助课老师对内容进行总结，讲解习题中的问题，针对不同章节的内容，讲有代表性的例题。在这些过程中，也把重点和难点内容再一次渗透进去，又一次达到了举一反三的作用；4）针对重点和难点内容，每次课后留一至两道思考题，用“探究性”的学习方式，充分发挥学生的主观能动性，给学生指定不同的参考书中的相关内容，要求学生课外阅读，学生尝试自己解决这些知识点。如对于“活度的概念及活度标准态的选择”问题，要求学生阅读魏寿昆院士编著的“冶金过程热力学”的有关章节，对于“液液反应动力学的双膜理论的应用”，要求学生阅读韩其勇教授编写的“冶金过程动力学”的相关章节等。针对这些问题，也作为作业，要求学生写出评论。

通过教学中采取了以上方法，对解决教学过程中出现的重点和难点，收到了很好的效果。4．能力培养要求

重点要求学生牢固地掌握冶金物理化学的基本概念和基本原理，独立完成大量习题，能够正确熟练地计算冶金体系中化学反应的吉布斯白由能变化，判断化学反应的方向和限度，分析化学反应的反应机理，独立完成要求的四个实验。以课堂讲授为主，辅以习题课、课堂讨论及答疑，提高作业数量及批改质量，对重点学生加强答疑，在条件成熟时实现多媒体教学。

四、教学内容

模块一 理论课教学（64学时）

绪论（2学时）

现代冶金过程与冶金物理化学；

冶金热力学与冶金动力学的最新发展；

如何学习冶金物理化学？

（一）冶金热力学部分（32学时）

1． 热力学基本定理及在冶金中的应用（4学时）1.1 几个基本公式

1）体系中组元i的自由能的描述；理想气体体系中组元i的自由能；液相体系中组元i的自由能；固相体系中组元i的自由能。2）等温方程式的导出

由单个组元I的自由能推导化学反应的自由能变化；讨论自由能变化的三种形式；重点讨论的形式，得出

；自由能变化与标准自由能便哈的关系与联系，二者在热力学中分别承担的角色。3）等压方程式与二项式

微分式；由微分式导出积分式；讨论其意义。第1、2学时

作业1-1，1-5 1.2 冶金热力学中标准自由能的计算

1）用积分法计算化学反应的标准自由能变化；（注：讲不定积分法，学生阅读定积分法）；例题：教科书 p22 例1-6

2）由积分法得到的化学反应的标准自由能求化学反应标准自由能与温度的二项式； 3）由标准生成自由能和标准溶解自由能求化学反应的标准自由能（二项式）； 4）由电化学反应的电动势求化学反应的标准自由能变化； 5）由自由能函数求化学反应的标准自由能变化。第3、4学时

作业1-6 1-7 1-8

2．热力学参数状态图（10学时）2.1 Ellingham图

思路：

氧势图的形成原理---氧势图的热力学特征---氧势图的应用 具体内容

1）氧势图的形成原理；

2）氧势图的热力学特征；（特殊的线；直线斜率；直线位置）3）氧势图的应用 第5、6学时

作业1-4，1-9，1-10，1-11，1-12

课外阅读：氧气标尺；Jeffes图；溶解在铁溶液中的元素与氧气反应的氧势图

2.2相图分析方法及基本规则

具体内容 1）相图基本定律：相律、连续原理、相应原理 2）三元系相图的构成：构成原理、浓度三角形 3）三元系浓度三角形性质：杠杆规则与重心规则

第7、8学时

作业： 3-1

4）三元系浓度三角形性质：垂线、平行线、等含线、定比例、直线

5）简单共晶型三元系：图的构成、平面投影图、结晶过程（冷却组织及量-杠杆原理应用）、等温线与截面。第9、10学时

作业： 3-2

课外阅读：相图的基本规则

6）具有一个稳定二元化合物的三元系

7）具有一个不稳定二元系的三元系：图的特点、分析相图中一个特殊的点M1的冷却过程 第11、12学时

作业：分析M2、M3点的冷却过程

2.3相图的应用

1）高炉渣系CaO-SiO2-Al2O3 分析

2）转炉渣系CaO-SiO2-FeO2 分析 第13、14学时

作业3-4

3．冶金溶液（10学时）3.1 铁溶液

3.1.1两个基本定律

具体内容 拉乌尔定律；亨利定律；两个定律的联系及区别分析。

3.1.2不同标准态活度及活度系数之间的相互转换 具体内容

三个不同标准态的活度的定义；三个不同标准态的活度之间的关系（3个关系式）；三个不同标准态的活度系数之间的关系（11个关系式）第15、16学时

作业2-1 2-2 ；思考 2-1 2-2 2-5 3.1.3标准溶解自由能

具体内容

溶解前为纯物质M，溶解在溶液中分别为三个不同标准态时标准溶解自由能；例题 2-2 3.1.4多元系铁溶液??活度相互作用系数 具体内容

瓦格纳模型（一价、二阶作用系数）;相互作用系数的关系（）；

例题2-3，2-4 第17、18学时

作业2-4 2-5 2-7 2-9； 思考2-6 3.2 二元正规溶液

具体内容

混合自由能与过剩自由能；正规溶液的定义；正规溶液的混合函数与过剩函数；

正规溶液的性质

例题2-6 第19、20学时

作业2-11 2-12； 思考2-8

3.3 冶金炉渣 3.3.1炉渣的性质

碱度（碱度，光学碱度，过剩碱）；氧化还原性

3.3.2分子理论

理论模型;例题 2-8

第21、22学时

作业2-13 2-14 2-15

3.3.3捷姆金完全离子理论

理论模型;例题2-9 3.3.4炉渣的硫容量

硫化物容量;硫酸盐容量;硫容量与碱度

第23、24学时

作业2-16 2-17 2-19

阅读 磷酸盐容量

4．冶金热力学应用（8 学时）4.1 冶金反应过程最高反应温度及炼钢中元素发热能力的计算

1.冶金反应过程标准焓的计算 2.最高反应温度的计算 3.炼钢中元素发热能力的计算

第25、26学时

4.2固体氧化物直接还原

直接还原热力学分析；直接还原机理；直接还原％CO－T平衡图。第27、28学时

阅读：固体氧化物的间接还原

4.3选择性还原-----从红土矿中提取钴和镍 选择性还原过程热力学；分析讨论。

4.4 选择性氧化-----奥氏体不锈钢的去碳保铬

1）铬的氧化物；含铬铁水的吹炼；

第29、30学时

阅读： 炉渣脱硫、脱磷的热力学分析（P127-134）

2）奥氏体不锈钢冶炼发展的三个阶段；奥氏体不锈钢的去碳保铬；理论计算；分析讨论。

第31、32学时

作业4-3 4-4 4-5

阅读：雾化提矾（P122-123）

（二）冶金动力学部分(30学时）5．冶金反应动力学基础（8学时）

5.1 化学反应速率及反应级数

1.化学反应进度； 2.化学反应速率；

3.化学反应速率方程（n级不可逆反应）； 4.1级可逆反应方程。

5.2 反应速率与温度的关系

1.阿累尼乌斯公式与活化能； 2.活化能与热力学函数关系式。

第1、2学时

作业5-1，5-2；思考题：5-1，5-

2阅读：串连反应

5.3 扩散与传质

费克第一定律；费克第二定律；费克二定律的特解（扩散偶；几何面源）第3、4学时 阅读：有效碰撞理论及过渡态理论

5.4 相际传质

边界层的概念；边界层理论；传质系数 第5、6学时

作业6-1

5.5 多相反应动力学基本模型

双膜理论；溶质渗透理论；表面更新理论；举例6－6

第7、8学时

作业6-3，6-7；思考题：6-5 6．多相反应动力学（22学时）6.1 气一固反应（8学时）

6.1.1气-固反应特点与反应机理

气固反应特点及处理方法； 6.1.2未反应核模型 1)外扩散为限制环节时反应模型 第9、10学时

2）内扩散为限制环节时反应模型 3）界面化学反应为限制环节时反应模型 第11、12学时

4）内扩散和界面化学反应混合控速时反应模型 5）一般情况 第13、14学时

作业7-1，7-2；思考题7-1

6.1.3未反应核模型应用 未反应核模型特殊条件下：外扩散、内扩散或界面化学反应控速应用 及动力学参数获取，举例 第15、16学时

作业7-3，7-4 ；思考题：7-2，7-3 6.2 气一液反应（8学时）

6.2.1气泡形成机理与动力学过程 6.2.2均相中气泡的生成机理

均相中气泡的生成机理；例：碳-氧反应；非均相气泡生成机理；活性气隙的最大半径；气泡长大与上升动力学机理。第17、18学时

作业7-5

6.2.3气泡在液相中的行为

1.气泡在液相中的运动； 2.气泡在上浮过程中长大。

6.2.2钢液中碳-氧反应动力学 1）碳氧反应机理 2）碳氧反应动力学模型

第19、20学时

作业7-6

3）碳氧反应动力学模型举例 6.2.4气泡冶金过程动力学

1)吹氩冶炼超低碳不锈钢碳氧反应机理

2)吹氩冶炼超低碳不锈钢碳氧反应模型（1）第21、22学时

作业7-7； 思考题7-4 3)吹氩冶炼超低碳不锈钢碳氧反应模型（2）4)吹氩脱氢过程动力学 第23、24学时

作业7-8 ；思考题7-5 6.3 液一液反应（4学时）

6.3.1液-液相反应特点与动力学方程

1.液-液反应特点 2.液-液反应动力学机理 3.液-液反应动力学方程

第25、26学时

作业7-9

6.3.2液-液反应应用实例

例：锰氧化反应动力学 第27、28学时

作业7-10 ；思考题7-6，7-7 6.4 液－固反应（2学时）

固-液相反应特点；固-液相反应机理；实例介绍：炉渣-耐火材料反应实例 第29、30学时

作业7-11； 思考题：7-8

模块二 冶金物理化学实验教学（24学时)

（一）课程设计的思想、效果以及课程目标 基于冶金物理化学学科特点和学生培养目标，即培养基础知识扎实，综合素质高，实践能力强，具有创新精神，适应社会发展需要的高水平研究型创新人才，不仅需要传授给学生冶金物理化学的理论知识，更要培养学生的工程实践能力和科技创新能力。实验教学作为冶金物理化学教学的重要组成部分，是培养学生理论结合实际、动手能力、创造力、想象和思维能力的有效手段，对于工程技术与研究型人才的培养尤为重要。根据冶金物理化学教学大纲，按照学生培养目标，密切结合冶金物理化学的特点，切实把握理论教学、实践教学和科技创新环节，注重相互之间的联系与结合，科学地设计实验教学内容。课程的设计思想

(1)注重实践，倡导创新，将学生分析和解决实际问题的能力及创新能力的培养放在首位；

在实验设计上，我们将传统的印证性实验改为探索性、设计性实验，用以培养学生分析和解决实际问题的能力及创新能力。教学内容重点体现在本科生综合能力、实践能力和创新能力培养与提高方面。既要符合培养适应社会发展对创新型人才、工程型人才的需要，同时又要注重层次化，即基础层次、综合层次、创新层次。在基础层次培养的基础上，加强综合层次和创新层次的能力培养的教学体系。将科研成果、科研思路、新型实验装备和新的实验技术和方法引入到课程教学内容中，拓宽课程内容和方法，让学生更多地了解冶金学科的发展，增强科技创新意识，进一步培养学生的理论联系实际、科研创新能力。将实践教学与创新教育结合，把实践教学作为创新精神与工程能力培养的重要环节，达到培养学生综合能力的目的。

(2)实验教学与课堂教学紧密结合、互相补充、相互加强。

由于课堂教学和实验教学进度一致，使得实验内容与课堂教学的重点、难点相互呼应。学生带着问题做实验，在实验中去寻找这些问题的答案，有利于巩固学生对相关知识的掌握，达到了强化课堂教学效果的目的。实验课程效果

多年来，学院“211” 工程建设实验室投入资金2000万元，建成了符合当前世界冶金科技发展趋势的“现代冶金技术实验室”、“高温物理化学实验室”两个特色、优势明显的高水平实验室，形成了从事冶金技术和现代冶金学科领域基础研究、进行冶金工艺改造和研究开发冶金新工艺等方面科学研究和教学基地。为冶金学科的全面发展并在整体上接近国际同类学科先进水平奠定了很好的基础。目前已建立了软、硬件条件良好的完善实践教学体系。另外，实验教学内容与课堂讲授内容相互配合，极大地促进了学生对相关理论知识的掌握，使理论教学和实践教学结合的更加紧密，相辅相成，大大促进了学生工程实践和创新能力的培养，全面提高了课程的教学效果。课程目标

通过冶金物理化学实践教学活动的学习与锻炼，为后续的其他专业课程学习打好扎实的实践基础；提高学生实践动手能力与理论联系实际的能力，分析解决问题的能力和创新能力，达到培养高水平研究型人才、工程型人才的目标。

（二）课程内容 冶金物理化学实验教学共计24学时，由三个“子模块”组成:

子模块一：学生在实验室完成四个综合实验，每个实验4学时，共计16学时。这部分进行的教学改革是：为了充分发挥部分同学的潜能，在每个实验后均有相应的拓展实验训练内容，以供优秀的学生在业余时间选择练习。

子模块二：利用网络和国际优秀物理化学软件FactSage，设计了四个网络实验平台，每个实验2学时，共计8学时。

子模块三：进一步培养学生的理论联系实际、科研创新能力，将科研成果、科研思路、新型实验装备和新的实验技术和方法引入到课程教学内容中，拓宽课程内容和方法，达到培养学生综合能力的目的，设计了四个选作实验，每个实验4学时，共计16学时。

子模块一内容

实验

一、铜液定氧实验

【实验性质】综合性实验；学时：4

通过本实验的学习，使学生能够理解固体电解质定氧电池的工作原理，掌握运用冶金热力学分析计算结果和铜液定氧的方法，定氧数据的处理计算；了解定氧探头的制作；了解高温炉的结构、电热体、加热原理；了解并掌握热电偶的测温原理、测温方法、高温炉恒温带的测量；了解气体净化方法和原理、高温炉内气氛控制的方法。提高学生的动手能力、综合运用知识的能力。

在上述实验的基础上，学生可以在业余时间开展如下拓展实验训练：

（1）自己设计一个电炉；

已知：炉管尺寸Ф50*60*600mm,电源电压220v 加热带长度400mm，氧化性气氛工作，炉体中等保温，要求炉膛温度1000℃.计算电热丝的直径与长度，匝数及匝间距。（2）自己制作一个单铂铑热电偶；

（3）氩气脱水、脱氧、脱除CO2的具体实验步骤；（4）简述定氧电池的制作步骤；（5）铁液定氧实验的设计。

实验

二、利用差热分析技术研究AlN材料的氧化行为 【实验性质】设计性实验；学时：4 通过本实验的学习，使学生能够理解热分析技术相应的工作原理，掌握运用热分析数据研究AlN材料的氧化反应动力学过程的方法，相关数据的处理计算；了解TG、DTA及TG-DTA（DSC）联用热分析仪的操作技术；掌握试样化学反应过程中质量变化的测量方法。提高学生的动手能力、综合运用知识的能力。

在上述实验的基础上，学生可以在业余时间开展如下拓展实验训练：

（1）用TG-DTA(DSC)法测量含水铁矿石或红土镍矿在加热过程中质量变化及热分解温度；

（2）通过分析软件，计算反应的几个阶段的失重量，几个阶段的起始反应温度，几个阶段的热效应的变化，并输出测量数据；

（3）根据数据处理计算结果，判断几个特殊阶段的化学反应方程式。

实验

三、铁矿石900℃间接还原性能检测 【实验性质】综合性实验；学时：4

通过本实验的学习，使学生能够理解、巩固所学冶金物理化学过程热力学、动力学等专业基础知识，并运用所学相关知识，对影响铁矿石还原动力学性能的相关因素进行分析讨论，提高理论联系实际的水平；了解并掌握铁矿石还原动力学性能测定方法；了解所用设备的工作原理及基本操作方法。通过实验，使得同学们的动手能力和分析问题与解决问题的能力得到提高。

在上述实验的基础上，学生可以在业余时间开展如下拓展实验训练：

（1）球团矿900℃还原膨胀性能检测；

（2）块矿的爆裂性能。

实验

四、含钛高炉渣中钛的结晶富集 【实验性质】综合性实验；学时：4

通过本实验的学习，使学生能够理解、运用所学冶金物理化学热力学相图、动力学等专业基础知识，对影响钛富集相物相的组成、晶体结构、微观形貌等相关因素进行分析讨论，找出优化的选择结晶条件；了解并初步掌握X射线衍射仪的工作原理和正确操作方法，初步掌握X射线衍射进行物相鉴定的方法；了解扫描电子显微镜与能谱仪的结构与工作原理，初步掌握扫描电子显微镜与能谱仪进行物相的微观形貌和化学组成的鉴定方法；通过实验，使得同学们的动手能力和分析问题与解决问题的能力得到提高。

在上述实验的基础上，学生可以在业余时间开展如下拓展实验训练：（1）钢中非金属夹杂物的金相鉴定；（2）炉渣和烧结矿的矿相分析；

（3）利用扫描电镜和能谱仪对钢中夹杂物微观形貌和组成进行分析及测定。

子模块二内容

实验

五、硅热还原法炼镁的热力学分析 【实验性质】网络平台实验；学时：2

通过本实验的学习，使学生能够掌握标准状态和非标准状态时化学反应等温方程式的计算方法及应用，能分析温度、活度、分压等因素对化学反应方向的影响；理解硅热还原法炼镁的热力学原理。掌握FactSage软件的Reaction模块的主要用法。

实验

六、铁水脱硫的热力学模拟 【实验性质】网络平台实验；学时：2

实际冶金过程多为金属熔体、炉渣、烟气等多元多相组成的复杂体系，计算其平衡组成目前唯一可行的方法是采用如FactSage这样的热化学计算专业软件；同时，对于炉渣、熔锍等多元熔体由于多偏离理想溶液且组元众多，其过剩热力性质多采用溶液模型来描述。目前，同时集成热化学数据库并具有多种计算功能的热力学软件已经成为冶金工作者进行热力学计算及过程模拟的主流工具。

通过本实验的学习，学生应能理解多元多相反应的计算原理及用途，掌握运用冶金热力学计算结果分析和调控脱硫反应的能力；了解FactSage软件的炉渣、铁水热力学数据库，掌握FactSage软件的Equilib模块的主要用法以及结算结果的分析。

实验

七、炉渣相图的综合应用 【实验性质】网络平台实验；学时：2

通过本实验的学习，使学生熟练掌握二元系、三元系相图（等温截面、液相投影面、等组成的等温截面）的解读；以炼铜和炼钢过程的主要渣系为例，掌握利用炉渣相图分析冶金过程中的炉渣的熔化性能、饱和溶解度等性质的方法，从而达到利用所学物理化学知识分析和指导冶金生产的目的。

实验

八、优势区图在硫化物焙烧过程的应用 【实验性质】网络平台实验；学时：2

通过本实验的学习，使学生熟悉优势区图的解读，掌握利用优势区图分析硫化物焙烧过程所需的热力学条件，掌握如何控制温度、气氛获得所希望的焙烧产物；掌握FactSage软件的Predom模块的主要用法。

子模块三内容

实验

九、锆酸钙材料抗侵蚀性能研究 【实验性质】选作实验；学时：4

通过本实验的学习，使学生能够掌握锆酸钙材料抗侵蚀性能的测定方法与测定原理；运用所学冶金物理化学过程热力学、动力学等专业基础知识，分析讨论影响锆酸钙材料抗侵蚀性能的相关因素；确定侵蚀过程的反应机理；加深对冶金液固反应动力学的理解与认识。通过实验，使得同学们的动手能力和分析问题与解决问题的能力得到提高。

实验

十、铁矿石500℃低温还原粉化性能RDI检测实验 【实验性质】选作实验；学时：4

通过本实验的学习，使学生能够掌握铁矿石低温还原粉化性能的测定方法与测试原理；能够计算铁矿石低温还原粉化性能各项指标；了解并初步掌握X射线衍射仪的工作原理和正确操作方法以及X射线衍射进行物相鉴定的方法；确定铁矿石低温还原粉化性能的影响因素。通过实验，使得同学们的动手能力和分析问题与解决问题的能力得到提高。

实验

十一、电炉粉尘碳热还原回收锌的热力学和动力学研究 【实验性质】选作实验；学时：4

通过本实验的学习，使学生能够掌握铁矿石低温还原粉化性能的测定方法与测试原理；能够计算铁矿石低温还原粉化性能各项指标；了解并初步掌握X射线衍射仪的工作原理和正确操作方法以及X射线衍射进行物相鉴定的方法；确定铁矿石低温还原粉化性能的影响因素。通过实验，使得同学们的动手能力和分析问题与解决问题的能力得到提高。

实验

十二、含钛高炉渣流动性能的实验研究 【实验性质】选作实验；学时：4

通过本实验的学习，使学生能够掌握熔体粘度的测试原理及方法；实验设备的使用方法和适用范围及操作技术；了解渣粘度随温度的变化规律；影响含钛高炉渣粘度的主要因素；初步进行粘度模型的验证。通过实验，使得同学们的动手能力和分析问题与解决问题的能力得到提高

第二篇：物理化学教学大纲

物理化学教学大纲

物理化学是化学系各专业的一门重要基础课程。物理化学的基本原理被广泛地运用到其它分支学科。学好本课程, 可加深对无机化学、有机化学、分析化学等相关课程的理解。基础物理化学课程的重点在于掌握热力学处理问题的方法和化学动力学的基本知识，掌握统计热力学的基本原理和了解本学科的新进展。

热力学第一定律

热力学的基本概念：体系、环境、状态、热力学平衡态、功、热及其符号、孤立体系、封闭体系、开放体系等

热力学第一定律；内能U的概念；状态函数与过程量

可逆过程、不可逆过程、准静过程、自发过程

焓H的定义；等压过程的热效应与焓变的关系

理想气体的定义与性质；各种过程的Q、W、U、H的计算

实际气体的性质；等焓过程，焦－汤效应及焦汤系数

赫斯定律；反应焓的计算；物质的生成焓、燃烧焓、离子生成焓、溶解热和稀释热

基尔霍夫定律；绝热反应*

热化学的现代进展*；生物热化学及其应用*

热力学第二定律

热力学第二定律；自发过程的共同性质

卡诺循环；卡诺定理；熵函数的定义及物理意义

熵增原理；热力学第二定律的微观意义

赫氏自由能F；吉布斯自由能G

热力学的熵判据、赫氏自由能判据、吉布斯自由能判据及适用条件

热力学基本关系式；麦克斯韦关系式

常见过程的热力学函数改变值的计算；吉布斯－赫姆霍兹公式

偏摩尔量；偏摩尔量集合公式

化学势的定义和物理意义

多组分体系热力学；复相多组分体系热力学

热力学第三定律；物质的规定熵

热力学非平衡态热力学简介；耗散体系知识简介

*

*

溶 液

理想气体化学势；理想气体混合物

实际气体；范德华状态方程；气体逸度的概念和计算

物质的临界状态和对比态；对比态原理；牛顿图

溶液浓度的各种表示法及其相互间的关系

拉乌尔定律；亨利定律

理想溶液的定义；理想溶液的化学势；理想溶液的性质

理想稀溶液；溶剂化学势；溶质化学势；各种标准状态和标态化学势的物理意义

稀溶液的依数性：沸点上升；凝固点下降；渗透压

非理想溶液；活度及活度系数；溶液活度的测定；活度的计算

渗透系数；超额函数

吉布斯－杜亥姆公式；杜亥姆－马居尔公式*

分配定律*

相 律

相律；体系的物种数、相数、独立组份数和自由度之间的关系

单组份相图；克拉贝龙方程、克拉贝龙－克劳修斯方程；水的相图；硫的相图

二组份相图；二元理想溶液的T－x图和p-x图；非理想二元溶液的相图；精馏原理；互不相溶的二元液体体系相图；水蒸汽蒸馏原理；各类二元凝聚体系相图；步冷曲线；二级相变；氦的相图；金属的居里点

三组份的等边三角形相图*；三元盐水体系相图*；三元液体体系相图*；杠杆原理在相图中的运用*

利用相图分离提纯物质的基本原理*

化 学平衡

化学反应进行的进度；反应的条件；化学反应等温式

气相反应的热力学平衡常数；平衡常数与反应rGm的关系

溶液中的化学反应的平衡常数；复相反应的平衡常数

热力学平衡常数与各种经验平衡常数之间的关系

物质的标准生成吉布斯自由能；物质的规定吉布斯自由能；化学反应rGm的计算

温度、压力、惰性气体对反应平衡的影响

化学反应的同时平衡；绝热反应的平衡*；反应方向的判断

0

0

电化学

溶液电导率；摩尔电导率；离子独立移动定理 离子的迁移数；迁移数的测定

电解质的活度理论；强电解质的溶液理论；德拜－休克尔极限定律

电池表示法；电极电势的规定和计算；能斯特方程；电池电动势与电极电势的关系

电池电动势与rGm0、rHm0、rSm0的关系

电动势产生的机理；电池电动势的计算及应用

热力学体系的电势－pH图

电极过程动力学：分解电压；极化作用产生的原理 超电势的产生原因；超电势的计算；超电势在电解中的应用 金属的腐蚀；金属防腐的方法* 化学电源的类型和应用*

统计热力学

统计力学的基本方法；宏观态和微观态；相空间*；相体积*；微观态的几率；等几率原理

统计系综原理*；体系的配分函数*；热力学函数的统计力学表达式

玻色－爱因斯坦统计*；费米－狄拉克统计*；玻尔兹曼统计

最可几分布；玻尔兹曼分布律；熵的统计力学解释

理想气体的统计理论；分子的配分函数；由分子配分函数求热力学函数的表达式

分子的核配分函数；电子配分函数；平动配分函数、转动配分函数、振动配分函数及其对热力学函数的贡献

气体的热容理论；固体的热容理论

理想气体化学势的统计力学表达式*；理想气体反应的平衡常数

由自由能函数和热焓函数求反应平衡常数

化学动力学

反应进度的概念；化学反应速率的表示法

一级反应、二级反应、零级反应、三级反应的速率方程、动力学方程及其特征

简单反应级数的确定；速率常数的意义、测定方法和计算

对峙反应、平行反应、连续反应的动力学速率方程式及其特点；

温度对反应速率的影响；反应的活化能及其物理意义

反应的历程和反应机理；反应机理的拟定；用稳态法、平衡近似法推导反应的速率方程式

化学反应速率的碰撞理论

过渡态理论；反应活化焓、反应活化熵、反应活化吉布斯自由能

链式反应；光化学反应

分子反应动力学理论简介*

快速反应动力学理论简介*

振荡反应理论简介*

催化反应动力学

催化反应的特点；催化剂的催化原理；催化剂的中毒和特点

气固相催化反应的一般历程和速率方程式

溶液相中的催化反应；溶剂的影响

酸碱催化反应；络合催化反应

酶催化反应及米氏常数*

界面及胶体化学

表面张力、表面吉布斯自由能；表面张力与温度的关系

弯曲表面的附加压力；弯曲表面的蒸汽压

吉布斯等温吸附式；各项的物理意义、公式的应用和简单计算

表面活性物质的性质及其作用机理

表面活性剂的分类

液－液、液－固界面的铺展、接触角和润湿

气－固表面的吸附；吸附等温线的主要类型

胶体分散体系的基本特征；胶体的热力学和动力学性质；

胶体的稳定性；电解质对溶胶稳定性的影响；电解质的聚沉能力

聚合物分子量的测定方法；天然大分子、凝胶的初步概念

纳米材料知识简介*

*：打星号内容不作要求

第三篇：物理化学教学大纲

《物理化学》课程教学大纲

简介：

物理化学课程是化工类专业重要理论基础课，其内容主要包括：化学热力学、统计热力学、化学动力学三大部分。其先行课要求学生学习高等数学、大学物理、无机化学、分析化学、有机化学。

物理化学是从化学变化和物理变化联系入手，采用数学的手段研究化学变化的规律的一门科学。研究方法多采取理想化方法，集抽象思维和形象思维，其实验是采用物理实验的方法。

化学热力学采用经典的热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律，从宏观上研究化学变化过程的规律，通过理论计算来判断化学反应的方向和限度（化学平的衡位置）、以及平衡状态时系统的相变化、界面变化、电化学变化、胶体化学变化的规律，同时，研究影响这些变化规律的因素（如：温度、压力、浓度、组成等等）。

统计热力学则从微观上，用统计学的方法，研究化学反应的变化规律。试图通过理论的计算热力学的状态函数。

化学动力学研究化学反应的速率和机理，以及影响化学反应速率的条件（如：温度、压力、浓度、组成、催化剂等等）。通过化学反应的条件控制化学反应的进行，通过化学反应机理的研究，确定化学反应的速率方程。

第一章 气体的pVT性质

考核内容：

一、理想气体的状态方程

二、理想气体混合物

三、气体的液化及临界参数

四、真实气体状态方程

五．对应状态原理及普遍化压缩因子图

第二章

热力学第一定律

考核内容：

一、热力学基本概念

二、热力学第一定律

三、恒容热、恒压热，焓

四、热容，恒容变温过程、恒压变温过程1．热容

五、焦尔实验，理想气体的热力学能、焓

七、相变化过程1．相变焓

八、化学计量数、反应进度和标准摩尔反应焓

九、由标准标准摩尔生成焓与标准摩尔燃烧计算标准摩尔反应焓

十、节流膨胀与焦尔——汤姆逊效应

第三章

热力学第二定律

考核内容：

一、卡诺循环

二、热力学第二定律

三、熵, 熵增加原理

四、单纯pVT变化熵变的计算

五、相变过程熵变的计算

六、热力学第三定律和化学变化过程熵变的计算

七、亥姆霍兹函数和吉布斯函数

八、热力学基本方程

九、克拉佩龙方程

十、吉布斯一亥姆霍兹方程和麦克斯韦关系式

第四章

多组分系统热力学

考核内容：

一、偏摩尔量

二、化学势

三、气体组分的化学势

四、拉乌尔定律和亨利定律

五、理想液态混合物

六、理想稀溶液

七、稀溶液的依数性 *

八、逸度与逸度因子 *

九、活度及活度因子

第五章

化学平衡

考核内容：

一、化学反应的等温方程

二、理想气体化学反应的标准平衡常数

三、温度对标准平衡常数的影响

四、其它因素对理想气体化学平衡的影响

*

五、同时反应平衡组成的计算 *

六、真实气体反应的化学平衡 *

七、混合物和溶液中的化学平衡

第六章

相平衡

考核内容：

一、相律 二．杠杆规則

三、单组分系统相图 四、二组分理想液态混合物的气一液平衡相图 五、二组分真实液态混合物的气一液平衡相图 六、二组分液态部分互溶系统及完全不互溶系统的气一液平衡相图 七、二组分固态不互溶系统液一固平衡相图八、二组分固态互溶系统液一固平衡相图

九、生成化合物的二组分凝聚系统相图

第七章

电化学

考核内容：

一、电解质溶液的导电机理及法拉第定律

二、离子迁移数

三、电导、电导率和摩尔电导率

四、电解质的平均离子活度因子及德拜一休克尔极限公式

五、可逆电池及其电动势的测定

六、原电池热力学

七、电极电势和液体接界电势

八、电极的种类

九、原电池设计举例

*

十、分解电压

*

十一、极化作用

第九章 统计热力学初步

考核内容：

一、粒子各种运动形式的能级及能级的简并度

二、能级分布的微观状态数及系统的总微态数

三、最概然分布与平衡分布

四、玻耳兹曼分主配分函数

五、热力学性质与配分函数之间的关系

六、粒子配分函数的计算

七、热力学函数的计算

八、系统熵的统计意义及熵的计算

九、理想气体反应的标准衡常数

第十章

界面现象

考核内容：

一、界面张力

二、弯曲液面的附加压力及其后果

三、固体表面

四、液一固界面

五、溶液表面

第十一章

化学动力学

考核内容：

一、化学反应的反应速率及速率方程

二、速率方程的积分形式

三、速率方程的确定

四、温度对反应速率的影响，活化能

五、典型复合反应

六、复合反应速率的近似处理法

七、链反应

八、气体反应的碰撞理论

九、势能面与过渡状态理论

第十二章

胶体化学

考核内容：

一、胶体的制备

二、胶体系统的光学性质

三、胶体系统的动力性质

四、溶胶系统的电学性质

五、溶胶的稳定与聚沉 六．悬浮液

七、乳状液

八、泡沫

九、气溶胶

十、高分子化合物溶液的渗透压和粘度

十一、高分子溶液的盐析、胶凝作用与凝胶的溶胀

第四篇：冶金物理化学、有色金属冶金专业

冶金物理化学、有色金属冶金专业

综合考试复习提纲

参考书：傅崇说主编，有色冶金原理（第2版），冶金工业出版社。考试大纲：

1、冶金炉渣

炉渣的种类与组成、硅酸度、熔融炉渣的结构和物理化学性质、二元系状态图、三元系状态图：熔体的冷却过程、平衡反应、相组成、等温截面图和变温截面图的画法（主要考三元系）

2、化合物的离解－生成反应（主要考计算题）

离解－生成反应的自由能与温度的关系、氧化物的吉布斯自由能图、氧化物离解－生成反应热力学、铁氧化物的离解－生成反应、碳酸盐离解热力学

3、氧化物的还原

燃烧反应：离解度与平衡常数、不同还原剂下的还原反应热力学、多相反应动力学

4、硫化矿的火法冶金

硫化物及其焙烧过程的热力学

5、氧化物和硫化物的火法氯化

氯化反应的热力学及动力学

6、粗金属的火法精炼

各种火法精炼的原理（必考，主要考问答题或名词解释）

7、湿法冶金浸出、净化和沉积

湿法冶金反应热力学、浸出反应的分类及反应式、浸出反应动力学、离子沉淀、沉积反应

8、溶剂萃取与离子交换

溶剂萃取基本原理：分配常数、分配比、萃取率、分离系数、萃取剂、稀释剂、盐析剂、萃取机理、萃取平衡、协同萃取 离子交换的基本原理

9、湿法冶金电解过程

电极过程动力学、阴极过程、阳极过程、电解过程、槽电压、电流效率、电能效率

注：主要考试类型有：计算题、问答题、名词解释。除特别注明外，每一章中这三种形式都有可能出现。）

第五篇：2015物理化学教学大纲

《物理化学》教学大纲

一、课程概述

课程名称（中文）： 物理化学

（英文）： Physical Chemistry 课程性质：专业基础必修课 课程代码：BT7605 总学时（包括学时分配）：64 学 分：4 适用专业：材料科学与工程 高分子材料与工程 先修课程： 无机与分析化学 高等数学

二、课程的性质和目的

本课程是材料科学与工程及高分子材料与工程专业的专业必修课。它是从化学现象与物理现象的联系入手以寻求化学变化基本规律的学科。其教学目的是：通过本课程的学习，使学生牢固地掌握物理化学基础理论知识和计算方法，同时还应得到一般科学方法的进一步训练，增长提出问题、分析问题、解决问题的能力，特别是要通过热力学和动力学的学习，使学生进一步熟悉从实验结果出发进行归纳和演绎及由假象和模型上升为理论，并结合具体条件应用理论解决实际问题的一般科学方法。

三、课程教学的基本要求

通过本课程的教学使学生：掌握化学热力学、化学动力学和电化学等基本概念和基本理论，培养他们运用所学理论知识去解决实际问题的能力，为培养合格的专业人才打下良好的基础。

四、理论教学内容与学时分配（1）绪论、热力学第一定律(10学时)1．掌握热力学基本概念（内能、热、功、焓、热容）和热力学第一定律。

2．掌握热力学过程（恒温、恒压、绝热），可逆过程、可逆、不可逆过程热、功的计算。3．掌握化学反应热的计算、基尔霍夫定律。

（2）热力学第二定律（8学时）

1．掌握热力学第二、三定律。

2．掌握热力学函数熵S、亥姆霍兹自由焓 A、吉布斯函数 G。3．理解各热力学函数的基本关系。

4．掌握化学反应过程热力学函数的计算及体系自发过程的判断法。

（3）化学势（6学时）

1．掌握拉乌尔定律，亨利定律，偏摩尔量，化学势，理想溶液、逸度、活度的基本概念。2．掌握理想、非理想气体、溶液各组分化学势的计算。3．掌握稀溶液的依数性。

（4）化学平衡（6学时）

1．掌握化学反应等温方程式，标准摩尔反应吉布斯自由焓与平衡常数的关系。2．掌握不同化学平衡常数表示法之间的关系。

3．掌握平衡常数与温度、压力的关系，影响化学平衡的因素。

（5）多相平衡（10学时）

1．掌握相、组分数和自由度，相律。

2．掌握单组份相图（水的相图），克劳修斯-克拉佩龙方程。

3．掌握二组分体系相图，互溶的双液系的 P — X 相图及T — X 相图，步冷曲线。4．掌握杠杆规则在相图中的应用。

（6）电化学（8学时）

1．掌握摩尔电导率与溶液浓度的关系、离子独立移动定律、电导测定的应用；电解质平均活度及活度系数的计算。

2．掌握可逆电池的热力学、电动势与标准摩尔反应吉布斯自由能的关系，能斯特方程。3．掌握电极反应的书写、电池的设计和电动势的计算及其应用。

4．掌握电极的极化作用、超电势的原理及计算、溶液中不同成分的分离原理。

（7）表面现象与分散系统（8学时）

1．掌握表面现象，表面吉布斯函数，附加压力产生的原因及与曲率半径的关系，杨—拉普拉斯公式，开尔文公式，毛细管现象。

2．掌握吉布斯吸附等温式，气—固表面的吸附本质及吸附等温线的主要类型。3．理解表面活性物质的定义，表面活性剂的大致分类。

4．掌握分散系统，胶体的制备及胶体体系的主要特点，电解质溶液对胶体稳定性的影响，电解质聚沉能力的判断，溶胶的胶团结构的书写与双电层理论。

（8）化学动力学基本原理（6学时）

1．掌握反应速率的表示法、基元反应、反应的速率公式及反应级数。2．掌握活化能，阿仑尼乌斯经验公式及其应用。（9）习题课（2学时）

1.集中讲解习题中错误较多的难题。

2.对重点需要掌握的知识点进行复习巩固。

五、实验教学内容与学时分配（有课内实验的课程请填写此项）

本课程实验单独开课。

六、教学方法建议

教学方法的原则建议：根据工科院校材料科学与工程专业的特点，精简教学内容，强化热力学基础理论在相关章、节中的应用；重视物理化学最基本知识的讲解和运用。同时，注重理论知识与实践相结合，多运用理论知识来解释生活及化学研究中的实际问题。

七、考核方式及成绩评定

考核方式：采用期末闭卷考试与平时考核结合的方法。成绩评定：平时30％，期末考试70％。

八、教材与主要参考资料

推荐教材： 印永嘉等编 《物理化学简明教程》（第四版），高等教育出版社，2007.8 参考书目： 1.傅献彩等编 物理化学（第四版）高等教育出版社 1990 2.朱传征等编

物理化学

科学出版社 2000 3.天津大学编

物理化学（第四版）高等教育出版社 2001 4.韩德刚等编 物理化学

高等教育出版社 2001

九、说明

由于专业和课时限制，教材中统计热力学部分不做讲授要求。

执笔人：向翠丽

审核人：张焕芝 2015年5月21日