物理化学

物理化学 绪论

【本章主要内容】 1 致谢 2 一、物理化学的内容和任务 3 二、物理化学的形成、发展和前景 4 三、物理化学的研究方法 5 四、物理化学与其它相关学科 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

【本章主要内容】 6 五、物理化学的特点 7 六、物理化学的学习方法 8 七、对作业的要求 9 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

致谢 在编写本电子课件和电子讲稿过程中，参考了如下网页，在此对编写这些网页过程中付出辛勤劳动的各位老师们表示忠心的谢意！南大化学：http://jw.nju.edu.cn/jingpin/wlhx/ 吉林大学化学学院：http://chem.jlu.edu.cn/eclass/zyjck/phychem/ 华东理工大学：http://www.ecust.edu.cn/jpkc/index.htm 厦门大学：http://210.34.15.249:82/ 扬州大学：http://myweb.yzu.edu.cn/wlhx/ 淮北煤炭师范学院：http://www.hbcnc.edu.cn/~hxx/jpkc1/jpwlhxindex.htm 湖北大学化学：http://tlong.ww4.us/teach/jpkc/wlhx/ 浙江师范大学：http://whs.zjnu.net.cn/whs/index.asp 河南师范大学：http://home.henannu.edu.cn/jingpinkecheng/wlhx/main.htm 中南大学：http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2005/wuhua/ 华中农业大学：http://nhjy.hzau.edu.cn/kech/wlhx/index/ www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

致谢 哈尔滨学院：http://jwc.hrbu.edu.cn/jpkcjs/wlhx/Jxdw.asp 华南师大化学：http://sce.scnu.edu.cn/Course/PhyChem/dagang03-1.htm 山东理工大学：http://hgxy.sdut.edu.cn/wlkc/wl/ 海南师大：http://www.hainnu.edu.cn/huaxue/phychem/wlhxgzlxt/wlhxgzlxt.htm 华中师范大学：http://202.114.32.13/jpkc/cw/wulihuaxue/ 复旦大学：http://www.chemistry.fudan.edu.cn/xk.asp 涪陵师范学院： http://www.fltc.net.cn/kcjs/wlhx/ 大连理工大学：http://kj.bicea.edu.cn:9090/wulihuaxue/index.htm 江西师范大学：http://www.jxnu.edu.cn/jgsz/jx/jingpinkc/wlhx/index.htm 华东理工大学：http://211.69.241.26/DisplayC.asp?Id=372 湖州师范学院：http://smkxxy.hutc.zj.cn/wuhua/kcxt/kcxt.htm 江苏技术师范学院：http://info.jstu.edu.cn/kj/stm/index.htm 天津大学：http://atlas.tju.edu.cn/webclass/wlhx/pages/jieshao.htm 浙江科技学院：http://www.ku6.cn/WLHX/nclass.asp?tp=content&id=8 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

致谢 西安工程科技学院：http://jw.xaist.edu.cn/jpkc2005/wlhx/index.htm 江苏广电大学：http://www.jstvu.edu.cn/kfjy/jxzd/sheng_kf_zhuan/huanbao/content3.htm 广东教育学院： http://www1.gdei.edu.cn/hxx/wlhxjxyd/wlhx_jx/wlhx_jx.htm 中国矿业大学：http://scet.cumt.edu.cn/phychm/content.asp?menu=SS 山东科技大学： http://skdweb.sdust.edu.cn/jingpinkecheng/WLHX/ www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 1、什么是物理化学？一、物理化学的内容和任务物理化学从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律。在实验方法上主要采用物理学中的方法。简单地说就是利用物理学的方法研究化学，然后用数学的方法加以解释。 2、物理化学的目的物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为生产实际服务。 3、物理化学的研究内容物理化学主要包括下面两个方面的内容：（1）化学热力学：研究化学变化的方向和限度问题。（2）化学动力学：化学反应的速率和机理问题。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 1、物理化学的形成二、物理化学的形成、发展和前景物理化学的形成距今约一百多年的历史，但物理化学这一名词的提出很早，约在1752年，俄国的化学家和物理学家罗蒙诺索夫第一个提出了物理化学这一词：“物理化学是一门学科，它根据物理学的原理和实验来说明在复杂物质中经化学处理后所发生的各种变化”。当时，他还开班为他的学生讲授他编著的《物理化学教程》。但此后的很长一段时期内，虽然有很多科学家从事物理化学这一领域的研究工作，物理化学还没有真正形成一门学科。到19世纪的中下期，大规模的工业生产推动着自然科学的各个学科迅猛发展，同时，原子-分子学说、气体分子运动论和元素周期律已经确立，化学中积累的大量经验材料还需要进一步总结归纳，这时，物理化学开始形成。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 1、物理化学的形成二、物理化学的形成、发展和前景从19世纪的物理化学研究来看，物理化学的形成是许许多多科学家长期艰苦工作的结果，在其形成过程和早期研究工作中，就体现了化学和物理学交叉渗透的重要性，科学家们的科学精神及其研究方法、思维方式仍值得我们借鉴。 2、物理化学的发展和展望物理化学在20世纪发展很快，取得了许多重大成果，根据统计，20世纪诺贝尔化学奖获得者中，约60%是从事物理化学领域研究的科学家，在中国科学院化学学部的院士中，近1/3是研究物理化学或者是物理化学某一个领域的科学家，作为极富生命力的化学基础学科，物理化学又是新的交叉学科形成和发展的重要基础。现在的物理化学已形成了庞大的理论系统，下表列出了物理化学的主要分支： www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 二、物理化学的形成、发展和前景表0－1 物理化学的主要分支 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 二、物理化学的形成、发展和前景 20世纪化学热力学、化学动力学，结构化学和量子化学并列构成了物理化学的基础理论系统。它们又与物理和化学的其它领域相结合，形成了物理化学的其它分支，如光化学、电化学、表面化学、胶体化学等。由于结构化学和量子化学已经发展成了化学的二门大学科，在化学专业中被作为二门专门的课程讲授，在我们以后的物化教学中，将不包括这两部分内容。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 三、物理化学的研究方法（1）遵循“实践—理论—实践”的认识过程，分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实概括到一般，再从一般推理到个别的思维过程。（2）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有：热力学方法、量子力学方法和统计力学方法。热力学方法——宏观的方法。热力学方法的主体是：归纳与演绎。热力学研究大量粒子组成的宏观系统。在热力学的三个经验定律的基础上，根据实验测出的物质的p、V、T性质和热数据（热容、相变焓、反应焓等）。借助数学原理（全微分）。通过归纳（由特殊到一般的过程）与演绎（严格的数学推演）得到一系列的热力学方程式和结论，用以解决物质变化（p、V、T变化、相变、化学变化）过程的能量效应、方向和限度，为上述过程的实现提供最佳的热力学控制条件。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 三、物理化学的研究方法量子力学方法——微观的方法。量子力学研究个别微观粒子所遵循的力学规律，得到物质的微观特性，如：分子结构、平动能级、转动能级、振动能级、分子间力等。统计热力学方法——从微观到宏观的方法。统计热力学研究大量粒子组成的宏观系统。研究如何由粒子的微观力学性质(分子质量、转动惯量、振动频率)通过求统计概率的方法，得到系统的宏观性质(如热力学能、热容、熵等)。以上方法对化学化工类学生学习物理化学要求是：掌握热力学方法，理解统计热力学方法，了解量子力学方法。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 四、物理化学与其它相关学科物理化学是一门基础学科，内容严谨，逻辑性强。在生物、电子和计算机时代的21世纪，物理化学所具有的基础性、先导性、综合性、系统性、理论性和逻辑性等特点，使之成为科研和生产中的一块重要的基石。涉及到物理化学的前期学科有普通物理学、高等数学、无机化学、有机化学、分析化学等五门学科，还涉及到后续的化学工程基础、结构化学、仪器分析等，在生物化学、土壤化学、食品化学、环境化学、农药学、动物医学等许多领域中起着重要的作用。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 五、物理化学的学科特点学好物理化学，首先要对物理化学的学科特点有所了解。物理化学学科有如下特点： 1、物理化学是一门基础学科。物理化学归纳、总结无机化学、有机化学、分析化学等前期专业学科中的基础理论和知识点，并把这些提高到很高的理论水平。 2、物理化学是一门先导性学科。物理化学涉及到后续的化学工程基础、结构化学、仪器分析等，为学习这些后续课程打下坚实的基础。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 五、物理化学的学科特点 3 、物理化学是一门综合性强的学科。物理化学知识覆盖面极广，学科内部存在着多个学科的相互渗透，是多个学科相互融合的结晶。 4 、物理化学是一门系统性强的学科。物理化学内部各个知识块间有严密的知识结构。热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律是热力学的基础理论。热力学函数及其变量描述系统从始态到终态的宏观变化，推出化学变化的方向和限度的共同判据。热力学基础理论在溶液、化学平衡、相平衡、电解质溶液、可逆电池、不可逆电极过程、表面现象、胶体、大分子溶液中的运用构成了物理化学的主体；动力学是热力学局限性的重要补充；统计热力学是热力学微观本质的重要解释。热力学基础理论、物理化学主体、动力学和统计热力学共同筑成了物理化学的理论大厦。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 五、物理化学的学科特点 5 、物理化学是一门理论性强的学科。物理化学涉及到的理论知识包括热力学第一定律、赫斯定律、基尔霍夫定律、卡诺定理、熵增加原理、热力学第二定律、热力学第三定律、拉乌尔定律、亨利定律、稀溶液的依数性、分配定律、相律、离子独立移动定律、强电解质溶液理论、光化学基本定律、碰撞理论、过渡状态理论、单分子反应理论等。这些理论概念丰富、理论抽象，但这些知识都有一个特点，就是以实际的化学系统为根本出发点和最终回归点，由实际出发最终又能运用于实际，由实践出发最终又能指导实践。物理化学中的原理、定律的理论性表现在其实用价值上，以上原理、定律无不具有很高的实用价值。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 五、物理化学的学科特点 6 、物理化学是一门逻辑严密的学科。物理化学的公式数目可观，许多公式具有苛刻的适用条件和多变的表示形式，不仅概念清晰严谨，例证与推演严密、详实，而且知识层次明了、条理清晰，与其它化学学科相比，其逻辑性和精确性表现的非常典型。这有利于学生透彻理解和扎实记忆，在培养学生认真、细致、负责的工作态度方面起着重要的作用。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 六、物理化学与中学化学教学作为一名中学化学教师，要想教好化学课，传授好教材中有关的知识，就必须对教材内容有较全面和深入的理解。只有做到这一点，才有可能在传授书本知识过程的同时，又能启发学生的思维，发展学生的智能，让学生掌握获取知识的途径和方法，并能善于应用所学知识解释某些现象和解决一些实际问题，做到举一反三。而学好物理化学，不仅会帮助我们对中学化学教材全面，深入的理解，而且也会对无机化学和有机化学等课程的有关内容，从理论高度给与更深入地阐述。我们可以通过在中学化学教学中经常接触到的一些实际问题，来说明物理化学和中学化学教学的密切关系。例如在中学化学实验中常用的硫酸和硝酸等试剂，硫酸的浓度是95—98%，硝酸的浓度是65—68%，为什么不是百分之百？ www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 六、物理化学与中学化学教学在中学化学教材中还提到乙二醇的凝固点是261.7K；而60%乙二醇的水溶液的凝固点却是224.2K，它可用来作为内燃机冷却水的抗冻剂。为什么两者的凝固点相差那么多？中学化学教材中还提到采用电化学保护法来防止金属的腐蚀问题，而金属腐蚀是我们在生产和日常生活中经常接触到的问题。作为一名中学化学教师，是否需要掌握防腐蚀的基本理论和电化学保护法的基本原理呢？类似的问题都可从相平衡有关的章节中找到答案。作为一名中学化学教师，掌握这些知识和理论却是必不可少的，只有这样，才有可能深入浅出的传授知识。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 七、物理化学的学习方法由于本课程独具典型的学科特点，对人才素质、思维能力和空间想象力的提高具有奠基作用，随之也伴有知识点的宽广性与原理的费解性，使部分学生在学习过程中感到迷茫和困惑。所以学习物理化学过程中学生应遵循如下原则： 1、注意结合一般科学的学习方法与物理化学的特殊学习方法； 2、注意挖掘物理化学学科本身所隐涵的丰厚的哲学思想和自然辩证法； 3、为保持持续的求知欲，必须端正学习目的，并培养对课程的兴趣； 4、逐渐探索并选择适应自己的引之有效的学习方法，并积极去实践和保持。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 七、物理化学的学习方法学好物理化学，应遵循如下“四步循环、三个关系、两个并重”的原则并多次反复：（1）四步循环：见下图。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 七、物理化学的学习方法（2）三个关系：应该重点协调并处理好宏观与微观、定性与定量、理论模型与真实结构等三个双结合关系。（3）两个并重：物理化学既是理论性很强的学科，也好实践性很强的学科，所以理论课（包括演算习题）与实验课（包括实验报告）两者不可偏废，二者乃课程体系之两翼，必互动促进补偿。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 八、学习物理化学过程中的注意事项学习过程中,只要做到以下几点,可帮助学好物理化学： 1、必须做到不旷课、不迟到、不早退。 2、上课一定要认真听讲，一定要有自己的课堂笔记，在课堂上做笔记，在自习时进行总结，并随时记下自己学习中的问题，随时请教老师。 3、下课后先学习本章基本要求，通过学习本章基本要求可以明确本章的主要内容以及主要解决的问题。 4、上课勤于思考：注意逻辑推理的思维方法，反复体会感性认识和理性认识的相互关系。十分重视教科书，把其原理、公式、概念、应用一一认真思考，不粗枝大叶，眼手并用，不放过细节。对抽象的概念千方百计领悟其物理意义，甚至不妨采用形象化的理解。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 八、学习物理化学过程中的注意事项 5、勤于应用：物理化学中的公式较多,公式的推导有的比较繁杂，公式的推倒不是目的，重要的是掌握推导的结果和公式的适用条件。如果把有条件推得的公式任意外推,将会导致严重的错误。所以要抓住重点，自己动手推导公式。适当地与同学老师交流、讨论,在交流中发现和改正错误。 6、多做习题，学会解题方法：“应用”对加深原理的理解有神奇的功效。物理化学的许多原理和方法只有通过解题才能学到，不会解题，就不可能掌握物理化学。要有意识地应用原理去解释客观事物，去做好每一道习题，有许多难点是通过解题才真正明白的。做习题不在于多，而在于精。对于典型的题做完后一定要总结和讨论，宁肯精做一题，也不马虎做十题。过分地依赖题解书是十分有害的。 7、课前预习，课后复习，勤于思考，培养自学和独立工作的能力。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 九、对作业的要求 1、每人必须购买有函数运算功能的计算器。 2、每人准备A、B两本习题本，封面上写上姓名和记分册学号； 3、作业要独立完成，不允许抄袭； 4、作业必须书写要工整、规范，清晰、可见，要按照以下格式书写：（1）题，可略；（2）已知与未知量；（3）分析步骤。要写清根据已知量如何能求算未知量的分析过程；（4）解题步骤。一行不允许出现一个以上等号和一个以上式子；得数一般取3～4位有效数字，可用科学计数法，如1.013×105，1.013E5，1.38E-23等等，单位统一用SI单位制； www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 九、对作业的要求（5）结果分析；如果有必要，还有加上简短的文字说明；（6）最后写答案。周五为交作业时间，上课前交到讲台上，缺交一次，在期末总成绩中扣去2分，迟交按缺交处理。 8、期中、期末各考试一次。为了鼓励同学们独立地完成作业，考题中有10％左右选自平时布置做过的习题。 9、为培养同学们独立思考和工作能力，每学期安排一次写作文章。 www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

绪论 思考题 1、物理化学包括哪些内容?其任务是什么? 2、怎样学习物理化学? 3、什么是化学热力学?什么是化学动力学? 4、化学热力学解决哪些问题?有哪些局限性? www.kstc.edu.cn 化学与环境科学系《物理化学》精品课程系列资料

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