复旦大学物理化学教学大纲

教学目的与要求：

课程性质：

物理化学A是化学类（包括：化学、应用化学、高分子材料、化学工程和材料化学）本科学生的一门基础课程，学生在预修高等数学、普通物理学和普通化学A课程后修读本课程。基本内容：

物理化学是研究物质的结构、性质及其变化的普遍规律的一门学科。内容包括物质结构，化学热力学，统计热力学和化学动力学。

基本要求：

通过本课程的学习，要求学生系统地掌握物理化学的基本原理和方法，加深对其它化学课程内容的理解，并初步具有应用物理化学的基本原理分析和解决一些实际问题的能力。

教学内容及学时分配：

绪论（2学时）

了解：物理化学的内容、特点及本课程的学习方法。

讲课要点：

0-1物理化学的内容

0-2物理化学的学习方法

（上）

第一章量子化学基础（12学时）

了解：黑体辐射，光电效应，氢原子光谱的基本现象；用量子力学求解上述体系的基本数学过程。

理解：Planck量子假设，Einstein光子学说和Bhor原子结构理论的基本内容；测不准原理的涵义并能用于判断客体运动符合量子力学还是经典力学;波函数的基本涵义和性质，及态叠加原理的意义；Schrodinger方程的建立过程及其物理涵义；量子力学用于微观体系的一般步骤；量子力学处理一维势箱粒子，简谐振子，刚性转子所得的基本结论（能量量子化现象，零点能效应，节点现象，隧道效应）。

掌握：微观粒子波粒二象形的本质及其统计解释；算符的基本概念，特别是关于厄米算符的定义和性质；本征函数，本征值和本征态的概念；量子力学的基本假设。

讲课要点：

1-1波粒二象性

1-2量子力学

1-3简单应用

第二章原子结构和原子光谱（10学时）

了解：自洽场方法的基本思想；Zeemann效应。

理解：氢原子的Schrodinger方程的求解过程；中心立场近似和屏蔽模型的物理意义；原子状态和角动量加和规则的物理涵义；原子光谱选律及其在碱金属原子中的应用；定态微扰法和变分法的基本思想及其对氦原子的处理过程；正确理解元素周期律的本质和核外电子排布规律。

掌握：量子力学讨论微观体系的方法和步骤；氢原子Schrodinger方程解的物理意义（量子

数n，l，m，原子轨道及其表示方法，波函数和电子云的图象及其特征，能量状态和Virial 定理）；电子自旋假设的基本涵义，Pauli原理的物理意义，单电子假设的基本思想及其在处理多电子体系中的作用；用Slater屏蔽常数估算原子轨道能量的方法，；正确书写原子光谱项的方法。

讲课要点：

2-1氢原子的薛定谔方程及其解

2-2氢原子的薛定谔方程解的讨论

2-3近似方法和氦原子

2-4电子自旋和保里原理

2-5多电子原子结构

2-6原子的状态和原子光谱项

2-7原子光谱

第三章共价键理论和双原子分子结构（8学时）

理解：Born桹ppnheimer近似的物理意义；理解价键理论处理双原子分子结构的一般过程，表示方法；组态和分子角动量耦合的物理意义，分子轨道理论和价键理论的差异。

掌握：线形变分法对双原子分子的应用；价键理论处理H+2分子的基本假设（变分函数的构成）和主要结论（Haa，Hbb，Sab的物理意义，体系能量曲线，电子云分布，共价键本质）；价键理论的基本要点；分子轨道理论处理H2分子的基本假设（变分函数的构成）和主要结论（Haa，Hbb，Sab的物理意义，体系能量曲线，电子云分布）；分子轨道理论的基本要点（单电子近似，LCAO-MO方法，成键三原则）；分子轨道的类型，符号能级次序及电子的排布规则；分子轨道理论处理双原子分子结构的一般过程和重要结论；正确书写分子光谱项的方法。

讲课要点：

3-1氢分子离子的线性变分法处理

3-2分子轨道理论

3-3双原子分子结构

3-4双原子分子光谱项

3-5H2分子结构和价键理论

第四章分子对称性和群论初步（10学时）

理解：对称操作的组合规则和对易规则，熟悉群的基本概念和子群，共扼类，同态，同构的概念；分子对称性和分子物理性质之间的关系（偶极距，旋光性）；广义正交定理及其推论的物理含义；波函数作为不可约表示的基和群的直积表示的内容。

掌握：对称元素和对称操作的基本概念（恒等，旋转，反映，象转，反演）；分子点群的分类方法；对称操作矩阵表示的意义和方法，熟悉基，特征标，等价表示，直和，可约表示和不可约表示的概念；特征标表的使用方法；熟悉运用投影算符法求解对称性匹配函数的方法。讲课要点：

4-1对称操作及其组合规律

4-2群的知识和分子点群

4-3群的表示和特征标

4-4群表示理论的应用

第五章多原子分子结构（14学时）

了解：分子轨道图形理论的基本思想；原子簇化合物的基本特征和结构规则；中央金属离子和配体对分裂能的影响；常用的量子化学计算方法。

理解：离域轨道和定域轨道的概念，相互关系及其求解方法；缺电子分子的结构特征和多中心键的基本内容；配位化合物的结构特征和Jahn-Teller效应；配位化合物分子轨道理论的基本内容（s 和p 轨道及其电子占据情况）和s -p 配键的成键过程及有关配位化合物的基本特征；价电子对互斥理论的基本内容和用途。

掌握：杂化轨道理论的基本要点，以及等性和不等性杂化轨道的计算方法；Huckle分子轨道理论的基本要点及对共扼有机分子和简单无机分子的处理方法；大P 键的概念，类型及形成条件；晶体场理论的基本思想和晶体场中d轨道分裂的判别方法；用Huckle分子轨道理论计算分子图的方法和分子图中各数据的物理意义。

讲课要点：

5-1饱和多原子分子结构

5-2共扼分子结构

5-3缺电子分子和原子簇的结构

5-4配位化合物结构

5-5分子性质的计算

第六章晶体结构（16学时）

了解：晶体的缺陷；空间群的基本概念；合金的结构；C60的结构特征。

理解：金属能带理论的基本内容及其对金属性质的解释；离子半径的计算方法（哥希密特方法和泡林方法）；离子的极化现象及其对离子化合物性质的影响；泡林规则的基本涵义及其在解释复杂硅酸盐化合物结构中的应用；共价半径的概念；分子间作用力的本质和范德华尔半径的物理意义；分子型晶体的结构特征；氢键的本质和氢键型晶体──冰的结构特征。掌握：点阵，点阵单位，晶胞，晶面等基本概念；布拉维规则和晶面的表示方法；晶体的宏观对称元素和微观对称元素及取对称操作的内容；晶体的对称性定理和晶体的划分情况（国际符号，七个晶系，十四种空间点阵形式，32点群及其相互关系）；等径圆球密堆积原理及其在金属晶体中的应用（A1，A3型）；晶体金属键的本质和金属半径的概念；常见的离子晶体类型（NaCl，CsCl，立方ZnS，六方ZnS，CaF2，TiO2）；离子晶体点阵能的理论计算方法；离子的堆积规则；典型共价化合物──金刚石的结构；混合型化合物──石墨的结构。

讲课要点：

6-1晶体结构的周期性和点阵理论

6-2晶体结构的对称性及其分类

6-3金属键和金属晶体结构

6-4离子键和离子晶体结构

6-5共价键晶体结构和混合键型晶体结构

6-6分子间作用力，氢键和对应的晶体结构

（中）

第一章热力学第一定律和热化学（12学时）

了解：理想气体的卡诺循环；通过Joule桾homson效应了解理想气体与实际气体的区别。掌握：体系与环境、过程与途径、功与热、状态函数、热力学平衡态、内能、焓、可逆过程与最大功等热力学的基本概念；第一定律的文字数学表达式和物理意义，根据第一定律和状态函数的特性计算理想气体在各种过程中的W、Q、D u和D H；各种热效应的定义，并能利用它计算反应热；常温和高温反应焓变的计算方法。

讲课要点：

1-1引言

1-2热力学常用的一些基本概念

1-3热力学第一定律

1-4可逆过程和最大功

1-5焓和热容

1-6焦耳实验

1-7绝热过程

1-8理想气体的卡诺循环

1-9Joule桾homson效应

1-10化学反应的热效应

1-11几种热效应──常温反应焓变计算

1-12反应焓变与温度的关系──高温反应焓变的计算

第二章热力学第二定律和第三定律（14学时）

了解：自发变化的共同特点及其据此引出第二定律的逻辑推理；不可逆过程热力学的基本内容。

掌握：第二定律的各种文字表述及数学表述和物理意义；各类过程的熵变的计算方法；第三定律的意义；用标准熵计算反应熵变的方法；D G，D F的物理意义及其作为判断时的使用条件；各种过程D G，D F的计算方法；第一、第二定律的联合公式和Maxwell关系及其应用；Clapeyron方程和Clapeyron桟lausius方程的物理意义及其应用；化学势、逸度和标准态的概念。

讲课要点：

2-1热力学第二定律解决什么问题

2-2自然过程的共同特点

2-3过程方向性的判据──熵函数

2-4熵变的计算

2-5热力学第三定律

2-6吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能

2-7标准生成吉布斯自由能

2-8热力学函数间的关系

2-9纯物质两相间的平衡

2-10化学势

第三章溶液（6学时）

了解：用化学势讨论平衡问题的方法，比如依数性公式的推导。

理解：偏摩尔量的意义；吉布斯集合公式和Gibbs桪uhem公式的物理意义及其应用；理想

溶液和稀溶液的物理意义。

掌握：溶液的浓度的各种表示法及其相互关系；Raoult定律和Henry定律的各种应用；各组分化学势的表示及其各种标准态；稀溶液依数性的概念及其通过依数性测定溶质分子量的方法；活度的概念及其测定的方法。

讲课要点：

3-1偏摩尔量

3-2理想溶液和稀溶液

3-3稀溶液的依数性

3-4实际溶液和活度

第四章化学平衡（6学时）

了解：如何用化学势讨论平衡，比如化学反应等温式的导出；反应进度的概念；三类反应的生产条件的理论分析（常温常压气相反应，液相反应，高温高压气相反应）；对同时平衡、反应耦合和对复杂体系近似计算等的处理方法。

掌握：用化学反应等温式判断反应进行的方向；由D fG°m计算平衡常数的方法；各种平衡常数的表示及其相互关系；温度对平衡常数的影响及其应用；压力、惰性气体等对平衡的影响；从平衡常数计算平衡转化率和平衡组成的方法。

讲课要点：

4-1化学反应的自由能降低原理

4-2化学反应等温式

4-3平衡常数和平衡转化率计算

4-4平衡常数与温度的关系

4-5平衡常数与压力的关系

4-6苯乙烯（常压气相反应）生产条件分析

4-7乙酸乙酯（液相反应）生产条件的分析

4-8合成甲醇（高压气体反应）生产条件的分析

4-9复杂反应体系的化学平衡计算

第五章相平衡（8学时）

了解：相律的推导过程；部分互溶的三液体系和固椆虠液盐水体系相图及其应用；初步了解二级相变。

掌握：相、相分数和自由度的意义及其计算；相律在相图中的应用；杠杆规律及其应用；二组分体系的气椧合嗤家约罢袅蠛途 蟮幕 驹 恚坏プ榉痔逑迪嗤技捌湓谏 岽恐械挠τ茫欢 榉痔逑档囊簵固相图以及相图的绘制和应用。

讲课要点：

5-1相律

5-2单组分体系的相图

5-3二组分液固体系

5-4二组分气椧禾逑?/P>

5-5部分互溶的二组分液椧禾逑?/P>

5-6完全不互溶的二组分液椧禾逑?/P>

5-7三组分体系

第六章界面现象和胶体分散体系（8学时）

了解：用化学势讨论平衡，如Kelvin公式的推导；Gibbs吸附等温式的推导；表面活性的概念及其原理；表面活性剂的大致分类及其它的几种重要作用；BET吸附理论；胶体体系的概貌（类型和基本特征），重点是胶体的电性质和它的不稳定性。

理解：表面现象中的基本概念，如表面自由能，表面张力，润湿与铺展等。

掌握：Young桳aplace公式的意义及其应用；Kelvin公式的意义及其应用；Gibbs吸附等温式的意义及其应用；Langamuir单分子吸附理论。

讲课要点：

6-1表面自由能和表面张力

6-2弯曲液体表面的现象

6-3润湿和铺展

6-4表面相热力学

6-5表面活性剂

6-6气体在固体表面的吸附

6-7胶体分散体系

（下）

第一章统计热力学基础（12学时）

了解：热力学的三大定律的统计解释；量子统计方法及其应用。

掌握：等几率原理，宏观态、微观态和热力学几率等基本概念；Maxwell桞oltgmann分布律的物理意义；配分函数的概念和各种运动形式的配分函数的计算以及配分函数与热力学函数的关系；单原子和双原子分子的统计熵的计算方法和残余熵的概念；从配分函数计算理想气体反应的平衡常数的方法。

讲课要点：

1-1基本概念

1-2麦克斯韦棽６ 嚷 臣?/P>

1-3配分函数及其与热力学函数间的关系

1-4热力学三大定律的统计解释。

1-5配分函数的计算

1-6量子统计

1-7统计热力学方法计算理想气体反应平衡常数

第二章宏观反应动力学（12学时）

了解：微观可逆性原理和仔细平衡原理；基元反应及复杂反应的速率常数和平衡常数间的关系；驰豫技术和化学振荡反应；理想活塞流和理想回混流二种典型流动体系的特点；催化反应的特点及常见的催化反应的类型。

掌握：反应速率的定义，质量作用定律及一些动力学的基本概念如基元反应，反应级数、反

应分子数等；反应物浓度对反应速率的影响，既对具有简单级数的反应，要掌握其速率公式的各种特征和测定方法；温度对反应速率的影响，明确Arrhenius公式中各项的物理意义；典型复杂反应的速度常数的计算方法；稳态近似和平衡态近似的原理，相互关系及其处理反应机理的方法。

讲课要点：

2-1化学反应的速率方程

2-2具有简单级数的反应

2-3温度对反应速率的影响

2-4典型的复杂反应

2-5稳态近似和平衡态近似

2-6微观可逆性原理和仔细平衡原理

2-7速率常数与平衡常数的关系

2-8链反应

2-9液相反应

2-10流动体系的速率方程式

2-11催化反应

第三章基元反应的速率理论（6学时）

了解：单分子反应的RRKM理论的基本要点；如何用能量相关理论或前线轨道理论对基元反应进行讨论。

掌握：简单碰撞理论的基本要点及其计算方法；过渡态理论的基本要点和热力学、统计二种处理方法；单分子反应的Lindemann理论的基本要点；Ea，Ec，Eo，Eb等概念及其相互关系。

讲课要点：

3-1双分子反应的简单碰撞理论

3-2反应速率的过渡态理论

3-3单分子反应理论

3-4分子轨道对称守恒原理

第四章分子反应动力学和表面化学（4学时）

了解：如何从势能面计算基元反应的动力学参数；分子反应动力学的常用实验方法，实验获得的结果以及该研究在理论上的意义；表面组成、结构对表面吸附和反应的影响。

讲课要点：

4-1宏观速率常数与微观速率常数的关系

4-2势能面及经典轨迹计算

4-3分子反应动力学实验

4-4表面化学的研究内容

4-5表面组成和价态对表面反应性能的影响

4-6表面结构与表面反应性能的关系

4-7表面吸附态和表面反应机理

第五章光化学（4学时）

了解：激光化学的内容。

掌握：光化学反应的特点及量子产率的计算；用稳态近似等动力学方法对光物理基本过程及光引发的化学反应机理进行讨论。

讲课要点：

5-1光化学基本定律

5-2光物理的基本过程

5-3光化学反应

5-4激光化学

第六章电化学（16学时）

了解：Debye桯uckle公式的推导；电解质溶液的其它理论；液体接界电势的概念、消除方法及其计算；几种氢超电势的理论；电化学腐蚀的原因以及防腐的方法；化学电源的类型及其应用；表面电化学、光电化学、修饰电极的主要研究结果。

掌握：电解质溶液的Arrhenius部分电离理论的基本要点，电导、摩尔电导率、迁移数等概念、测定方法及其应用；电解质溶液的离子互吸理论的基本要点及其Debye桯uckle极限公式的应用；可逆电池电动势的计算、测量方法、应用以及D rSm和D rHm的计算；标准电极电势概念及其计算；产生极化的原因及极化现象的应用；Tafel公式的物理意义。

讲课要点：

6-1电解质溶液的导电现象

6-2电解质溶液的活度和活度系数

6-3可逆电池的电动势

6-4电极电势和标准电极电势

6-5浓差电池和液体接界电势

6-6离子选择性电极和膜电势

6-7电解和极化现象

6-8应用电化学

6-9电化学中的若干现代研究课题

教学方式：

本课程以课堂讲授为主，辅以自学，演算习题等教学环节。

考核方式：闭卷考试。

教材与参考书：

教材：《物理化学》，邓景发、范康年，高等教育出版社，1993年。

参考书：[1]《物质结构》，徐光宪，王祥之，高等教育出版社，1987年。

[2]《物质结构》，汪元生，高等教育出版社，1997年。

[3]《结构化学基础》，周公度，北京大学出版社，1995年。

[4]《物理化学》（第二版），傅献彩等，高等教育出版社，1990 年。

[5]《化学动力学基础》，韩德刚等，北京大学出版社，1987年。