考試形式為閉卷筆試,考試時間180分鐘,試卷總分150分。考核的主要內(nèi)容包括化學(xué)熱力學(xué)(統(tǒng)計熱力學(xué))、化學(xué)動力學(xué)、電化學(xué)、界面化學(xué)與膠體化學(xué)以及結(jié)構(gòu)化學(xué)等。要求考生熟練掌握物理化學(xué)與結(jié)構(gòu)化學(xué)的基本概念、基本原理及計算方法,并具有綜合運用所學(xué)知識分析和解決實際問題的能力。主要題型可能有:選擇題、填空題、簡答題、計算題等。
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1、多相體系平衡的一般條件2、相律3、單組分體系的相平衡4、二組分體系的相圖及其應(yīng)用
?。┗瘜W(xué)平衡1、化學(xué)反應(yīng)的平衡條件和化學(xué)反應(yīng)的親和勢2、化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)與等溫方程式3、平衡常數(shù)的表示式4、復(fù)相化學(xué)平衡5、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能6、溫度、壓力及惰性氣體對化學(xué)平衡的影響7、同時化學(xué)平衡8、反應(yīng)的耦合9、近似計算
(七)統(tǒng)計熱力學(xué)基礎(chǔ)1、概論2、玻爾茲曼統(tǒng)計
3、配分函數(shù)
4、各配分函數(shù)的求法及其對熱力學(xué)函數(shù)的貢獻
5、分子的全配分函數(shù)
6、用配分函數(shù)計算rGm和反應(yīng)的平衡常數(shù)
?。ò耍╇娊赓|(zhì)溶液
1、電化學(xué)的基本概念與電解定律
2、離子的電遷移和遷移數(shù)
3、電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)
4、電解質(zhì)的平均活度和平均活度因子
5、強電解質(zhì)溶液理論簡介
(九)可逆電池的電動勢及其應(yīng)用
1、可逆電池和可逆電極
2、電動勢的測定
3、可逆電池的書寫方法及電動勢的取號
4、可逆電池的熱力學(xué)
5、電動勢產(chǎn)生的機理
6、電極電勢和電池的電動勢
7、電動勢測定的應(yīng)用
?。ㄊ╇娊馀c極化作用
1、分解電壓
2、極化作用
3、電解時電極上的競爭反應(yīng)
4、金屬的電化學(xué)腐蝕、防腐與金屬的鈍化
5、化學(xué)電源
?。ㄊ唬┗瘜W(xué)反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)
1、化學(xué)反應(yīng)速率表示法和速率方程
2、具有簡單級數(shù)的反應(yīng)
3、幾種典型的復(fù)雜反應(yīng)
4、溫度對反應(yīng)速率的影響
5、鏈反應(yīng)
6、碰撞理論
7、過渡態(tài)理論
8、單分子反應(yīng)理論
9、在溶液中進行的反應(yīng)
10、光化學(xué)反應(yīng)
11、催化反應(yīng)動力學(xué)
(十二)表面物理化學(xué)
1、表面吉布斯自由能和表面張力
2、彎曲表面下的附加壓力和蒸氣壓
3、溶液的表面吸附
4、液-液界面的性質(zhì)
5、L-B膜及生物膜
6、液-固界面現(xiàn)象
7、表面活性劑及其作用
8、固體表面的吸附
9、氣-固相表面催化反應(yīng)
(十三)膠體分散系統(tǒng)和大分子溶液
1、膠體和膠體的基本特性
2、溶膠的制備和凈化
3、溶膠的動力性質(zhì)
4、溶膠的光學(xué)性質(zhì)
5、溶膠的電學(xué)性質(zhì)
6、雙電層理論和?電位
7、溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用
8、乳狀液
9、凝膠
10、大分子溶液
11、Donnan平衡和聚電解質(zhì)溶液的滲透壓
?。ㄊ模┙Y(jié)構(gòu)化學(xué)
1、量子力學(xué)基礎(chǔ)知識
2、原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
3、雙原子分子的結(jié)構(gòu)化學(xué)
4、分子的對稱性
5、晶體的點陣結(jié)構(gòu)和晶體的性質(zhì)
二、考試要求
(一)氣體
了解氣體分子運動公式的推導(dǎo)過程,建立微觀的運動模型。了解前人對問題的處理方法和過程。了解理想氣體的微觀模型,熟練使用理想氣體狀態(tài)方程。了解分子速度和能量分布公式的推導(dǎo)及物理意義。了解實際氣體狀態(tài)方程及對實際氣體的計算。了解對比狀態(tài);會使用壓縮因子圖。
(二)熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用
明確熱力學(xué)的一些基本概念,如體系、環(huán)境、功、熱、狀態(tài)函數(shù)、變化過程和途徑等。掌握熱力學(xué)第一定律和內(nèi)能的概念。熟知功和熱正負(fù)號的取號慣例及各種過程中功與熱的計算。明確準(zhǔn)靜態(tài)過程與可逆過程的意義。掌握U及H都是狀態(tài)函數(shù)以及狀態(tài)函數(shù)的特性。熟練應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計算理想氣體在等溫、等壓、絕熱等過程中的?U、H、Q和W。熟練應(yīng)用生成焓、燃燒焓來計算焓變。會應(yīng)用赫斯定律和基爾霍夫定律。了解卡諾循環(huán)的意義。了解摩爾定壓、定容熱容的概念;了解節(jié)流過程的特點及焦耳湯姆遜系數(shù)的定義與實際應(yīng)用。
?。ㄈ崃W(xué)第二定律
了解自發(fā)變化的共同特征,明確熱力學(xué)第二定律的意義。掌握熱力學(xué)第二定律與卡諾定理的聯(lián)系。理解克勞修斯不等式的重要性。注意在熟記熱力學(xué)函數(shù)U、H、S、A、G的定義,并了解其物理意義。明確?G在特殊條件下的物理意義,會用它來判別變化的方向和平衡條件。熟練計算一些簡單過程的?S、?H、?A和?G,學(xué)會設(shè)計可逆過程,并判別變化的方向。較熟練地運用吉布斯-亥姆霍茲公式、克拉貝龍方程式和克勞修斯-克拉貝龍方程式。明確偏摩爾量和化學(xué)勢的意義。了解熱力學(xué)第三定律的內(nèi)容,明確規(guī)定熵值的意義、計算及其應(yīng)用。掌握熵增加原理和各種平衡判據(jù)。了解熵的統(tǒng)計意義。
(四)多組分體系熱力學(xué)及其在溶液中的應(yīng)用
熟悉多組分系統(tǒng)的組成表示法及其相互關(guān)系。掌握偏摩爾量和化學(xué)勢的定義,了解它們之間的區(qū)別和在多組分系統(tǒng)中引入偏摩爾量和化學(xué)勢的意義。掌握理想氣體化學(xué)勢的表示式及其標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的含義,了解理想和非理想氣體化學(xué)勢的表示式以及兩者的共同之處,了解逸度的概念。了解理想液態(tài)混合物的通性及化學(xué)勢的表示方法。了解理想稀溶液中各組分化學(xué)勢的表示法。熟悉稀溶液的依數(shù)性,會用依數(shù)性計算未知物的摩爾質(zhì)量。了解相對活度的概念,描述溶劑的非理想程度。了解分配定律公式的推導(dǎo),了解熱力學(xué)處理溶液的一般方法。
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明確相、組分?jǐn)?shù)和自由度等相平衡中的基本概念。了解相律的推導(dǎo)過程,熟練掌握相律在相圖中的應(yīng)用。能看懂各種類型的相圖,并進行簡單分析,理解相圖中各相區(qū)、線和特殊點所代表的意義,了解其自由度的變化情況。在雙液系相圖中,了解完全互溶、部分互溶和完全不互溶相圖的特點,掌握如何利用相圖進行有機物的分離提純。學(xué)會用步冷曲線繪制二組分低共熔點相圖,會對相圖進行分析,并了解二組分低共熔相圖在冶金、分離、提純等方面的應(yīng)用。
(六)化學(xué)平衡
了解從平衡常數(shù)導(dǎo)出化學(xué)反應(yīng)等溫式,并掌握這個公式的使用。了解從化學(xué)勢導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。掌握均相和多相反應(yīng)的平衡常數(shù)表示式。理解Gm的意義以及與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的關(guān)系,掌握Gm的求算和應(yīng)用。理解Gm的意義并掌握其用途。熟悉溫度,壓力和惰性氣體對平衡的影響。
(七)統(tǒng)計熱力學(xué)基礎(chǔ)
了解統(tǒng)計系統(tǒng)的分類和統(tǒng)計熱力學(xué)的基本假定。了解最概然分布和擷取最大項原理。了解配分函數(shù)的定義及其物理意義,知道配分函數(shù)與熱力學(xué)函數(shù)的關(guān)系。了解各種配分函數(shù)的計算方法,學(xué)會用配分函數(shù)計算簡單分子的熱力學(xué)函數(shù),掌握理想氣體簡單分子平動熵的計算。了解分子配分函數(shù)的分離和全配分函數(shù)的組成。了解自由能函數(shù)和熱函函數(shù),用自由能函數(shù)和配分函數(shù)計算平衡常數(shù)。
?。ò耍╇娊赓|(zhì)溶液
掌握電化學(xué)的基本概念和電解定律,了解遷移數(shù)的意義及常用的測定遷移數(shù)的方法。掌握電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率的意義及它們與溶液濃度的關(guān)系。熟悉離子獨立移動定律及電導(dǎo)測定的一些應(yīng)用。掌握遷移數(shù)與摩爾電導(dǎo)率、離子電遷移率之間的關(guān)系,能熟練地進行計算。理解電解質(zhì)的離子平均活度、平均活度因子的意義及其計算方法。了解強電解質(zhì)溶液理論的基本內(nèi)容及適用范圍,并會計算離子強度及使用德拜-休克爾極限公式。
(九)可逆電池的電動勢及其應(yīng)用
掌握形成可逆電池的必要條件、可逆電極的類型和電池的書面表示方法,能熟練、正確地寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)。了解對消法測電動勢的基本原理和標(biāo)準(zhǔn)電池的作用。在正確寫出電極和電池反應(yīng)的基礎(chǔ)上,熟練地用Nernst方程計算電極電勢和電池的電動勢。了解電動勢產(chǎn)生的機理和氫標(biāo)準(zhǔn)電極的作用。掌握熱力學(xué)與電化學(xué)之間的聯(lián)系,會利用電化學(xué)測定的數(shù)據(jù)計算熱力學(xué)函數(shù)的變化值。熟悉電動勢測定的主要應(yīng)用,會從可逆電池測定數(shù)據(jù)計算平均活度因子、解離平衡常數(shù)和溶液的pH值。
?。ㄊ╇娊馀c極化作用
了解分壓的意義,要使電解池不斷地進行工作必須克服的阻力的種類。了解極化現(xiàn)象、超電勢、極化作用的種類、降低極化作用的方法。了解極化曲線、電解池與原電池的極化曲線的異同點。掌握H2(g)的超電勢的計算。在電解過程中,能用計算的方法判斷在兩個電極上首先發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。了解電解的一般過程及其應(yīng)用。了解金屬腐蝕的類型,了解常用的防止金屬腐蝕的方法。了解常用化學(xué)電源的基本原理、類型及目前的發(fā)展概況,特別是燃料電池的應(yīng)用前景。
?。ㄊ唬┗瘜W(xué)反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)
掌握宏觀動力學(xué)中反應(yīng)速率的表示法,基元反應(yīng),非基元反應(yīng),反應(yīng)級數(shù),反應(yīng)分子數(shù),速率常數(shù)等的基本概念。掌握簡單級數(shù)的反應(yīng)如零級、一級、二級的特點,從實驗數(shù)據(jù)利用各種方法判斷反應(yīng)級數(shù),熟練地利用速率方程計算速率常數(shù),半衰期等。掌握三種典型的復(fù)雜反應(yīng)(對峙反應(yīng)、平行反應(yīng)和連續(xù)反應(yīng))的特點,學(xué)會使用合理的近似的方法作一些簡單的計算。掌握溫度對反應(yīng)速率的影響,特別是在平行反應(yīng)中如何進行溫度調(diào)控,以提高所需產(chǎn)物的產(chǎn)量。掌握Arrhenius經(jīng)驗式的各種表示形式,掌握活化能的含義,它對反應(yīng)速率的影響,以及活化能的求算方法。掌握鏈反應(yīng)的特點,用穩(wěn)態(tài)近似、平衡假設(shè)和速控步等近似方法從復(fù)雜反應(yīng)的機理推導(dǎo)出速率方程。
了解較常用的反應(yīng)速率理論,碰撞理論和過渡態(tài)理論采用的模型,推導(dǎo)過程中引進的假定、計算速率常數(shù)的公式及理論的優(yōu)缺點。用這兩個理論計算簡單反應(yīng)的速率常數(shù),掌握活化能、閾能和活化焓等能量之間的關(guān)系。了解微觀反應(yīng)動力學(xué)的發(fā)展概況、常用的實驗方法和該研究在理論上的意義。了解溶液反應(yīng)的特點和溶劑對反應(yīng)的影響(原鹽效應(yīng)),會判斷離子強度對不同反應(yīng)速率的影響。了解擴散對反應(yīng)的影響。了解較常用的測試快速反應(yīng)的方法,學(xué)會用弛豫法來計算簡單快速對峙反應(yīng)的兩個速率常數(shù)。了解光化學(xué)反應(yīng)的基本定律、光化學(xué)平衡與熱化學(xué)平衡的區(qū)別以及這類反應(yīng)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景。了解催化反應(yīng)特別是酶催化反應(yīng)的特點、催化劑改變反應(yīng)速率的本質(zhì)和常用催化劑的類型。了解自催化反應(yīng)的特點和產(chǎn)生化學(xué)振蕩的原因。
?。ㄊ┍砻嫖锢砘瘜W(xué)
明確表面吉布斯自由能、表面張力、接觸角的概念,了解表面張力與溫度的關(guān)系。明確彎曲表面的附加壓力產(chǎn)生的原因及與曲率半徑的關(guān)系。會使用楊-拉普拉斯公式。了解彎曲表面上的蒸氣壓與平面相比有何不同,熟練掌握定量應(yīng)用開爾文公式,會用這個基本原理解釋常見的表面現(xiàn)象。理解吉布斯吸附等溫式的表示形式,各項的物理意義,并能應(yīng)用及作簡單計算。了解表面活性劑的特點、作用及大致分類,它在表面上作定向排列及降低表面自由能的情況。了解液-液、液-固界面的鋪展與潤濕情況。理解氣-固表面的吸附本質(zhì)及吸附等溫線的主要類型,能解釋簡單的表面反應(yīng)動力學(xué)。了解化學(xué)吸附與物理吸附的區(qū)別,了解影響固體吸附的主要因素。了解化學(xué)吸附和多相催化反應(yīng)的關(guān)系,了解氣-固相表面催化反應(yīng)速率的特點及反應(yīng)機理。
?。ㄊ┠z體分散體系和大分子溶液
了解膠體分散體系的基本特性,憎液溶膠的膠粒結(jié)構(gòu)、制備和凈化常用的方法。掌握膠體分散體系在動力性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)及電學(xué)性質(zhì)等方面的特點以及如何利用這些特點對膠體進行粒度大小、帶電情況等方面的研究并應(yīng)用于實踐。了解溶膠在穩(wěn)定性方面的特點,掌握動電電位及電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響,會判斷電解質(zhì)聚沉能力的大小。了解乳狀液的種類、乳化劑的作用以及在工業(yè)和日常生活中的應(yīng)用。了解凝膠的分類、形成及主要性質(zhì)。了解大分子溶液與溶膠的異同點及大分子物質(zhì)平均摩爾質(zhì)量的種類和測定方法。了解什么是唐南平衡,如何較準(zhǔn)確地用滲透壓法測定聚電解質(zhì)的數(shù)均摩爾質(zhì)量。了解牛頓流體和非牛頓流體的區(qū)別,了解粘彈性流體的特點。了解納米材料的制備和特性。
(十四)結(jié)構(gòu)化學(xué)
了解能量量子化、光電效應(yīng)、波粒二象性以及不確定度關(guān)系的基本內(nèi)容。了解量子力學(xué)中幾個基本假設(shè)的內(nèi)容。掌握一維勢箱中粒子的Schrödinger方程求解方法。了解單電子原子的Schrödinger方程及其解,了解量子數(shù)的物理意義,熟悉波函數(shù)和電子云的圖形。了解氫分子離子的結(jié)構(gòu)、雙原子分子的結(jié)構(gòu)。熟悉分子點群的分類。了解晶體結(jié)構(gòu)的對稱性。熟悉金屬晶體結(jié)構(gòu)、離子晶體結(jié)構(gòu)及其它鍵型的晶體結(jié)構(gòu)。了解晶體衍射的基本內(nèi)容。
三、主要參考書
《物理化學(xué)》(第五版),上、下冊,傅獻彩、沈文霞、姚天揚、侯文華編,高等教育出版社,2005年。書中以“*”號作記的,不作要求。
《結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)》(第5版),周公度、段連運編,北京大學(xué)出版社,2017年。
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