第一篇：材料物理化學教學大綱(卓越班)

《材料物理化學》（卓越班）課程教學大綱

制定依據(jù)：本大綱根據(jù)2014版本科人才培養(yǎng)方案制定 課程編號：I0200534 學 時 數(shù)：72 學 分 數(shù)：4.5 適用專業(yè)：無機非金屬材料

先修課程：《無機化學》、《物理化學》 考核方式：考試

一、課程的性質(zhì)和任務

《材料物理化學》是材料科學與工程專業(yè)必修的重要的專業(yè)基礎理論課。在材料工程各專業(yè)的教學中，起著承上啟下，連接基礎理論知識和專業(yè)技術知識的橋梁作用。是整個材料工程各專業(yè)的理論基礎。該課程以材料組分、結構與性能之間相互關系及其變化規(guī)律為主線，主要研究材料制備過程中的物理現(xiàn)象與化學問題。本課程的主要任務有四點：

① 使學生理解并掌握晶體、非晶體、熔體、膠體、表面、界面等物質(zhì)形態(tài)的結構與性質(zhì)的相關知識及其相互關系；

② 掌握二元、三元體系的相圖識別及其應用。通過對材料組織結構的形成與相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學習，理解材料的成分、溫度、壓力對材料組織結構形成的影響，為材料設計及制定材料生產(chǎn)工藝奠定科學基礎；

③ 掌握與材料生產(chǎn)、加工密切相關的高溫下的材料動力學過程——擴散、固態(tài)反應和燒結等過程相關的物理化學理論；

④ 了解新材料的組成、結構和性質(zhì)關系及應用，開闊眼界，提高學習、掌握、開發(fā)新材料的興趣。

本課程教學內(nèi)容的基本要求分為掌握、理解、了解三個層次：

掌握：要求學生能夠全面、深入理解和熟練掌握所學內(nèi)容，并能夠用其分析、初步設計和解答與應用相關的問題，能夠舉一反三。

理解：要求學生能夠較好地理解所學內(nèi)容，并且能夠進行簡單分析和判斷。了解：要求學生能夠一般地了解所學內(nèi)容。

本課程比無機非金屬材料工程專業(yè)普通本科班多8個課時，卓越班是為國家培育卓越工程師計劃的重要班級，為了讓使本班學生畢業(yè)后能夠勝任水泥、商品混凝土、玻璃、陶瓷行業(yè)的生產(chǎn)與技術管理，迅速成為企業(yè)的骨干力量乃至領軍人物，特在第一章無機材料的化學鍵與電子結構增加2學時、第二章晶體的結構與常見的結構類型增加2學時、第六章相圖與相平衡增加2學時、滴十章固態(tài)燒結增加2學時，共計增加8學時。主要對材料物理化學專業(yè)知識在實際工程中的應用進行舉例分析。

二、教學內(nèi)容與要求 理論教學（學時：72）

無機材料的化學鍵與電子結構（2學時）

（一）教學內(nèi)容

1.1 離子鍵與離子晶體結合能

1、離子與離子鍵的形成

2、電離子能、電子親合能、電負性

3、原子半徑、離子半徑及離子半徑的確定

4、離子及離子鍵的特性與離子晶體材料性能的關系

5、離子晶體結合能的計算及對晶體性質(zhì)的影響 1.2 共價鍵與分子軌道理論

1、共價鍵的本質(zhì)與特點

2、分子軌道理論要點與原子軌道的組合原則

3、分子晶體

1.3金屬鍵與固體中電子的能帶結構

1、金屬鍵的基本特性

2、固體中電子的能帶結構

（二）教學要求掌握：

（1）掌握：離子半徑的含意；離子晶體結合能的計算；離子鍵、共價鍵、金屬鍵的區(qū)別與聯(lián)系。

（2）理解：電離子能、電子親合能、電負性、原子半徑等基本概念；離子鍵、共價鍵、金屬鍵的的特性與相應晶體性質(zhì)的關系。

（3）了解：分子晶體的特性；固體中電子的能帶結構.晶體的結構與常見晶體結構類型（12學時）

（一）教學內(nèi)容

2.1晶體概念與基本性質(zhì)

1、晶體概念

2、晶體的點陣結構

3、晶體的基本性質(zhì) 2.2晶體的宏觀對稱性

1、晶體對稱的特點

2、晶體的宏觀對稱要素

3、晶體的對稱定律 2.4 晶體化學基本原理

1、離子堆積原理

2、結晶化學定律

3、鮑林規(guī)則 2.5典型晶體結構

1、單質(zhì)的晶體結構

2、典型無機化合物晶體結構 2.6硅酸鹽晶體結構

1、硅酸鹽的結構單元

2、硅酸鹽在空間的結合

3、硅酸鹽化學式表示方法

4、島狀硅酸鹽

5、組群狀硅酸鹽

6、鏈狀硅酸鹽

7、層狀結構硅酸鹽

8、網(wǎng)狀結構硅酸鹽

（二）教學要求

（1）掌握：晶體概念；晶體對稱定律；晶體對稱分類及國際符號；結晶符號；空間群及國際符號；球體最緊密堆積原理和堆積方式；影響離子晶體結構的因素，離子晶體半徑、配位數(shù)和配位多面體形狀的關系；掌握鮑林五個規(guī)則的要領特點；無機材料典型晶體結構；硅酸鹽晶體結構式的概念和特點。

（2）理解： 對稱組合定理；對稱型的推導；結晶化學定律；離子晶體結構原理和類型離子堆積系數(shù)；鮑林規(guī)則的組成和意義；鮑林規(guī)則對結構的指導作用；無機材料典型晶體結構及性質(zhì)關系；硅酸鹽礦物結構、組成，性質(zhì)三者之間的關系和規(guī)律。

（3）了解：晶體性質(zhì)、球體堆積的配位數(shù)和堆垛順序 熔體與非晶態(tài)固體（4學時）

（一）教學內(nèi)容 3.1熔體結構

1、掌握熔體結構的聚合物理論。

2、理解影響熔體結構的各種因素。

3、領會聚合物種類、數(shù)量與組成的關系。3.2熔體性質(zhì)

1、熟練掌握溫度、組成對熔體粘度的影響。

2、理解影響熔體表面張力的各種因素。3.3玻璃的結構

1、理解玻璃結構學說的要點及意義。

2、了解玻璃的通性及與晶體的區(qū)別。

3、掌握玻璃體與晶體在結構上的異同點。3.4玻璃的形成

1、領會形成玻璃的結晶化學條件。

2、掌握構成玻璃的形成體、中間體和變性體的意義。

3、了解溫度、粘度、冷卻速率對玻璃形成的影響。3.5常見玻璃類型

1、掌握硅酸鹽玻璃的結構參數(shù)

2、硼酸鹽玻璃結構及應用。

（二）教學要求

（1）掌握：熔體結構的聚合物理論、溫度、組成對熔體粘度的影響、玻璃體與晶體在結構上的異同點、構成玻璃的形成體、中間體和變性體的意義

（2）理解：影響熔體結構的各種因素、影響熔體表面張力的各種因素、玻璃結構學說的要點及意義

（3）了解：玻璃的通性及與晶體的區(qū)別、溫度、粘度、冷卻速率對玻璃形成的影響、硼酸鹽玻璃結構及應用

晶體結構缺陷（8學時）

（一）教學內(nèi)容 4.1熱力學平衡態(tài)點缺陷

1、熱缺陷的基本類型

2、平衡態(tài)熱缺陷濃度

3、點缺陷的運動與輸運 4.2非熱力學平衡態(tài)點缺陷 4.3 點缺陷符號與化學方程式

1、點缺陷符號

2、點缺陷化學方程式

4.4離子晶體中的點缺陷與色心 4.5摻雜與非化學計量化合物

1、固溶體的分類

2、置換型固溶體

3、填隙型固溶體

4、固溶體的研究方法

5、非化學計量化合物 4.6晶體的線缺陷——位錯

1、位錯理論的提出

2、位錯的基本類型和特征

（二）教學要求

（1）掌握：缺陷符號、缺陷反應方程式的寫法；固溶體的分類和結構；固溶體的常用研究方法；非化學計量化合物的形成及類型。

（2）理解：理解點缺陷的意義；缺陷的分類、特點和缺陷濃度的計算方法；非化學計量化合物的形成過程；固溶體的分類、概念和結構、置換型固溶體和填隙型固溶體的區(qū)別；形成無限型固溶體的條件；固溶體結構、組成、性能三者的關系和規(guī)律。

（3）了解：點缺陷的分類、特點，固溶體的幾個基本性質(zhì)線缺陷及面缺陷的基本概念 表面與界面（6學時）

（一）教學內(nèi)容

5.1晶體表面的形貌和結構

1、晶體表面的形貌

2、晶體表面的結構

3、晶體表面的缺陷

4、實際晶體表面 5.2界面行為

1、彎曲表面效應

2、潤濕與黏附

3、吸附與表面改性 5.3無機材料的晶界和相界

1、晶界結構和分類

2、相界結構和分類

3、多晶體的晶界構型

5.4膠體分散體系與納米材料中的界面

1、粘土-水系統(tǒng)的膠體特性

2、粘土泥漿流動性和穩(wěn)定性及泥料的可塑性

3、脊性料的懸浮與塑化

4、納米材料中的界面

（二）教學要求：

（1）掌握：晶體表面的結構、潤濕的類型及發(fā)生潤濕的條件、吸附及表面改性、晶界的結構、多晶體的晶界構型、粘土離子的帶電機理、粘土離子的交換和吸附、粘土泥漿流動性和穩(wěn)定性及泥料的可塑性。

（2）理解：晶體表面的形貌、晶體表面的缺陷及缺陷的類型、彎曲表面效應、吸附與表面改性、晶界結構和分類、相界結構和分類、脊性料的懸浮與塑化；（3）了解：彎曲表面效應、納米材料中的界面； 相平衡與相圖（14學時）

（一）教學內(nèi)容

6.1凝聚態(tài)系統(tǒng)相平衡特點

1、組分

2、相

3、凝聚態(tài)系統(tǒng)相律 6.2一元系統(tǒng)

1、水型物質(zhì)與硫型物質(zhì)

2、多晶轉(zhuǎn)變的一元系統(tǒng)相圖

3、SiO2系統(tǒng)

4、ZrO2系統(tǒng)相圖 6.3二元系統(tǒng)

1、具有一個低共熔點的簡單二元系統(tǒng)相圖

2、生成一個一致熔化合物的二元系統(tǒng)相圖

3、生成一個不一致熔化合物的二元系統(tǒng)相圖

4、生成一個在固相分解的化合物的二元系統(tǒng)相圖

5、具有多晶轉(zhuǎn)變的二元系統(tǒng)相

6、形成連續(xù)固溶體的二元系統(tǒng)相圖

7、形成有限固溶體的二元系統(tǒng)相圖

8、具有液相分層的二元系統(tǒng)相圖

9、具體二元系統(tǒng)相圖舉例 6.4三元系統(tǒng)

1、三元系統(tǒng)組成表示方法

2、杠桿規(guī)則及重心原理

3、三元立體相圖與平面投影圖

4、具有一個低共熔點的簡單三元系統(tǒng)相圖

5、生成一個一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)相圖

6、生成一個不一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)相圖

7、生成一個固相分解的二元化合物的三元系統(tǒng)相圖

8、具有一個一致熔三元化合物的三元系統(tǒng)相圖

9、具有一個不一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相圖

10、形成一個二元連續(xù)固溶體的三元相圖

11、具有液相分層的三元相圖

12、分析復雜相圖的主要步驟

13、三元系統(tǒng)相圖應用舉例

（二）教學要求

（1）掌握：凝聚態(tài)系統(tǒng)的特點及相律的具體形式、一元系統(tǒng)相圖的特點、分析一元系統(tǒng)相圖的具體方法、二元系統(tǒng)相圖的特點、能熟練分析低熔點的簡單二元系統(tǒng)、一致熔化合物、不一致熔化合物的二元系統(tǒng)相圖的結晶路程、三元系統(tǒng)中組成表示方法及相關規(guī)則與原理（等含量規(guī)則、等比例規(guī)則、背向性規(guī)則、杠桿規(guī)則及重心原理）；判讀三元相圖的幾重要規(guī)則（連線規(guī)則、切線規(guī)則、重心規(guī)則與三角形規(guī)則）；三元系統(tǒng)相圖的特點。能熟練分析一致熔融二元化合物、不一致熔融二元化合物、固相分解的二元化合物、一致熔三元化合物、不一致熔融三元化合物三元系統(tǒng)相圖的結晶路程。

（2）理解：組分、相等相關概念、可逆與不可逆相變的特點、SiO2相圖在硅磚耐火材料生產(chǎn)中的應用、二元系統(tǒng)中杠桿原理及應用。CaO-SiO2系統(tǒng)與Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖在耐火材料中的應用、分析復雜相圖的主要步驟并能應用于CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)與Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)三元相圖

（3）了解：凝聚態(tài)系統(tǒng)中相律具體形式的推導過程、穩(wěn)定ZrO2與SiO2的方法、三元系統(tǒng)的立體圖變化成平面圖的投影過程及規(guī)律

固體中質(zhì)點的擴散（6學時）

（一）教學內(nèi)容

7.1固體中指點擴散的特點與唯象理論

1、流體擴散和固體擴散的特點

2、擴散的菲克第一定律和第二定律

3、菲克定律的應用——穩(wěn)定擴散 7.2質(zhì)點遷移的微觀機制與擴散系數(shù)

1、質(zhì)點遷移的微觀機制

2、原子躍遷與擴散系數(shù) 7.3擴散的熱力學理論

1、擴散的熱力學理論

2、空位機制和間隙機制擴散

3、雜質(zhì)缺陷引起的擴散

4、非本征缺陷引起的擴散行為 7.4固體質(zhì)點擴散的影響因素

1、溫度對固體擴散的影響

2、雜質(zhì)對固體擴散的影響

3、缺陷結構對固體擴散的影響

4、氣氛對固體擴散的影響

（二）教學要求

（1）掌握：擴散的菲克第一定律和第二定律、質(zhì)點遷移的微觀機制、非本征缺陷引起的擴散行為

（2）理解：擴散的影響因素、掌握質(zhì)點擴散的特點、擴散的種類（3）了解：菲克定律的應用、離子晶體、共價晶體和金屬晶體的擴散 固態(tài)化學反應（4學時）

（一）教學內(nèi)容

8.1 凝聚態(tài)體系化學反應的基本特征

1、固態(tài)反應的定義

2、固態(tài)反應的特點

3、泰曼等關于固相反應機制的研究

4、固相反應過程

5、固相反應的分類 8.2 固相反應動力學

1、一般動力學關系

2、化學反應動力學范圍

3、擴散動力學范圍 8.3影響固相反應的因素

1、反應物化學組成與結構的影響

2、反應物顆粒尺寸及分布的影響

3、反應溫度和壓力與氣氛的影響

4、礦化劑及其它影響因素 8.4實例

（二）教學要求

（1）掌握：固態(tài)化學反應的含義、固態(tài)反應的特點與類型、一般反應過程；（2）理解：固態(tài)反應一般動力學過程及不同動力學控制范圍的動力學方程；（3）了解：影響固態(tài)反應的多種因素。固態(tài)相變（6學時）

（一）教學內(nèi)容 概述

9.1 相變的分類

1、按熱力學分類

2、按相變方式分類

3、按質(zhì)點遷移特征分類

4、按動力學分類 9.2 相變的基本特征

1、固態(tài)相變的特點

2、馬氏體轉(zhuǎn)變

3、擴散型固態(tài)相變 9.3相變過程熱力學

1、相變的熱力學特征與相變的級數(shù)

2、相變的熱力學驅(qū)動力

3、晶核形成條件 9.4相變過程熱力學

1、晶核形成過程動力學

2、晶體生長過程動力學

3、總的結晶速率

4、析晶過程

5、影響析晶能力的因素 9.5結晶與晶體生長

1、晶核形成的結構基礎

2、晶核生長理論 9.6薄膜材料中晶體生長

（二）教學要求

（1）掌握：固態(tài)相變的含義、固態(tài)相變的分類方法與類型、典型相變的特點；（2）理解：固態(tài)相變的熱力學驅(qū)動力及一般動力學過程、晶核形成的條件與生長理論、；（3）了解：影響固態(tài)相變、晶體結晶的多種因素。固態(tài)燒結（8學時）

（一）教學內(nèi)容 10.1燒結的基本特征

1、燒結的宏觀定義與微觀定義

2、燒結的特點

3、燒結與其他概念的區(qū)別

4、燒結過程的推動力

5、燒結的兩個雙球和平板模型 10.2燒結機制與動力學方程

1、蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)

2、擴散傳質(zhì)

3、流動傳質(zhì)

4、溶解-沉淀傳質(zhì)

10.3燒結過程中晶粒生長與異常生長

1、晶粒的長大與異常生長的定義

2、晶粒正常生長過程

3、晶粒異常生長過程

4、晶粒異常生長的影響因素與采取的避免措施

5、晶界在燒結中的作用 10.4影響燒結的因素

1、原始粉料的粒度與分布

2、外加劑

3、燒結的溫度與時間

4、原料的選擇與煅燒條件

5、氣氛與成型壓力 10.5特種燒結技術

1、無壓燒結

2、熱壓燒結

3、高溫等靜壓燒結

4、等離子體燒結

5、微波燒結

6、爆炸燒結

（二）教學要求

（1）掌握：固相燒結和液相燒結的四個機制與動力學方程、影響燒結的幾個因素、（2）理解： 相關的概念、晶粒長大與晶界移動的速率、晶粒異常生長的影響因素與采取的措施

（3）了解：燒結的定義和特點、燒結的三個模型、特種燒結技術

三、考核要求

材料物理化學程的考核以平時考核和期末考試相結合，平時考核包括出勤、作業(yè)和課堂表現(xiàn)等確定學生平時成績，平時考試成績占30%，卷面成績占70%。

四、參考教材及其它參考資料

1、參考教材：

《無機材料科學基礎》，曾燕偉主編，武漢理工大學出版社，2015年第2版

2、其它參考資料：

[1] 《材料科學基礎》張聯(lián)盟主編，武漢理工大學出版社，2008年第2版

[2]《無機材料科學基礎教程》，胡志強主編，化學工業(yè)出版社出版社，2011年第2版 [3]《無機材料物理化學》，周亞棟主編，武漢理工大學出版社，2006年第1版 [4]《材料物理化學》，張志杰主編，化學工業(yè)出版社出版社，2006年第1版

執(zhí)筆人 ：侯偉 教研室主任簽字： 院長（部主任）簽字： 2014年07月05日

第二篇：物理化學教學大綱

物理化學教學大綱

物理化學是化學系各專業(yè)的一門重要基礎課程。物理化學的基本原理被廣泛地運用到其它分支學科。學好本課程, 可加深對無機化學、有機化學、分析化學等相關課程的理解?；A物理化學課程的重點在于掌握熱力學處理問題的方法和化學動力學的基本知識，掌握統(tǒng)計熱力學的基本原理和了解本學科的新進展。

熱力學第一定律

熱力學的基本概念：體系、環(huán)境、狀態(tài)、熱力學平衡態(tài)、功、熱及其符號、孤立體系、封閉體系、開放體系等

熱力學第一定律；內(nèi)能U的概念；狀態(tài)函數(shù)與過程量

可逆過程、不可逆過程、準靜過程、自發(fā)過程

焓H的定義；等壓過程的熱效應與焓變的關系

理想氣體的定義與性質(zhì)；各種過程的Q、W、?U、?H的計算

實際氣體的性質(zhì)；等焓過程，焦－湯效應及焦湯系數(shù)

赫斯定律；反應焓的計算；物質(zhì)的生成焓、燃燒焓、離子生成焓、溶解熱和稀釋熱

基爾霍夫定律；絕熱反應*

熱化學的現(xiàn)代進展*；生物熱化學及其應用*

熱力學第二定律

熱力學第二定律；自發(fā)過程的共同性質(zhì)

卡諾循環(huán)；卡諾定理；熵函數(shù)的定義及物理意義

熵增原理；熱力學第二定律的微觀意義

赫氏自由能F；吉布斯自由能G

熱力學的熵判據(jù)、赫氏自由能判據(jù)、吉布斯自由能判據(jù)及適用條件

熱力學基本關系式；麥克斯韋關系式

常見過程的熱力學函數(shù)改變值的計算；吉布斯－赫姆霍茲公式

偏摩爾量；偏摩爾量集合公式

化學勢的定義和物理意義

多組分體系熱力學；復相多組分體系熱力學

熱力學第三定律；物質(zhì)的規(guī)定熵

熱力學非平衡態(tài)熱力學簡介；耗散體系知識簡介

*

*

溶 液

理想氣體化學勢；理想氣體混合物

實際氣體；范德華狀態(tài)方程；氣體逸度的概念和計算

物質(zhì)的臨界狀態(tài)和對比態(tài)；對比態(tài)原理；牛頓圖

溶液濃度的各種表示法及其相互間的關系

拉烏爾定律；亨利定律

理想溶液的定義；理想溶液的化學勢；理想溶液的性質(zhì)

理想稀溶液；溶劑化學勢；溶質(zhì)化學勢；各種標準狀態(tài)和標態(tài)化學勢的物理意義

稀溶液的依數(shù)性：沸點上升；凝固點下降；滲透壓

非理想溶液；活度及活度系數(shù)；溶液活度的測定；活度的計算

滲透系數(shù)；超額函數(shù)

吉布斯－杜亥姆公式；杜亥姆－馬居爾公式*

分配定律*

相 律

相律；體系的物種數(shù)、相數(shù)、獨立組份數(shù)和自由度之間的關系

單組份相圖；克拉貝龍方程、克拉貝龍－克勞修斯方程；水的相圖；硫的相圖

二組份相圖；二元理想溶液的T－x圖和p-x圖；非理想二元溶液的相圖；精餾原理；互不相溶的二元液體體系相圖；水蒸汽蒸餾原理；各類二元凝聚體系相圖；步冷曲線；二級相變；氦的相圖；金屬的居里點

三組份的等邊三角形相圖*；三元鹽水體系相圖*；三元液體體系相圖*；杠桿原理在相圖中的運用*

利用相圖分離提純物質(zhì)的基本原理*

化 學平衡

化學反應進行的進度；反應的條件；化學反應等溫式

氣相反應的熱力學平衡常數(shù)；平衡常數(shù)與反應?rGm的關系

溶液中的化學反應的平衡常數(shù)；復相反應的平衡常數(shù)

熱力學平衡常數(shù)與各種經(jīng)驗平衡常數(shù)之間的關系

物質(zhì)的標準生成吉布斯自由能；物質(zhì)的規(guī)定吉布斯自由能；化學反應?rGm的計算

溫度、壓力、惰性氣體對反應平衡的影響

化學反應的同時平衡；絕熱反應的平衡*；反應方向的判斷

0

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電化學

溶液電導率；摩爾電導率；離子獨立移動定理 離子的遷移數(shù)；遷移數(shù)的測定

電解質(zhì)的活度理論；強電解質(zhì)的溶液理論；德拜－休克爾極限定律

電池表示法；電極電勢的規(guī)定和計算；能斯特方程；電池電動勢與電極電勢的關系

電池電動勢與?rGm0、?rHm0、?rSm0的關系

電動勢產(chǎn)生的機理；電池電動勢的計算及應用

熱力學體系的電勢－pH圖

電極過程動力學：分解電壓；極化作用產(chǎn)生的原理 超電勢的產(chǎn)生原因；超電勢的計算；超電勢在電解中的應用 金屬的腐蝕；金屬防腐的方法* 化學電源的類型和應用*

統(tǒng)計熱力學

統(tǒng)計力學的基本方法；宏觀態(tài)和微觀態(tài)；相空間*；相體積*；微觀態(tài)的幾率；等幾率原理

統(tǒng)計系綜原理*；體系的配分函數(shù)*；熱力學函數(shù)的統(tǒng)計力學表達式

玻色－愛因斯坦統(tǒng)計*；費米－狄拉克統(tǒng)計*；玻爾茲曼統(tǒng)計

最可幾分布；玻爾茲曼分布律；熵的統(tǒng)計力學解釋

理想氣體的統(tǒng)計理論；分子的配分函數(shù)；由分子配分函數(shù)求熱力學函數(shù)的表達式

分子的核配分函數(shù)；電子配分函數(shù)；平動配分函數(shù)、轉(zhuǎn)動配分函數(shù)、振動配分函數(shù)及其對熱力學函數(shù)的貢獻

氣體的熱容理論；固體的熱容理論

理想氣體化學勢的統(tǒng)計力學表達式*；理想氣體反應的平衡常數(shù)

由自由能函數(shù)和熱焓函數(shù)求反應平衡常數(shù)

化學動力學

反應進度的概念；化學反應速率的表示法

一級反應、二級反應、零級反應、三級反應的速率方程、動力學方程及其特征

簡單反應級數(shù)的確定；速率常數(shù)的意義、測定方法和計算

對峙反應、平行反應、連續(xù)反應的動力學速率方程式及其特點；

溫度對反應速率的影響；反應的活化能及其物理意義

反應的歷程和反應機理；反應機理的擬定；用穩(wěn)態(tài)法、平衡近似法推導反應的速率方程式

化學反應速率的碰撞理論

過渡態(tài)理論；反應活化焓、反應活化熵、反應活化吉布斯自由能

鏈式反應；光化學反應

分子反應動力學理論簡介*

快速反應動力學理論簡介*

振蕩反應理論簡介*

催化反應動力學

催化反應的特點；催化劑的催化原理；催化劑的中毒和特點

氣固相催化反應的一般歷程和速率方程式

溶液相中的催化反應；溶劑的影響

酸堿催化反應；絡合催化反應

酶催化反應及米氏常數(shù)*

界面及膠體化學

表面張力、表面吉布斯自由能；表面張力與溫度的關系

彎曲表面的附加壓力；彎曲表面的蒸汽壓

吉布斯等溫吸附式；各項的物理意義、公式的應用和簡單計算

表面活性物質(zhì)的性質(zhì)及其作用機理

表面活性劑的分類

液－液、液－固界面的鋪展、接觸角和潤濕

氣－固表面的吸附；吸附等溫線的主要類型

膠體分散體系的基本特征；膠體的熱力學和動力學性質(zhì)；

膠體的穩(wěn)定性；電解質(zhì)對溶膠穩(wěn)定性的影響；電解質(zhì)的聚沉能力

聚合物分子量的測定方法；天然大分子、凝膠的初步概念

納米材料知識簡介*

*：打星號內(nèi)容不作要求

第三篇：物理化學教學大綱

《物理化學》課程教學大綱

簡介：

物理化學課程是化工類專業(yè)重要理論基礎課，其內(nèi)容主要包括：化學熱力學、統(tǒng)計熱力學、化學動力學三大部分。其先行課要求學生學習高等數(shù)學、大學物理、無機化學、分析化學、有機化學。

物理化學是從化學變化和物理變化聯(lián)系入手，采用數(shù)學的手段研究化學變化的規(guī)律的一門科學。研究方法多采取理想化方法，集抽象思維和形象思維，其實驗是采用物理實驗的方法。

化學熱力學采用經(jīng)典的熱力學第一定律、熱力學第二定律、熱力學第三定律，從宏觀上研究化學變化過程的規(guī)律，通過理論計算來判斷化學反應的方向和限度（化學平的衡位置）、以及平衡狀態(tài)時系統(tǒng)的相變化、界面變化、電化學變化、膠體化學變化的規(guī)律，同時，研究影響這些變化規(guī)律的因素（如：溫度、壓力、濃度、組成等等）。

統(tǒng)計熱力學則從微觀上，用統(tǒng)計學的方法，研究化學反應的變化規(guī)律。試圖通過理論的計算熱力學的狀態(tài)函數(shù)。

化學動力學研究化學反應的速率和機理，以及影響化學反應速率的條件（如：溫度、壓力、濃度、組成、催化劑等等）。通過化學反應的條件控制化學反應的進行，通過化學反應機理的研究，確定化學反應的速率方程。

第一章 氣體的pVT性質(zhì)

考核內(nèi)容：

一、理想氣體的狀態(tài)方程

二、理想氣體混合物

三、氣體的液化及臨界參數(shù)

四、真實氣體狀態(tài)方程

五．對應狀態(tài)原理及普遍化壓縮因子圖

第二章

熱力學第一定律

考核內(nèi)容：

一、熱力學基本概念

二、熱力學第一定律

三、恒容熱、恒壓熱，焓

四、熱容，恒容變溫過程、恒壓變溫過程1．熱容

五、焦爾實驗，理想氣體的熱力學能、焓

七、相變化過程1．相變焓

八、化學計量數(shù)、反應進度和標準摩爾反應焓

九、由標準標準摩爾生成焓與標準摩爾燃燒計算標準摩爾反應焓

十、節(jié)流膨脹與焦爾——湯姆遜效應

第三章

熱力學第二定律

考核內(nèi)容：

一、卡諾循環(huán)

二、熱力學第二定律

三、熵, 熵增加原理

四、單純pVT變化熵變的計算

五、相變過程熵變的計算

六、熱力學第三定律和化學變化過程熵變的計算

七、亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)

八、熱力學基本方程

九、克拉佩龍方程

十、吉布斯一亥姆霍茲方程和麥克斯韋關系式

第四章

多組分系統(tǒng)熱力學

考核內(nèi)容：

一、偏摩爾量

二、化學勢

三、氣體組分的化學勢

四、拉烏爾定律和亨利定律

五、理想液態(tài)混合物

六、理想稀溶液

七、稀溶液的依數(shù)性 *

八、逸度與逸度因子 *

九、活度及活度因子

第五章

化學平衡

考核內(nèi)容：

一、化學反應的等溫方程

二、理想氣體化學反應的標準平衡常數(shù)

三、溫度對標準平衡常數(shù)的影響

四、其它因素對理想氣體化學平衡的影響

*

五、同時反應平衡組成的計算 *

六、真實氣體反應的化學平衡 *

七、混合物和溶液中的化學平衡

第六章

相平衡

考核內(nèi)容：

一、相律 二．杠桿規(guī)則

三、單組分系統(tǒng)相圖 四、二組分理想液態(tài)混合物的氣一液平衡相圖 五、二組分真實液態(tài)混合物的氣一液平衡相圖 六、二組分液態(tài)部分互溶系統(tǒng)及完全不互溶系統(tǒng)的氣一液平衡相圖 七、二組分固態(tài)不互溶系統(tǒng)液一固平衡相圖八、二組分固態(tài)互溶系統(tǒng)液一固平衡相圖

九、生成化合物的二組分凝聚系統(tǒng)相圖

第七章

電化學

考核內(nèi)容：

一、電解質(zhì)溶液的導電機理及法拉第定律

二、離子遷移數(shù)

三、電導、電導率和摩爾電導率

四、電解質(zhì)的平均離子活度因子及德拜一休克爾極限公式

五、可逆電池及其電動勢的測定

六、原電池熱力學

七、電極電勢和液體接界電勢

八、電極的種類

九、原電池設計舉例

*

十、分解電壓

*

十一、極化作用

第九章 統(tǒng)計熱力學初步

考核內(nèi)容：

一、粒子各種運動形式的能級及能級的簡并度

二、能級分布的微觀狀態(tài)數(shù)及系統(tǒng)的總微態(tài)數(shù)

三、最概然分布與平衡分布

四、玻耳茲曼分主配分函數(shù)

五、熱力學性質(zhì)與配分函數(shù)之間的關系

六、粒子配分函數(shù)的計算

七、熱力學函數(shù)的計算

八、系統(tǒng)熵的統(tǒng)計意義及熵的計算

九、理想氣體反應的標準衡常數(shù)

第十章

界面現(xiàn)象

考核內(nèi)容：

一、界面張力

二、彎曲液面的附加壓力及其后果

三、固體表面

四、液一固界面

五、溶液表面

第十一章

化學動力學

考核內(nèi)容：

一、化學反應的反應速率及速率方程

二、速率方程的積分形式

三、速率方程的確定

四、溫度對反應速率的影響，活化能

五、典型復合反應

六、復合反應速率的近似處理法

七、鏈反應

八、氣體反應的碰撞理論

九、勢能面與過渡狀態(tài)理論

第十二章

膠體化學

考核內(nèi)容：

一、膠體的制備

二、膠體系統(tǒng)的光學性質(zhì)

三、膠體系統(tǒng)的動力性質(zhì)

四、溶膠系統(tǒng)的電學性質(zhì)

五、溶膠的穩(wěn)定與聚沉 六．懸浮液

七、乳狀液

八、泡沫

九、氣溶膠

十、高分子化合物溶液的滲透壓和粘度

十一、高分子溶液的鹽析、膠凝作用與凝膠的溶脹

第四篇：2015物理化學教學大綱

《物理化學》教學大綱

一、課程概述

課程名稱（中文）： 物理化學

（英文）： Physical Chemistry 課程性質(zhì)：專業(yè)基礎必修課 課程代碼：BT7605 總學時（包括學時分配）：64 學 分：4 適用專業(yè)：材料科學與工程 高分子材料與工程 先修課程： 無機與分析化學 高等數(shù)學

二、課程的性質(zhì)和目的

本課程是材料科學與工程及高分子材料與工程專業(yè)的專業(yè)必修課。它是從化學現(xiàn)象與物理現(xiàn)象的聯(lián)系入手以尋求化學變化基本規(guī)律的學科。其教學目的是：通過本課程的學習，使學生牢固地掌握物理化學基礎理論知識和計算方法，同時還應得到一般科學方法的進一步訓練，增長提出問題、分析問題、解決問題的能力，特別是要通過熱力學和動力學的學習，使學生進一步熟悉從實驗結果出發(fā)進行歸納和演繹及由假象和模型上升為理論，并結合具體條件應用理論解決實際問題的一般科學方法。

三、課程教學的基本要求

通過本課程的教學使學生：掌握化學熱力學、化學動力學和電化學等基本概念和基本理論，培養(yǎng)他們運用所學理論知識去解決實際問題的能力，為培養(yǎng)合格的專業(yè)人才打下良好的基礎。

四、理論教學內(nèi)容與學時分配（1）緒論、熱力學第一定律(10學時)1．掌握熱力學基本概念（內(nèi)能、熱、功、焓、熱容）和熱力學第一定律。

2．掌握熱力學過程（恒溫、恒壓、絕熱），可逆過程、可逆、不可逆過程熱、功的計算。3．掌握化學反應熱的計算、基爾霍夫定律。

（2）熱力學第二定律（8學時）

1．掌握熱力學第二、三定律。

2．掌握熱力學函數(shù)熵S、亥姆霍茲自由焓 A、吉布斯函數(shù) G。3．理解各熱力學函數(shù)的基本關系。

4．掌握化學反應過程熱力學函數(shù)的計算及體系自發(fā)過程的判斷法。

（3）化學勢（6學時）

1．掌握拉烏爾定律，亨利定律，偏摩爾量，化學勢，理想溶液、逸度、活度的基本概念。2．掌握理想、非理想氣體、溶液各組分化學勢的計算。3．掌握稀溶液的依數(shù)性。

（4）化學平衡（6學時）

1．掌握化學反應等溫方程式，標準摩爾反應吉布斯自由焓與平衡常數(shù)的關系。2．掌握不同化學平衡常數(shù)表示法之間的關系。

3．掌握平衡常數(shù)與溫度、壓力的關系，影響化學平衡的因素。

（5）多相平衡（10學時）

1．掌握相、組分數(shù)和自由度，相律。

2．掌握單組份相圖（水的相圖），克勞修斯-克拉佩龍方程。

3．掌握二組分體系相圖，互溶的雙液系的 P — X 相圖及T — X 相圖，步冷曲線。4．掌握杠桿規(guī)則在相圖中的應用。

（6）電化學（8學時）

1．掌握摩爾電導率與溶液濃度的關系、離子獨立移動定律、電導測定的應用；電解質(zhì)平均活度及活度系數(shù)的計算。

2．掌握可逆電池的熱力學、電動勢與標準摩爾反應吉布斯自由能的關系，能斯特方程。3．掌握電極反應的書寫、電池的設計和電動勢的計算及其應用。

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。

（7）表面現(xiàn)象與分散系統(tǒng)（8學時）

1．掌握表面現(xiàn)象，表面吉布斯函數(shù)，附加壓力產(chǎn)生的原因及與曲率半徑的關系，楊—拉普拉斯公式，開爾文公式，毛細管現(xiàn)象。

2．掌握吉布斯吸附等溫式，氣—固表面的吸附本質(zhì)及吸附等溫線的主要類型。3．理解表面活性物質(zhì)的定義，表面活性劑的大致分類。

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，溶膠的膠團結構的書寫與雙電層理論。

（8）化學動力學基本原理（6學時）

1．掌握反應速率的表示法、基元反應、反應的速率公式及反應級數(shù)。2．掌握活化能，阿侖尼烏斯經(jīng)驗公式及其應用。（9）習題課（2學時）

1.集中講解習題中錯誤較多的難題。

2.對重點需要掌握的知識點進行復習鞏固。

五、實驗教學內(nèi)容與學時分配（有課內(nèi)實驗的課程請?zhí)顚懘隧棧?/p>

本課程實驗單獨開課。

六、教學方法建議

教學方法的原則建議：根據(jù)工科院校材料科學與工程專業(yè)的特點，精簡教學內(nèi)容，強化熱力學基礎理論在相關章、節(jié)中的應用；重視物理化學最基本知識的講解和運用。同時，注重理論知識與實踐相結合，多運用理論知識來解釋生活及化學研究中的實際問題。

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合的方法。成績評定：平時30％，期末考試70％。

八、教材與主要參考資料

推薦教材： 印永嘉等編 《物理化學簡明教程》（第四版），高等教育出版社，2007.8 參考書目： 1.傅獻彩等編 物理化學（第四版）高等教育出版社 1990 2.朱傳征等編

物理化學

科學出版社 2000 3.天津大學編

物理化學（第四版）高等教育出版社 2001 4.韓德剛等編 物理化學

高等教育出版社 2001

九、說明

由于專業(yè)和課時限制，教材中統(tǒng)計熱力學部分不做講授要求。

執(zhí)筆人：向翠麗

審核人：張煥芝 2015年5月21日

第五篇：教學大綱_冶金物理化學

《冶金物理化學》教學大綱

一、課程概要 課程編號：020401

開課院系：冶金與生態(tài)工程學院

課程類別：必修課

適用專業(yè)：冶金工程

課內(nèi)總學時：88（課內(nèi)64，實驗24）

課程基礎：物理化學，冶金傳輸原理

根據(jù)我校的人才培養(yǎng)目標，建設特色突出、國內(nèi)一流、國際知名的研究型大學，對國家與地方經(jīng)濟，特別是鋼鐵行業(yè)，培育創(chuàng)新、進取、團結、實踐能力強的一代新人。本課程采用多種教學手段和方法，精心設計教學內(nèi)容，對于來自全國各地的優(yōu)質(zhì)學生來源，培養(yǎng)學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、新流程設計能力、實踐探索能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

本課程的目標是通過學習冶金物理化學的基本理論，為后續(xù)的其他專業(yè)課程學習打好扎實的理論基礎；培養(yǎng)運用冶金的基礎理論分析和解決實際問題的能力。

為了達到本課程的預期目的，在課程內(nèi)容的設置上，注意傳統(tǒng)內(nèi)容與現(xiàn)代內(nèi)容的結合；課堂教學與實驗課教學的呼應，主講老師的科研成果對教學的促進，將本課程辦成具有研究性和前沿性的時代特征的國際一流新的教學平臺。

二、教學目的

1．本課程是冶金工程專業(yè)本課生必修課程，是一門重點介紹冶金物理化學基本概念、基本原理以及在冶金過程中應用的專業(yè)基礎課。2．通過本課程的學習使學生掌握冶金熱力學、冶金動力學的基本原理。學會運用這些原理分析和解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的新問題；不斷地改造舊工藝，創(chuàng)造新工藝，降低生產(chǎn)消耗，提高生產(chǎn)率；不斷地向相關學科滲透，擴大冶金物理化學的研究領域。

3.通過本課程的學習，使學生掌握冶金物理化學基本的實驗技能，對冶金中的問題，利用冶金物理化學基礎和其他專業(yè)知識綜合的研究方法。

三、基本要求

1．課程重點

熱力學基本定理在冶金中應用及標準吉布斯自由能的計算方法；Elingham圖的應用；溶液（包括鐵液與渣液的活度與活度系數(shù)、Wagner模型、分子理論與離子理論模型、標準溶解自由能等）；擴散與傳質(zhì)的基本理論；三個典型的冶金動力學模型（氣固相反應動力學、氣液相反應動力學、液液相反應動力學）。

2．課程難點

活度的概念及活度標準態(tài)的選擇；不同標準態(tài)活度及活度系數(shù)之間關系；相圖的基本規(guī)則（鄰接、相界限構筑、二次體系副分、切線、阿爾克馬德、零變點）。含有一個不穩(wěn)定二元化合物的三元系相圖的冷卻過程分析；氣泡在均相與非均相形核、氣泡長大與上升過程動力學機理；液液反應動力學的雙膜理論的應用；不同控速條件的氣固反應動力學的未反應核模型。

3.解決辦法

1）充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)教師資源，讓國內(nèi)外著名學者周國治院士給全體學生開第一課－緒論，除全面介紹冶金物理化學的發(fā)展及如何在冶金中的應用外，重點指導學生如何學習冶金物理化學，學會解決冶金物理化學中難點問題的方法。2）教師通過舉例、通俗化、強調(diào)、比較等手段使學生真正掌握教學中的重點和難點。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。3）每章教學內(nèi)容完成之后，助課老師對內(nèi)容進行總結，講解習題中的問題，針對不同章節(jié)的內(nèi)容，講有代表性的例題。在這些過程中，也把重點和難點內(nèi)容再一次滲透進去，又一次達到了舉一反三的作用；4）針對重點和難點內(nèi)容，每次課后留一至兩道思考題，用“探究性”的學習方式，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，給學生指定不同的參考書中的相關內(nèi)容，要求學生課外閱讀，學生嘗試自己解決這些知識點。如對于“活度的概念及活度標準態(tài)的選擇”問題，要求學生閱讀魏壽昆院士編著的“冶金過程熱力學”的有關章節(jié)，對于“液液反應動力學的雙膜理論的應用”，要求學生閱讀韓其勇教授編寫的“冶金過程動力學”的相關章節(jié)等。針對這些問題，也作為作業(yè)，要求學生寫出評論。

通過教學中采取了以上方法，對解決教學過程中出現(xiàn)的重點和難點，收到了很好的效果。4．能力培養(yǎng)要求

重點要求學生牢固地掌握冶金物理化學的基本概念和基本原理，獨立完成大量習題，能夠正確熟練地計算冶金體系中化學反應的吉布斯白由能變化，判斷化學反應的方向和限度，分析化學反應的反應機理，獨立完成要求的四個實驗。以課堂講授為主，輔以習題課、課堂討論及答疑，提高作業(yè)數(shù)量及批改質(zhì)量，對重點學生加強答疑，在條件成熟時實現(xiàn)多媒體教學。

四、教學內(nèi)容

模塊一 理論課教學（64學時）

緒論（2學時）

現(xiàn)代冶金過程與冶金物理化學；

冶金熱力學與冶金動力學的最新發(fā)展；

如何學習冶金物理化學？

（一）冶金熱力學部分（32學時）

1． 熱力學基本定理及在冶金中的應用（4學時）1.1 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。2）等溫方程式的導出

由單個組元I的自由能推導化學反應的自由能變化；討論自由能變化的三種形式；重點討論的形式，得出

；自由能變化與標準自由能便哈的關系與聯(lián)系，二者在熱力學中分別承擔的角色。3）等壓方程式與二項式

微分式；由微分式導出積分式；討論其意義。第1、2學時

作業(yè)1-1，1-5 1.2 冶金熱力學中標準自由能的計算

1）用積分法計算化學反應的標準自由能變化；（注：講不定積分法，學生閱讀定積分法）；例題：教科書 p22 例1-6

2）由積分法得到的化學反應的標準自由能求化學反應標準自由能與溫度的二項式； 3）由標準生成自由能和標準溶解自由能求化學反應的標準自由能（二項式）； 4）由電化學反應的電動勢求化學反應的標準自由能變化； 5）由自由能函數(shù)求化學反應的標準自由能變化。第3、4學時

作業(yè)1-6 1-7 1-8

2．熱力學參數(shù)狀態(tài)圖（10學時）2.1 Ellingham圖

思路：

氧勢圖的形成原理---氧勢圖的熱力學特征---氧勢圖的應用 具體內(nèi)容

1）氧勢圖的形成原理；

2）氧勢圖的熱力學特征；（特殊的線；直線斜率；直線位置）3）氧勢圖的應用 第5、6學時

作業(yè)1-4，1-9，1-10，1-11，1-12

課外閱讀：氧氣標尺；Jeffes圖；溶解在鐵溶液中的元素與氧氣反應的氧勢圖

2.2相圖分析方法及基本規(guī)則

具體內(nèi)容 1）相圖基本定律：相律、連續(xù)原理、相應原理 2）三元系相圖的構成：構成原理、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7、8學時

作業(yè)： 3-1

4）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：圖的構成、平面投影圖、結晶過程（冷卻組織及量-杠桿原理應用）、等溫線與截面。第9、10學時

作業(yè)： 3-2

課外閱讀：相圖的基本規(guī)則

6）具有一個穩(wěn)定二元化合物的三元系

7）具有一個不穩(wěn)定二元系的三元系：圖的特點、分析相圖中一個特殊的點M1的冷卻過程 第11、12學時

作業(yè)：分析M2、M3點的冷卻過程

2.3相圖的應用

1）高爐渣系CaO-SiO2-Al2O3 分析

2）轉(zhuǎn)爐渣系CaO-SiO2-FeO2 分析 第13、14學時

作業(yè)3-4

3．冶金溶液（10學時）3.1 鐵溶液

3.1.1兩個基本定律

具體內(nèi)容 拉烏爾定律；亨利定律；兩個定律的聯(lián)系及區(qū)別分析。

3.1.2不同標準態(tài)活度及活度系數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換 具體內(nèi)容

三個不同標準態(tài)的活度的定義；三個不同標準態(tài)的活度之間的關系（3個關系式）；三個不同標準態(tài)的活度系數(shù)之間的關系（11個關系式）第15、16學時

作業(yè)2-1 2-2 ；思考 2-1 2-2 2-5 3.1.3標準溶解自由能

具體內(nèi)容

溶解前為純物質(zhì)M，溶解在溶液中分別為三個不同標準態(tài)時標準溶解自由能；例題 2-2 3.1.4多元系鐵溶液??活度相互作用系數(shù) 具體內(nèi)容

瓦格納模型（一價、二階作用系數(shù)）;相互作用系數(shù)的關系（）；

例題2-3，2-4 第17、18學時

作業(yè)2-4 2-5 2-7 2-9； 思考2-6 3.2 二元正規(guī)溶液

具體內(nèi)容

混合自由能與過剩自由能；正規(guī)溶液的定義；正規(guī)溶液的混合函數(shù)與過剩函數(shù)；

正規(guī)溶液的性質(zhì)

例題2-6 第19、20學時

作業(yè)2-11 2-12； 思考2-8

3.3 冶金爐渣 3.3.1爐渣的性質(zhì)

堿度（堿度，光學堿度，過剩堿）；氧化還原性

3.3.2分子理論

理論模型;例題 2-8

第21、22學時

作業(yè)2-13 2-14 2-15

3.3.3捷姆金完全離子理論

理論模型;例題2-9 3.3.4爐渣的硫容量

硫化物容量;硫酸鹽容量;硫容量與堿度

第23、24學時

作業(yè)2-16 2-17 2-19

閱讀 磷酸鹽容量

4．冶金熱力學應用（8 學時）4.1 冶金反應過程最高反應溫度及煉鋼中元素發(fā)熱能力的計算

1.冶金反應過程標準焓的計算 2.最高反應溫度的計算 3.煉鋼中元素發(fā)熱能力的計算

第25、26學時

4.2固體氧化物直接還原

直接還原熱力學分析；直接還原機理；直接還原％CO－T平衡圖。第27、28學時

閱讀：固體氧化物的間接還原

4.3選擇性還原-----從紅土礦中提取鈷和鎳 選擇性還原過程熱力學；分析討論。

4.4 選擇性氧化-----奧氏體不銹鋼的去碳保鉻

1）鉻的氧化物；含鉻鐵水的吹煉；

第29、30學時

閱讀： 爐渣脫硫、脫磷的熱力學分析（P127-134）

2）奧氏體不銹鋼冶煉發(fā)展的三個階段；奧氏體不銹鋼的去碳保鉻；理論計算；分析討論。

第31、32學時

作業(yè)4-3 4-4 4-5

閱讀：霧化提礬（P122-123）

（二）冶金動力學部分(30學時）5．冶金反應動力學基礎（8學時）

5.1 化學反應速率及反應級數(shù)

1.化學反應進度； 2.化學反應速率；

3.化學反應速率方程（n級不可逆反應）； 4.1級可逆反應方程。

5.2 反應速率與溫度的關系

1.阿累尼烏斯公式與活化能； 2.活化能與熱力學函數(shù)關系式。

第1、2學時

作業(yè)5-1，5-2；思考題：5-1，5-

2閱讀：串連反應

5.3 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3、4學時 閱讀：有效碰撞理論及過渡態(tài)理論

5.4 相際傳質(zhì)

邊界層的概念；邊界層理論；傳質(zhì)系數(shù) 第5、6學時

作業(yè)6-1

5.5 多相反應動力學基本模型

雙膜理論；溶質(zhì)滲透理論；表面更新理論；舉例6－6

第7、8學時

作業(yè)6-3，6-7；思考題：6-5 6．多相反應動力學（22學時）6.1 氣一固反應（8學時）

6.1.1氣-固反應特點與反應機理

氣固反應特點及處理方法； 6.1.2未反應核模型 1)外擴散為限制環(huán)節(jié)時反應模型 第9、10學時

2）內(nèi)擴散為限制環(huán)節(jié)時反應模型 3）界面化學反應為限制環(huán)節(jié)時反應模型 第11、12學時

4）內(nèi)擴散和界面化學反應混合控速時反應模型 5）一般情況 第13、14學時

作業(yè)7-1，7-2；思考題7-1

6.1.3未反應核模型應用 未反應核模型特殊條件下：外擴散、內(nèi)擴散或界面化學反應控速應用 及動力學參數(shù)獲取，舉例 第15、16學時

作業(yè)7-3，7-4 ；思考題：7-2，7-3 6.2 氣一液反應（8學時）

6.2.1氣泡形成機理與動力學過程 6.2.2均相中氣泡的生成機理

均相中氣泡的生成機理；例：碳-氧反應；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機理。第17、18學時

作業(yè)7-5

6.2.3氣泡在液相中的行為

1.氣泡在液相中的運動； 2.氣泡在上浮過程中長大。

6.2.2鋼液中碳-氧反應動力學 1）碳氧反應機理 2）碳氧反應動力學模型

第19、20學時

作業(yè)7-6

3）碳氧反應動力學模型舉例 6.2.4氣泡冶金過程動力學

1)吹氬冶煉超低碳不銹鋼碳氧反應機理

2)吹氬冶煉超低碳不銹鋼碳氧反應模型（1）第21、22學時

作業(yè)7-7； 思考題7-4 3)吹氬冶煉超低碳不銹鋼碳氧反應模型（2）4)吹氬脫氫過程動力學 第23、24學時

作業(yè)7-8 ；思考題7-5 6.3 液一液反應（4學時）

6.3.1液-液相反應特點與動力學方程

1.液-液反應特點 2.液-液反應動力學機理 3.液-液反應動力學方程

第25、26學時

作業(yè)7-9

6.3.2液-液反應應用實例

例：錳氧化反應動力學 第27、28學時

作業(yè)7-10 ；思考題7-6，7-7 6.4 液－固反應（2學時）

固-液相反應特點；固-液相反應機理；實例介紹：爐渣-耐火材料反應實例 第29、30學時

作業(yè)7-11； 思考題：7-8

模塊二 冶金物理化學實驗教學（24學時)

（一）課程設計的思想、效果以及課程目標 基于冶金物理化學學科特點和學生培養(yǎng)目標，即培養(yǎng)基礎知識扎實，綜合素質(zhì)高，實踐能力強，具有創(chuàng)新精神，適應社會發(fā)展需要的高水平研究型創(chuàng)新人才，不僅需要傳授給學生冶金物理化學的理論知識，更要培養(yǎng)學生的工程實踐能力和科技創(chuàng)新能力。實驗教學作為冶金物理化學教學的重要組成部分，是培養(yǎng)學生理論結合實際、動手能力、創(chuàng)造力、想象和思維能力的有效手段，對于工程技術與研究型人才的培養(yǎng)尤為重要。根據(jù)冶金物理化學教學大綱，按照學生培養(yǎng)目標，密切結合冶金物理化學的特點，切實把握理論教學、實踐教學和科技創(chuàng)新環(huán)節(jié)，注重相互之間的聯(lián)系與結合，科學地設計實驗教學內(nèi)容。課程的設計思想

(1)注重實踐，倡導創(chuàng)新，將學生分析和解決實際問題的能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)放在首位；

在實驗設計上，我們將傳統(tǒng)的印證性實驗改為探索性、設計性實驗，用以培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力及創(chuàng)新能力。教學內(nèi)容重點體現(xiàn)在本科生綜合能力、實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)與提高方面。既要符合培養(yǎng)適應社會發(fā)展對創(chuàng)新型人才、工程型人才的需要，同時又要注重層次化，即基礎層次、綜合層次、創(chuàng)新層次。在基礎層次培養(yǎng)的基礎上，加強綜合層次和創(chuàng)新層次的能力培養(yǎng)的教學體系。將科研成果、科研思路、新型實驗裝備和新的實驗技術和方法引入到課程教學內(nèi)容中，拓寬課程內(nèi)容和方法，讓學生更多地了解冶金學科的發(fā)展，增強科技創(chuàng)新意識，進一步培養(yǎng)學生的理論聯(lián)系實際、科研創(chuàng)新能力。將實踐教學與創(chuàng)新教育結合，把實踐教學作為創(chuàng)新精神與工程能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，達到培養(yǎng)學生綜合能力的目的。

(2)實驗教學與課堂教學緊密結合、互相補充、相互加強。

由于課堂教學和實驗教學進度一致，使得實驗內(nèi)容與課堂教學的重點、難點相互呼應。學生帶著問題做實驗，在實驗中去尋找這些問題的答案，有利于鞏固學生對相關知識的掌握，達到了強化課堂教學效果的目的。實驗課程效果

多年來，學院“211” 工程建設實驗室投入資金2000萬元，建成了符合當前世界冶金科技發(fā)展趨勢的“現(xiàn)代冶金技術實驗室”、“高溫物理化學實驗室”兩個特色、優(yōu)勢明顯的高水平實驗室，形成了從事冶金技術和現(xiàn)代冶金學科領域基礎研究、進行冶金工藝改造和研究開發(fā)冶金新工藝等方面科學研究和教學基地。為冶金學科的全面發(fā)展并在整體上接近國際同類學科先進水平奠定了很好的基礎。目前已建立了軟、硬件條件良好的完善實踐教學體系。另外，實驗教學內(nèi)容與課堂講授內(nèi)容相互配合，極大地促進了學生對相關理論知識的掌握，使理論教學和實踐教學結合的更加緊密，相輔相成，大大促進了學生工程實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，全面提高了課程的教學效果。課程目標

通過冶金物理化學實踐教學活動的學習與鍛煉，為后續(xù)的其他專業(yè)課程學習打好扎實的實踐基礎；提高學生實踐動手能力與理論聯(lián)系實際的能力，分析解決問題的能力和創(chuàng)新能力，達到培養(yǎng)高水平研究型人才、工程型人才的目標。

（二）課程內(nèi)容 冶金物理化學實驗教學共計24學時，由三個“子模塊”組成:

子模塊一：學生在實驗室完成四個綜合實驗，每個實驗4學時，共計16學時。這部分進行的教學改革是：為了充分發(fā)揮部分同學的潛能，在每個實驗后均有相應的拓展實驗訓練內(nèi)容，以供優(yōu)秀的學生在業(yè)余時間選擇練習。

子模塊二：利用網(wǎng)絡和國際優(yōu)秀物理化學軟件FactSage，設計了四個網(wǎng)絡實驗平臺，每個實驗2學時，共計8學時。

子模塊三：進一步培養(yǎng)學生的理論聯(lián)系實際、科研創(chuàng)新能力，將科研成果、科研思路、新型實驗裝備和新的實驗技術和方法引入到課程教學內(nèi)容中，拓寬課程內(nèi)容和方法，達到培養(yǎng)學生綜合能力的目的，設計了四個選作實驗，每個實驗4學時，共計16學時。

子模塊一內(nèi)容

實驗

一、銅液定氧實驗

【實驗性質(zhì)】綜合性實驗；學時：4

通過本實驗的學習，使學生能夠理解固體電解質(zhì)定氧電池的工作原理，掌握運用冶金熱力學分析計算結果和銅液定氧的方法，定氧數(shù)據(jù)的處理計算；了解定氧探頭的制作；了解高溫爐的結構、電熱體、加熱原理；了解并掌握熱電偶的測溫原理、測溫方法、高溫爐恒溫帶的測量；了解氣體凈化方法和原理、高溫爐內(nèi)氣氛控制的方法。提高學生的動手能力、綜合運用知識的能力。

在上述實驗的基礎上，學生可以在業(yè)余時間開展如下拓展實驗訓練：

（1）自己設計一個電爐；

已知：爐管尺寸Ф50*60*600mm,電源電壓220v 加熱帶長度400mm，氧化性氣氛工作，爐體中等保溫，要求爐膛溫度1000℃.計算電熱絲的直徑與長度，匝數(shù)及匝間距。（2）自己制作一個單鉑銠熱電偶；

（3）氬氣脫水、脫氧、脫除CO2的具體實驗步驟；（4）簡述定氧電池的制作步驟；（5）鐵液定氧實驗的設計。

實驗

二、利用差熱分析技術研究AlN材料的氧化行為 【實驗性質(zhì)】設計性實驗；學時：4 通過本實驗的學習，使學生能夠理解熱分析技術相應的工作原理，掌握運用熱分析數(shù)據(jù)研究AlN材料的氧化反應動力學過程的方法，相關數(shù)據(jù)的處理計算；了解TG、DTA及TG-DTA（DSC）聯(lián)用熱分析儀的操作技術；掌握試樣化學反應過程中質(zhì)量變化的測量方法。提高學生的動手能力、綜合運用知識的能力。

在上述實驗的基礎上，學生可以在業(yè)余時間開展如下拓展實驗訓練：

（1）用TG-DTA(DSC)法測量含水鐵礦石或紅土鎳礦在加熱過程中質(zhì)量變化及熱分解溫度；

（2）通過分析軟件，計算反應的幾個階段的失重量，幾個階段的起始反應溫度，幾個階段的熱效應的變化，并輸出測量數(shù)據(jù)；

（3）根據(jù)數(shù)據(jù)處理計算結果，判斷幾個特殊階段的化學反應方程式。

實驗

三、鐵礦石900℃間接還原性能檢測 【實驗性質(zhì)】綜合性實驗；學時：4

通過本實驗的學習，使學生能夠理解、鞏固所學冶金物理化學過程熱力學、動力學等專業(yè)基礎知識，并運用所學相關知識，對影響鐵礦石還原動力學性能的相關因素進行分析討論，提高理論聯(lián)系實際的水平；了解并掌握鐵礦石還原動力學性能測定方法；了解所用設備的工作原理及基本操作方法。通過實驗，使得同學們的動手能力和分析問題與解決問題的能力得到提高。

在上述實驗的基礎上，學生可以在業(yè)余時間開展如下拓展實驗訓練：

（1）球團礦900℃還原膨脹性能檢測；

（2）塊礦的爆裂性能。

實驗

四、含鈦高爐渣中鈦的結晶富集 【實驗性質(zhì)】綜合性實驗；學時：4

通過本實驗的學習，使學生能夠理解、運用所學冶金物理化學熱力學相圖、動力學等專業(yè)基礎知識，對影響鈦富集相物相的組成、晶體結構、微觀形貌等相關因素進行分析討論，找出優(yōu)化的選擇結晶條件；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，初步掌握X射線衍射進行物相鑒定的方法；了解掃描電子顯微鏡與能譜儀的結構與工作原理，初步掌握掃描電子顯微鏡與能譜儀進行物相的微觀形貌和化學組成的鑒定方法；通過實驗，使得同學們的動手能力和分析問題與解決問題的能力得到提高。

在上述實驗的基礎上，學生可以在業(yè)余時間開展如下拓展實驗訓練：（1）鋼中非金屬夾雜物的金相鑒定；（2）爐渣和燒結礦的礦相分析；

（3）利用掃描電鏡和能譜儀對鋼中夾雜物微觀形貌和組成進行分析及測定。

子模塊二內(nèi)容

實驗

五、硅熱還原法煉鎂的熱力學分析 【實驗性質(zhì)】網(wǎng)絡平臺實驗；學時：2

通過本實驗的學習，使學生能夠掌握標準狀態(tài)和非標準狀態(tài)時化學反應等溫方程式的計算方法及應用，能分析溫度、活度、分壓等因素對化學反應方向的影響；理解硅熱還原法煉鎂的熱力學原理。掌握FactSage軟件的Reaction模塊的主要用法。

實驗

六、鐵水脫硫的熱力學模擬 【實驗性質(zhì)】網(wǎng)絡平臺實驗；學時：2

實際冶金過程多為金屬熔體、爐渣、煙氣等多元多相組成的復雜體系，計算其平衡組成目前唯一可行的方法是采用如FactSage這樣的熱化學計算專業(yè)軟件；同時，對于爐渣、熔锍等多元熔體由于多偏離理想溶液且組元眾多，其過剩熱力性質(zhì)多采用溶液模型來描述。目前，同時集成熱化學數(shù)據(jù)庫并具有多種計算功能的熱力學軟件已經(jīng)成為冶金工作者進行熱力學計算及過程模擬的主流工具。

通過本實驗的學習，學生應能理解多元多相反應的計算原理及用途，掌握運用冶金熱力學計算結果分析和調(diào)控脫硫反應的能力；了解FactSage軟件的爐渣、鐵水熱力學數(shù)據(jù)庫，掌握FactSage軟件的Equilib模塊的主要用法以及結算結果的分析。

實驗

七、爐渣相圖的綜合應用 【實驗性質(zhì)】網(wǎng)絡平臺實驗；學時：2

通過本實驗的學習，使學生熟練掌握二元系、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，從而達到利用所學物理化學知識分析和指導冶金生產(chǎn)的目的。

實驗

八、優(yōu)勢區(qū)圖在硫化物焙燒過程的應用 【實驗性質(zhì)】網(wǎng)絡平臺實驗；學時：2

通過本實驗的學習，使學生熟悉優(yōu)勢區(qū)圖的解讀，掌握利用優(yōu)勢區(qū)圖分析硫化物焙燒過程所需的熱力學條件，掌握如何控制溫度、氣氛獲得所希望的焙燒產(chǎn)物；掌握FactSage軟件的Predom模塊的主要用法。

子模塊三內(nèi)容

實驗

九、鋯酸鈣材料抗侵蝕性能研究 【實驗性質(zhì)】選作實驗；學時：4

通過本實驗的學習，使學生能夠掌握鋯酸鈣材料抗侵蝕性能的測定方法與測定原理；運用所學冶金物理化學過程熱力學、動力學等專業(yè)基礎知識，分析討論影響鋯酸鈣材料抗侵蝕性能的相關因素；確定侵蝕過程的反應機理；加深對冶金液固反應動力學的理解與認識。通過實驗，使得同學們的動手能力和分析問題與解決問題的能力得到提高。

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；學時：4

通過本實驗的學習，使學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；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。通過實驗，使得同學們的動手能力和分析問題與解決問題的能力得到提高。

實驗

十一、電爐粉塵碳熱還原回收鋅的熱力學和動力學研究 【實驗性質(zhì)】選作實驗；學時：4

通過本實驗的學習，使學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；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。通過實驗，使得同學們的動手能力和分析問題與解決問題的能力得到提高。

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；學時：4

通過本實驗的學習，使學生能夠掌握熔體粘度的測試原理及方法；實驗設備的使用方法和適用范圍及操作技術；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。通過實驗，使得同學們的動手能力和分析問題與解決問題的能力得到提高