2023年北京化工大學材料科學與工程專業考研物理化學科目考試大綱

注：該考試大綱適用于北京理工大學材料科學與工程學院高分子材料科學與工程2、無機非金屬和金屬材料等研究方向的材料科學與工程專業研究生考試。

一、課程名稱、對象名稱：

物理化學(包括物理化學實驗)對象：化學、材料等專業碩士研究生入學考試用

二、考試大綱內容

1.物質的pVT 性質

(1)、理想氣體：模型及狀態方程，分壓定律、分體積定律。

(2)、真實氣體：真實氣體的液化、與理想氣體的偏差及狀態方程。

(3)、對應狀態原理及壓縮因子圖：臨界現象、臨界參數、對比參數、對應狀態原理;壓縮因子圖及使用。

2.熱力學第一定律

(1)、基本概念：系統、環境、過程、途徑、性質、狀態、狀態函數、平衡態。

(2)、熱力學第一定律：功、熱、熱力學能，熱力學第一定律;恒容熱、恒壓熱、焓。

(3)、體積功計算：不同過程體積功的計算。

(4)、熱容：平均熱容、定壓摩爾熱容(C_p,m)、定容摩爾熱容(C_v,m);C_p,m 與 C_v,m 的關系。

(5)、熱力學第一定律對理想氣體的應用：焦耳實驗，理想氣體的熱力學能、焓、熱容差;理想氣體的恒溫、恒壓、恒容與絕熱過程。

(6)、相變焓

(7)、熱力學第一定律對實際氣體的應用：焦耳--湯姆生效應、節流系數;實際氣體的熱力學能與焓。

(8)、熱化學：等壓、等容熱效應，Hess 定律。

(9)、摩爾反應焓：反應進度、標準態、標準摩爾反應焓、標準摩爾生成焓及標準摩爾燃燒焓;標準摩爾反應焓與溫度的關系。

3.熱力學第二定律

(1)、熱力學第二定律：自發過程的共同特征、熱力學第二定律的文字表述;卡諾循環及卡諾定理，熱力學第二定律的數學表達式;熵增原理及熵判據。

(2)、熵變計算：簡單 pVT 變化過程、可逆相變與不可逆相變過程的熵變。

(3)、熱力學第三定律：熱力學第三定律，規定熵、標準熵，化學反應熵變的計算。

(4)、亥姆霍茲函數與吉布斯函數：定義、恒溫恒容過程與恒溫恒壓過程變化方向的判據，亥姆霍茲函數與吉布斯函數變化的計算。

(5)、熱力學基本方程和麥克斯韋關系式：熱力學基本方程與 T—S 圖、麥克斯韋關系式;熱力學證明的一般方法。

(6)、熱力學第二定律應用舉例：克拉佩龍方程和克勞修斯-克拉佩龍方程。

4.多組分系統熱力學

(1)、偏摩爾量與化學勢：偏摩爾量的概念、求法及吉布斯--杜亥姆方程，化學勢的定義、判據及化學勢與溫度、壓力的關系。

(2)、理想：理想氣體及其混合物的化學勢。

(3)、真實氣體的化學勢：真實氣體及其混合物的化學勢，逸度及逸度因子的概念、計算及普遍化逸度系數圖，路易斯--蘭德爾逸度規則。

(4)、拉烏爾定律與享利定律。

(5)、理想液態混合物：理想液態混合物的化學勢及混合性質。

(6)、理想稀溶液：溶劑、溶質的化學勢;分配定律。稀溶液的依數性。

(7)、非理想液態混合物及溶液：真實液態混合物、溶液中各組分的化學勢，活度及活度因子。

5.化學平衡

(1)、化學反應的方向和限度：化學反應平衡的條件、標準平衡常數的導出及化學反應等溫方程式。

(2)、理想氣體反應的平衡常數：標準平衡常數的性質、K、Kp、Kc、Ky、Kn 的關系;平衡常數及平衡組成的計算。

(3)、有純態凝聚相參加的理想氣體反應：標準平衡常數的表示式，分解壓力與分解溫度。

(4)、標準摩爾反應吉布斯函數ΔrGm：ΔrGm與 K，標準摩爾生成吉布斯函數ΔfGm及 ΔrGm的計算。

(5)、溫度對標準平衡常數的影響：吉布斯—亥姆霍茲方程、范特霍夫方程，平衡常數與溫度的關系。

(6)、其它因素(濃度、壓力、惰性組分)對化學平衡的影響。

(7)、同時平衡，反應耦合。

(8)、真實氣體的化學平衡。

(9)、混合物及溶液中的化學平衡。

6.相平衡

(1)、相律：相、相平衡、組分數、自由度數的概念，相律的推導。

(2)、相平衡的邊界條件。

(3)、單組分系統相平衡：水及 CO2 的相圖。

(4)、兩組分液態完全互溶系統的氣-液平衡：理想液態混合物的 p-X、T-X 圖，杠桿規則。真實液態混合物的 p-X、T-X 圖，恒沸混合物及精餾原理。

(5)、兩組分液態部分互溶系統氣-液平衡：部分互溶系統的溫度-溶解度圖、部分互溶系統的氣-液平衡相圖(T-X 圖)。

(6)、兩組分液態完全不互溶系統的氣-液平衡 T-X、p-T 圖，水蒸汽蒸餾。

(7)、兩組分系統的液一固平衡：兩組分固態不溶凝聚系統相圖(生成低共熔混合物及水鹽系統相圖);生成化合物(穩定、不穩定)的凝聚系統相圖。

(8)、兩組分固態互溶(完全互溶、部分互溶)系統：相圖的繪制(熱分析法及溶解度法);步冷曲線及相圖分析。

7.統計熱力學初步

(1)、基本概念：統計系統分類、粒子的運動形式及能級公式。能級分布與狀態分布。

(2)、微態數：分布微態數、系統的總微態數及計算。

(3)、最可幾分布與平衡分布：等概率假設、最概然分布;波爾茲曼分布(拉格朗日待定乘數法);最概然分布與平衡分布的關系。

(4)、粒子的配分函數：配分函數的定義及析因子性質，能量零點對配函數的影響。粒子的平動、雙原子分子轉動及振動配分函數的計算。

(5)、粒子配分函數與系統熱力學性質的關系：理想氣體的熱力學性質及統計熱力學模型;理想氣體的狀態方程式、熱力學能、焓、熱容等熱力學性質的統計關系式。理想氣體的統計熵及化學平衡常數的統計表達式。

8.電化學

(1)、電解質溶液導電機理及離子的電遷移：電解質溶液的導電機理、法拉弟定律，離子的遷移現象，遷移數及實驗測定。

(2)、電解質溶液的電導：電遷移率、電導、電導率、摩爾電導率及影響電導的因素;離子獨立運動定律，電導測定及應用。

(3)、電解質的平均活度和平均活度系數;德拜-休格爾極限公式。

(4)、原電池的電動勢的產生及電動勢的能斯特方程。

(5)、可逆電池：電池的充、放電，可逆電池的條件。

(6)、原電池熱力學：電池的電動勢與電池反應的Δ_rG_m、Δ_rH_m、Δ_rS_m 之間的關系。

(7)、電極電勢：標準氫電極、參比電極;電極電勢及其計算;電池電動勢與電極電勢的關系。

(8)、濃差電池：電極濃差電池與電解質濃差電池;液體接界電勢的產生及計算。

(9)、電池設計：原電池設計的一般方法。

(10)、極化作用：分解電壓、電極極化與超電勢、極化曲線、析出電勢;電解時的電極反應。

9.化學動力學基礎

(1)、化學反應的速率：反應速率的表示方法及實驗測定。

(2)、化學反應的速率方程(微分式)：基元反應的概念及速率方程、反應分子數，反應級數、速率常數及速率方程的一般形式。

(3)、速率方程的積分式：零級、一級、二級及 n 級反應的特點。

(4)、速率方程的確定：微分方法、積分法、半衰期法。

(5)、溫度對反應速率的影響：阿累尼烏斯公式及活化能。

(6)、簡單復雜反應：對行反應、平行反應、連串反應速率方程的建立及反應速率的近似處理。

(7)、鏈反應：鏈反應機理及動力學方程;鏈反應與爆炸。

(8)、反應速度理論：碰撞理論及過渡狀態理論。

(9)、溶液中的反應。

(10)、光化學：光化反應的基本定律、量子效率;光化學反應的機理與速率方程。

(11)、催化反應：催化作用的通性、催化劑的活性和選擇性;催化反應的一般機理。均相催化反應;氣-固相催化反應―固體表面上的吸附，氣-固相催化反應的步驟及催化反應動力學。

10.表面現象

(1)、表面吉布斯函數與表面張力。

(2)、潤濕現象：接觸角、潤濕與輔展、楊氏(Yong)方程。

(3)、彎曲液面的附加壓力、飽和蒸汽壓、拉普拉斯(Laplace)方程、開爾文(Kelvin)方程及毛細現象。

(4)、亞穩狀態和新相的生成：過飽和蒸氣、過熱液體、過冷液體、過飽和溶液。

(5)、固體表面上的吸附作用：物理吸附與化學吸附、蘭格謬爾單分子層吸附理論及蘭格謬爾吸附等溫式、BET 吸附公式及固體比表面積的測定。

(6)、液體表面吸附作用：吉布斯吸附公式、表面活性物質、LB 膜。

11.膠體化學

(1)、膠體及分散物系概述：分散物系的基本性質與分類。

(2)、溶膠的制備及純化。

(3)、溶膠的光學性質：丁達爾效應、瑞利公式。

(4)、膠體的動力性質：布朗運動、擴散、沉降與沉降平衡。

(5)、膠體的電學性質：電泳、電滲現象;膠團結構、沉降電勢、流動電勢。

(6)、溶膠的穩定和聚沉：膠粒的穩定性，溶膠的聚沉及聚沉值。

(7)、乳狀液及納米粒子。

三、實驗部分

1.內容：

實驗一：恒溫技術及不同溫度下液體粘度的測定

實驗二：靜態法測定純液體的飽和蒸氣壓

實驗三：燃燒熱的測定

實驗四：二組分系統氣液平衡相圖

實驗五：原電池電動勢的測定及其應用

實驗六：氨基甲酸銨分解反應平衡常數的測定

實驗七：蔗糖水解反應速率常數的測定

實驗八：乙酸乙酯皂化反應速率常數的測定

2.要求：

掌握實驗原理、實驗裝置原理、實驗數據處理方法、實驗測定及實驗結果的誤差分析。

四、參考資料

[1] 劉俊吉等，《物理化學》上、下冊，第六版，北京：高等教育出版社，2017 年.

[2] 傅獻彩等，《物理化學》上、下冊，第六版，北京：高等教育出版社，2022 年.

[3] 張麗丹等，《物理化學簡明教程》，第一版，北京：高等教育出版社，2011 年.

[4] 北京化工大學編寫組，《物理化學例題與習題》，第二版，北京：化學工業出版社，2006 年.

[5] 柯以侃等，《大學化學實驗》，第二版，北京：化學工業出版社，2010 年.

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