一、考試的范圍及目標
《物理化學》是化學學科的重要分支和材料/化工類專業核心基礎理論課程,借助數學、物理學等基礎科學的理論及其實驗手段,研究化學科學中的原理和方法。課程的主要內容包括熱力學原理和應用、化學動力學、電化學、相平衡基礎、界面化學與膠體化學等。
要求考生熟練掌握物理化學的基本概念、基本理論及適用范圍和計算方法,并具有結合具體條件、綜合運用所學知識分析和解決實際問題的能力。
二、考試形式與試卷結構
1.答卷方式:閉卷,筆試。
2.試卷分數:滿分為150分。
3.試卷結構及題型比例:
試卷主要分為三大部分,即:基本概念題約10-20%;基本理論分析題約20-30%;計算及應用題約60-70%。答卷應思路正確、步驟簡明。
三、考試內容要點
(一) 基本概念和術語
熱力學平衡態;系統與環境;熱力學能;功;熱;焓(反應焓、生成焓、燃燒焓);熱容;狀態函數;反應進度;吉布斯自由能;熵;亥姆赫茲自由能;偏摩爾量;化學勢;稀溶液的依數性;逸度;逸度因子;活度;活度系數;理想溶液;實際溶液;標準平衡常數;經驗平衡常數;化學反應親和勢;標準摩爾反應吉布斯函數;相與相律;原電池、電解池;陰陽(正負)極;電極電勢;接觸電勢;極化、過電位;分解電壓;電流密度;電解質溶液;離子遷移數;摩爾電導率;反應速率、基元反應、質量作用定律;速率常數;活化能;量子效率;表面自由能和表面張力;潤濕;吸附量;亞穩態;膠體;電泳、電滲;ξ電位;表面活性劑;臨界膠束濃度(CMC)。
(二) 基本定律與理論
1. 基礎熱力學:熱力學第零、第一、第二、第三定律;蓋斯定律(反應熱計算);基爾霍夫定律;蓋斯定律;卡諾循環;卡諾定理、熵增原理;焦耳-湯姆遜效應(節流膨脹);熱力學基本方程
2. 多組分系統:拉烏爾定律和亨利定律;稀溶液的依數性;相律;分配定律;
3. 電化學:法拉第定律;能斯特方程
4. 動力學、界面與膠體化學:化學反應的速率理論;氣體反應碰撞理論、過渡態理論;光化學反應:第一定律和第二定律、量子效率;多相反應:菲克第一、第二定律;催化作用原理;吸附理論和等溫方程式—弗蘭德利希、郎繆爾吸附、BET吸附;彎曲液面的附加壓力及拉普拉斯公式;雙電層理論
(三)基礎知識及應用
1. 基礎熱力學:熵等熱力學參數計算;克勞休斯-克拉佩龍(Clausius-Clapeyron)方程;吉布斯-亥姆霍茲(Gibbs-Helmholtz)方程;反應熱(燃燒熱、中和熱等)的測定。
2. 多組分系統熱力學及化學平衡:偏摩爾量的加和公式;吉布斯-杜亥姆公式;飽和蒸汽壓的測定;冰點下降法測定物質的分子量;化學變化過程方向限度的判斷;溫度對標準平衡常數的影響—范特霍夫等壓方程;標準摩爾反應吉布斯函數與反應溫度的關系;影響化學平衡的因素:溫度、分壓、總壓、惰性氣體等;平衡常數的測定。
3. 相圖:單組分(水)、雙組分(液液、固液、氣液)、三組分相圖;精餾原理;區域熔煉;二元相圖的繪制;杠桿規則;
4. 電化學:電導測定的應用;原電池電動勢及其與熱力學函數的關系;可逆電池的表示方法;電池電動勢的計算;電動勢測定的應用;可逆電池電動勢及電動勢溫度系數的測定;活度及德拜-休克爾極限公式;電極極化的原因;鹽橋的作用;極化曲線及其測量方法;電解時電極上的競爭反應;
5. 化學動力學:簡單級數的反應:一級、二級、三級、零級反應動力學;反應級數及速率常數的測定;典型的復雜反應:對峙反應、平行反應、連鎖反應;速率方程的穩態和平衡態近似處理方法;溫度對反應速率的影響、阿累尼烏斯公式及應用;鏈式反應:單鏈反應速率方程、支鏈反應的步驟和爆炸界限;光敏反應;單分子反應;固體與氣體的反應動力學;吸附作用與反應速率;催化作用:概述、單相催化、多相催化
6. 界面與膠體化學:表面張力影響因素;表面張力及接觸角的測定;潤濕程度的表示;微小液滴的蒸氣壓及開爾文公式;亞穩狀態;固體自溶液中的吸附—吸附量的測定、吸附等溫線和吸附等溫式;固體自溶液中吸附的應用;溶液表面層的吸附與吉布斯吸附等溫式;溶液的表面張力和表面活性;膠體分散系統的特征;膠體的制備和提純;膠體粒子的結構;膠體的動力學性質和光學性質;膠體的電動性質:動電現象、雙電層理論、動電電勢及測定;高分子溶液;乳狀液。
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