2023年北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)考研物理化學(xué)科目考試大綱

2023年北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)考研物理化學(xué)科目考試大綱

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

一、課程名稱、對象名稱：

物理化學(xué)(包括物理化學(xué)實驗)對象：化學(xué)、材料等專業(yè)碩士研究生入學(xué)考試用

二、考試大綱內(nèi)容

1.物質(zhì)的pVT 性質(zhì)

(1)、理想氣體：模型及狀態(tài)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(tài)方程。

(3)、對應(yīng)狀態(tài)原理及壓縮因子圖：臨界現(xiàn)象、臨界參數(shù)、對比參數(shù)、對應(yīng)狀態(tài)原理;壓縮因子圖及使用。

2.熱力學(xué)第一定律

(1)、基本概念：系統(tǒng)、環(huán)境、過程、途徑、性質(zhì)、狀態(tài)、狀態(tài)函數(shù)、平衡態(tài)。

(2)、熱力學(xué)第一定律：功、熱、熱力學(xué)能，熱力學(xué)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(guān)系。

(5)、熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用：焦耳實驗，理想氣體的熱力學(xué)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(xué)第一定律對實際氣體的應(yīng)用：焦耳--湯姆生效應(yīng)、節(jié)流系數(shù);實際氣體的熱力學(xué)能與焓。

(8)、熱化學(xué)：等壓、等容熱效應(yīng)，Hess 定律。

(9)、摩爾反應(yīng)焓：反應(yīng)進度、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓及標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓;標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓與溫度的關(guān)系。

3.熱力學(xué)第二定律

(1)、熱力學(xué)第二定律：自發(fā)過程的共同特征、熱力學(xué)第二定律的文字表述;卡諾循環(huán)及卡諾定理，熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達式;熵增原理及熵判據(jù)。

(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(xué)第三定律：熱力學(xué)第三定律，規(guī)定熵、標(biāo)準(zhǔn)熵，化學(xué)反應(yīng)熵變的計算。

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

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

(6)、熱力學(xué)第二定律應(yīng)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(tǒng)熱力學(xué)

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

(2)、理想：理想氣體及其混合物的化學(xué)勢。

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

(4)、拉烏爾定律與享利定律。

(5)、理想液態(tài)混合物：理想液態(tài)混合物的化學(xué)勢及混合性質(zhì)。

(6)、理想稀溶液：溶劑、溶質(zhì)的化學(xué)勢;分配定律。稀溶液的依數(shù)性。

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

5.化學(xué)平衡

(1)、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度：化學(xué)反應(yīng)平衡的條件、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的導(dǎo)出及化學(xué)反應(yīng)等溫方程式。

(2)、理想氣體反應(yīng)的平衡常數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的性質(zhì)、K、Kp、Kc、Ky、Kn 的關(guān)系;平衡常數(shù)及平衡組成的計算。

(3)、有純態(tài)凝聚相參加的理想氣體反應(yīng)：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表示式，分解壓力與分解溫度。

(4)、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)ΔrGm：ΔrGm與 K，標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)ΔfGm及 ΔrGm的計算。

(5)、溫度對標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響：吉布斯—亥姆霍茲方程、范特霍夫方程，平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系。

(6)、其它因素(濃度、壓力、惰性組分)對化學(xué)平衡的影響。

(7)、同時平衡，反應(yīng)耦合。

(8)、真實氣體的化學(xué)平衡。

(9)、混合物及溶液中的化學(xué)平衡。

6.相平衡

(1)、相律：相、相平衡、組分?jǐn)?shù)、自由度數(shù)的概念，相律的推導(dǎo)。

(2)、相平衡的邊界條件。

(3)、單組分系統(tǒng)相平衡：水及 CO2 的相圖。

(4)、兩組分液態(tài)完全互溶系統(tǒng)的氣-液平衡：理想液態(tài)混合物的 p-X、T-X 圖，杠桿規(guī)則。真實液態(tài)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(tài)部分互溶系統(tǒng)氣-液平衡：部分互溶系統(tǒng)的溫度-溶解度圖、部分互溶系統(tǒng)的氣-液平衡相圖(T-X 圖)。

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

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

(8)、兩組分固態(tài)互溶(完全互溶、部分互溶)系統(tǒng)：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(tǒng)計熱力學(xué)初步

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

(2)、微態(tài)數(shù)：分布微態(tài)數(shù)、系統(tǒng)的總微態(tài)數(shù)及計算。

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

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

(5)、粒子配分函數(shù)與系統(tǒng)熱力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系：理想氣體的熱力學(xué)性質(zhì)及統(tǒng)計熱力學(xué)模型;理想氣體的狀態(tài)方程式、熱力學(xué)能、焓、熱容等熱力學(xué)性質(zhì)的統(tǒng)計關(guān)系式。理想氣體的統(tǒng)計熵及化學(xué)平衡常數(shù)的統(tǒng)計表達式。

8.電化學(xué)

(1)、電解質(zhì)溶液導(dǎo)電機理及離子的電遷移：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電機理、法拉弟定律，離子的遷移現(xiàn)象，遷移數(shù)及實驗測定。

(2)、電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)：電遷移率、電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率及影響電導(dǎo)的因素;離子獨立運動定律，電導(dǎo)測定及應(yīng)用。

(3)、電解質(zhì)的平均活度和平均活度系數(shù);德拜-休格爾極限公式。

(4)、原電池的電動勢的產(chǎn)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?zé)崃W(xué)：電池的電動勢與電池反應(yīng)的Δ_rG_m、Δ_rH_m、Δ_rS_m 之間的關(guān)系。

(7)、電極電勢：標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系。

(8)、濃差電池：電極濃差電池與電解質(zhì)濃差電池;液體接界電勢的產(chǎn)生及計算。

(9)、電池設(shè)計：原電池設(shè)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(yīng)。

9.化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)

(1)、化學(xué)反應(yīng)的速率：反應(yīng)速率的表示方法及實驗測定。

(2)、化學(xué)反應(yīng)的速率方程(微分式)：基元反應(yīng)的概念及速率方程、反應(yīng)分子數(shù)，反應(yīng)級數(shù)、速率常數(shù)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(yīng)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(yīng)速率的影響：阿累尼烏斯公式及活化能。

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

(7)、鏈反應(yīng)：鏈反應(yīng)機理及動力學(xué)方程;鏈反應(yīng)與爆炸。

(8)、反應(yīng)速度理論：碰撞理論及過渡狀態(tài)理論。

(9)、溶液中的反應(yīng)。

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

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

10.表面現(xiàn)象

(1)、表面吉布斯函數(shù)與表面張力。

(2)、潤濕現(xiàn)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(xì)現(xiàn)象。

(4)、亞穩(wěn)狀態(tài)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(xué)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(zhì)、LB 膜。

11.膠體化學(xué)

(1)、膠體及分散物系概述：分散物系的基本性質(zhì)與分類。

(2)、溶膠的制備及純化。

(3)、溶膠的光學(xué)性質(zhì)：丁達爾效應(yīng)、瑞利公式。

(4)、膠體的動力性質(zhì)：布朗運動、擴散、沉降與沉降平衡。

(5)、膠體的電學(xué)性質(zhì)：電泳、電滲現(xiàn)象;膠團結(jié)構(gòu)、沉降電勢、流動電勢。

(6)、溶膠的穩(wěn)定和聚沉：膠粒的穩(wěn)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(nèi)容：

實驗一：恒溫技術(shù)及不同溫度下液體粘度的測定

實驗二：靜態(tài)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(tǒng)氣液平衡相圖

實驗五：原電池電動勢的測定及其應(yīng)用

實驗六：氨基甲酸銨分解反應(yīng)平衡常數(shù)的測定

實驗七：蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定

實驗八：乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測定

2.要求：

掌握實驗原理、實驗裝置原理、實驗數(shù)據(jù)處理方法、實驗測定及實驗結(jié)果的誤差分析。

四、參考資料

[1] 劉俊吉等，《物理化學(xué)》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(xué)》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(xué)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(xué)編寫組，《物理化學(xué)例題與習(xí)題》，第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006 年.

[5] 柯以侃等，《大學(xué)化學(xué)實驗》，第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010 年.

原文鏈接：

2023年北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)考研物理化學(xué)科目考試大綱