2023年北京化工大学材料科学与工程专业考研物理化学科目考试大纲

2023年北京化工大学材料科学与工程专业考研物理化学科目考试大纲

注：该考试大纲适用于北京理工大学材料科学与工程学院高分子材料科学与工程2、无机非金属和金属材料等研究方向的材料科学与工程专业研究生考试。

一、课程名称、对象名称：

物理化学(包括物理化学实验)对象：化学、材料等专业硕士研究生入学考试用

二、考试大纲内容

1.物质的pVT 性质

(1)、理想气体：模型及状态方程，分压定律、分体积定律。

(2)、真实气体：真实气体的液化、与理想气体的偏差及状态方程。

(3)、对应状态原理及压缩因子图：临界现象、临界参数、对比参数、对应状态原理;压缩因子图及使用。

2.热力学第一定律

(1)、基本概念：系统、环境、过程、途径、性质、状态、状态函数、平衡态。

(2)、热力学第一定律：功、热、热力学能，热力学第一定律;恒容热、恒压热、焓。

(3)、体积功计算：不同过程体积功的计算。

(4)、热容：平均热容、定压摩尔热容(C_p,m)、定容摩尔热容(C_v,m);C_p,m 与 C_v,m 的关系。

(5)、热力学第一定律对理想气体的应用：焦耳实验，理想气体的热力学能、焓、热容差;理想气体的恒温、恒压、恒容与绝热过程。

(6)、相变焓

(7)、热力学第一定律对实际气体的应用：焦耳--汤姆生效应、节流系数;实际气体的热力学能与焓。

(8)、热化学：等压、等容热效应，Hess 定律。

(9)、摩尔反应焓：反应进度、标准态、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓及标准摩尔燃烧焓;标准摩尔反应焓与温度的关系。

3.热力学第二定律

(1)、热力学第二定律：自发过程的共同特征、热力学第二定律的文字表述;卡诺循环及卡诺定理，热力学第二定律的数学表达式;熵增原理及熵判据。

(2)、熵变计算：简单 pVT 变化过程、可逆相变与不可逆相变过程的熵变。

(3)、热力学第三定律：热力学第三定律，规定熵、标准熵，化学反应熵变的计算。

(4)、亥姆霍兹函数与吉布斯函数：定义、恒温恒容过程与恒温恒压过程变化方向的判据，亥姆霍兹函数与吉布斯函数变化的计算。

(5)、热力学基本方程和麦克斯韦关系式：热力学基本方程与 T—S 图、麦克斯韦关系式;热力学证明的一般方法。

(6)、热力学第二定律应用举例：克拉佩龙方程和克劳修斯-克拉佩龙方程。

4.多组分系统热力学

(1)、偏摩尔量与化学势：偏摩尔量的概念、求法及吉布斯--杜亥姆方程，化学势的定义、判据及化学势与温度、压力的关系。

(2)、理想：理想气体及其混合物的化学势。

(3)、真实气体的化学势：真实气体及其混合物的化学势，逸度及逸度因子的概念、计算及普遍化逸度系数图，路易斯--兰德尔逸度规则。

(4)、拉乌尔定律与享利定律。

(5)、理想液态混合物：理想液态混合物的化学势及混合性质。

(6)、理想稀溶液：溶剂、溶质的化学势;分配定律。稀溶液的依数性。

(7)、非理想液态混合物及溶液：真实液态混合物、溶液中各组分的化学势，活度及活度因子。

5.化学平衡

(1)、化学反应的方向和限度：化学反应平衡的条件、标准平衡常数的导出及化学反应等温方程式。

(2)、理想气体反应的平衡常数：标准平衡常数的性质、K、Kp、Kc、Ky、Kn 的关系;平衡常数及平衡组成的计算。

(3)、有纯态凝聚相参加的理想气体反应：标准平衡常数的表示式，分解压力与分解温度。

(4)、标准摩尔反应吉布斯函数ΔrGm：ΔrGm与 K，标准摩尔生成吉布斯函数ΔfGm及 ΔrGm的计算。

(5)、温度对标准平衡常数的影响：吉布斯—亥姆霍兹方程、范特霍夫方程，平衡常数与温度的关系。

(6)、其它因素(浓度、压力、惰性组分)对化学平衡的影响。

(7)、同时平衡，反应耦合。

(8)、真实气体的化学平衡。

(9)、混合物及溶液中的化学平衡。

6.相平衡

(1)、相律：相、相平衡、组分数、自由度数的概念，相律的推导。

(2)、相平衡的边界条件。

(3)、单组分系统相平衡：水及 CO2 的相图。

(4)、两组分液态完全互溶系统的气-液平衡：理想液态混合物的 p-X、T-X 图，杠杆规则。真实液态混合物的 p-X、T-X 图，恒沸混合物及精馏原理。

(5)、两组分液态部分互溶系统气-液平衡：部分互溶系统的温度-溶解度图、部分互溶系统的气-液平衡相图(T-X 图)。

(6)、两组分液态完全不互溶系统的气-液平衡 T-X、p-T 图，水蒸汽蒸馏。

(7)、两组分系统的液一固平衡：两组分固态不溶凝聚系统相图(生成低共熔混合物及水盐系统相图);生成化合物(稳定、不稳定)的凝聚系统相图。

(8)、两组分固态互溶(完全互溶、部分互溶)系统：相图的绘制(热分析法及溶解度法);步冷曲线及相图分析。

7.统计热力学初步

(1)、基本概念：统计系统分类、粒子的运动形式及能级公式。能级分布与状态分布。

(2)、微态数：分布微态数、系统的总微态数及计算。

(3)、最可几分布与平衡分布：等概率假设、最概然分布;波尔兹曼分布(拉格朗日待定乘数法);最概然分布与平衡分布的关系。

(4)、粒子的配分函数：配分函数的定义及析因子性质，能量零点对配函数的影响。粒子的平动、双原子分子转动及振动配分函数的计算。

(5)、粒子配分函数与系统热力学性质的关系：理想气体的热力学性质及统计热力学模型;理想气体的状态方程式、热力学能、焓、热容等热力学性质的统计关系式。理想气体的统计熵及化学平衡常数的统计表达式。

8.电化学

(1)、电解质溶液导电机理及离子的电迁移：电解质溶液的导电机理、法拉弟定律，离子的迁移现象，迁移数及实验测定。

(2)、电解质溶液的电导：电迁移率、电导、电导率、摩尔电导率及影响电导的因素;离子独立运动定律，电导测定及应用。

(3)、电解质的平均活度和平均活度系数;德拜-休格尔极限公式。

(4)、原电池的电动势的产生及电动势的能斯特方程。

(5)、可逆电池：电池的充、放电，可逆电池的条件。

(6)、原电池热力学：电池的电动势与电池反应的Δ_rG_m、Δ_rH_m、Δ_rS_m 之间的关系。

(7)、电极电势：标准氢电极、参比电极;电极电势及其计算;电池电动势与电极电势的关系。

(8)、浓差电池：电极浓差电池与电解质浓差电池;液体接界电势的产生及计算。

(9)、电池设计：原电池设计的一般方法。

(10)、极化作用：分解电压、电极极化与超电势、极化曲线、析出电势;电解时的电极反应。

9.化学动力学基础

(1)、化学反应的速率：反应速率的表示方法及实验测定。

(2)、化学反应的速率方程(微分式)：基元反应的概念及速率方程、反应分子数，反应级数、速率常数及速率方程的一般形式。

(3)、速率方程的积分式：零级、一级、二级及 n 级反应的特点。

(4)、速率方程的确定：微分方法、积分法、半衰期法。

(5)、温度对反应速率的影响：阿累尼乌斯公式及活化能。

(6)、简单复杂反应：对行反应、平行反应、连串反应速率方程的建立及反应速率的近似处理。

(7)、链反应：链反应机理及动力学方程;链反应与爆炸。

(8)、反应速度理论：碰撞理论及过渡状态理论。

(9)、溶液中的反应。

(10)、光化学：光化反应的基本定律、量子效率;光化学反应的机理与速率方程。

(11)、催化反应：催化作用的通性、催化剂的活性和选择性;催化反应的一般机理。均相催化反应;气-固相催化反应―固体表面上的吸附，气-固相催化反应的步骤及催化反应动力学。

10.表面现象

(1)、表面吉布斯函数与表面张力。

(2)、润湿现象：接触角、润湿与辅展、杨氏(Yong)方程。

(3)、弯曲液面的附加压力、饱和蒸汽压、拉普拉斯(Laplace)方程、开尔文(Kelvin)方程及毛细现象。

(4)、亚稳状态和新相的生成：过饱和蒸气、过热液体、过冷液体、过饱和溶液。

(5)、固体表面上的吸附作用：物理吸附与化学吸附、兰格谬尔单分子层吸附理论及兰格谬尔吸附等温式、BET 吸附公式及固体比表面积的测定。

(6)、液体表面吸附作用：吉布斯吸附公式、表面活性物质、LB 膜。

11.胶体化学

(1)、胶体及分散物系概述：分散物系的基本性质与分类。

(2)、溶胶的制备及纯化。

(3)、溶胶的光学性质：丁达尔效应、瑞利公式。

(4)、胶体的动力性质：布朗运动、扩散、沉降与沉降平衡。

(5)、胶体的电学性质：电泳、电渗现象;胶团结构、沉降电势、流动电势。

(6)、溶胶的稳定和聚沉：胶粒的稳定性，溶胶的聚沉及聚沉值。

(7)、乳状液及纳米粒子。

三、实验部分

1.内容：

实验一：恒温技术及不同温度下液体粘度的测定

实验二：静态法测定纯液体的饱和蒸气压

实验三：燃烧热的测定

实验四：二组分系统气液平衡相图

实验五：原电池电动势的测定及其应用

实验六：氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定

实验七：蔗糖水解反应速率常数的测定

实验八：乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定

2.要求：

掌握实验原理、实验装置原理、实验数据处理方法、实验测定及实验结果的误差分析。

四、参考资料

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

[2] 傅献彩等，《物理化学》上、下册，第六版，北京：高等教育出版社，2022 年.

[3] 张丽丹等，《物理化学简明教程》，第一版，北京：高等教育出版社，2011 年.

[4] 北京化工大学编写组，《物理化学例题与习题》，第二版，北京：化学工业出版社，2006 年.

[5] 柯以侃等，《大学化学实验》，第二版，北京：化学工业出版社，2010 年.

原文链接：

2023年北京化工大学材料科学与工程专业考研物理化学科目考试大纲