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1、2010年度双语教学示范课程建设项目高等物理化学双语课程 （Advanced Physical Chemistry）沈阳师范大学 刘跃 目录一 教学大纲 第2页Syllabus 第3页二 简写版授课教案 第7页三 习题、实践（实验、实训、实习）指导 第39页 精讲部分文献 第40页 自学部分文献 第45页四 试卷及参考答案 第39页 杨雪07学生结课报告录像 曲艳镁07学生结课报告录像五 参考文献目录等材料 第40页 精讲部分文献 第40页 自学部分文献 第45页六 现场教学录像 第47页 刘跃项目主持人现场教学录像片段 杜晓慧研究生助课1 杜晓慧研究生助课2课程概述本课程体系包括全校通识选修
2、课、化学专业的专业选修课、和应用化学专业研究生必修课三个部分，通过文献组织教学；课程内容包括物理化学、化学物理、和数学物理等,涉及学科交叉；本课程关注课程结束后的自我提高，建有“高等物理化学（双语）”课程资源网站，为学生提供结课后自我学习的资源。本课程强调能力培养。能力培养包括：培养学生自己通过英文文献获取新知识的能力； 通过阅读原始文献培养学生的研究能力；通过文献培养学生自己的拓展能力，学会自己思考，而不仅仅是对基本概念的记忆和理解。教师团队由化学、数学、物理教师组成。一 教学大纲高等物理化学双语课程教学大纲（Advanced Physical Chemistry）课程说明课程编码：0230
3、1560 (化学类), 25701580（全校通识选修课）、课程总学时30、周学时4，学分3，开课学期：第六学期(但是对各年级开放)。1课程性质： 高等物理化学双语是选修课，它以继承人类教学研究成果为宗旨，主要讲授还没有进入教材、大学层次的化学基础理论成就。在教师的帮助下让学生通过英语学习没有进入教材的教学研究成果。使学生今后能够沿着这条思路发展，在提高专业素质和英语能力的基础上达到独立运用英语学习新的化学基本知识的能力、为走向社会或继续深造建立基础。2适用专业与学时分配： 适用于化学双语专业、化学教育专业、和应用化学专业，欢迎物理专业、数学专业、英语专业学生选修。每篇英文文献是一个专业内容，
4、专业内容可以用中文讲授。每篇文献平均用2学时。教师可以根据情况灵活选取专业内容和文献。每年可以选用不同论文。选讲文献标准可以参照下表。讲授内容包含主要章节和备用章节两个部分。主要章节四章，备用章节两章，共六章。主要章节包含化学平衡理论、原子光谱项、分子光谱项、有趣的物理化学现象等教学研究方面的专业内容，继续深化专业基础课的教学内容。备用章节包含化学研究、基础理论研究。教 学 内 容 与 时 间 安 排 表章次内 容总课时理论课时实践课时一化学平衡理论66二原子光谱项88三分子光谱项88四有趣的物理化学现象88五化学研究可选可选六基础理论研究可选可选3本门课程与其它课程关系： 先行课：普通物理，
5、高等数学，英语，物理化学，结构化学。非化学专业学生在选课前要 与任课教师联系。4推荐教材及参考书： 主要是美国化学教育、美国物理上发表的教学论文，由授课教师提供pdf电子文档。6课程教学方法与手段： 教学内容主要载体是英文文献。本课程通过教学研究的英文文献、多媒体教学手段讲授较深入的专业知识。7课程考试方法与要求： 目标：考察在没有教师帮助下理解专业基础文献的程度。 形式：分组查阅文献，组内共同讨论，撰写论文，分组报告。 要求：阅读的文献必须在一定程度上反映教学成就，要求有所收获，按组给分。 成绩分三个等级：优秀、合格、不合格。标准：优秀与合格根据文献的难度、理解程度区分，优秀组要求用英文向全
6、班做报告。（见 学生录像）Course code: 02301560 (chemistry major), 25701580 (other majors)Advanced Physical Chemistry (Bilingual course)3 Credits30 Hours1. Course Philosophy and Objectives“Advanced Physical Chemistry” is a bilingual elective course. The goal of this course is to help students learn with the aid
7、of the teacher the research achievements concerning curriculum contents that have not been included in textbooks, and further more, intriguing them to learn knowledge that they are not familiar with through english, enabling them to improve themselves in the future, and making them more competitive
8、in their careers.2. Enrollment recommendationThis course is recommended for majors including chemical education (including bilingual class), and applied chemistry. Physics, math and english majors are also welcome to register.3. Course contents and scheduleThis course is scheduled to open at the six
9、th semester, four hours a week. The contents of this course, which may vary from year to year, are mainly selected from international education journals. There are currently four core chapters and two elective chapters. The core chapters are “equilibrium theory”, “atomic terms”, “molecular terms”, a
10、nd “interesting phenomena in physical chemistry”. The elective chapters include “scientific research in chemistry” and “research in curriculum contents”.ChapterContentsLecture hours1Chemical equilibrium theory62Atomic terms83Molecular terms84Interesting Phenomena in Physical Chemistry85Scientific re
11、search in chemistryelective6Research in curriculum contentselective(This schedule is subject to changes.)4. PrerequisitesGeneral physics, Calculus, English, Physical chemistry, Structure chemistry or permission of the instructor. 5. Recommended references“Journal of Chemical Education”, “American Jo
12、urnal of Physics”.6. Teaching methodsThe teaching process is mainly carried out by studying journal papers and animated videos.7. EvaluationGroup Presentation: Class is divided into several groups. Each group is responsible for researching literature, discussing about the literature, writing papers,
13、 and eventually, making a presentation about the paper they have studied.Grades are classed as “Excellent”, “Pass”, “Fail”.教学内容纲要第一部分 主要章节第一章 化学平衡理论（任选6学时）1教学目的与要求 重点讲授加入一种物质,化学平衡向生成这种物质的方向移动的理论2主要内容第一节 新Le Chatelier and Braun原理的严格热力学推导 2学时第二节 新Le Chatelier and Braun原理的斜率解释 2学时第三节 新Le Chatelier and
14、Braun原理的严格微分推导 2学时第四节 反应物配比与新Le Chatelier and Braun原理 2学时第五节 溶解度随温度变化与新Le Chatelier and Braun原理 2学时第六节 一些热力学概念的更深入讨论 2学时第七节 相平衡的更深入讨论 2学时第二章 原子光谱项（任选8学时）1教学目的与要求 讲授专业课结构化学或高等无机化学中没有讲到的原子光谱项的推求方法2主要内容第一节 微观状态法和谱项本征函数法推求原子光谱项 2学时 第二节 原子基态光谱项推求方法 1学时第三节 电子自旋分类方法推求原子光谱项 2学时第四节 杨图法推求原子光谱项 2学时第五节 部分谱项方法推求
15、原子光谱项 2学时第六节 jj耦合光谱项推求 2学时第三章 分子光谱项（任选8学时）1.教学目的与要求讲授专业课中分子轨道理论和配位场理论部分没有讲到的分子光谱项的推求方法2.主要内容 第一节 对称操作与分子谱项波函数 2学时第二节 对称直积和反对称直积法推求分子光谱项 2学时第三节 部分谱项法推求分子光谱项 2学时第四节 杨图法推求分子光谱项 2学时第四章 有趣的物理化学现象（任选8学时）1 教学目的与要求本章介绍有趣的物理化学现象,包括汞心脏、振荡反应、蓝瓶反应、记忆反应、超导体、 磁流体、化学发光等2 主要内容第一节 Mercury Beating Heart 汞心脏 2学时第二节 Os
16、cillating Reaction 振荡反应 2学时第三节 Blue Bottle 蓝瓶反应 2学时第四节 Memory Metal 记忆反应 2学时第五节 Superconductivity超导体 2学时第六节 Ferrofluid 磁流体 2学时第七节 Chemiluminescence 化学发光 2学时 第二部分 备用章节 第五章 化学研究1.教学目的与要求结合我们的理论研究，讲授光致变色材料、热致变色材料、催化聚合材料的研究结果。2.主要内容第一节 光致变色材料研究 2学时第二节 热致变色材料研究 2学时第三节 催化聚合材料研究 2学时第六章 基础理论研究1.教学目的与要求大多数是结
17、构化学课程的延伸，内容广泛。2.主要内容第一节 节面与原子核位置 2学时第二节 尖晶石与反式尖晶石的稳定性 2学时第三节 球对称性中原子轨道的特征标 2学时第四节 位置对称性与杂化轨道 2学时第五节 结构化学课程相关基础文献 2学时撰写人： 刘跃 审定人： 院（系）主管领导： 学院盖章： 2006年7月9日二 教案第一章 化学平衡理论结合我们自己的工作,重点讲授加入一种物质,化学平衡向生成这种物质的方向移动理论的英文文献中文文献导入 2学时1 刘跃,刘颖,杨小震,化学通报,2004,3,512 刘跃,贺子如，刘颖,平衡理论，化学工业出版社，19953 刘颖，刘跃理论化学，黑龙江科学技术出版社，
18、2002英文文献导读 6学时, 在精讲文献中任选三篇文献讲解,每篇2学时.以下这些文献的数学推导过程在平衡理论、理论化学、化学通报,2004,3,51中有详细论述。第一节 新Le Chatelier and Braun原理的严格热力学推导精讲文献 4 J. de HEER，The principle of Le Chatelier and Braun, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, VOLUME 34, NO. 8, AUGUST, 1957:375这是一篇经典文献，它指出Le Chatelier and Braun原理的问题，从热力学角度用数学方法给出了一个更
19、严格、更准确地Le Chatelier and Braun原理。通过文献讲解，详细进行整个数学推导过程。该文献有一定深度，是一篇好文章。详见平衡理论11-13页、理论化学38-42页因为A是V和的函数，A(S，V，) = 0，有A = A(S,V,x) = 0由式（2-9），有将式（2-17）和式（2-18）代入式（2-16），有根据式（2-15）知，式（2-19）右边第二项的分母为负，所以有在绝热条件下增加平衡体系的体积，由式（2-20）可得式（2-21）式（2-21）的右边是体系中的平衡不发生移动（反应进度不变）时体系总体积增加时, 体系总压强下降的值；左边为平衡发生移动（A恒定为零时）后
20、体系压强下降的总结果，即体积不变，单项变化所引起压强的变化（仅仅因为平衡移动所引起的压强变化）和 x 不变，仅仅因为体积变化所引起的压强变化（假设体系中不存在平衡的情况）这两项的总和。注意式（2-21）两边均为负数，式（2-21）右边的绝对值大于左边的绝对值。(2-21)由此可知平衡移动是向减小体积变化所产生的效果的方向进行，即向阻止压强变化的方向进行，符合Le Chatelier原理的简单表述。若体系的体积减小，为负，（2-20）两边同乘一个负数有结合式（2-21）可得无论dV是正是负，平衡移动都是向减小体积变化所产生的效果的方向进行。同理，由式（2-20）可得式（2-22）说明无论dP是正
21、是负，平衡向增加压强变化所产生的效果的方向移动，与Le Chatelier原理的简单表述相矛盾。与精讲文献1有关的两篇自学文献1，2。1 J. de HEER，LE CHATELIER, SCIENTIFIC PRINCIPLE, ORSACRED COW， JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, VOLUME 35, NO. 3, MARCH, 1958:1332 ANTHONY STANDEN，LE CHATELIER, COMMON SENSE, AND METAPHYSICS， JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, VOLUME 35, N
22、O. 3, MARCH, 1958:132第二节 新Le Chatelier and Braun原理的斜率解释精讲文献5 Richard S. Trepfow，Le Chateliers Principle, A reexamination and method of graphic illustration，JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION,Volume 57, Number 6, June 1980:417该文献从作图斜率角度讨论Le Chatelier and Braun原理，结果与精讲文献1一致。详见平衡理论15-17页、理论化学45-48页QT1234123
23、VP第三节 新Le Chatelier and Braun原理的严格微分推导精讲文献6 Lewis Katz，A Systematic Way to Avoid Le Chateliers Principle in Chemical Reactions，JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 38, Number 7, July 1961:375经典文献, 从微分角度讨论Le Chatelier原理，比文献1容易理解。通过文献讲解，详细进行整个数学推导过程。该文献有一定深度，是一篇好文章。详见平衡理论30-32页、理论化学104-107页.当时，随着氮气的加
24、入，Qp加大，平衡要向逆反应的方向移动。增加的百分数比nT增加的百分数大，起主导作用。当时，随着氮气的加入，Qp减小，平衡要向正反应的方向移动，向增加氮气的方向移动，与Le Chatelier原理的简单表述结论相反。这里nT的次方大，起主导作用。第四节 反应物配比与新Le Chatelier and Braun原理精讲文献7 Friedrich G. Helfferich，Le Chatelier-Right or Wrong，JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 62 Number 4 April 1985:305经典文献, 从反应物配比角度讲解Le C
25、hatelier原理，比文献1容易理解。通过文献讲解，详细进行整个数学推导过程。该文献有一定深度，是一篇好文章。详见平衡理论32-36页、理论化学72-77页。当时有式（3-85）说明欲使达到极大，反应物和产物之间的初始摩尔数之间没有比例关系的要求。式（3-85）和（3-84）要求反应物和除产物p外的所有产物的初始摩尔数配比应该分别等于反应方程式中计量系数之比。由式（3-82）还可以得到式 (3-86） (3-87），可以得到使 x 达到极值的条件式（3-77）或式（3-75）但式（3-77）和（3-75）的配比值已不同于式（3-86）和（3-87）的配比值。第五节 溶解度随温度变化与新Le
26、Chatelier and Braun原理精讲文献8 George M. Bodner, On the Misuse of Le Chateliers Principle for the Prediction of the Temperature Dependence of the Solubility of Salts, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 57, Number 2, February 1980:1179 R. Fernandez-Prini，Le Chateliers Principle and the Prediction of t
27、he Effect of Temperature on solubilities, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 59, Number 7 July 1982:55010 L. K. Brice, Le Chateliers Principle: The Effect of Temperature on the Solubility of Solids in Liquids, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 60 Number 5 May 1983:387详细分析了应用Le Chatelier原理分析溶解
28、度随温度变化时出现的问题。详见平衡理论81-91页、理论化学132-144页。和平衡常数K之间的关系为若熵变和温度无关，由式（7-5）和（7-6）可得一般而言，无论是否与温度有关，有由式（7-6）和（7-10）也可以得到式（7-8）。 一种纯溶质（气态或固态）和气体饱和溶液成平衡的溶解平衡对溶质的平衡活度a2微分，有c2为溶液中溶质的浓度。纯溶质标准焓为时（无限稀释）溶液中溶质的偏摩尔焓值为。无限稀释时的微分溶解热是溶液的标准生成热根据式（7-8）和（7-12），有 在c2恒定条件下，浓度从c2变为活度a2，有其中g2为溶质在c2时的活度系数。将式（7-15）代入式（7-14），有 因为g2
29、0, 即随着c2的增加，a2增加，有。为饱和溶液中的偏摩尔焓。饱和浓度处的微分熔解热的正负号决定的符号。第六节 一些热力学概念的更深入讨论精讲文献11 J. N. Spencer, DG and G/x, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 51, Number 9, September 1974:57712 H. R. Kemp, The Effect of Temperature and Pressure on Equilibria: A Derivation of the vant Hoff Rules, JOURNAL OF CHEMICAL E
30、DUCATION, Volume 64 Number 6 June 1987 48213 Zhellg Xianmin, The Free Energy Prediction of Reaction Direction and the Principle of Le Chatelier, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 66 Number 5 May 1989:401热力学概念的深入讨论。详见平衡理论92-125页、理论化学145-190页。和的含义不同。 对于一个广义的化学反应 若表示物质A的初始摩尔数，x 表示化学反应进度，则反应过程中任意一时刻
31、物质A的摩尔数是。恒温恒压下有 G是体系的Gibbs自由能，是物质j的化学势，由式（8-137）得反应过程中任意时刻，产物和反应物的自由能的差值给出的值。是体系的总Gibbs自由能G随反应进程x 变化的即时速率。一般以表示微商而一般表示差值，表示终了时刻和初始时刻的差值。热力学自学文献3 E. K. Mellon，An Apparent Contradiction in the Application of the Principle of Le Chatelier，JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 56. Number 6. June 1979:38
32、04 Huang Xijun and Yan Xiuping, Influences of Temperature and Pressure on Chemical Equilibrium in Nonideal Systems, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 68 Number 4 April 1991:2945 Theodros Solomon, The Temperature and Pressure Dependence of the Equilibrium Properties of a System, JOURNAL OF CHEMIC
33、AL EDUCATION, Volume 68 Number 4 April 1991:2956 J. J. MacDonald，Equilibria and DG，JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 67 Number 9 September 1990:745第七节 相平衡的更深入讨论精讲文献14 H. R. Kemp, Gibbs Paradox for Entropy of Mixing, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 62 Number 1 January 1985:4715 J. J. MacDon
34、ald, To the Editor, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 63 Number 8 August 1986:73516 H. R. Kemp, To the Editor, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 63 Number 8 August 1986:736 相平衡中的热力学问题。详见平衡理论64-80页、理论化学110-131页。平衡移动时，每种组分j都要发生相变 其中由（6-30）式得 这是一个多个平衡共存的多组分体系，当每个组分满足下式，组分的变化不改变G值。其中（6-34）式表示N个方
35、程，N个未知数 的方程组。（6-30）式还可以写成相平衡自学文献77 M. Deurnie， M. Henri-Rousseau, K. Boulii,B. Boulil, Phase Equilibrium and G Minimum, Displacements of the Equilibrium Under External Parameters, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Volume 66 Number 3 March 1989 232第二章 原子光谱项结合我们的工作讲授不同于结构化学或高等无机化学中关于原子光谱项的推求方法第一节 微观状态法和谱
36、项本征函数法复习结构化学中用微观状态法和谱项本征函数法推求原子光谱项17 周公度，段连运，结构化学基础，第四版，北京大学出版社，2008：60-6318 江元生，结构化学，高等教育出版社，1997：50-54第二节 原子基态光谱项推求方法精讲文献19 Mel Gorman, Rules for Writing Ground State Russell-Saunders Symbols, Journal of Chemical Education,Volume 50. Number 3, March 1973: 189原子基态光谱项推求方法第三节 电子自旋分类方法推求原子光谱项精讲文献20 Ke
37、nneth E. Hyde，Methods for Obtaining Russell-Saunders Term Symbols from Electronic Configurations, JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, Vokme 52, Number 2, February 1975:8721 J. Vicente, A Simple Method for Obtaining Russell-SaundersTerm Symbols, Journal of Chemical Education, Volume 60 Number 7 July 1983:
38、560根据电子自旋分类的方法推求Russell-Saunders原子光谱项第四节 杨图法推求原子光谱项精讲文献22 Jyh-Horung Chen，Atomic Term Symbols by Group Representation Methods，Journal of Chemical Education, Volume 66 Number 11 November 1989:893原子光谱项推求经典文献。利用杨图推求原子光谱项第五节 部分谱项方法推求原子光谱项精讲文献23 Darl H. MeDaniel，Spin Factoring as an Aid in the Determinat
39、ion of Spectroscopic Terms，Journal of Chemical Education, Volume 54, Number 3, March 1977:14724 E. M. R. Kiremire，A Numerical Algorithm Technique for Deriving Russell-Saunders R-S) Terms，Journal of Chemical Education, Volume 64 Number 11 November 1987:95125 E. M. R. Kiremire, Hole Formalism and Its
40、Effect on Partial and RS Terms, Journal of Chemical Education, Volume 66 Number 6 June 1989: 479利用部分谱项的方法推求分子光谱项。不同自旋的电子分别考虑，推求方法简单。自学文献8 E.R. Tutlle, “Terms obtained from configurations of equivalent electrons,” Amer. J. Phys., 35, 26-29(1967).9 R. F., Jr. Curl, J. E. Kilpsmck, “Atomic term symbols
41、 by group theory,” Amer J Phys. 28,357-365(1960).10 Liu Guofan, M. L. Ellzey, Jr. Finding the Terms of Configurations of Equivalent Electrons by Partitioning Total Spins, Journal of Chemical Education, Volume 64 Number 9 September 1987:77111 N. W. GREGORY, Electronnic configuration and atomic term symbols, Journal of Chemical Education,1956:144第六节 jj耦合光谱项推求精讲文献26 J. Rubio, J. J. Per
