德州学院 材料化学专业 课程教学规范汇编

发布时间:2018-05-20文章来源: 浏览次数:







德州学院

材料化学专业

课程教学规范汇编





德州学院教务处

二零一七年十一月























1. 《近代分析测试技术》课程教学规范

2. 《无机化学B》课程教学规范

3. 《无机化学实验B》课程教学规范

4. 《有机化学B》课程教学规范

5. 《有机化学实验B》课程教学规范

6. 《分析化学》课程教学规范

7. 《分析化学实验B》课程教学规范

8. 《物理化学B》课程教学规范

9. 《物理化学实验B》课程教学规范

10.《结构化学B》课程教学规范

11.《化工原理B》课程教学规范

12.《材料化学》课程教学规范

13.《材料科学基础》课程教学规范

14.《材料合成与制备》课程教学规范

15.《材料合成与制备实验》课程教学规范

16.《材料物理》课程教学规范





























近代分析测试技术》课程教学规范


一、课程在人才培养中的地位及作用

本课程是材料化学等专业的专业基础课,在学习高等数学、大学物理、无机化学等课程的基础上,学习有关材料组成、结构、形貌状态等分析测试的基本理论和技术,为后续专业课学习打基础。课程内容包括基本模块——X射线衍射分析、电子显微分析、热分析、光谱分析;使学生掌握材料组成、晶体结构、显微结构材料微观形貌的分析测试方法与技术,及升、降温过程材料发生的物理化学变化的分析测试方法和技术,为后续课程的学习及将来材料研究工作打下基础。

二、课程教学目标

《近代分析测试技术》是一门材料化学专业的专业基础课。通过本课程的学习,使学生对材料的各种现代分析方法有一个初步的、较为全面的了解和认识;了解X射线衍射分析,光谱分析,电子显微分析,热分析等方法的基本原理、过程、装备及应用;掌握相应的基本知识、基本技能及必要的理论基础。

(一)知识目标

课程的学习,包含与所学专业相关的所有核心知识单元,并达到相应的学习目标。知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次:

1)掌握:对内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。

2)理解:对内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关问题。

3)了解:对内容进行初步了解,一般不要求应用。

(二)能力目标

通过本课程的学习,学生能够做到:

1)正确选择材料分析、测试方法。

2)看懂或会分析一般(典型,较简单)的测试结果(图谱,图象等)。

3)可以与分析测试专业人员共同商讨有关材料分析研究的实验方案和分析较复杂的测试结果。

4)具备专业从事材料分析测试工作的初步基础,具备通过学习掌握材料分析新方法,新技术的自学能力。

(三)素质目标

通过形式多样的教学方法,在理论学习的过程中,帮助学生逐步建立专业概念,培养专业兴趣及科学思维方法、科学研究方法、求实创新意识、科学素养专业素质,树立正确的科学观,同时世界观、人生观、价值观、学术道德观等均有一定的积极、正面影响。为提高综合素质、获得全面发展奠定基础

三、课程知识体系描述

(一)本课程知识体系的构成及学时分配

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合,是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元;选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范,选修知识单元的选择体现各校的不同特色。近代分析测试技术课程的知识体系由4个知识领域和10个知识单元构成。

知识领域1:X射线衍射分析

知识单元1:X射线衍射在多晶材料分析中的应用                   10学时

知识领域2:电子显微分析

知识单元2:透射电子显微分析                                   6学时

知识单元3:扫描电子显微分析                                   3学时

知识单元4:电子探针                                           3学时

知识领域3:光谱分析

知识单元5:原子发射光谱法                                     2学时

知识单元6:原子吸收光谱法                                     1学时

知识单元7:分子振动光谱法                                     1学时

知识领域4:热分析

知识单元8:差热分析                                           2学时

知识单元9:差示扫描量热分析                                   1学时

知识单元10:热重分析                                          1学时

(二)课程知识体系描述

上述课程知识体系概要说明本课程的知识领域、知识单元和知识点。课程知识体系中关于知识领域、知识单元和知识点的详细描述如下。

知识领域1:X射线衍射分析

知识单元1:X射线衍射在多晶材料分析中的应用                   10学时

知识领域2:电子显微分析

知识单元2:透射电子显微分析                                   6学时

知识单元3:扫描电子显微分析                                   3学时

知识单元4:电子探针                                           3学时

知识领域3:光谱分析

知识单元5:原子发射光谱法                                     2学时

知识单元6:原子吸收光谱法                                     1学时

知识单元7:分子振动光谱法                                     1学时

知识领域4:热分析

知识单元8:差热分析                                           2学时

知识单元9:差示扫描量热分析                                   1学时

知识单元10:热重分析                                          1学时


知识单元1:X射线衍射在多晶材料分析中的应用

参考学时:10学时

知识点:

X射线发展历史,X射线的产生,连续X射线与特征X射线发生机理,X射线与物质相互作用发生地各种物理效应。十四种布拉维格子,各项晶体学指数,熟练掌握倒易点阵。劳厄方程和布拉格方程的推导,倒易空间中的衍射矢量方程与Ewald图解,掌握原子散射因子和结构因子的概念,几种典型单胞的结构因子的推导及其系统消光规律,了影响积分衍射强度的各种因素。

学习目标:

1)了解X射线发展历史,X射线的产生。

2)掌握连续X射线与特征X射线发生机理,X射线与物质相互作用发生地各种物理效应。

3)掌握X射线的本质和X射线与材料的相互作用所能产生的信息和基本分析方法。从微观上理解什么是晶体,掌握十四种布拉维格子,各项晶体学指数,熟练掌握倒易点阵。

4)理解劳厄方程和布拉格方程的推导,倒易空间中的衍射矢量方程与Ewald图解,掌握原子散射因子和结构因子的概念,掌握几种典型单胞的结构因子的推导及其系统消光规律,了解影响积分衍射强度的各种因素。

知识单元2:透射电子显微分析

参考学时:6学时

知识点:

固体与电子相互作用,电子衍射特点,透射电镜的成像原理,简单电子衍射谱。

学习目标:

1)了解固体与电子相互作用。

2)掌握电子衍射特点。

3)掌握透射电镜的成像原理,能够标定简单电子衍射谱。

知识单元3:扫描电子显微分析

参考学时:3学时

知识点:

扫描电子显微镜的工作原理

学习目标:

1)掌握扫描电子显微镜的工作原理

知识单元4:电子探针

参考学时:3学时

知识点:

波谱仪与能谱仪的工作原理及其优缺点。

学习目标:

1)理解波谱仪与能谱仪的工作原理。

2)掌握波谱仪与能谱仪的优缺点。

知识单元5:原子发射光谱法

参考学时:2学时

知识点:

原子、分子光谱的概念,原子发射光谱方法及其原理,定性分析基本原理,定性分析的判据。

学习目标:

1)掌握原子、分子光谱的概念.

2)原子发射、原子吸收及红外光谱方法及其原理。

3)掌握这些方法的定性分析基本原理,定性分析的判据。

知识单元6:原子吸收光谱法

参考学时:1学时

知识点:

原子吸收光谱方法及其原理,定性分析基本原理,定性分析的判据。

学习目标:

1)原子发射、原子吸收及红外光谱方法及其原理。

2)掌握这些方法的定性分析基本原理,定性分析的判据。

知识单元7:分子振动光谱法

参考学时:1学时

知识点:

红外光谱方法及其原理,该方法的定性分析基本原理,定性分析的判据。

学习目标:

1)理解红外光谱方法及其原理。

2)掌握这些方法的定性分析基本原理,定性分析的判据。

知识单元8:差热分析

参考学时:2学时

知识点:

热分析的概念及在材料分析中常用的差热法的基本原理、相关仪器结构,利用该方法分析材料的热学性能。

学习目标:

1)掌握热分析的念及才材料分析中常用的差热法的基本原理、相关仪器结构,并能够用该方法分析材料的热学性能。

知识单元9:差示扫描量热分析

参考学时:1学时

知识点:

掌握差示扫描量热法的基本原理、相关仪器结构。

学习目标:

1)掌握差示扫描量热法的基本原理、相关仪器结构。

知识单元10:热重分析

参考学时:1学时

知识点:

热重法的基本原理、相关仪器结构,该方法在材料的热学性能分析上的应用。

学习目标:

1)掌握热重法的基本原理、相关仪器结构,并能够用该方法分析材料的热学性能。

四、课程描述

课程名称:近代分析测试技术

参考学时:48

参考学分:3

课程简介: 课程是材料化学专业的专业基础课,本课程涉及的内容包含X射线衍射分析、电子显微分析、光谱分析和热分析等的基本原理、基本理论和各种测试表征方法的应用知识,通过本课程的学习,要求学生对材料科学研究中的现代测试技术与分析方法有一个初步的较全面的认识,要求学生能够掌握材料现代测试分析中所必需的基本理论、基础知识与基本技能,具备一定的实验操作能力,为日后从事材料科学研究工作和解决材料应用中的工程实际问题奠定基础。

3.前导课程

4.课程提纲

说明:适用于材料化学专业所有方向,必修课程。


前导课程:高等数学、大学物理、无机化学


课程提纲:

1)X射线衍射在多晶材料分析中的应用

2)透射电子显微分析

3)扫描电子显微分析

4)电子探针

5)原子发射光谱法

6)原子吸收光谱法

7)分子振动光谱法

8)差热分析

9)差示扫描量热分析

10)热重分析

五、课程主要教学方式

(一)课堂讲授

1.课堂讲授内容

X射线衍射分析(涵盖知识单元1)

电子显微分析(涵盖知识单元2、知识单元3、知识单元4)

光谱分析(涵盖知识单元5、知识单元6、知识单元7)

热分析(涵盖知识单元8、知识单元、9知识单元10)

从内容上,教师必须在全面透彻地把握教材内容的同时,深入了解生的知识需求,在理论联系实际的基础上,设计出有理论内涵、有知识含量、有现实指导意义的教学内容,理论讲述要注意深入浅出,且以实例说明。在教学中,在讲述课本上内容的同时对教学内容延伸,广泛吸收相关学科领域的最新研究成果与数据,加强能力的培养和训练。使单调的内容变得有趣,活跃课堂气氛,让学生学到最新和最现代的知识和技术。

2.教学方法

本课程基础理论深、涉及知识面宽,实践性强,是学生公认的较难学的课程之一。因此课程组非常重视教学方法的研究,将多种教学方法有针对性地灵活运用于不同的教学内容,主要有:

1)案例式

为了加深对难点和重点内容的讲解,采用了案例式教学方法,教师将科研实际案例纳入课堂,有利于对内容的理解,激发了学生的学习兴趣。如在讲解X射线衍射中的布拉格方程时,学生不易理解面间距、布拉格较和光源波长的关系,教师用红光、绿光激光作为光源,采用CD盘、DVD盘作为光栅,形象地演示了衍射现象,通过具体实例,使学生加深了对布拉格方程的理解。

2)“自学+辅导”式

充分体现以学生为主体的教学思想,探索了“自学+辅导”式教学方法。老师将教学内容布置给学生,学生先自学,课堂上学生提问,教师解答并共同讨论,使学生知识点掌握得更加深入,并强化了学生的自学能力。

3)讨论式

在课程讲授过程中,针对教学内容讲授的重点、难点,结合习题课,设计一系列课堂讨论题目,通过课堂讨论教学法,使学生对理论知识的理解和掌握更加深入、扎实,能够融会贯通、举一反三。

4)启发式

课堂教学中采用启发式教学法,通过启发、提问,对学生循循善诱,体现了课堂教学主体的转变,增强了学生学习的主动性和师生间的互动,使教师及时了解学生对教学内容的理解和掌握程度,活跃了课堂气氛。

3.教学手段

教学手段应多样化。结合传统教学手段,充分合理地运用多媒体等现代化手段辅助教学。以教师讲授为主、学生讨论为辅。对传统教学中用语言难以描述的仪器结构等问题,采用多媒体课件用图片和动画在屏幕上直观生动地讲解,增强感性认识,有助于学生的理解。采用多媒体教学还可以增大课堂信息量,缓解内容与学时的矛盾。

(二)习题课

习题课是帮助学生解决问题、培养学生能力的一个重要环节。教师讲授一段时期的课程之后,安排开设一堂以讲解习题为主要内容的习题课。一般包括:整理前阶段课程的知识要点分析作业题中的错误讲解习题。

在习题课上,通过典型实例的分析,帮助学生正确地运用基本理论解决实际问题,掌握解题思路、方法和步骤,培养学生分析问题解决问题的能力通过实际练习使学生发现问题,并及时解决问题,更深入地理解和巩固基本理论;通过引导学生做好阶段小结,帮助学生将所学的知识系统化因此,习题课培养学生独立分析和解决问题的能力起到非常重要的作用

(三)课外作业

课外作业是引导学生自主学习、检查教学效果,拓宽学生知识面的重要环节。通过作业,激发学生对所学理论的进一步认识和思考,能对所学的知识得到巩固和提升。

每个知识单元适当留取课外作业。尽量精选一些既能巩固所学知识,又贴近材料实际生产的习题,以培养学生分析和解决问题的能力。可使用教材上的习题,也可布置材料调查报告、小论文写作等内容作为课外作业。

(四)自主学习

课程教学过程中要适当布置学生自学的知识内容,并引导学生利用网络资源中丰富的教学资源,给学生提供课外学习的指导,帮助学生进行自学、复习和个性化学习,帮助学生提高自学能力和获取知识能力。

(五)课外指导

课外指导主要是课下切实做好对学生的辅导、答疑和交流,可以通过网上在线答疑、邮箱或面对面辅导等方式,解答学生本学习中存在的问题,如有普遍性问题可采取集体辅导。辅导答疑时间原则上不低于总课时量的1/6

六、课程考核

考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。学习成绩评定应注重科学性、合理性、公平性。注重把学生的学习态度(主要通过考勤,课堂表现)、平时成绩(作业、小论文等)、期末成绩等结合起来。实行过程性评价和终结性评价相结合的方式。课堂教学学生的学习态度和平时作业约占期末总评成绩的20%,期末闭卷考试约占80%

对课堂表现及课后作业突出、小论文观点鲜明有独到见解的学生,可适当考虑加分。

七、参考文献

材料科学与工程教学指导委员会.高等学校材料化学专业规范(讨论稿),2008,3.


《无机化学B》课程教学规范


一、无机化学B课程在人才培养中的地位及作用

无机化学B是材料专业大一本科生的第一门专业必修课,也是化学、化学工程与工艺等化学相关本科专业学生的重要基础课。无机化学B处于中学教学和大学教学的连接点上,起到了承前启后的作用。无机化学B理论性较强,知识结构系统,其内容涵盖了物理化学、分析化学、结构化学等课程的一些内容,为其他后续专业课程的学习和将来从事化学教学及科研工作提供必备的理论基础。同时通过本课程的教学,不仅可以帮助学生转变角色,尽快适应大学的学习节奏和专业课程的学习,而且还能使学生学会获取知识的方法和思想,更重要的是培养学生的创新意识和科学品德,使学生具备潜在的发展能力和基础(继续学习能力,表述和应用知识的能力,分析、处理问题的能力,进行实验操作的能力,发展和创造知识的能力)。因此,无机化学B该课程的学习对学生化学素质的培养具有至关重要的作用。

无机化学B课程教学目标

无机化学B教学的主要目的是通过课堂讲授、自学与讨论,使学生理解和掌握元素周期律、近代物质结构理论、化学热力学、反应速率、化学平衡、氧化还原反应及配位化学等基础理论知识。通过本课程的教学,使学生能够应用无机化学的基本理论去学习和解释一些物质的基本结构及其化学反应的本质,能从宏观角度(热力学原理及多重平衡原理)及从微观的角度(结构原理和元素周期律)去学习、研究化合物的性质及其变化规律。在此过程中,不断提高学生分析问题、解决问题的能力,培养学生辩证唯物主义世界观。

(一)知识目标

本课程要求学生牢固掌握元素周期律、化学热力学、近代物质结构、化学平衡以及基础电化学等基本原理。即掌握原子核外电子的运动状态和核外电子排布,牢固掌握元素的基本性质及其周期性的变化规律。牢固掌握用价键理论、杂化轨道理论、价电子对互斥理论、分子轨道理论解释分子形成过程和分子的特性,了解离子键理论和金属键理论。牢固掌握利用热力学的理论观点判断化学反应的方向性及反应过程中的能量变化,牢固掌握化学热力学的一些计算。牢固掌握化学反应平衡中酸碱电离平衡、沉淀溶解平衡,牢固掌握配位平衡、氧化还原平衡。牢固掌握用价键理论和晶体场理论解释配合物的形成和配合物的性质,掌握配合物的异构现象和配合物的命名。掌握化学反应的动力学及其一些基本的计算。了解波尔理论及薛定谔方程的基本观点。

(二)能力目标

通过本课程,培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力,使学生具有解决一般无机化学问题的能力。培养学生自学能力,继续学习能力,表述和应用知识的能力,分析、处理问题的能力,进行实验操作的能力,发展和创造知识的能力。

(三)素质目标

通过本课程的学习,培养学生学会获取知识的方法和思想,更重要的是培养学生的创新意识、科学品德和辩证唯物主义世界观,增加学生对化学学科的全面认识,增强学生对化学的兴趣,巩固专业思想,促进学生自身的全面发展。

三、无机化学B课程的知识体系

(一)本课程知识体系的构成及学时分配

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合,是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元;选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范,选修知识单元的选择体现各校的不同特色。无机化学课程的知识体系由3个知识领域和12个知识单元构成,其中核心知识单元10个,选修知识单元1个。

知识领域1:化学热力学和化学动力学基础

知识单元1化学基础知识(选修)                                     4学时

知识单元2化学热力学基础(核心)                                   6学时

知识单元3化学反应速率(核心)  4学时

知识单元4化学平衡(核心)       4学时

知识领域2物质结构基础

知识单元5原子结构和元素周期(核心)                             8学时

知识单元6分子结构和共价键理论(核心)                    6学时

知识单元7晶体结构(核心)                                         4学时

知识单元8: 配位化学基础(核心) 6学时

知识领域水溶液化学原理

知识单元9酸碱解离平衡(核心)                                     8学时

知识单元10沉淀溶解平衡(核心)       6学时                                

知识单元11氧化还原反应(核心)                                    8学时  

(二)课程知识体系描述(见附录

上述课程知识体系概要说明本课程的知识领域、知识单元和知识点,以及哪个单元是核心,哪个单元是选修,所需的参考学时数等。课程知识体系中关于知识领域、知识单元和知识点的详细描述在附录1中给出。

四、无机化学B课程描述(见附录

有关课程名称、参考学时与学分、概述、前导课程、课程提纲及说明等方面的详细描述在附录2中给出。

五、课程主要教学方式

(一)课堂讲授

课堂讲授内容

化学基础知识(涵盖知识单元1

化学热力学基础(涵盖知识单元1

化学平衡(涵盖知识单元1

化学反应速率涵盖知识单元1

原子结构和元素周期(涵盖知识单元2

分子结构和共价键理论(涵盖知识单元2

晶体结构(涵盖知识单元2

配位化学基础(涵盖知识单元12

酸碱解离平衡(涵盖知识单元23

沉淀溶解平衡(涵盖知识单元23

氧化还原反应(涵盖知识单元3

教学方法

教学方法上,提倡采用多媒体与黑板相结合方式,使两者优势融合,在教学中采用以教师讲授为主,兼用启发式、讨论式、互动式等教学方法,体现教师的主导作用与学生的主体作用。在教学中要配合一定的现场教学、课堂讨论、案例教学和课外作业等,做到理论联系实际,加大课堂教学容量;努力使课堂气氛活跃、师生互动,力求达到最佳授课效果。

教学手段

我们以多年教学中使用的教案为基础,筛选和优化出教学内容脚本,以Powerpoint为主体软件, 配合与化学结构和分子图形紧密相关的Chemoffice等绘图软件,开发研制出一套无机化学B辅助教学课件。在课件中,我们制作的平面图形,比例精确,色彩线条分明;三维图形(包括自制的教具模型)逼真,立体感极强。图形可根据教学讲授需要,进行拆分和组合,可分层次或逐一组合成一体,进行讲解,具有传统教学无法比拟的演示效果。充分使用网络,使学生大大开阔视野,师生通过网络平台进行答疑和讨论,增进了师生之间以及学生之间的联系和交流。

(二)习题课

习题课是大学化学教学中,培养学生能力的一个重要环节。教师在讲授一段时期的课程之后,就会安排开设一堂以讲解习题为主要内容的习题课。一般包括:整理前阶段课程的知识要点,分析作业题中的错误及讲解习题。

在习题课上,通过典型实例的分析,会帮助学生正确地运用基本理论解决实际问题,掌握解题思路、方法和步骤,培养学生分析问题解决问题的能力;通过实际练习,会使学生发现问题,并及时解决问题,更深入地理解和巩固基本理论;通过引导学生做好阶段小结,将帮助学生将所学的知识系统化。因此,习题课对培养学生独立分析和解决问题的能力起到非常重要的作用。

(三)课外作业

课外作业是引导学生自主学习、检查教学效果,拓宽学生知识面的重要环节。尽量精选一些能巩固所学知识的习题,以培养学生分析和解决问题的能力。

(四)自主学习

无机化学B课程教学过程中要适当布置学生自学的内容。给学生提供相关的参考书,并利用网络提供更丰富的教学资源,给学生提供课外学习的指导,帮助学生进行自学、复习和个性化学习,提高学生的自学能力和独立获取知识的能力。

(五)课外指导

课外指导主要是切实做好课后对学生面对面的交流、辅导和答疑,一般来说,讲授1个知识单元答疑1―2次。时间可安排在学生自习时间,解答学生本章学习存在的问题,如有普遍性问题可集体辅导。

六、课程考核

考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。根据无机化学B课程内容建立多元化的课程教学考核方法。多元化考核方法主要是指课程成绩通过过程评价与结果评价相结合的方式来体现。根据每学期上课的具体情况,最终成绩的评定为:平时成绩、期中考试成绩、期末卷面成绩各一定的比例。

七、说明

1)本课程总学时64学时,11个教学单元。

2)在保证大纲基本要求的前提下,可根据专业方向的不同,对教学内容、教学环节、学时分配等做适当调整。

八、参考文献

材料科学与工程教学指导委员会,高等学校材料化学专业规范(讨论稿),2008年。


附录1 无机化学B课程知识体系描述


知识领域1:化学热力学和化学动力学基础

知识单元1化学基础知识(选修)                                    

知识单元2化学热力学基础(核心)                                  

知识单元3化学反应速率(核心)  

知识单元4化学平衡(核心)        

知识领域2物质结构基础

知识单元5原子结构和元素周期(核心)                          

知识单元6分子结构和共价键理论(核心)                  

知识单元7晶体结构(核心)                                        

知识单元8: 配位化学基础(核心)

知识领域水溶液化学原理

知识单元9酸碱解离平衡(核心)                                      

知识单元10沉淀溶解平衡(核心)    

知识单元11氧化还原反应(核心)                                      


知识单元1化学基础知识(选修)

参考学时: 4学时

知识点:

气体的状态方程

混合气体的分压定律

溶液的浓度和溶解度;

非电解质稀溶液通性;

电解质溶液。

晶体和非晶体

对称性

学习目标:

1)通过讲授使同学掌握理想气体的状态方程式

2掌握混合气体的分压定律

3)通过讲授使同学掌握稀溶液的通性;

4)了解电解质溶液的一般理论。

5了解晶体和非晶体的区别

6掌握晶体的晶系和点阵式

知识单元2化学热力学基础(核心)

参考学时:6学时

知识点:

化学热力学的研究对象;

基本概念;

化学热力学的四个重要状态函数;

化学热力学的应用。

学习目标:

1)通过学习应该掌握化学热力学四个最重要的状态函授——热力学能、焓、吉布斯自由能和熵;

2)学会利用盖斯定律计算反应焓、反应熵和反应自由能,利用生成焓、生成自由能,反应计算反应焓和反应自由能;

3)利用吉布斯赫姆霍兹方程计算;

4)利用范特霍夫等温方程计算。

知识单元3化学反应速率(核心)

参考学时:4学时

知识点:

化学反应速率;

浓度对化学反应速率的影响;

温度对化学反应速率的影响及阿累尼乌斯公式;

反应历程;

碰撞理论和过渡态理论;

催化剂对反应速率的影响。

学习目标:

1)通过教学使学生了解化学反应速度、基元反应、复杂反应、反应级数、反应分子数的概念;

2)掌握浓度、温度及催化剂对反应速度的影响;

3)了解阿累尼乌斯公式的有关计算。

知识单元4化学平衡(核心)

参考学时:4学时

知识点:

化学平衡状态;

平衡常数;

浓度对化学平衡的影响;

压力对化学平衡的影响;

温度对化学平衡的影响。

学习目标:

1)本章应该掌握化学平衡常数的概念和平衡常数表达式及其相互关系;

2)掌握有关化学平衡的计算;掌握浓度、分压、总压和温度等对化学平衡的影响。

知识单元5原子结构和元素周期(核心)

参考学时:8学时

知识点:

道尔顿原子论;

相对原子质量(原子量);

  原子的起源和演化;

原子结构的玻尔行星模型;

氢原子结构(核外电子运动)的量子力学模型;

基态原子电子组态(电子排布)

元素周期系;

元素性质的周期性。

学习目标:

1通过课堂讲授使同学们初步理解量子力学对核外电子状运动的描述方法;

2初步理解核外电子的运动状态;

3掌握核外电子可能状态数的推算、确定基态原子电子组态的构造原理和元素周期律、周期系、周期表、周期性的基本概念;

4掌握电离能、电子亲和能和电负性3个基本参数的物理意义及其周期性的变化规律。

知识单元6分子结构和共价键理论(核心)

参考学时:6学时

知识点:

路易斯结构式;

单键、双键和三键——σ键和π——价键理论(一);

价层电子互斥模型(VSEPR);

杂化轨道理论——价键理论(二);

共轭大π键;

等电子体原理;

分子轨道理论;

共价分子的性质;

分子间力;

分子对称性(选学材料教学内容)。

学习目标:

1)通过教学应使同学们了解量子力学对分子的描述。掌握σ键、π键以及杂化轨道的概念;

2)掌握利用价层电子对互斥模型预言简单分子的立体结构;

3)初步了解分子轨道理论;掌握共轭体系大π键的概念以及等电子体的概念;

4)掌握共价键的性质;

5)掌握分子间作用力。

知识单元7晶体结构(核心)

参考学时:4学时

知识点:

晶体;

晶胞;

点阵、晶系(选学内容);

金属晶体;

离子晶体;

分子晶体和原子晶体

学习目标:

(1)通过学习了解晶胞的概念;

(2)掌握金属晶体和离子晶体的堆积模型;离子晶体相关的离子特征、离子键、晶格能、离子晶体的基本类型。

知识单元8配位化学基础(核心)

参考学时:6学时

知识点:

配合物的基本概念;

配合物的异构现象与立体结构;

配合物的价键理论;

配合物的晶体场理论。

学习目标:

1)通过学习掌握配合物的定义、命名;

2)掌握中心原子、配体、配位原子、配位键、配位数、螯合物的概念以及配合物和复盐的区别等;了解配合物的异构问题;

3)掌握配合物的价键理论;

知识单元8配位化学基础 (核心)

参考学时:4学时

知识点:

配合物的稳定常数;

影响配合物在溶液中稳定性的因素;

配合物的性质。

学习目标:

1)掌握配合物的稳定常数的概念;

2)了解影响配合物在溶液中的稳定性的因素;

3)掌握配位平衡的有关计算。

知识单元9酸碱解离平衡(核心)

参考学时:8学时

知识点:

酸碱质子理论;

水的离子积和pH

酸碱盐溶液中的电离平衡;

水溶液化学平衡的计算;

缓冲溶液;

酸碱指示剂。

学习目标:

1)通过学习应掌握酸碱质子理论;掌握水的离子积和pH值的意义;

2)能应用化学平衡原理分析水、弱酸、弱碱的电离平衡;掌握影响电离平衡移动的因素;熟练掌握水溶液化学平衡的计算;

3)了解缓冲溶液的组成、缓冲作用原理、缓冲作用性质及缓冲溶液pH值的计算;

4)掌握各种盐类水解的平衡和盐溶液pH值的计算。

知识单元10沉淀溶解平衡(核心)

参考学时:6学时

知识点:

溶度积原理;

沉淀与溶解。

学习目标:

1通过讲授使学生掌握溶度积原理;掌握沉淀生成、溶解和沉淀转化的条件;

2熟悉有关溶度积常数的计算。

知识单元11氧化还原反应(核心)

参考学时:8学时

知识点:

氧化还原反应;

原电池;

实用电池;

有关电解的几个问题。

学习目标:

1)通过教学使学生掌握氧化还原反应的基本概念;

2)理解标准电极电势的意义,能应用标准电极电势计算平衡常数;

3)用能斯特方程式讨论离子浓度变化时电极电势的改变和对氧化还原反应的影响。


附录2 无机化学B课程描述

1.课程基本信息

程名称

课程类别

开课对象

开课时间

总学时

学分

无机化学B

材料专业基础课、专业必修课

材料化学相关专业

一年级第一学期

64学时

4学分

课程简介

无机化学B是材料化学专业本科生的第一门专业基础理论课,参考教育部教学指导委员会的要求,学时计划数为64。本课程共有十个教学单元,其中包括10个核心知识单元,1个选修知识单元。其主要内容为化学热力学和化学动力学基础;酸碱电离平衡和沉淀溶解平衡;原子结构和分子结构;氧化还原反应和配位化合物。该课程不仅有着学科自身的丰富内容,还要为其后续课程,分析化学、有机化学、物理化学及结构化学等打基础,这也是无机化学B教学过程中的重要研究课题。

前导课程

高中化学、物理、数学知识作为基础

课程提纲

1化学基础知识

2化学热力学基础

3化学反应速率

4化学平衡

5原子结构和元素周期

6分子结构和共价键理论

7晶体结构

8配位化学基础

9酸碱解离平衡

10沉淀溶解平衡

11氧化还原反应


说明:适用于材料化学专业所有方向,必修课程。


无机化学实验B》课程教学规范


一、无机化学实验B课程在人才培养中的地位及作用

无机化学实验B作为化学实验科学的重要分支,它综合了化学领域中各分支所需的基本研究工具和方法,是材料化学专业学生必修的一门独立的基础实验课程。通过该门课程的教学,使学生能够初步掌握无机化学实验方法,学会主要的无机实验技术,掌握实验数据的处理及实验结果的分析与归纳方法,从而加深对无机化学基本理论和概念的理解,同时对学生进行实验工作的综合训练,使之具有基本的科研素质,培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度,大大提高学生综合运用各种物理、化学知识解决实际化学问题的能力。本课程通过严格的、定量的实验研究物质的化学性质和化学反应规律,使学生既具有坚实的实验基础,又具有初步的研究能力,实现学生由学习知识、技能到进行科学研究的初步转变。为化学相关专业培养高素质的专门人才。

二、无机化学实验B课程教学目标

无机化学实验B是化学系材料化学专业第一门独立的必修实验课程,在教学中应注意与理论课程相配合,注意其对后续化学实验课程的重要的基础作用。其实验目的是:学习并正确掌握无机化学实验的基本操作方法和技能技巧,学会正确使用各种基本仪器;通过实验获得感性认识,深化对无机化学概念和理论的理解;初步树立的概念;培养学生动手、观察、查阅、记忆、思维、想象和表达能力、良好的实验素养、实事求是的科学态度和创新精神。

(一)知识目标

无机化学实验B课程的学习,包含与学生所学专业相关的所有核心知识单元及部分选修知识单元,并达到相应的学习目标。知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次:

1)掌握:对内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。

2)理解:对内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关问题。

3)了解:对内容进行初步了解,一般不要求应用。

(二)能力目标

以学生综合素质与能力的培养为目标,培养学生无机化学实验的基本能力,并且为学生能够综合运用和发展化学相关专业的实际能力、提高综合素质、获得全面发展奠定基础。具体的能力目标包括以下几个方面:

1)掌握实验的基本方法和技能,通过实验手段熟悉物质的性质与化学反应规律之间的关系,掌握重要的实验技术和基本的实验仪器的使用能力。

2)掌握实验数据的处理及实验结果的分析和归纳方法,从而加深对无机化学基本理论和概念的理解,增强解决实际化学问题的能力。

3)验证所学的原理,巩固、加深对所学原理的理解。提高学生对无机化学知识灵活运用的能力。能够根据所学原理,设计实验,选择和使用仪器的能力。

4)锻炼学生观察现象、正确记录数据和处理数据,分析实验结果的能力,从而培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和作风。

(三)素质目标

通过实验课程的学习,培养学生严谨求实的科学态度和刻苦钻研的学习作风,并且具有良好的社会责任感和职业道德。具体到本课程,就是通过对学生进行实验工作的综合训练,使之具有基本的科研素质,培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度。通过本课程的学习,可以培养学生的动手能力、观察能力、查阅文献的能力、思维创新能力、表达能力和归纳处理、分析实验数据及撰写科学报告的能力,从而培养学生求真求实,具有独立工作的本领和初步的科研能力,并能培养学生的创新精神,提高学生的综合科研素质。

三、无机化学实验B课程的知识体系

基础化学实验课程的知识体系结构可以划分为三个层次,分别是知识领域、知识单元和知识点。

基础无机化学可以也分为基本操作和原理实验和无机化合物制备实验二大知识领域。每个知识领域都包含若干知识单元(即选取的若干实验项目),每个知识单元都有其相应的知识点(即每个实验项目的实验要求、重点、难点等)。

每个知识领域所要达到的教学目标和包含的知识单元如下:

知识领域

这部分实验主要使学生掌握无机化学实验的基本操作和无机化学的基本原理。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的物化实验项目)主要有:

1)实验室安全知识、基本操作录像;仪器的认领和洗涤;(2)灯的使用,玻璃管及塑料管的简单加工;(3)溶液的配制;(4)二氧化碳相对分子质量的测定;(5)由粗食盐制备碘盐;(6Fe3+Al3+离子的分离;(7)酸碱中和滴定;(8)醋酸电离度和电离常数的测定;(9)化学反应速率和活化能;(10)醋酸银溶度积常数的测定。                              

知识领域

这一部分主要使学生掌握常见的无机化合物的制备,掌握一些无机实验的常用技术,掌握无机化合物的基本性质。

本知识领域包含的知识单元主要有:(1)硫酸亚铁铵的制备;(2)转化法制备KNO3;(3)碱式碳酸铜的制备;(4)硫代硫酸钠晶体的制备;(5)过氧化钙的合成;(6)硫酸铜的制备。                                  

上述知识领域所涵盖的每个知识单元的知识点描述详见附录。

四、无机化学实验B课程描述

(一)无机化学实验B课程描述

前导课程:无机化学B

参考学时:32

参考学分:1

教材:《无机化学实验》,王新芳等编,化学化工出版社。

课程目标:

无机化学实验B作为化学实验科学的重要分支,它综合了化学领域中各分支所需的基本研究工具和方法,是材料化学专业学生必修的一门独立的基础实验课程。通过该门课程的教学,使学生能够初步掌握无机化学实验方法,学会主要的无机实验技术,掌握实验数据的处理及实验结果的分析与归纳方法,从而加深对无机化学基本理论和概念的理解,同时对学生进行实验工作的综合训练,使之具有基本的科研素质,培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度,大大提高学生综合运用各种物理、化学知识解决实际化学问题的能力。本课程通过严格的、定量的实验研究物质的化学性质和化学反应规律,使学生既具有坚实的实验基础,又具有初步的研究能力,实现学生由学习知识、技能到进行科学研究的初步转变。为化学相关专业培养高素质的专门人才。

(二)基础化学实验课程的课程体系结构

主要包括二个部分:实验技术讲座课、基础技术与制备实验

第一部分:实验技术讲座课

1.本实验课程基本要求

1)无机化学实验课简介,无机实验室安全防护。

2)无机实验中的数据记录和表达方式。

3)实验测量结果的有效数字与运算法则。

4)实验结果的图解处理。

5)经验方程式的建立。

2.误差分析

1)偶然误差的统计分布,概率(或然率), 高斯误差分布定律。

2)误差分析 平均误差与相对平均误差的传递;标准误差的传递。

第二部分:基础技术与原理实验

1.基础技术与原理实验教学的基本内容与要求

1)认知常用的玻璃仪器和设备。

2)掌握称量、溶液配制、固体溶解、过滤、蒸发、浓缩、结晶、干燥的基本操作。

3)熟悉启普发生器使用方法。

4)掌握蒸馏和萃取的操作。

5)掌握酸碱中和的原理和基本操作。

6)掌握作图法计算化学反应速率问题和活化能问题。

7)掌握用酸度计计算溶液的电离常数问题。

2.基础实验参考实验项目

1)实验室安全知识、基本操作录像;仪器的认领和洗涤;    

2)灯的使用,玻璃管及塑料管的简单加工;                

3)溶液的配制;                                        

4)二氧化碳相对分子质量的测定;                        

5)由粗食盐制备碘盐;                                  

6Fe3+Al3+离子的分离;                                

7)酸碱中和滴定;                              

8)醋酸电离度和电离常数的测定;                        

9)化学反应速率和活化能;                            

10硫酸亚铁铵的制备;

11)转化法制备KNO3                                  

12碱式碳酸铜的制备;

13)硫代硫酸钠晶体的制备;                            

14)过氧化钙的合成;                                  

15)醋酸银溶度积常数的测定;

16)硫酸铜的制备。

五、课程主要教学方式

(一)课程教学环节

本课程由实验技术讲授和学生实验两个教学环节组成。

   实验技术讲座主要介绍无机化学实验的实验技术,基本仪器设备的使用方法,实验原理讲解,以及误差分析和数据处理方法。学生实验要求学生完成不少于十四个实验,一方面使学生更加深入理解无机化学;另一方面,根据现有仪器设备的条件,力求在实验方法和实验技术上得到较全面的训练。

(二)课程教学手段

学生实验和教师讲授相结合,教师讲解与自学相结合、全班讲授与个别辅导相结合,尽量运用现代教学手段和方法,充分发挥学生的主观能动性。结合实验室的建设,不断改革教学内容和方法。目标是使学生掌握基本实验技术,为后续实验课程打下良好基础。

(三)各个教学环节规范

1)备课:教师要熟悉每个实验的目的、原理、仪器、药品、实验步骤、注意事项、可能出现的问题。对讲座部分,要求教师在把握教学内容的科学性、系统性的前提下,突出重点、难点,并体现其先进性。

2)课前预习:无论实验还是讲授内容都要求学生课前预习。实验部分要求学生写好预习报告。预习报告经教师审查后方可进行实验。

3)课堂教学:实验课教师除分实验讲解外,还要对实验组进行辅导。随时解决学生实验中出现的问题。学生必须严格遵守实验室规则,严格按实验步骤进行,及时、准确记录数据,合格者方可结束实验,否则必须重做。做完后要整理好仪器。

讲座内容:教师要根据具体情况,做到边讲边演示。学生要积极提出疑问,做到教与学有机结合。

4)实验报告:每个实验完成的第二周交实验报告,内容包括目的、原理、仪器装置图、操作步骤、数据记录、数据处理、结果分析与讨论。

教师要及时批阅报告、评定成绩。

5)成绩考核:平时考核与期末考试相结合。平时考核是对每个实验进行考核,分预习、实验操作、数据记录、数据处理、结果分析、误差讨论与实验报告书写等;期末考试为笔试。

6)教学纪律要求:教师要求严格按本规范和教学大纲进行教学。上课不得迟到、早退。学生必须严格按本规范和教学大纲的要求进行学习,严格遵守课堂纪律和实验室规则。

六、课程考核

(一)考试方法:

实验报告和实验表现、期末笔试相结合。

1、实验预习和实验报告的要求、考核方式、评分标准

1)实验预习:学生应对拟进行的实验做出预习,并写出预习报告。预习报告应包含实验目的、原理及实验的主要测量内容。每次实验前,任课教师将就该实验有关的问题进行提问,以检查学生的预习情况

2)实验报告:原始实验数据应记录规范、完整,实验结束后交任课教师审核。实验报告于课后撰写,使用统一的实验报告纸和标准作图方格纸(或计算机处理、打印和作图)。除预习报告已有内容外,应对取得的实验数据进行分析、处理和计算,得出结果,并对实验过程中的体会及实验结果进行讨论。

3)考核方式:根据每次实验的预习、现场操作、测定结果及实验报告等情况给予单独评分,总评分取各实验成绩的平均值。

4)评分标准:学生必须完成按照教学大纲配定的各项实验。无故未能完成实验任务的,该实验成绩不及格。学生需在规定时间内,上交实验报告。无故未交实验报告的,该实验成绩不及格。

2、期末理论笔试

试题类型分为填空题、判断题、选择题、简答题、论述绘图题等。

3、不同性质考试内容所占比重

平时成绩(实验预习、实验操作、实验报告)占30%。期末考核占70%

七、说明

1)本课程总学时共32学时。

2)在保证大纲基本要求的前提下,可根据专业方向的不同,对教学内容、教学环节、学时分配等做适当调整。

八、参考文献

教育部高等学校化学类专业教学指导分委员会. 高等学校材料化学专业指导性专业规范. 高等教育出版社. 2011.10.


附录 无机化学实验B课程知识体系描述


知识领域

知识单元1:实验室安全知识、基本操作录像;仪器的认领和洗涤    

知识单元2:灯的使用,玻璃管及塑料管的简单加工                

知识单元3:溶液的配制                                        

知识单元4:二氧化碳相对分子质量的测定                        

知识单元5:由粗食盐制备碘盐                                  

知识单元6Fe3+Al3+离子的分离                                

知识单元7:酸碱中和滴定                                      

知识单元8:醋酸电离度和电离常数的测定                        

知识单元9:化学反应速率和活化能                            

知识单元10:醋酸银溶度积常数的测定                            

知识领域

知识单元11硫酸亚铁铵的制备

知识单元12:转化法制备KNO3

知识单元13碱式碳酸铜的制备

知识单元14:硫代硫酸钠晶体的制备                            

知识单元15:过氧化钙的合成

知识单元16:硫酸铜的制备


知识单元1实验室安全知识、基本操作录像;仪器的认领和洗涤

参考学时:4学时

知识点:

1.无机化学实验室设置、实验室规则和要求、实验室安全知识。

2.领取无机化学实验常用仪器,熟悉其名称、规格、使用方法和注意事项。

3.学习并练习常用仪器的洗涤和干燥方法。

学习目标:

1.熟悉基础化学实验室的规则、要求、安全知识。

2.熟悉无机化学实验常用仪器的名称、规格。

3.学会常用仪器的洗涤和干燥方法。

知识单元2灯的使用,玻璃管及塑料管的简单加工

参考学时:4学时

知识点:

1.灯的使用

2.玻璃加工

3.塞子打孔

学习目标:

1.了解酒精灯、酒精喷灯的构造和原理,掌握正确的使用方法。

2.了解正常火焰各部分的温度。

3.练习玻璃管、玻璃棒的截断、熔烧,玻璃管的弯曲和拉制等操作。

4.练习塞子钻孔的基本操作。

知识单元3:溶液的配制

参考学时:4学时

知识点:

1.电子天平的使用

2.台秤的使用

3.移液管的使用

4.容量瓶的使用

学习目标:

1.掌握一般溶液的配制方法和基本操作;

2.学习吸管、容量瓶的使用方法

知识单元4二氧化碳相对分子质量的测定

参考学时:4学时

知识点:

1.启普发生器的使用

2.气体的净化

3.气体状态方程

学习目标:

1.学习理想气体状态方程式和阿伏加德罗定律

2.掌握气体的净化和干燥的基本原理和方法

3.掌握相对密度法测定二氧化碳相对分子质量的原理和方法

知识单元5:由粗食盐制备碘盐

参考学时:4学时

知识点:

1.固体的溶解

2.沉淀法提纯液体

3.过滤

4.结晶

5.干燥

学习目标:

1.学习由粗食盐提纯氯化钠的原理和方法以及测定产品的产率和纯度的检验方法。

2.掌握溶液溶解、过滤、蒸发、浓缩、结晶、干燥等基本操作。

知识单元6Fe3+Al3+离子的分离

参考学时:4学时

知识点:

1.萃取

2.蒸馏

3.铁铝分离原理

学习目标:

1.学习萃取分离法的基本原理;

2.初步了解铁、铝离子不同的萃取行为。

3.学习萃取分离和蒸馏分离两种基本操作

知识单元7酸碱中和滴定

参考学时:4学时

知识点:

1.滴定管的使用

2.正确选择指示剂

学习目标:

1.通过氢氧化钠溶液和盐酸溶液浓度的测定,加深理解酸碱滴定原理并练习滴定操作。

2.巩固移液管的用法;学习规范地使用滴定管。

知识单元8醋酸电离度和电离常数的测定

参考学时:4学时

知识点:

电离平衡原理应用;

滴定操作;

pH计的使用

学习目标:

1.测定醋酸的电离度和电离常数;

2.学习使用酸度计。

知识单元9:化学反应速率和活化能

参考学时:4学时

知识点:

反应级数、反应速度常数和反应的活化能的计算。

数据处理

学习目标:

1.了解浓度、温度和催化剂对反应速度的影响;

2.测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速度,并计算反应级数、反应速度常数和反应的活化能。

知识单元10:醋酸银溶度积常数的测定

参考学时:4学时

学习目标:

1.掌握用离子交换法测定溶度积的原理。

2.练习滴定操作。

知识点:1.溶度积常数的计算;2.数据处理

知识单元11:硫酸亚铁铵的制备

参考学时:4学时

学习目标:

1.根据有关原理及数据设计并制备复盐硫酸亚铁铵。

2.一步掌握水浴加热、溶解、过滤、蒸发结晶等基本操作。

3.了解检验产品中杂质含量的一种方法——目视比色法。

知识点:1.复盐的制备

知识单元12:转化法制备KNO3

参考学时:4学时

学习目标:

1.学习用转化法制备硝酸钾晶体。

2.熟悉溶解、过滤操作,练习重结晶操作。

知识点:1.物质的溶解度与温度的关系;2.结晶与重结晶;3.溶解、蒸发与固液分离;4.油浴等间接加热方法

知识单元13碱式碳酸铜的制备

参考学时:4学时

学习目标:

1.通过碱式碳酸铜制备条件的探求和生成物颜色、状态的分析,研究反应物的合理配料比并确定制备反应合适的温度条件,以培养独立设计实验的能力。

知识点:1.反应物的合理配料比的确定及反应合适的温度条件

知识单元14硫代硫酸钠晶体的制备

参考学时:4学时

学习目标:

1.掌握硫代硫酸钠晶体的制备方法,并进一步熟悉有关硫化物的性质。

2.了解硫代硫酸钠晶体质量分数的测定方法。

3.熟悉一些基本操作。

知识单元15过氧化钙的合成

参考学时:4学时

学习目标:

1.学习用钙盐合成过氧化钙。

2.掌握过氧化钙的检验方法。

知识单元16硫酸铜的制备

参考学时:4学时

学习目标:

1.了解金属与酸作用制备盐的方。

2.进一步学习并熟悉加热、浓缩、常压过滤等基本操作。

3.学习重结晶基本操作。









《有机化学B》课程教学规范


一、有机化学课程在人才培养中的地位及作用

有机化学是材料化学及与其相关专业大学生的必修基础课,是与人们日常生活、生命科学等密切相关的一门学科。人们的生活离不开有机化学工业,对生命现象本质的阐述也离不开有机化学的基础研究;有机化学在给人们带来诸多好处的同时还需不断加强对环境友好的新方法、新反应等研究,不断减少直至消除对环境的污染。因此,有机化学也就成为化学学科及相关学科如生命科学、药学、环境科学等多学科本科生的一门主要基础课。通过有机化学课程的学习,会帮助学生正确地运用基本理论解决实际问题,掌握解题思路、方法和步骤,培养学生分析问题解决问题的能力。

二、有机化学课程教学目标

有机化学是材料化学专业本科生一门重要的基础理论课,其目的是要求学生掌握有机化学的基本理论、基本概念、基本有机反应及有机化合物结构与性能之间的关系,使学生掌握各类官能团化合物的结构和性质;了解紫外、红外及核磁共振谱在有机化学上的应用;熟练掌握电子理论、反应机理、立体化学等基本理论知识。

(一)知识目标

有机化学课程的学习,包含与学生所学专业相关的所有核心知识单元及部分选修知识单元,并达到相应的学习目标。知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次:

1)掌握:对内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。

2)理解:对内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关问题。

3)了解:对内容进行初步了解,一般不要求应用。

(二)能力目标

通过本课程的学习,使学生系统地掌握有机化学的基本原理和方法,培养学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力,提高学生的教学、科研及创造能力,为后继课程及有机化学实验打下理论基础,为今后的工作或进一步深造打下扎实的基础。

(三)素质目标

通过有机化学课程的学习,使学生掌握有机化学的基本概念和基本理论、基本有机反应及有机化合物结构与性能之间的关系,提高学生的认知能力,培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风,具有良好的社会责任感和职业道德;通过有机化学课程的学习,激发学生的求知欲望、探索精神,培养学生的自学能力,运用所学知识解决实际问题的科学思维能力和创新思维能力。

三、有机化学课程的知识体系

(一)本课程知识体系的构成及学时分配

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合,是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元;选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范,选修知识单元的选择体现各校的不同特色。有机化学课程的知识体系由7个知识领域和16个知识单元构成,其中核心知识单元12个,选修知识单元4个。每个知识领域所要达到的教学目标和包含的知识单元如下:

知识领域

知识单元1: 有机化合物命名(核心)                                  6学时

知识领域

知识单元2: 饱和烃(核心)                                          4学时

知识单元3: 不饱和脂肪烃(核心)                                    8学时

知识单元4: 芳香烃(核心)                                          4学时

知识领域

知识单元5: 手性分子(核心)                                        4学时

知识单元6: 卤代烃(核心)                                          4学时

知识领域

知识单元7: 近代四谱(核心)                                      6学时

知识领域

知识单元8: 醇和醚(核心)                                          6学时

知识单元9: 酚(核心)                                              2学时

知识单元10:醛 酮 醌(核心)                                        6学时

知识单元11:羧酸及其衍生物(核心)                                  8学时

知识领域

知识单元12:含氮化合物(核心                                      4学时

知识领域

知识单元13:杂环化合物(选修)                                      4学时

知识单元14:周环反应(选修)                                        2学时

知识单元15:碳水化合物(选修)                                      2学时

知识单元16:氨基酸及蛋白质(选修)                                  4学时

(二)课程知识体系描述(见附录

上述课程知识体系概要说明本课程的知识领域、知识单元和知识点,以及哪个单元是核心,哪个单元是选修,所需的参考学时数等。课程知识体系中关于知识领域、知识单元和知识点的详细描述在附录1中给出。

四、有机化学课程描述(见附录

有关课程名称、参考学时与学分、概述、前导课程、课程提纲及说明等方面的详细描述在附录2中给出。

五、课程主要教学方式

(一)课堂讲授

课堂讲授内容

1有机化合物的命名与分类(涵盖知识单元1

2烃类化合物结构与性质(涵盖知识单元234

3有机化合物理论(涵盖知识单元5

4有机化合物测定(涵盖知识单元7

5烃类衍生物结构与性质(涵盖知识单元68-13

6专题讨论(涵盖知识单元14-16

教学方法

有机化学内容较多,在课堂教学中,要系统而清晰地讲授重要单元操作的基本化学方程式,同时运用模型、实物等直观教具,以提高教学效果。在教学中以教师讲授为主,兼用启发式、讨论式、互动式等教学方法,结合学生自主学习与课堂重点讲授相结合的教学方式,体现教师的主导作用与学生的主体作用。在教学中配合一定的课前预习、课堂讨论和课外作业等,注重培养学生分析问题和独立解决问题的思维方法和操作能力。

教学手段

教学手段上应多样化。结合传统教学手段,充分合理地运用多媒体等现代化手段辅助教学。通过制作大量的幻灯片、教学录像片和多媒体教学软件,将使枯燥的、复杂的、抽象的内容形象化和动态演示,使学生更易理解和接受,教学效果将会显著改善。充分使用网络,使学生大大开阔视野,师生通过网络平台进行答疑和讨论,增进了师生之间以及学生之间的联系和交流。

(二)习题课

习题课是有机化学教学中培养学生能力的一个重要环节。在有机化学学习中,初学者很容易出现看得懂、听得懂、不会做题的尴尬局面。教师在讲授一段时期的课程之后,就会安排以讲解习题为主要内容的习题课。一般包括:整理前阶段课程的知识要点,分析作业题中的错误及讲解习题。在习题课上,通过实际练习,会使学生发现问题,并及时解决问题,更深入地理解和巩固基本理论;通过引导学生做好阶段小结,将帮助学生将所学的知识系统化。因此,习题课对培养学生独立分析和解决问题的能力起到非常重要的作用。

(三)课外作业

课外作业是引导学生自主学习、检查教学效果,拓宽学生知识面的重要环节。为了让学生更好地掌握有机知识脉络,在教学中设立了几个专题:电子效应结构与性质稳定性原理以及有机化学中的立体化学等,分别穿插在适当章节后鼓励学生撰写这方面的小论文,力求使学生理解有机化学的完整性,在学生头脑中形成一个完整的知识体系

(四)自主学习

有机化学课程教学过程中要适当布置学生自学的内容。给学生提供相关的参考书,并利用网络提供更丰富的教学资源,给学生提供课外学习的指导,帮助学生进行自学、复习和个性化学习,提高学生的自学能力和独立获取知识的能力。

(五)课外指导

课外指导主要是切实做好课后对学生面对面的交流、辅导和答疑,一般来说,讲授1个知识单元答疑1―2次。时间可安排在学生自习时间,解答学生本章学习存在的问题,如有普遍性问题可集体辅导。

六、课程考核

考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。根据有机化学课程内容建立多元化的课程教学考核方法。多元化考核方法主要是指课程成绩通过过程评价与结果评价相结合的方式来体现。最终成绩的评定为:平时成绩占30%,期末卷面成绩占70%

七、说明

1)本课程总学时为64学时。

2)在保证大纲基本要求的前提下,可根据专业方向的不同,对教学内容、教学环节、学时分配等做适当调整。

八、参考文献

材料科学与工程教学指导委员会,高等学校材料化学专业规范(讨论稿),2008年。


附录1 有机化学课程知识体系描述


知识领域

知识单元1: 有机化合物命名(核心)                                

知识领域

知识单元2: 饱和烃(核心)                                          

知识单元3: 不饱和脂肪烃(核心)                                    

知识单元4: 芳香烃(核心)                                          

知识领域

知识单元5: 手性分子(核心)                                        

知识单元6: 卤代烃(核心)                                        

知识领域

知识单元7: 近代四谱(核心)                                      

知识领域

知识单元8: 醇和醚(核心)                                        

知识单元9: 酚(核心)                                              

知识单元10:醛 酮 醌(核心)                                        

知识单元11:羧酸及其衍生物(核心)                                

知识领域

知识单元12:含氮化合物(核心                                      

知识领域

知识单元13:杂环化合物(选修)                                      

知识单元14:周环反应(选修)                                        

知识单元15:碳水化合物(选修)                                      

知识单元16:氨基酸及蛋白质(选修)                                


知识单元1有机化合物命名(核心)  

参考学时: 6学时

知识点:

有机化合物的分类

有机化合物的结构特点

有机化合物系统命名法

学习目标:

1使学生了解有机化合物和有机化学的概念;

2掌握有机化合物的结构特点;

3掌握共价键的性质;

4掌握有机化合物的分类。

5使学生掌握有机化合物系统命名法;

6掌握烷烃的命名方法;

7掌握烯烃和炔烃的命名;

8掌握芳烃的命名;

9掌握含氧衍生物的命名;

10掌握胺的命名。


知识单元2饱和烃(核心)

参考学时:4学时

知识点:

烷烃的结构

同分异构现象

烷烃的化学性质

卤代反应及自由基反应

学习目标:

1)使学生掌握烷烃的正四面体结构;

2)掌握烷烃的同分异构体现象;烷烃的构象和透视式、纽曼式写法;

3)了解烷烃的物理性质;

4)掌握烷烃的化学性质;

5)掌握卤代反应及自由基反应机理。


知识单元3:不饱和脂肪烃(核心)

参考学时:8学时

知识点:

烯烃、炔烃、二烯烃的结构

烯烃的化学性质

亲电加成反应历程

马尔科夫尼科夫规则

学习目标:

1)掌握烯烃的结构;

2)掌握烯烃的同分异构现象;

3)掌握烯烃的化学性质;

4)掌握诱导效应、共轭效应、超共轭效应;

5)掌握烯烃的亲电加成反应历程和马尔科夫尼科夫规则;

6)掌握烯烃的制备  经消除反应的合成方法、炔烃的还原;

7)掌握炔烃、二烯烃的结构;

8)掌握炔烃、二烯烃的化学性质;

9)掌握炔烃、二烯烃的制备  经消除反应的合成方法。


知识单元4芳香烃(核心

参考学时:4学时

知识点:

苯的分子结构

苯环上取代反应的定位规递

休克尔(Huckel)规则

学习目标:

1)苯的分子结构;

2)单环芳烃的化学性质;3)苯环上取代反应的定位规律、超共轭效应;4)非苯芳烃:休克尔(Huckel)规则及其应用。


知识单元5:手性分子(核心)

参考学时:4学时

知识点:

旋光性与分子结构

构型标记

外消旋体

学习目标:

1)掌握对映体和外消旋体;

2)构型的表示方法;

3)构型的标记;
4)不含手性碳原子化合物的旋光异构;
5)外消旋体的拆分。


知识单元6卤代烃(核心

参考学时:4学时

知识点:

卤代烃的化学性质

亲核取代反应历程

消除反应历程

学习目标:

1)掌握卤代烃亲核取代反应与消除反应的历程;

2)熟悉SN与反应活性顺序;

3)熟练掌握卤代烃的化学性质。


知识单元7近代四谱(核心

参考学时:6学时

知识点:

核磁共振

质谱

红外光谱

紫外光谱

学习目标:

1)掌握核磁共振的基本原理;

2)掌握质谱基本原理;

3)掌握红外光谱基本原理;

4)掌握紫外光谱一般概念。


知识单元8醇和醚(核心

参考学时:6学时

知识点:

醇的化学性质

醚的化学性质

学习目标:

1)熟练掌握醇、醚的化学性质;

2)掌握消除反应的机理和历程;

3)了解12-环氧化合物的反应。


知识单元9:酚(核心

参考学时:2学时

知识点:

酚的化学性质;

重排反应

学习目标:

1熟练掌握酚的化学性质;

2掌握重排反应的机理和历程


知识单元10 醌(核心

参考学时:6学时

知识点:

醛的结构和化学性质

酮的结构和化学性质

学习目标:

1)熟练掌握醛、酮的化学性质;

2)掌握亲合加成的机理和历程。


知识单元11羧酸及其衍生物(核心

参考学时:8学时

知识点:

羧酸的化学性质

羧酸衍生物的化学性质

互变异构现象

学习目标:

1)掌握羧酸及其衍生物的结构及分类;

2)掌握羧酸及其衍生物的化学性质;

3)掌握电子效应。


知识单元12含氮化合物核心

参考学时:4学时

知识点:

硝基化合物

胺化学性质

重氮和偶氮化合物

学习目标:

1)掌握胺的化学性质和其他含氮化合物;
2)掌握重氮化反应;

3) 掌握霍夫曼消除反应。


知识单元13:杂环化合物(选修)

参考学时:4学时

知识点:

杂环化合物分类和命名

杂环化合物结构(五元杂环、六元杂环)

杂环化合物性质

学习目标:

1)掌握五元、六元杂环的结构;

2)掌握五元、六元杂环的命名;

3)掌握五元、六元杂环的化学性质。


知识单元14:周环反应(选修)

参考学时:2学时

知识点:

环化反应

环加成反应

σ-电子迁移

学习目标:

1)掌握协同反应的理论基础;

2)掌握电环化反应;

3)掌握环加成反应;

4)掌握σ-迁移。


知识单元15:碳水化合物(选修)

参考学时:2学时

知识点:

单糖

二糖

多糖

学习目标:

1)掌握单糖的结构及化学性质;

2)掌握单糖的环状和开环结构;

3)掌握二糖的结构及化学性质;

4)了解多糖的结构和性质。


知识单元16:氨基酸及蛋白质(选修)

参考学时:4学时

知识点:

氨基酸

多肽、蛋白质、核酸

学习目标:

1掌握氨基酸的结构;

2掌握蛋白质的结构;

3掌握氨基酸和蛋白质的化学性质


附录2  有机化学课程描述


课程基本信息

程名称

课程类别

开课对象

开课时间

总学时

学分

有机化学

专业基础课

材料化学专业本科

第三学期

64

4

课程简介

有机化学课程是材料化学及相近专业必修的一门重要的技术基础课,是与人们日常生活、生命科学密切相连的一门科学主要包括有机化合物的分类、结构、命名、性质、制备方法、化学反应和反应机理等,是化学化工、生物、药学、医学、农学、环境、材料等学科的支撑学科。通过对本课程知识的系统学习,将使学生掌握有机化合物的基础知识、基本反应机理,培养学生分析问题的能力,提高他们理论联系实际,运用所学知识分析和解决实际问题的能力。

前导课程

无机化学、分析化学、普通物理、高等数学

课程提纲

1有机化合物的命名

2烃类化合物

3有机化合物理论

4四大波谱理论

5烃类衍生物

6专题讨论

说明:适用于材料化学专业各个方向,必修课程。




有机化学实验B课程教学规范

一、有机化学实验课程在人才培养中的地位和作用

化学是一门实验学科,而有机化学实验作为化学实验科学的重要分支,它是化学领域中各分支重要的基本研究的工具和方法,是化学相关专业(化学、应用化学、化学工程与工艺、材料化学、环境工程等)学生必修的一门独立的基础实验课程。通过该门课程的教学,使学生能够初步掌握有机化学实验方法,学会主要的有机实验的实验技术,掌握实验数据的处理及实验结果的分析与归纳,从而加深对有机化学基本理论和概念的理解,同时对学生进行实验工作的综合训练使之具有基本的科研素质,培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度,大大提高学生综合运用各种化学知识解决实际化学问题的能力。

有机化学实验课程与有机化学理论课程紧密配合,但又是一门独立的、理论性与实践性和技术性很强的课程。化学是一门以实验为基础的学科因此实验教学在化学相关专业的人才培养中具有理论教学无法取代的独特作用。有机化学实验课程不仅在化学专业的课程体系中具有承前启后的地位和作用而且实验中涉及到许多基本理论和仪器工作原理更能体现实验与理论的紧密联系使实验教学真正发挥培养创新人才的重要作用。本课程通过严格的、定量的实验研究物质的有机化学性质和化学反应规律,使学生既具有坚实的实验基础,又具有初步的研究能力,实现学生由学习知识、技能到进行科学研究的初步转变。为化学相关专业培养高素质的专门人才。

二、《有机化学实验》课程教学目标

本课程的主要教学目标是,一是使学生能掌握有机化学实验的基本方法和技能,从而能根据所学的原理设计实验、选择和使用仪器;二是锻炼学生观察实验现象、正确记录和处理数据、分析实验结果的能力,培养严肃认真、事实求是的科学态度和作风。同时了解近代新的实验方法和大型仪器(气质、核磁、红外、紫外等)在有机化学中的应用。培养学生的动手能力、观察能力、查阅文献的能力、思维创新能力、表达能力和归纳处理、分析实验数据及撰写实验报告的能力,从而培养学生的创新精神,提高学生的综合科研素质。三是巩固和加深对有机化学原理的理解,提高学生对有机化学知识灵活应用的创新能力。

(一)知识目标

《有机化学实验》课程的知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次。

1)掌握:对知识内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。具体到本课程就是掌握有机化学基本的研究方法,通过实验手段熟悉物质的化学性质与化学反应规律,学会重要的有机化学实验技术和基本的实验仪器的使用。

2)理解:对知识内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关简单问题。具体到本课程就是理解并初步掌握实验基本操作及实验结果的分析和归纳,从而加深对有机化学基本理论和概念的理解,增强解决实际有机化学问题的能力。

3)了解:对知识内容进行初步了解。具体到本课程就是了解近代大型仪器(气质、核磁、红外、紫外等)的性能及在有机化学中的应用,提高学生的综合科研素质。

(二)能力目标

《有机化学实验》课程的学习,以学生综合素质与能力的培养为目标,培养学生有机化学实验的基本能力,提高综合素质、获得有机化学的实验方法和能力、为以后全面发展奠定基础。具体的能力目标包括以下几个方面:

1)掌握有机化学实验的基本方法和技能,通过实验手段熟悉有机化合物的化学性质与化学反应规律,掌握重要的有机化学实验技术和基本的实验仪器的使用能力

2)掌握实验数据的记录和实验数据的处理以及实验结果的分析和归纳方法,从而加深对有机化学基本理论和概念的理解,增强解决实际化学问题的能力。

3)验证所学的原理,巩固、加深对有机化学基本原理的理解。提高学生对有机化学知识灵活运用的能力。能够根据所学原理,设计实验,选择和使用仪器的能力

4)锻炼学生观察现象、正确记录数据和处理数据,分析实验结果的能力,从而培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和作风。

(三)素质目标

 通过有机化学实验课程的学习,培养学生严谨求实的科学态度和刻苦钻研的学习作风,并且具有良好的社会责任感和职业道德。具体到本课程,就是通过对学生进行实验工作的综合训练使之具有基本的科学素养,培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度。通过本课程的学习,可以培养学生的动手能力、观察能力、思维创新能力以及撰写实验报告的能力,从而培养学生求真求实,具有独立工作的本领和初步的科研能力,并能培养学生的创新精神,提高学生的综合科研素质。

三、课程知识体系描述

有机化学实验课程的知识体系结构可以划分为三个层次,分别是知识领域、知识单元和知识点。

有机化学实验的知识领域的体系结构是同有机化学理论课相辅相成的,主要分为基本操作实验、有机化合物性质实验、合成实验和综合设计实验等知识领域。每个知识领域都包含若干知识单元(即选取的若干实验项目),每个知识单元都有其相应的知识点(即每个有机化学实验项目的实验要求、重点、难点以及实验操作等)。

每个知识领域所要达到的教学目标和包含的知识单元如下:

(一)基本操作实验部分

基本操作实验部分主要是通过这些实验,使学生掌握有机化学实验中经常用到的一些实验操作的操作方法、操作要点和注意事项。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的有机化学实验项目)主要有:

1)熔点测定

2)简单蒸馏操作

3)沸点测定

4)水蒸气蒸馏

5)分馏

6)减压蒸馏

7)重结晶

8)色谱法

9)萃取

10)加热和冷却

11)升华

12)干燥和干燥剂

13)折光率和旋光度测定

每次根据教学需要,从上述知识单元中选取部分实验项目实施。

(二)有机物性质实验

这一部分主要研究有机化合物的性质。通过性质实验使学生进一步理解理论课中所学有机化合物的性质,并将所学的感性知识转变成理性的知识。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的实验项目)主要有:

1)甲烷制备和烷烃的性质

2)不饱和烃(烯烃、炔烃等)的性质

3)芳香烃性质

4)卤代烃性质

5)醇酚醚性质

6)醛酮性质

7)羧酸及其衍生物的性质

8)胺的性质

9)碳水化合物性质

10)氨基酸蛋白质性质

11)有机化合物的元素定性分析

每次根据教学需要,从上述知识单元中选取部分实验项目实施。

(三)合成实验

通过各种化合物的合成,进一步的熟练掌握各种实验操作,掌握实验的观察和实验数据的记录等科学实验方法。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的实验项目)主要有:

1)环己烯制备

2)溴乙烷制备

3)2-甲基-2-丁醇制备

4)三苯甲醇制备

5)乙醚制备

6)无水乙醇制备

7)正丁醚制备

8)苯乙酮制备

9)己二酸制备

10)乙酸乙酯制备

11)苯甲酸乙酯制备

12)硝基苯制备

13)邻硝基苯酚和对硝基苯酚制备

14)苯胺制备

15)甲基橙制备

16)乙酰乙酸乙酯制备

17)安息香缩合

18)1-溴丁烷制备

19)肉桂酸制备

20)脲醛树脂制备

21)咖啡因提取

22)乙酰苯胺制备

(四)综合和设计实验

通过这一部分实验主要是使学生掌握有机实验操作在各种化合物合成中的应用,学习设计一种产品的合成或提取方法。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的实验项目)主要有:

1)从大豆饼粕中提取油脂

2)从辣椒中提取红色素

3)相转移合成二茂铁

4)邻苯二甲酸二丁酯合成

5)肥皂的制备

6)阿司匹林的合成

7)自选物质的合成

8)系列合成实验

每次根据教学需要,从上述知识单元中选取部分实验项目实施。

四、课程体系描述

(一)有机化学实验课程描述

前导课程:有机化学、无机实验、无机化学等

参考学时:64-124学时

参考学分:2

教材:《有机化学实验》第三版,曾昭琼等编,高教出版社。

课程目标:

有机化学实验作为化学实验科学的重要分支,它是化学以及相关专业学生必修的一门独立的基础实验课程。这门课的主要目的是培养学生初步掌握有机化学实验方法,训练学生学会主要的有机实验技术。掌握实验数据的处理及实验结果的分析与归纳方法。从而使学生对有机课程中基本理论加深理解,提高他们运用这些基本理论解决实际化学问题的能力。

教学课时与安排:

实验包括8个基本实验,其中设计实验2-4,每个实验为4学时,共计32学时。机动时间用于考核。教学安排一般为第二学期进行。

(二)有机化学实验课程的课程体系结构

主要包括三个部分:有机化学基本知识讲座、基本操作实验、性质实验、合成实验、综合设计实验

第一部分:有机化学基本知识讲座

(1) 有机化学实验课简介,实验室安全防护。

(2) 实验中的数据记录和表达方式

(3) 实验观察和记录。

(4) 常用实验操作及其注意事项。

(5) 实验报告的书写

第二部分:基本操作实验、性质实验、合成实验、综合设计实验

1. 基本操作实验教学基本内容与要求

1)熔点测定:掌握熔点测定的原理,掌握熔点测定实验操作方法,了解熔点测定的意义。

2)简单蒸馏操作:掌握常量法蒸馏操作的原理,掌握蒸馏的操作方法,了解蒸馏的意义。

3)沸点测定:掌握常量法沸点测定的原理,掌握沸点的操作方法,了解沸点的意义。掌握微量法沸点测定的原理和实验操作。

4)水蒸气蒸馏:掌握水蒸气蒸馏的原理,掌握水蒸气蒸馏的仪器安装和实验操作。了解水蒸气蒸馏的应用和意义。

5)分馏:掌握分馏的原理,掌握分馏柱的种类和选用,掌握分馏操作的方法,了解分馏的意义。

6)减压蒸馏:掌握减压蒸馏的仪器安装和操作方法,掌握减压蒸馏的原理,认识减压蒸馏的仪器和设备,并学习使用。了解减压蒸馏的意义。

7)重结晶:学习重结晶的原理,掌握重结晶操作中的减压过滤和热过滤操作,掌握吸附脱色操作。

8)色谱法:学习柱色谱、纸色谱、薄层色谱的原理和操作方法,掌握柱色谱和薄层色谱在分离鉴定方面的应用。了解气相色谱和液相色谱的工作原理。

9)萃取:掌握萃取的原理和实验操作方法,了解萃取的意义。

10)加热和冷却:学习石棉网加热、水浴加热、油浴加热、电热套加热等加热方法。学习在实验室中常用的冷却方法。

11)升华:了解升华的原理和意义,学习升华的方法。

12)干燥和干燥剂:学习干燥的原理和常用干燥剂,掌握一般有机液体的干燥操作方法。

13)折光率和旋光度测定:学习化合物折光率的测定,认识阿贝折光仪的构造并学习使用方法。学习旋光仪的构造和原理,学习旋光度的测定操作,学习比旋光度的计算。

2. 性质实验教学基本内容与要求

1)甲烷制备和烷烃的性质:学习甲烷的制备原理,掌握烷烃的取代反应、氧化反应等化学性质。

2)不饱和烃(烯烃、炔烃等)的制备和性质:学习烯烃、炔烃的制备,掌握烯烃炔烃的化学性质。

3)芳香烃性质:学习和验证芳香烃的性质。

4)卤代烃性质:掌握卤代烃的化学性质。

5)醇酚醚性质:掌握醇酚醚的化学性质。

6)醛酮性质:掌握醛酮的化学性质。

7)羧酸及其衍生物的性质:掌握羧酸和羧酸衍生物的化学性质。

8)胺的性质:掌握胺的化学性质。

9)碳水化合物性质:掌握碳水化合物的化学性质。

10)氨基酸蛋白质性质:掌握氨基和蛋白质的化学性质。

11)有机化合物的元素定性分析:掌握一般有机化合物的元素定性分析的原理,掌握一般有机化合物的元素定性分析的操作。

3.有机合成实验教学基本内容与要求

1)环己烯制备:学习环己烯制备的原理。掌握环己烯制备的实验操作。

2)溴乙烷制备:学习溴乙烷制备的原理。掌握溴乙烷制备的实验操作。

3)2-甲基-2-丁醇制备:学习2-甲基-2-丁醇制备制备的原理。掌握2-甲基-2-丁醇制备的实验操作

4)三苯甲醇制备:学习三苯甲醇制备制备的原理。掌握三苯甲醇制备制备的实验操作。进一步学习蒸馏、洗涤等操作。

5)乙醚制备:学习溴乙醚制备的原理。掌握乙醚制备的实验操作,学习易燃、低沸点物质制备中操作注意事项。

6)无水乙醇制备:学习无水乙醇制备的原理。掌握无水乙醇制备的实验操作。

7)正丁醚制备:学习正丁醚制备的原理。掌握正丁醚制备的实验操作,学习分水器的原理也使用方法。

8)苯乙酮制备:学习苯乙酮制备的原理。掌握苯乙酮制备的实验操作,学习无水操作以及有毒气体的吸收操作。

9)己二酸制备:学习己二酸制备的原理。掌握己二酸制备的实验操作。

10)乙酸乙酯制备:学习乙酸乙酯制备的原理。掌握乙酸乙酯制备的实验操作。

11)苯甲酸乙酯制备:学习苯甲酸乙酯制备的原理。掌握苯甲酸乙酯制备的实验操作。

12)硝基苯制备:学习硝基苯制备的原理。掌握硝基苯制备的实验操作。

13)邻硝基苯酚和对硝基苯酚制备:学习邻硝基苯酚和对硝基苯酚制备的原理。掌握邻硝基苯酚和对硝基苯酚制备的实验操作。

14)苯胺制备:学习苯胺制备的原理。掌握苯胺制备的实验操作。进一步熟悉水蒸气蒸馏操作。

15)甲基橙制备:学习甲基橙制备的原理。掌握甲基橙制备的实验操作。进一步学习重结晶操作。

16)乙酰乙酸乙酯制备:学习乙酰乙酸乙酯制备的原理。掌握乙酰乙酸乙酯制备的实验操作。

17)安息香缩合:学习安息香缩合的原理。掌握安息香缩合的实验操作。

18)1-溴丁烷制备:学习1-溴丁烷制备的原理。掌握1-溴丁烷制备的实验操作。进一步复习熟练回流操作和有毒气的吸收操作以及液体化合物的洗涤操作。

19)肉桂酸制备:学习肉桂酸制备的原理。掌握肉桂酸制备的实验操作。

20)脲醛树脂制备:学习脲醛树脂制备的原理。掌握脲醛树脂制备的实验操作。

21)咖啡因提取:学习咖啡因提取的原理。掌握咖啡因提取的实验操作。

22)乙酰苯胺制备:学习乙酰苯胺制备的原理。掌握乙酰苯胺制备的实验操作。

4.综合设计实验的基本内容与要求

通过基础实验部分,学生基本掌握有机化学实验的基本方法和技能,在设计实验部分,要求学生能够根据所学原理,结合教师提供或学生自拟的实验题目,设计实验方案选择和使用仪器,实施实验方案,正确记录数据和处理数据,分析实验结果。从而提高学生综合运用各种化学知识解决实际化学问题的能力。首先由教师提供若干实验题目,或者由学生自拟实验题目,学生自己设计实验方案,包括仪器选择、药品配置、实验步骤、数据处理方法等,然后经过同学集体论证和教师审核,确定最终实验方案,进行实施,并处理实验数据,分析实验结果并提出改进意见。

1)从大豆饼粕中提取油脂:查找文献,独立设计提取方法,根据方法的异同,以及提取率的高低,评价自己实验的效果。

2)从辣椒中提取红色素:查阅文献,完成设计提取方法,包括溶剂的选择,产品的精制等。

3)相转移合成二茂铁:查阅相关文献,设计合理的实验方法,经教师评价后实施实验。根据产品的质量,检验方法的优劣。

4)邻苯二甲酸二丁酯合成:查阅相关文献,设计合理的实验方法,经教师评价后实施实验。根据产品的质量,检验方法的优劣。

5)肥皂的制备:查阅文献,完成设计制备方法,包括碱液的比例的选择,产品的盐析和精制等。

6)阿司匹林的合成:查阅相关文献,设计合理的实验方法,经教师评价后实施实验。根据产品的质量,检验方法的优劣。

7)自选物质的合成:自选某种物质,查阅文献中的合成方法,提出合理的新的合成方法,经教师批准后实施实验。

8)系列合成实验:由一种物质出发,经过几步有机化学反应,将前一步的产品作为下一步原料,进行系列合成,最后考察各个步骤的合成效果。

五、课程主要教学方式

(一)课程教学环节

本课程由有机实验基本知识讲座和学生实验两个教学环节组成。

有机实验基本知识讲座主要介绍有机化学实验不同于其他化学实验课程,特有的有机化学实验技术和操作,以及产率的计算方法。学生实验要求学生完成不少于十二个基础实验,四个综合设计实验。一方面使学生了解有机化学的概貌;另一方面,根据现有仪器设备的条件,力求在实验方法和实验技术上得到较全面的训练。

(二)课程教学手段

首先根据教学计划,学生自己预习实验内容,然后由教师对实验进行讲解,学生理解实验的基础上,学生进入实验室进行实验操作。学生实验和教师讲座相结合。教师讲解与自学相结合、全班讲授与个别辅导相结合。尽量运用现代教学手段和方法,充分发挥学生的主观能动性。结合实验室的建设,不断改革教学内容和方法。目标是使大多数实验大部分实验让学生的主要精力从用于实验操作上。

(三)各个教学环节规范

1备课:教师要熟悉每个实验的目的、原理、仪器、药品、实验步骤、注意事项、可能出现的问题。对讲座部分,要求教师在把握教学内容的科学性、系统性的前提下,突出重点、难点,并体现其先进性。

2课前预习:无论实验还是讲座内容都要求学生课前预习。实验部分要求学生写好预习报告。预习报告经教师审查后方可进行实验。

3课堂教学:实验课教师除分实验讲解外,还要对实验组进行辅导。随时解决学生实验中出现的问题。学生必须严格遵守实验室规则,严格按实验步骤进行,及时、准确记录数据,合格者方可结束实验,否则必须重做。做完后要整理好仪器。

讲座内容:教师要根据具体情况,做到边讲边演示。学生要积极提出疑问,做到教与学有机结合。特别是教师对实验中经常出现的一些错误操作,在讲解的过程中要及时的提醒学生,对实验中的一些危险因素,要及时的提醒学生注意。

4作业:每个实验完成的第二交实验报告,内容包括目的、原理、仪器装置图、操作步骤、数据记录、数据处理、结果分析与讨论。

教师要及时批阅报告、评定成绩。

5成绩考核:平时考核与期末考试相结合。平时考核是对每个实验进行考核,分预习、实验操作、结果分析、实验报告书写等;期末考试分为笔试和实验操作考试学生抽签决定操作考试题目

6教学纪律要求:教师要求严格按本规范和教学大纲进行教学。上课不得迟到、早退。学生必须严格按本规范和教学大纲的要求进行学习,严格遵守课堂纪律和实验室规则。

7学生实验规则

1)学生进入实验室必须穿实验服,不得穿拖鞋、室内禁止大声喧哗、到处走动。

2)实验前一定要预习实验内容,写好预习实验报告,做好实验准备工作,检查所需实验仪器、药品是否齐全。

3)实验时要集中精神,认真操作,仔细观察,积极思考,如实记录。

4)爱护国家财物,小心使用仪器和设备,注意节约用水、电和燃料。每人应取用自己仪器,不动用他人的仪器,公用仪器和临时供用仪器,用毕后应送回原处。损坏仪器必须及时登记。

5)实验台上的仪器排放整齐,保持台面清洁,火柴梗、废纸、碎玻璃等放入垃圾桶,不准倒入水槽,废液一定倒入废液缸。

6)按规定取放药品,取好药品后及时盖上原瓶盖,取用液体的滴管不可混用。

7)使用精密仪器时,必须按照规定操作,发现故障,立即报告老师。

8)实验后,应将仪器洗净整齐放好,实验台擦净,关好水龙头、电源。

9)实验后,学生轮流负责打扫、整理实验室。

10)发生意外事故时,保持镇静,遇有烧伤、烫伤、割伤应报告及时急救和治疗。

六、课程考核

课程考试基本要求

有机化学实验作为化学实验科学的重要分支,是化学类专业学生必修的一门独立的基础实验课程。这门课的考试基本要求是学生能够初步掌握有机化学实验方法,学会主要的有机化学实验技术和实验操作,掌握实验数据的处理及实验结果的分析与归纳方法,从而使学生对有机实验课程中基本理论加深理解,提高他们运作这些基本理论解决实际化学问题的能力。

(二)考试方法

实验报告、平时表现期末笔试和操作考试相结合。根据不同的年级,灵活使用各种成绩的组合。

1、实验预习和实验报告的要求、考核方式、评分标准

1)实验预习:学生应对拟进行的实验做出预习,并写出预习报告。预习报告应包含实验目的、原理及实验的主要测量内容。每次实验前,任课教师将就该实验有关的问题进行提问,以检查学生的预习情况。设计实验还要求学生通过查阅文献、自学及与教师讨论,写出有关实验的设计思路。

2)实验报告:原始实验数据应记录规范、完整,实验结束后交任课教师审核。实验报告于课后撰写,使用统一的实验报告纸和作图规范,数据处理合理,实验注意事项和结果讨论充分。除预习报告已有内容外,应对取得的实验数据进行分析、处理和计算,得出结果,并对实验过程中的体会及实验结果进行讨论。

3)考核方式:根据每次实验的预习、现场操作、测定结果及实验报告等情况给予单独评分,总评分取各实验成绩的平均值。

4)评分标准学生必须完成按照教学大纲配定的各项实验。无故未能完成实验任务的,该实验成绩不及格。学生需在规定时间内,上交实验报告。无故未交实验报告的,该实验成绩不及格。

各实验项目均按照分制分别打分,总成绩按全部实验成绩的平均分计算。具体评分标准如下:

1)实验预习部分20%

有预习报告,能回答任课教师的课前提问。

2)实验部分30%

实验过程中能主动实践,规范操作,仔细观察,认真记录。发现问题能及时与任课教师沟通或自行解决。原始实验数据记录完整规范,不弄虚作假。实验结束后数据经任课教师审核。

3)实验报告部分50%

实验报告书写整洁,作图规范,不增减、删改原始实验数据,数据处理合理准确。能根据自己的实验心得对所做实验进行各种分析和讨论,提出合理化建议。

4)其它加分项目

积极参加实验室的卫生扫除和帮助老师整理实验室等劳动,及时关闭实验室电源和仪器电源,发现实验隐患及时处理或报告相关老师处理等。

2、期末理论笔试

试题类型分为填空题、判断题、选择题、简答题、绘图、论述题等

3、实验操作考试

指定的若干实验项目中抽签决定考试内容主要考察实验基本操作及仪器的安装

4、不同性质考试内容所占比重

平时成绩(实验预习、实验操作、实验报告)20-40%。期末笔试考核占60-80%。

七、参考文献

[1]教育部高等学校化学类专业教学指导分委员会. 高等学校化学类专业指导性专业规范. 高等教育出版社. 2011.10.

[2] 曾昭琼等编. 有机化学实验(第三版). 北京:高等教育出版社,2000.5



































分析化学》课程教学规范

一、分析化学课程在人才培养中的地位及作用

分析化学课程是化学化工类及相近专业必修的一门重要的专业基础课之一。在化学、材料化学、环境工程、化学工程与工艺等专业人才培养中起到十分重要的作用。通过本课程的学习,使学生系统的掌握分析化学的基础理论和基本技巧,准确树立的概念,初步具有选择分析化学方法,正确判断和表达分析结果的能力,并解决各类样品分析和有关科研中的实际问题,同时为后续专业课程的学习打下基础。

分析化学是化学、化工、材料化学、环境工程等专业学生的专业基础课,是化学、化工、材料化学和环境工程等专业学生学习仪器分析、环境监测等后续课程的基础,具有较强的理论性和实践性。

二、分析化学课程教学目标

掌握分析化学的基本理论,获取解决实际问题的能力与创新的能力。

1. 定量分析包括滴定分析法和重量分析法,滴定分析法主要有酸碱滴定法、配位滴定法和氧化还原滴定法、沉淀滴定法,本课程要求掌握滴定分析法的应用和滴定结果的计算方法。

2. 掌握分析误差概念和基本理论,树立正确的量的概念。

3. 巩固和加深对水溶液中四大平衡理论的理解,掌握其在分析化学中的应用。

4. 掌握滴定分析、重量分析和分光光度法的基本原理和方法。

5.了解沉淀分离法、色谱分离法及离子交换分离法的基本原理和应用特点。

(一)知识目标

分析化学课程的学习,包含与学生所学专业相关的所有核心知识单元及部分选修知识单元,并达到相应的学习目标。知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次:

1)掌握:对内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。

2)理解:对内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关问题。

3)了解:对内容进行初步了解,一般不要求应用。

(二)能力目标

培养自学专业知识能力、语言表达能力、与同学沟通、团结协作能力、计算机及信息技术应用能力等获取知识的能力,训练综合应用知识解决问题的能力及一定的创造性思维能力。培养学生在分析数据收集、整理和评价等方面达到独立开展工作的能力,培养学生具有综合应用多种方法处理分析实践问题的能力,进一步培养与时俱进、发展新方法和新技术的创新思维和创新能力。

1)培养学生具有较好的逻辑思维能力和综合分析能力。

2)培养学生具有正确选择分析方法及独立完成实验的能力。

3)培养学生具有运用所学分析化学知识解释和解决实际问题的能力。

(三)素质目标

通过分析化学课程的学习,培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风,具有良好的社会责任感和职业道德;通过分析化学课程的学习,激发学生的求知欲望、探索精神,培养学生的自学能力,运用所学知识解决工程问题的科学思维能力和创新思维能力。

三、分析化学课程的知识体系

(一)本课程知识体系的构成及学时分配

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合,是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元;选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范,选修知识单元的选择体现各校的不同特色。分析化学课程的知识体系由4个知识领域和11个知识单元构成,其中核心知识单元9个,选修知识单元2个。

知识领域

知识单元1:概论(核心)                                               3学时

知识单元2:分析试样的采集与制备(选修)                               1学时

知识单元3:误差与分析数据处理(核心)                                4学时

知识单元4:分析化学中的质量保证与质量控制(选修)                     2学时

知识单元5分析化学中常用的分离方法(核心)                          2学时

知识领域

知识单元6酸碱滴定法(核心)                                        10学时

知识单元7络合滴定法(核心)                                         8学时

知识单元8氧化还原滴定法(核心)                                     6学时

知识单元9沉淀滴定法和滴定分析小结(核心)                           2学时

知识领域

知识单元10:重量分析法(核心)                                        5学时

知识领域

知识单元11:吸光光度法(核心)                                        5学时

(二)课程知识体系描述(见附录

上述课程知识体系概要说明本课程的知识领域、知识单元和知识点,以及哪个单元是核心,哪个单元是选修,所需的参考学时数等。课程知识体系中关于知识领域、知识单元和知识点的详细描述在附录1中给出。

四、分析化学课程描述(见附录2

有关课程名称、参考学时与学分、概述、前导课程、课程提纲及说明等方面的详细描述在附录2中给出。

五、课程主要教学方式

(一)课堂讲授

课堂讲授内容

1)概论(涵盖知识单元1-11

2)析试样的采集与制备(涵盖知识单元6-11

3)误差与分析数据处理(涵盖知识单元6-11

4)析化学中的质量保证与质量控制(涵盖知识单元6-11

5)分析化学中常用的分离方法(涵盖知识单元6-11

6)酸碱滴定法(涵盖知识单元1-6

7)络合滴定法(涵盖知识单元1-57

8)氧化还原滴定法(涵盖知识单元1-58

9)沉淀滴定法和滴定分析小结(涵盖知识单元1-59

10)重量分析法 (涵盖知识单元1-510

11)吸光光度法(涵盖知识单元1-511

从内容上,教师必须在全面透彻地把握教材内容的同时,深入了解学生的知识需求,在理论联系实际的基础上,设计出有理论内涵、有知识含量、有现实指导意义的教学内容,理论讲述要注意深入浅出,且以实例说明。在教学中,要以生活或生产实际出发,在讲述课本上内容的同时对教学内容延伸,广泛吸收相关学科领域的最新研究成果与数据,注重贴近社会发展的现实、贴近学生的生活、加强能力的培养和训练。使单调的内容变得有趣,活跃课堂气氛,让学生学到最新和最现代的知识和技术。

教学方法

在分析化学教学过程中,要遵循以学生为主体,以教师为主导的教育理念,针对理论教学和实践教学的不同特点,合理进行教学设计,推进教学方法和教学手段改革,恰当运用现代教育技术,有效调动学生的学习积极性,激发学生的学习兴趣,提高教学效果。

1)采用灵活多样的教学方式 在课堂教学中,采用问题授课法、引导式、讨论式等不同的互动式教学方式,使学生在思考中学习,在学习中思考,把教师的讲授与学生的积极思维紧密结合起来。

2)积极采用启发式、提问式、讨论式教学方法。

3)多媒体教学,充分利用现代教育技术,将多媒体教学与传统的板书教学方式有机的结合起来。

4)理论与实验的结合。

教学手段

教学手段上应多样化。结合传统教学手段,充分合理地运用多媒体等现代化手段辅助教学。通过制作大量的幻灯片、教学录像片和多媒体教学软件,将使枯燥的、复杂的、抽象的内容形象化和动态演示,使学生更易理解和接受,教学效果将会显著改善。充分使用网络,使学生大大开阔视野,师生通过网络平台进行答疑和讨论,增进了师生之间以及学生之间的联系和交流。

(二)习题课

习题课是大学工科教学中,培养学生能力的一个重要环节。教师在讲授一段时期的课程之后,就会安排开设一堂以讲解习题为主要内容的习题课。一般包括:整理前阶段课程的知识要点,分析作业题中的错误及讲解习题。

在习题课上,通过典型实例的分析,会帮助学生正确地运用基本理论解决实际问题,掌握解题思路、方法和步骤,培养学生分析问题解决问题的能力;通过实际练习,会使学生发现问题,并及时解决问题,更深入地理解和巩固基本理论;通过引导学生做好阶段小结,将帮助学生将所学的知识系统化。因此,习题课对培养学生独立分析和解决问题的能力起到非常重要的作用。

(三)实践课

实践教学是分析化学课程教学的重要组成部分。分析化学是一门实践性很强的课程,因此,分析化学课程教学的实践项目的设置,侧重于对学生解决实际分析测定能力的培养,分析化学实验技术是化学、材料化学与环境工程等专业重要的实践性教学环节,是学生获得实践性知识、强化分析测定技能的重要途径。包括认识实习、分析化学实验两部分,其中分析化学实验为独立开课实验,认识实习参考学时一周,涵盖知识单元1-11。课程认识实习的学习目标:

1.通过实习,让学生学习对样品进行前处理的实验操作技能,深入了解和掌握分析化学中分析试样的采样与分析方法、误差分析、数据处理等方法与技能。

2.通过实习使学生能够系统地巩固所学理论知识掌握有关样品的采集、处理、分析、数据处理及质量控制等基本知识和技能培养学生的动手能力提高学生分析和解决问题的能。

分析化学实验是农业资源与环境专业重要的专业基础课,

1.通过实习,对分析化学实验室的工作和分析工作的一般程序有深刻的了解。

2.理论联系实际,巩固和深入理解已学的理论知识,增强对分析测定工作的感性认

识。

3.通过亲身参加分析化学实践,培养分析问题和解决问题的独立工作能力,为将来

参加工作打下基础。

4.与实习单位技术人员密切接触,学习他们的优秀品质和工作经验,培养良好的职业道德和爱岗敬业的思想品质,树立严谨的工作作风和实事求是的科学精神。

(四)课外作业

课外作业是引导学生自主学习、检查教学效果,拓宽学生知识面的重要环节。尽量精选一些既能巩固所学知识,又贴近化工实际生产的习题,以培养学生分析和解决问题的能力。可使用教材上的习题,也可布置实习报告、工程案例分析、课程设计等内容作为课外作业。

(五)自主学习

分析化学课程教学过程中要适当布置学生自学的内容。给学生提供相关的参考书,并利用网络提供更丰富的教学资源,给学生提供课外学习的指导,帮助学生进行自学、复习和个性化学习,提高学生的自学能力和独立获取知识的能力。

(六)课外指导

课外指导主要是切实做好课后对学生面对面的交流、辅导和答疑,一般来说,讲授1个知识单元答疑1-2次。时间可安排在学生自习时间,解答学生本章学习存在的问题,如有普遍性问题可集体辅导。可以通过网上在线答疑、邮箱或面对面辅导等方式,解答学生本学习中存在的问题,如有普遍性问题可采取集体辅导。辅导答疑时间原则上不低于总课时量的1/6

六、课程考核

考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。根据分析化学课程内容建立多元化的课程教学考核方法。学习成绩评定应注重科学性、合理性、公平性。注重把学生的学习态度(主要通过考勤,课堂表现)、平时成绩(作业、小论文等)、期末成绩等结合起来。实行过程性评价和终结性评价相结合的方式。课堂教学学生出勤和平时作业约占期末总评成绩的1020%,期末闭卷考试约占9080%

七、说明

1)本课程总学时:理论课48学时,实验课32学时(独立开课)。

2)在保证规范基本要求的前提下,可根据专业方向的不同,对教学内容、教学环节、学时分配等做适当调整。

八、参考文献

[1] 教育部高等学校环境工程专业教学指导委员会,高等学校环境工程专业指导性专业规范,高等教育出版社,2005.02

[2] 武汉大学.分析化学.6. 北京:高等教育出版社, 2016.

附录1 分析化学课程知识体系描述

知识领域

知识单元1:概论(核心)

知识单元2:分析试样的采集与制备(选修)

知识单元3:误差与分析数据处理(核心)

知识单元4:分析化学中的质量保证与质量控制(选修)

知识单元5分析化学中常用的分离方法(核心)

知识领域

知识单元6酸碱滴定法(核心)

知识单元7络合滴定法(核心)

知识单元8氧化还原滴定法(核心)

知识单元9沉淀滴定法和滴定分析小结(核心)

知识领域

知识单元10:重量分析法(核心)

知识领域

知识单元11:吸光光度法(核心)

知识领域

知识单元1:概论(核心)

参考学时:2学时

学习目标:

1.掌握分析化学定义、任务及分类。

2.理解分析化学基本内容;与其他学科及专业的作用。

3.了解分析化学的发展趋势。

4.掌握滴定分析法的过程和特点;掌握用反应式中的系数比的关系,解决滴定分析中的有关量值计算;标准溶液的配制及其浓度表示。

知识点:

1.分析化学的定义、任务与作用;2.分析方法的分类与选择;3.分析化学发展趋势;4.分析化学过程及分析结果的表示;

5.滴定分析法概述

1)滴定分析法的过程和方法特点 滴定分析法的过程;滴定分析法的特点; 滴定分析法的分类和对滴定反应的要求。

2)标准溶液浓度的表示方法 物质的量浓度;滴定度。

3)标准溶液和基准物质 标准溶液浓度大小选择的依据;基准物质应具备的条件; 配制标准溶液的方法。

4)滴定分析的计算 滴定分析计算的依据;滴定分析计算实例。

知识单元2:分析试样的采集与制备(选修)

参考学时:1学时

学习目标:

1.掌握定量分析的过程;试样的采集与制备方法。

2.了解试样的分解方法及选择。

3.了解样品的前处理方法。

知识点:

1.定量分析的一般程序(1)定量分析的过程;(2)试样的采取和制备;(3)试样的分解;(4)分离和测定;(5)计算分析结果。

2.定量分析结果的表示;3.滴定前的预处理。

知识单元3:误差与分析数据处理(核心)

参考学时:4学时

学习目标:

1.掌握误差、偏差、准确度、精密度的概念及关系。

2.了解误差的意义和误差的表示方法。

3.了解定量分析处理的一般规则。

4.掌握有效数字表示法和运算规则。

知识点:

1.分析化学中的误差

1)误差及其产生的原因 系统误差;随机误差;过失误差。

2)误差和偏差的表示方法  准确度与误差;精密度与偏差;准确度与精密度的关系。

2.有效数字及其运算规则 1)有效数字的位数和意义;(2)数字修约规则;(3)有效数字的运算规则;(4)有效数字运算规则在分析化学中的应用。

3.随机误差的正态分布 (1)频率分布;(2)正态分布;(3)标准正态分布;(4)随机误差的区间概率。

4.分析化学中的数据处理 (1)置信度与置信区间;(2)可疑测定值的取舍;(3)显著性检验。

5.提高测定结果准确度的方法 (1)选择适当的分析方法;(2)减小测量的相对误差;(3)检验和消除系统误差;(4)适当增加平行测定次数,减小随机误差;(5)正确表示分析结果。

知识单元4:分析化学中的质量保证与质量控制(选修)

参考学时:2学时

学习目标:

1.了解实验室质量控制、标准分析方法、标准物质在分析化学中重要基础地位。

2.了解分析全过程的质量保证与质量控制。

3.了解实验室认可、计量认证及审查认可。

知识点:

1.质量保证与质量控制概述

1)分析结果的可靠性:代表性、准确性、精密性、可比性、完整性。

2)分析方法的可靠性:灵敏度、检出限、空白值、测定限、最佳测定范围、校准曲线、加标回收率、干扰实验。

3)质量保证的工作内容。

2.分析全过程的质量保证与质量控制

1)分析前的质量保证与质量控制;(2)分析中的质量保证与质量控制;(3)分析后的质量保证与质量控制;(4)质量控制的标准化操作程序;(5)实验室质量保证体系。

3.标准方法与标准物质

1)标准分类与标准化;(2)分析方法标准;(3)标准物质与标准试样。

4.不确定性和溯源性

5.实验室认可、计量认证及审查认可

1)实验室认可;(2)计量认证;(3)审查认可。

知识单元5分析化学中常用的分离方法(核心)

参考学时:2学时

学习目标:

了解沉淀分离法、溶剂萃取分离法、离子交换分离法、液相色谱分离法的原理与应用

知识点:1.概述;2.萃取分离法;3.离子交换分离法;4.液相色谱分离法;5.其它新型分离富集方法简介。

知识领域

知识单元6酸碱滴定法(核心)

参考学时:10学时

学习目标:

1.进一步了解酸碱质子理论,掌握以分布系数和质子条件处理酸碱平衡的方法。

2.掌握酸碱平衡体系中酸碱度的计算及近似公式与最简式的使用条件。

3.掌握几种常用缓冲溶液的配制方法。了解缓冲范围和缓冲容量的概念。

4.理解酸碱指示剂的变色原理、变色范围。

5.理解酸碱滴定过程中氢离子浓度的变化规律(滴定曲线),掌握选择指示剂的方法。

6.掌握酸碱准确滴定和分步滴定的判断。

7.掌握酸碱滴定分析结果的有关计算。

知识点:

1.酸碱质子理论

1)酸碱的定义和共轭酸对;(2)酸碱反应;(3)酸碱的强度与溶剂的关系;(4)溶剂的质子自递反应和溶剂的分类;(5)溶剂的拉平效应和区分效应。

2.酸度对弱酸(碱)平衡体系中各型体分布的影响

1)分析浓度和平衡体系的处理方法;(2)不同PH值溶液中酸碱存在型体的分布。

3.酸碱平衡溶液中酸碱度的计算

1)水溶液中酸碱平衡体系的处理方法:物料等衡式、电荷等衡式、质子等衡式;(2)强酸、强碱溶液酸碱度的计算;(3)一元弱酸() 溶液酸()度的计算; (4)多元酸碱溶液酸碱度的计算;(5)两种酸相混合后溶液酸度的计算;(6)两性物质溶液酸度的计算。

4.酸碱缓冲溶液

1)弱酸及其共轭碱溶液PH值的计算;(2)标准缓冲溶液pH值及活度的计算。

5.酸喊指示剂

1)作用原理;(2)变色原理、变色范围及影响因素;(3)混合指示剂。

6.滴定曲线与指示剂的选择

1)酸碱滴定反应的完全程度;(2)酸碱滴定过程PH值的计算; (3)酸碱滴定曲线的绘制;(4)酸酸滴定的PH值突跃范围及影响因素 ;(5)准确滴定的条件;(6)指示剂的选择。

7.终点误差的计算

8.酸碱滴定法的应用和计算示例

1)混合碱分析:氯化钡法、双指示剂法;(2)铵盐中含氮量的测定。

知识单元7络合滴定法(核心)

参考学时:8学时

学习目标:

1.了解EDTA及其与金属离子络合的特点。

2.理解络合平衡体系中形成常数和解离常数,逐级形成常数和逐级解离常数,累积形成常数,总形成常数和总解离常数的意义。

3.掌握络合平衡中有关各型体的浓度的计算方法。

4.理解副反应对络合平衡的影响,掌握表观形成常数的有关计算。

5.理解EDTA滴定过程中金属离子浓度的变化规律及化学计量点的PMSP的计算,影响滴定突跃大小的因素。

6.金属指示剂的作用原理及选择原则,熟悉常用金属指示剂。

7.掌握准确滴定的条件和滴定结果的计算。

8.络合滴定酸度的选择及最高酸度和最低酸度的计算。

9.混合离子分步滴定的判据。

知识点:

1.络合滴定法概述

1)络合滴定法;(2)络合滴定中重要的氨羧络合剂;(3)乙二胺四乙酸的性质及其络合物。

2.影响络合平衡的主要因素

1)络合物的平衡常数;(2)络合平衡体系中有关各型体浓度的计算;(3)副反应和副反应系数;(4)条件稳定常数。

3.络合滴定指示剂

1)作用原理;(2)金属离子指示剂的选择;(3)指示剂的封闭与僵化。

4.络合滴定法原理(1)滴定曲线的绘制;(2)络合反应的完全程度和滴定误差。

5.络合滴定中酸度的控制

1)络合滴定所允许的最低 PH 值和最高 PH 值;(2)酸效应曲线。

6.提高络合滴定选择性的方法

7.络合滴定的方式及其应用习题课

1)络合掩蔽;(2)沉淀掩蔽;(3)氧化还原掩蔽;(4)改用其它滴定剂。

知识单元8氧化还原滴定法(核心)

参考学时:6学时

学习目标:

1.进一步理解氧化还原反应的实质。理解标准电极电位及条件电极电位的联系与区别。

2.了解影响氧化还原反应进行方向的各种因素,掌握反应条件对氧化还原反应进行程度的影响。

3.理解氧化还原滴定过程中电极电位和离子浓度的变化规律,掌握选择指示剂的依据。

4.掌握氧化还原滴定方法的原理和操作方法。

5.掌握用物质的量浓度计算氧化还原滴定分析结果的方法。

知识点:

1.方法特点和分类

2.氧化还原平衡

1)条件电位及其影响因素 ;(2)氧化还原反应的次序和反应进行的程度;

3)影响氧化还原反应速度的因素 浓度的影响;温度的影响;催化剂对反应速度的影响。

3.氧化还原滴定原理

1)氧化还原滴定曲线的绘制;(2)化学计量点的计算、影响突跃的因素;(3)氧化还原滴定中的指示剂:指示剂的类型、变色原理及常用指示剂;(4)氧化还原滴定误差。  

4.氧化还原滴定的预处理  

5.常用的氧化还原滴定方法

1)高锰酸钾法;(2)重铬酸钾法;(3)碘量法;(4)其它氧化还原滴定法:溴酸钾法、铈量法。

知识单元9沉淀滴定法和滴定分析小结(核心)

参考学时: 2学时

学习目标:

掌握莫尔法、佛尔哈德法、法扬斯法的测定原理,指示剂,滴定剂,滴定的酸度条件,指示剂的用量,测定对象。

知识点:

1.沉淀滴定法概述

1)确定终点的方法:莫尔法:滴定原理、滴定条件、应用范围 佛尔哈德法:滴定原理、滴定条件、应用范围 法扬斯法:滴定原理、滴定条件、应用范围

2)沉淀滴定法应用示例。  

2.滴定分析小结

1)四种滴定方法的共同之处;(2)四种滴定方法的不同之处;(3)滴定曲线。

知识领域

知识单元10:重量分析法(核心)

参考学时:5学时

学习目标:

1.了解、掌握重量分析法对沉淀形式、称量形式的要求;了解沉淀形成机理和过程。掌握影响沉淀溶解度的因素。影响沉淀纯度的因素,提高纯度的措施。

2.掌握晶型沉淀和非晶型沉淀的生成条件的控制。

3.掌握重量分析结果计算;换算因数。

知识点:

1.重量分析法的特点和分类

2.重量分析对沉淀的要求

3.沉淀的溶解度及其影响因素(1)沉淀的溶解度;(2)影响沉淀溶解度的因素。

4.沉淀的形成(1)沉淀的形成过程;(2)沉淀条件对沉淀类型的影响。

5.影响沉淀纯度的因素(1)影响沉淀纯度的因素;(2)提高沉淀纯度的措施。

6.沉淀条件的选择(1)晶形沉淀的沉淀条件;(2)无定形沉淀的条件;(3)均匀沉淀法。

7.机沉淀剂(1)有机沉淀剂的特点;(2)有机沉淀剂的分类。

知识领域

知识单元11:吸光光度法(核心)

参考学时:5学时

学习目标:

1.掌握分光光度法的基本原理与应用。

2.了解可见分光光度计的主要部件及功能。

3.了解选择显色剂的原则及其影响因素。

4.熟悉多组分样品的定量方法。

5.掌握Lambert—Beer定律及其应用。

知识点:

1.光的性质和物质对光的吸收;

2.光吸收基本定律 (1)朗伯-比耳定律;(2)各种吸光系数的物理意义及其相互关系。

3.分光光度计的构造 ;

4.显色反应和显色剂 (1)显色反应和显色剂;(2)显色反应条择;(3)三元络合物。

5.光度测量误差及测量条件的选择

1)偏离朗伯-比耳定律的因素;(2)光度量误差;(3)测量条件的选择。

6.分光光度法的应用

1)多组分的同时测定;(2)示差吸光光度法;(3)弱酸和弱碱离解常数的测定;(4)络合物组分的测定。


附录2 分析化学课程描述

课程基本信息

程名称

课程类别

开课对象

开课时间

总学时

学分

分析化学

专业基础课

化学、材料化学、环境工程本科

3学期

48学时

3学分

课程简介

分析化学课程是化学化工类及相近专业必修的一门重要的技术基础课,在化工专业人才培养中起到十分重要的作用。这门课程是综合运用数学、物理、化学等基础知识,分析和解决化工生产中单元操作问题的工程学科,担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用。本课程强调理论和实际相结合,因此具有极强的工程性和应用性。通过对本课程知识的系统学习,将使学生获得常见化工单元操作过程及设备的基础知识、基本理论和基本计算能力,并受到必要的基本操作技能训练。培养学生的工程技术观点,提高他们理论联系实际,运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力。

前导课程

无机化学、有机化学、高等数学。

课程提纲

1)概论

2)分析试样的采集与制备

3)误差与分析数据处理

4)分析化学中的质量保证与质量控制

5分析化学中常用的分离方法

6酸碱滴定法

7络合滴定法

8氧化还原滴定法

9沉淀滴定法和滴定分析小结

10)重量分析法

11)吸光光度法

说明:适用于化学、化工、材料化学、环境工程等专业所有方向,必修课程。



《分析化学实验B》教学规范

一、分析化学实验B课程在人才培养中的地位和作用

《分析化学实验B》是化学化工学院化学工程与工艺专业、材料化学专业、环境工程专业的专业基础课,它是化学学科一个重要分支,是研究物质化学组成、含量、结构的分析方法及有关理论的一门学科。它的任务是鉴定物质的化学结构和化学成分以及测定有关成分的含量。分析化学可分为定性分析和定量分析两个部分。定性分析的任务是鉴定物质由哪些元素或离子所组成,对于有机物质还需要确定其官能团及分子结构;定量分析的任务是测定物质各组成部分的含量。

分析化学实验是研究物质及其变化规律的重要方法之一,它在涉及化学现象的各个学科中都发挥着重要的作用,如矿物学、地学、生理学、医学、农学、物理学、生物学、环境科学、能源科学等。分析化学实验在工农业生产、国防建设和科技发展中起着广泛的作用,如在农业生产方面,对于土壤成分及性质的测定,化肥、农药的分析,作物生长过程的研究等,都要用到分析学。在工业生产方面,它有工业眼睛之称。从资源的勘探、矿山的开发、原料的选择、工艺流程的控制、新产品试制、成品检验、三废处理及利用等都必须以分析结果为重要依据。在国防建设方面,对于武器装备的生产和研制、敌特及犯罪活动的侦破,也经常需要分析化学实验的紧密配合。在科学技术方面,分析化学实验的作用已远远超出了化学领域,它在生命科学、材料科学、能源科学、环境科学、生物学等方面起着不可替代的作用,如病理诊断的化验、药品规格的检测、环境的监控等都需要分析化学的配合。总之,分析化学实验在解决各种理论和实际问题上起着巨大的作用,在我国现代化建设中有着广泛的应用。
    分析化学实验同时在分析化学学科中也起着非常重要的作用。分析化学学科是一门实践性很强的学科,是一门以实验为基础的科学。在学习过程中一定要理论联系实际;加强实践环节的训练。通过本课程的学习,要求学生不但要学好分析化学的基础理论,还应熟悉和掌握分析化学的基本技能。培养严格、认真、实事求是的工作态度,培养从事科学实验的正确思路和方法,树立准确的的概念,提高分析和解决实际问题的能力,为学习后续课程打下坚实的基础。

二、分析化学实验B课程教学目标

分析化学实验课程的教学目标主要是使学生通过本课程的学习,掌握常量组分的定量分析的基本知识、基本理论和基本方法,掌握分析测定中的误差来源、表征及实验数据的统计处理。了解常用的分离方法、吸光度法的原理及应用;培养严格、认真、实事求是的工作态度,培养从事科学实验的正确思路和方法,树立准确的的概念,提高分析和解决实际问题的能力;树立正确的专业发展观念、科学观、人生观、价值观、学术道德观等综合素质,培养团队精神,为学生学习后续专业课程和将来从事走向社会从事实际工作打好基础。

(一)知识目标

分析化学实验课程的知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次。

1)掌握:对知识内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。

2)理解:对知识内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关简单问题。

3)了解:对知识内容进行初步了解,一般不要求应用。

通过本课程的学习,要求学生掌握常量组分的定量分析的基本知识、基本理论和基本方法,掌握分析测定中的误差来源、表征及实验数据的统计处理,掌握容量分析、重量分析的实验方法及步骤。理解常用的分离方法、吸光度法的原理及应用;了解实验过程辅助设施的使用和维护。

(二)能力目标

分析化学实验课程的学习,以学生综合素质与能力的培养为目标,培养学生物理化学实验的基本能力,并且为学生能够综合运用和发展化学相关专业的实际能力、提高综合素质、获得全面发展奠定基础。具体的能力目标包括以下几个方面:

1)掌握分析化学实验的基本方法和技能,通过实验手段掌握重要的分析化学实验技能及相关实验仪器的使用能力。

2)掌握实验数据的处理及实验结果的分析和归纳方法,从而加深对分析化学基本理论和概念的理解,增强解决实际问题的能力。

3)锻炼学生观察现象、正确记录数据和处理数据,分析实验结果的能力,从而培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和作风。

4)培养应用所学知识技能独立解决问题能力以及一定的创造性思维能力

(三)素质目标

通过分析化学实验课程的学习,培养学生严谨求实的科学态度和刻苦钻研的学习作风,并且具有良好的社会责任感和职业道德。通过对学生进行实验工作的综合训练,使之具有基本的科研素质,培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度。通过本课程的学习,可以培养学生的动手能力、观察能力、查阅文献的能力、思维创新能力、表达能力和归纳处理、分析实验数据及撰写科学报告的能力,从而培养学生求真求实,具有独立工作的本领和初步的科研能力,并能培养学生的创新精神、团队意识,提高学生的综合科研素质。

三、分析化学实验B课程知识体系描述

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。

分析化学实验的知识领域的体系结构分为容量分析法、重量分析法二个知识领域。每个知识领域都包含若干知识单元(即选取的若干分析实验项目),每个知识单元都有其相应的知识点(即每个分析化学实验项目的实验要求、重点、难点等)。

每个知识领域所要达到的教学目标和包含的知识单元如下:

知识领域

这一知识领域是利用酸碱平衡、配位平衡、氧化还原平衡、沉淀平衡理论建立起来的滴定分析方法。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的分析化学实验项目)主要有:

1)滴定分析基本操作练习;(2氢氧化钠、盐酸溶液的配制和标定;3食醋中总酸度的测定;4燃料油酸值的测定;5混合碱中NaOHNa2CO3含量的测定;6硫酸铵肥料中含氮量的测定(甲醛法);7工业用水总硬度的测定;8铅铋合金中铋和铅的连续配位滴定;9胃舒平药片中铝和镁的测定;10配位置换滴定法测定铜合金中铜的含量;11过氧化氢含量的测定;12重铬酸钾法测定铁矿石中铁的含量(无汞定铁法);13碘量法测定铜合金中铜的含量;14天然水中溶解氧的测定;15工业污水(或生活废水)化学需氧量的测定;16葡萄糖含量的测定(碘量法);17工业苯酚纯度的测定;18氯化物中氯含量的测定。

每次根据教学需要,从上述知识单元中选取部分实验项目实施。

知识领域

这一部分主要根据化学反应前后物质质量的增加或减少测量被测组分含量。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的物化实验项目)主要有:

1)白云石中钙的测定;(2)可溶性硫酸盐中硫含量的测定;(3)可溶性钡盐中钡含量的测定。

根据教学需要及实验室实际情况,从上述知识单元中选取部分实验项目实施。

根据教学需要及实验室实际情况,从上述知识单元中选取部分实验项目实施。

上述知识领域所涵盖的每个知识单元的知识点描述详见附录。

四、分析化学实验B课程体系描述

(一)分析化学实验课程描述

前导课程:无机化学、无机实验、分析化学、有机化学、有机实验

参考学时:32

参考学分:1

教材:孙建之等主编,《分析化学实验》,化学工业出版社

课程目标:

主要培养的实验素养:严谨的科学态度、细致的工作作风、实事求是的数据报告;良好的实验习惯(准备充分、操作规范,记录简明,台面整洁、实验有序,良好的环保和公德意识);团结协作精神;认真观察实验现象、科学分析实验数据;强烈的求知欲望。

着重培养的实验能力:能力主要是指以下几个方面:动手能力、理论联系实际的能力、统筹思维能力、创新能力、独立分析解决实际问题的能力、查阅手册资料并运用其数据资料的能力以及归纳总结(实验报告)的能力等。

教学课时与安排:

分析化学实验包括7

实验1设计实验,每个实验为4学时,共计32学时,教学一般安排在第二学期进行。

(二)分析化学实验课程的课程体系结构

主要包括三个部分:分析化学实验基础知识讲、基础实验、设计实验

第一部分:分析化学实验基础知识讲

1.分析化学实验基本目的要求;2.分析化学实验室规则;3.实验室安全知识及事故应急处理;4.实验用水的规格、制备及检验方法;5.玻璃仪器的洗涤与干燥;6.分析化学实验常用仪器使用方法

第二部分:基础实验

1. 基础实验教学的基本内容与要求

1)掌握主要的分析化学实验技能,包括: 玻璃量器及常用器皿的洗涤方法; 玻璃量器的校准; 精确称量;常量分析中各类标准溶液的配制与标定;样品的溶解及预处理; 指示剂的选择及滴定终点的控制; 纯净沉淀的制备及过滤、洗涤、干燥; 查阅分析化学手册及有关资料。

2)掌握分析化学实验主要仪器的使用和校正,主要包括:电子分析天平、滴定管、移液管、容量瓶、pH计等。

3)掌握容量分析法测定相关物质含量的原理及方法。包括酸碱含量测定、金属离子含量测定、卤素含量测定,银离子含量的测定、氧化还原性物质含量的测定等。

4)掌握以沉淀反应基础的重量分析法测定物质含量的实验原理及方法,比如钙含量测定、钡含量的测定、硫含量的测定等。

5)掌握吸光光度法对微量组分含量进行测定的原理及方法。比如铁含量的测定、磷含量的测定、镍含量的测定等

6)掌握实验数据的处理及实验结果的分析和归纳方法。

2. 基础实验参考实验项目

1)滴定分析基本操作练习;(2氢氧化钠、盐酸溶液的配制和标定;3食醋中总酸度的测定;4燃料油酸值的测定;5混合碱中NaOHNa2CO3含量的测定;6硫酸铵肥料中含氮量的测定(甲醛法);7工业用水总硬度的测定;8铅铋合金中铋和铅的连续配位滴定;9胃舒平药片中铝和镁的测定;10配位置换滴定法测定铜合金中铜的含量;11过氧化氢含量的测定;12重铬酸钾法测定铁矿石中铁的含量(无汞定铁法);13碘量法测定铜合金中铜的含量;14天然水中溶解氧的测定;15工业污水(或生活废水)化学需氧量的测定;16葡萄糖含量的测定(碘量法);17工业苯酚纯度的测定;18氯化物中氯含量的测定;19)白云石中钙的测定;(20)可溶性硫酸盐中硫含量的测定;(21)可溶性钡盐中钡含量的测定;(22)钢铁中镍含量的测定;(23)邻二氮菲分光光度法测定铁;(24)磷钼酸铵分光光度法测磷;(25)分析天平的校准及使用。

第三部分:设计实验

1.设计实验教学目的

通过基础实验部分,学生基本掌握了分析化学实验的基本方法和技能,在设计实验部分,要求学生能够根据所学原理,结合教师提供或学生自拟的实验题目,设计实验方案,并选择和使用仪器,实施实验方案,正确记录数据和处理数据,分析实验结果。从而提高学生综合运用各种物理、化学知识解决实际化学问题的能力。

2.设计实验教学要求

首先由教师提供若干实验题目,或者由学生自拟实验题目,学生自己设计实验方案,包括仪器选择、药品配置、实验步骤、数据处理方法等,然后经过同学集体论证和教师审核,确定最终实验方案,进行实施,并处理实验数据,分析实验结果并提出改进意见。

五、分析化学实验B课程主要教学方式

(一)课程教学环节

本课程由实验技术讲座和学生实验两个教学环节组成。

实验技术讲座主要介绍分析化学实验室规则、分析化学实验的目的要求、分析化学实验基础知识、实验室安全知识及事故应急处理、误差分析和数据处理方法、各实验项目的原理目的要求等

学生实验要求学生完成不少于七个验证性实验,两个综合性实验、两个设计研究性实验。包括基本实验技能、容量分析、重量分析、分光度分析部分有代表性的实验,通过实验使学生学会根据物质特性及实际条件选择最佳测定方法;同时使学生实验技能及科学素养得到全面提高。

(二)课程教学手段

学生实验和教师讲座相结合。教师讲解与自学相结合、全班讲授与个别辅导相结合。尽量运用现代教学手段和方法,充分发挥学生的主观能动性。结合实验室的建设,不断改革教学内容和方法。目标是使大多数实验大部分实验用计算机控制、采集和处理数据、分析结果,让学生的主要精力从用于实验操作上转移到用于设计实验上。

(三)各个教学环节规范

1.备课:教师要熟悉每个实验的目的、原理、仪器、药品、实验步骤、注意事项、可能出现的问题。对讲座部分,要求教师在把握教学内容的科学性、系统性的前提下,突出重点、难点,并体现其先进性。

2.课前预习及实验准备:无论实验还是讲座内容都要求学生课前预习。实验部分要求学生写好预习报告。预习报告经教师审查后方可进行实验。每个实验前,教师要准备好实验所需试剂、调试实验所需仪器,做到每个学生实验都可以顺利实施。

3.课堂教学:实验课教师除分实验讲解外,还要对实验组进行辅导。随时解决学生实验中出现的问题。学生必须严格遵守实验室规则,严格按实验步骤进行,及时、准确记录数据,合格者方可结束实验,否则必须重做。做完后要整理好仪器。

讲座内容:教师要根据具体情况,做到边讲边演示。学生要积极提出疑问,做到教与学有机结合。

4.作业:每个实验完成的第二周交实验报告,内容包括目的、原理、仪器装置图、操作步骤、数据记录、数据处理、结果分析与讨论。

教师要及时批阅报告、评定成绩。

5.成绩考核:平时考核与期末考试相结合。平时考核是对每个实验进行考核,分预习、实验操作、数据记录、数据处理、结果分析、误差讨论与实验报告书写等。

6.教学纪律要求:教师要求严格按本规范和教学规范进行教学。上课不得迟到、早退。学生必须严格按本规范和教学规范的要求进行学习,严格遵守课堂纪律和实验室规则。

7.学生实验规则:

1)学生进入实验室必须穿实验服,不得穿拖鞋、室内禁止大声喧哗、到处走动、严禁在实验室内吃饭、吸烟。

2)实验前一定要预习实验内容,写好预习实验报告,做好实验准备工作,检查所需实验仪器、药品是否齐全。

3)实验时要集中精神,认真操作,仔细观察,积极思考,如实记录。

4)爱护国家财物,小心使用仪器和设备,防火防爆。注意节约用水、电和燃料。每人应取用自己仪器,不动用他人的仪器,公用仪器和临时供用仪器,用毕后应送回原处。损坏仪器必须及时登记。

5)实验台上的仪器排放整齐,保持台面清洁,火柴梗、废纸、碎玻璃等放入垃圾桶,不准倒入水槽,废液一定倒入废液缸。

6)按规定取放药品,取好药品后及时盖上原瓶盖,取用液体的滴管不可混用。

7)使用精密仪器时,必须按照规定操作,发现故障,立即报告老师。

8)实验后,应将仪器洗净整齐放好,实验台擦净,关好水龙头、电源。

9)实验后,学生轮流负责打扫、整理实验室。

10)发生意外事故时,保持镇静,遇有烧伤、烫伤、割伤应报告及时急救和治疗。

六、分析化学实验B课程考核

(一)课程考试基本要求

分析化学实验作为化学实验科学的重要分支,是化学类专业学生必修的一门独立的基础实验课程。这门课的考试基本要求是学生能够初步掌握分析学实验方法,学会主要的分析化学实验技术,掌握实验数据的处理及实验结果的分析与处理方法,从而使学生对分析化学实验课程中基本理论加深理解,提高他们运作这些基本理论解决实际化学问题的能力。

(二)考试方法

采取平时表现、期末笔试相结合。

1.实验预习和实验报告的要求、考核方式、评分标准

1)实验预习:学生应对拟进行的实验做出预习,并写出预习报告。预习报告应包含实验目的、原理及实验的主要测量内容。每次实验前,任课教师将就该实验有关的问题进行提问,以检查学生的预习情况。设计实验还要求学生通过查阅文献、自学及与教师讨论,写出有关实验的设计思路。

2)实验报告:原始实验数据应记录规范、完整,实验结束后交任课教师审核。实验报告于课后撰写,使用统一的实验报告纸和标准作图方格纸(或计算机处理、打印和作图)。除预习报告已有内容外,应对取得的实验数据进行分析、处理和计算,得出结果,并对实验过程中的体会及实验结果进行讨论。

3)考核方式:根据每次实验的预习、现场操作、测定结果及实验报告等情况给予单独评分,总评分取各实验成绩的平均值。

4)评分标准:学生必须完成按照教学规范配定的各项实验。无故未能完成实验任务的,该实验成绩不及格。学生需在规定时间内,上交实验报告。无故未交实验报告的,该实验成绩不及格。

各实验项目均按照百分制分别打分,总成绩按全部实验成绩的平均分计算。具体评分标准如下:

1)实验预习部分20%

有预习报告,能回答任课教师的课前提问。

2)实验部分30%

实验过程中能主动实践,规范操作,仔细观察,认真记录。发现问题能及时与任课教师沟通或自行解决。原始实验数据记录完整规范,不弄虚作假。实验结束后数据经任课教师审核,并清理实验区域。

3)出勤情况10%

4)实验报告部分40%

实验报告书写整洁,作图规范,不增减、删改原始实验数据,数据处理合理准确。能根据自己的实验心得对所做实验进行各种讨论和误差分析,提出合理化建议。

5)其它加分项目

积极参加实验室的公益劳动,及时发现实验隐患或帮助同学等。

2.期末理论笔试

试题类型分为填空题、判断题、选择题、简答题、论述计算题等。

3.不同性质考试内容所占比重

平时成绩(实验预习、实验操作、实验报告、出勤情况)占40%。期末考核占60%

七、说明

在保证教学规范基本要求的前提下,可根据具体情况,对教学内容、实验项目、学生分配等做适当调整。

八、参考文献

教育部高等学校环境工程专业教学指导分委员会,高等学校环境工程专业指导性专业规范,高等教育出版社,2005.02

附录B课程知识体系描述

知识领域

知识单元1分析天平校正及使用

知识点:1掌握电子分析天平的构造和使用方法;2.学会电子天平灵敏度的修正;3.学会直接法、差减法、指定重量称量法等操作方法。

知识单元2滴定分析基本操作及基本操作练习

知识点:1.掌握常见容量仪器使用与操作;2.了解并掌握滴定管、移液管、容量瓶的校准方法。

知识单元3混合碱中各组分含量的测定

知识点:1.了解测定混合碱含量的原理和方法;2.掌握双指示剂法测定混合碱含量的操作技术;3.进一步熟练掌握容量瓶和移液管的使用;4.学习盐酸溶液的配制方法;5.学习用无水Na2CO3作基准物标定HCl溶液。

知识单元4EDTA标准溶液的配制和标定及水的硬度的测定

知识点:1.学习EDTA二钠盐标准溶液的配制方法;2.练习用纯CaCO3作为基准物质来标定EDTA标准溶液;3.熟悉铬黑T、钙指示剂的使用及其终点变化;4.熟悉钙指示剂的使用及其终点变化;5.应用EDTA测定水中的钙硬度和钙镁总硬度。

知识单元5高锰酸钾标准溶液的配制和标定及过氧化氢含量的测定

知识点:1.了解高锰酸钾标准溶液的配制方法和保存条件;2.掌握采用Na2C2O4作基准物标定高锰酸钾标准溶液的方法;3.掌握过氧化氢含量的测定方法。

知识单元6溶性氧化物中氯含量的测定

知识点:1.掌握可溶性氯化物中氯的测定的原理;2.掌握硝酸银的标定和莫尔法的测定条件;3.掌握沉淀指示剂的使用。

知识领域

知识单元7:氯化钡中钡含量的测定

知识点:1.学习重量分析方法;2.掌握重量分析方法测钡的原理和方法。

知识领域设计实验

知识单元8:鸡蛋壳中钙含量的测定、铝合金中铝含量的测定、水果或药物中Vc含量的测定、食醋中醋酸含量测定等(选做)

知识点:1.培养学生查阅有关图书资料的能力;2.培养学生运用所学理论知识、有关参考资料和已掌握的操作技能,对实际试样设计出可行的实验方案;3.通过实物分析,考核学生的基本操作;4.培养分析问题和解决问题的能力;5.通过设计实验,提高学生思考水平和独立完成实验的能力;6.通过本实验,使学生进一步体会到,环境保护及充分利用资源的重要性。



物理化学B课程教学规范

一、课程在人才培养中的地位及作用

物理化学是物理学与化学最早相互交叉渗透的一门学科,是化学、化工、材料、环境和生物等学科的理论基础,物理化学课程对培养学生创新能力,提高科学素质有极其重要的作用,在人才培养中有极其重要的地位。学好物理化学,才能从本质上理解化学运动,从理论上解释化学现象,才能更系统、更深刻地掌握化学规律。另一方面,学习物理化学,能帮助学生树立正确的自然观,掌握科学的方法论。实践证明,具有良好物理化学素养的大学本科毕业生,无论今后从事何种工作,都具有适应能力强、后劲足的特点,因为他们有良好的理论基础及较强的动手能力,更容易触类旁通、自学深造,能较快适应工作的变动,开辟新的研究阵地,从而有可能站在国际科技发展的前沿。

二、课程教学目标

物理化学的教学目标是通过学习本课程的基本知识建立基本理论基础,为后续专业知识做准备;可以培养学生运用基础理论分析和解决实际问题的能力,也为将来工作过程打下基础。

(一)知识目标

通过本课程的学习,使学生了解物理化学课程在本专业中的地位和作用,掌握基本物理化学概念、基本原理及计算公式。 让学生有推导原理、分析问题的初步能力,为后续专业课程的学习奠定基础。

(二)能力目标

以综合素质与工程实践能力的培养为目标。主要通过学习掌握物理化学基本原理及基本知识,培养学生树立工程技术观点,提高他们理论联系实际,分析和解决工程实际问题的能力。为其提高综合素质、获得全面发展奠定基础。

(三)素质目标

通过物理化学课程的学习,培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风,具有良好的社会责任感和职业道德;激发学生的求知欲望、探索精神,培养学生的自学能力,运用所学知识解决工程问题的科学思维能力和创新思维能力。

三、课程知识体系描述    

(一)本课程知识体系的构成及学时分配

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合,是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元;选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范,选修知识单元的选择体现各校的不同特色。

物理化学课程的知识体系由6个知识领域和12个知识单元构成,其中核心知识单元8个,选修知识单元4个。

知识领域

知识单元1:气体(选修)                                               2学时

知识领域

知识单元2:热力学第一定律(核心)                                    10学时

知识单元3:热力学第二定律(核心)                                    10学时

知识单元4:多组分系统热力学及其在溶液中的应用(核心)                 8学时

知识单元5:相平衡(核心)                                            10学时

知识单元6:化学平衡(核心)                                           6学时

知识领域

知识单元7:电解质溶液(核心)                                         6学时

知识单元8:可逆电池的电动势及其应用(核心)                           8学时

知识领域

知识单元9:化学动力学基础(一)(核心)                               6学时

知识单元10:化学动力学基础(二)(选修)                          

知识领域

知识单元11:表面物理化学(选修)      

知识领域

知识单元12:胶体分散系统和大分子溶液(选修)                                  

(二)课程知识体系描述(见附录

上述课程知识体系概要说明本课程的知识领域、知识单元和知识点,以及哪个单元是核心,哪个单元是选修,所需的参考学时数等。课程知识体系中关于知识领域、知识单元和知识点的详细描述在附录1中给出。

四、课程描述(见附录2

有关课程名称、参考学时与学分、概述、前导课程、课程提纲及说明等方面的详细描述在附录2中给出。

五、课程主要教学方式

(一)课堂讲授

1.课堂讲授内容

1)气体(涵盖知识单元1

2)热力学第一定律(涵盖知识单元2

3)热力学第二定律(涵盖知识单元3

4)多组分系统热力学及其在溶液中的应用(涵盖知识单元4

5)相平衡(涵盖知识单元5

6)化学平衡(涵盖知识单元6

7)电解质溶液(涵盖知识单元7

8)可逆电池的电动势及其应用(涵盖知识单元8

9)化学动力学基础(一)(涵盖知识单元9

2.教学方法

以课程讲授为主要的教学方法,通过老师讲授,学生能够学到基本的课程理论知识与方法,为学生的实际运用打下坚实的基础,同时为学生进一步学习指导方向,在老师的讲授中,学生的思维围绕着老师的思维,带动学生开阔思维,寻找解决问题最有效的方法,不断激发学生的潜能。同时尝试发现教学法,讨论教学法,启发式教学法等多种教学方法。加强师生间交流互动,鼓励学生质疑,使教学模式多样化,启迪学生思维,培养学生获取知识的能力,提高学生的学习兴趣和学习效率。

3.教学手段

力求充分、恰当地使用现代教育技术,灵活、多样地运用多种教学手段。根据教材,制作了完整的物理化学电子课件。课件在教学中多次使用并不断完善。课程已经全部使用多媒体教室上课,大大提高了教学的效率,改变了传统的黑板加粉笔的教学方式,课堂教学中黑板、多媒体大屏幕交替使用,灵活生动,增加了课堂信息量,提高了教学效果。充分使用网络,使学生大大开阔视野,师生通过网络平台进行答疑和讨论,增进了师生之间以及学生之间的联系和交流。

(二)讨论课

在课堂教学中,以小组或全班方式经常开展一些讨论,不但可以提高教学质量,而且有助于学生创新意识的培养。实践证明,合理有效的讨论不仅能充分调动学生学习的积极性和主动性,而且能加深学生对教材内容的理解。学生通过讨论、争辩、思索,掌握的知识会更深刻、更准确,对问题的思考会更全面,对结论的表达会更系统、条理。

(三)习题课

习题课是大学教学中,培养学生能力的一个重要环节。通过各种类型的习题及解答加深学生对概念的理解。习题包括四种类型:一种是通过习题掌握材料科学与工程领域的基本数值概念;一种是通过习题掌握和理解学习中的基本理论和规律;一种是通过习题培养学生分析和解决具体问题的能力;最后一种是需要学生经过适当的努力通过作习题使学生在原有基础上跨越新台阶和扩大知识面。这最后一种习题是对比较有能力的学生提供的。习题课对培养学生独立分析和解决问题的能力起到非常重要的作用。

(四)课外作业

课外作业是引导学生自主学习、检查教学效果,拓宽学生知识面的重要环节。尽量精选一些既能巩固所学知识,又贴近实际生产的习题,以培养学生分析和解决问题的能力。可使用教材上的习题,也可布置课程论文等内容作为课外作业。

(五)自主学习

自主学习的途径多种多样,可给学生提供相关的参考书,可利用网络提供更丰富的教学资源,让学生在网上观看教学视频;在网上阅读教学课件及其它各项资料,给学生提供课外学习的指导,帮助学生进行自学、复习和个性化学习,提高学生的自学能力和独立获取知识的能力。

(六)课外指导

课外指导主要是切实做好课后对学生面对面的交流、辅导和答疑,一般来说,讲授1个知识单元答疑1-2次。时间可安排在学生自习时间,解答学生本章学习存在的问题,如有普遍性问题可集体辅导。

六、课程考核

考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。根据物理化学内容建立多元化的课程教学考核方法。多元化考核方法主要是指课程成绩通过过程评价与结果评价相结合的方式来体现。最终成绩的评定为:平时成绩占30%,期末卷面成绩占70%

七、参考文献

[1] 《物理化学核心教程》(第二版),沈文霞编,科学出版社2009

[2] 《物理化学》,万洪文,詹正坤主编,高等教育出版社,2009

[3] 《物理化学简明教程》(第四版),印永嘉等编,高等教育出版社,2009

[4] 《物理化学学习指导》,孙德坤 沈文霞等编,高等教育出版社,2009

[5] 《物理化学核心教程学习指导》,沈文霞等编,科学出版社2009

[6] 《物理化学》,朱文涛编,清华大学出版社,1995

[7] 《物理化学教程》(修订版),姚允斌,朱志昂编,湖南科技出版社1995

附录1 物理化学课程知识体系描述

知识领域

知识单元1:气体(选修)                                      

知识领域

知识单元2:热力学第一定律(核心)                              

知识单元3:热力学第二定律(核心)                              

知识单元4:多组分系统热力学及其在溶液中的应用(核心)          

知识单元5:相平衡(核心)                                      

知识单元6:化学平衡(核心)                                                                

知识领域

知识单元7:电解质溶液(核心)                                    

知识单元8:可逆电池的电动势及其应用(核心)                                                    

知识领域

知识单元9:化学动力学基础(一)(核心)                          

知识单元10:化学动力学基础(二)(选修)                          

知识领域

知识单元11:表面物理化学(选修)                                

知识领域

知识单元12:胶体分散系统和大分子溶液(选修)                    

知识单元1:气体(选修)                          

参考学时:2学时

学习目标:

1.掌握低压气体常用的几个经验定律。

2.掌握理想气体的微观模型,熟练使用理想气体的状态方程。

3.掌握实际气体与理想气体的差别,实际气体的液化过程,了解范德华方程式。

4.了解对比状态与压缩因子图。

知识点:1.气体分子动理论;2.摩尔气体常数;3.理想气体的状态图;4.实际气体;

5.气液间的转变实际气体的等温线和液化过程。

知识单元2:热力学第一定律(核心)

参考学时:10学时

学习目标:

1.熟悉热力学的一些基本概念,如系统与环境、状态函数、热和功及过程与途径等。

2.熟悉热力学第一定律及热力学能的概念。

3.掌握状态函数的概念和特性,掌握热力学能和焓都是状态函数。

4.熟悉准静态过程与可逆过程的意义和特点。

5.掌握热力学第一定律的各种计算方法。

6.了解节流膨胀的概念和意义。

7.掌握应用赫斯定律、生成焓及燃烧焓计算反应热的方法。

8.了解溶解热及稀释热的定义和概念。

9.熟悉反应热与温度的关系,并能应用基尔霍夫定律求算各种温度下的反应热。

知识点:1.热力学概论;2.热平衡和热力学第零定律温度的概念;3.热力学的一些基本概念;4.热力学第一定律;5.准静态过程与可逆过程;6.焓;7.热容;8.热力学第一定律对理想气体的应用;9.卡诺循环;10.焦耳汤姆逊效应实际气体的内能和焓;11.热化学;12.郝斯定律;13.几种热效应;14.反应焓变与温度的关系。

知识单元3:热力学第二定律(核心)    

参考学时:10学时

学习目标:

1.理解热力学第二定律的建立过程。

2.掌握状态函数特性及在某变化中状态函数变量与特定过程函数关系。

3.掌握克劳修斯不等式基础上得出的对某变化可逆性判断或不可逆程度的度量。

4.理解如何从可逆性判据演变成特定条件下的平衡判据,并确定过程的方向和限度。

5.掌握理想气体在变化中状态函数及过程函数的计算。

6.掌握在相变化中(可逆、不可逆)状态函数及过程函数的计算。

7.理解热力学第三定律及规定熵的意义。

8.掌握在化学变化中标准状态函数的计算和意义。

知识点:1.自发变化的共同特征不可逆性;2.热力学第二定律;3.卡诺定理;4.熵的概念;5.克劳修斯不等式与熵增加原理;6.热力学基本方程与T-S图;7.熵变的计算;8.熵和能量退降;9.亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能;10.变化的方向与平衡条件;11.吉布斯自由能的计算示例;12.几个热力学函数间的关系;13.热力学第三定律与规定熵。

知识单元4:多组分系统热力学及其在溶液中的应用(核心)    

参考学时:8学时

学习目标:

1.理解和掌握偏摩尔量,化学势的意义及功用。

2.掌握化学势的表示方法,活度的意义及求算,理想溶液的特征。

3.掌握稀溶液的依数性。

知识点:1.多组分系统的组成表示方法;2.偏摩尔量;3.化学势;4.气体混合物中各组分的化学势;5.稀溶液中的两个经验定律;6.理想液态混合物;7.理想稀溶液中任一组分的化学势;8.稀溶液的依数性;9.活度与活度因子。

知识单元5:相平衡(核心)      

参考学时:10学时

学习目标:

1.熟悉相、组分数和自由度的概念,掌握相律的物理意义及其在相图中的应用。

2.掌握克氏方程及其在单组分体系中的应用及各种计算。

3.掌握杠杆规则及其在相图中的应用。

4.了解双液体系统的p-xT-x图,熟悉蒸馏和精馏的原理,了解恒沸系统的特点。

5.能根据相图绘制冷却曲线,或根据冷却曲线绘制简单的相图。

6.熟悉低共熔系统相图的意义和应用。

知识点:1.多相系统平衡的一般条件;2.相律;3.单组份系统的相平衡;4.理想的二组分液态混合物完全互溶的双液系;5.杠杆规则;6.蒸馏(精馏)的基本原理;7.非理想的液态混合物部分;8.互溶的双液系;9.不互溶的双液系;10.简单的低共熔二元相图;11.形成化合物的相图。

知识单元6:化学平衡(核心)      

参考学时:6学时

学习目标:

1.掌握化学平衡的条件。理解化学平衡是一个动态平衡过程。

2.掌握化学平衡等温方程式和平衡常数。

3.理解平衡常数和标准平衡常数的表示法。

4.掌握平衡常数的测定方法和平衡转化率的计算方法。

5.理解标准状态下反应的吉布斯能变化和化合物的标准吉布斯能。

6.掌握温度对平衡常数的影响,理解吉布斯能变化随温度的关系。

7.理解其他因素如压力、配比、惰性气体对平衡的影响。

知识点:1.化学反应的平衡条件;2.化学反应的平衡常数和等温方程式;3.平衡常数的表示式;4.复相化学平衡;5.标准摩尔生成Gibbs自由能;6.温度、压力及惰性气体对化学平衡的影响;7.同时化学平衡。

知识单元7:电解质溶液(核心)  

参考学时:6学时

学习目标:

1.理解电解质溶液的导电机理。理解离子的电迁移和迁移数的概念和物理意义。

2.理解电导率、摩尔电导率的定义和物理意义,掌握相关的计算。

3.理解电导与离子浓度的关系、离子独立运动定律,掌握有关计算和应用。

4.了解电导测定的应用。

5.理解电解质溶液的活度、平均活度系数和离子强度的定义,并掌握有关的计算。

知识点:1.电化学中的基本概念和电解定律;2.离子的电迁移率和迁移数;3.电解质溶液的电导;4.摩尔电导率与浓度的关系;5.离子独立移动定律和离子的摩尔电导率;6.电导测定的一些应用;7.电解质溶液的平均活度和平均活度因子。

知识单元8:可逆电池的电动势及其应用(核心)

参考学时:8学时

学习目标:

1.掌握可逆电池的基本概念和电池的书写规则。

2.了解电池电动势的产生机理,理解用盐桥消除液体接界电势的原理。

3.理解可逆电池电动势和电极电势的测定原理,掌握它们的计算和有关的应用。

4.了解电解过程的有关基本概念和基本原理,理解电极产生极化的原因。

知识点:1.可逆电池的书写方法及电动势的取号;2.可逆电池的热力学;3.电极电势和电池的电动势;4.电动势测定的应用;5.分解电压;6.极化作用;7.电解时电极上的竞争反应;8.金属的电化学腐蚀、防腐与金属的钝化。

知识单元9:化学动力学基础(核心)      

参考学时:8学时

学习目标:

1.掌握基元反应、总包反应、反应级数、反应分子数等基本概念。

2.掌握简单级数反应的微分和积分速率方程及确定反应级数的方法。

3.掌握温度对反应速率的影响及预测药物贮存期的基本方法。

4.了解典型的复杂反应、链反应、光化反应和溶液中的反应的基本特征。

知识点:1.基元反应;2.总包反应;3.反应级数;4.反应分子数;5.反应速率和反应速率常数等基本概念;6.简单级数反应的微分和积分速率方程;7.温度对反应速率的影响;8.活化能的概念。

附录2 物理化学课程描述

课程基本信息

程名称

课程类别

开课对象

开课时间

总学时

学分

物理化学

专业基础课

化工、环工本科

4学期

64学时

4学分

课程简介

物理化学是化学科学中的一个重要学科,它借助数学、物理学等基础科学的理论及其提供的实验手段,探求化学运动中具有普遍性的基本规律的一门学科,是化学的理论基础。物理化学研究物质的相变、化学变化方向及平衡规律的化学热力学和统计热力学,研究化学反应速率与机理的化学动力学,以及研究分子结构和化学键的量子化学、结构化学,具有特殊规律的热化学、电化学、光化学、催化和胶体化学等。

物理化学课程是我校化工类专业本科生一门重要的主干基础课,也是化学、材料化学、环境等专业的重要基础课,在化学化工类教学计划的各种自然科学理论课中,物理化学课程居于承上(第一层次:公共理论层次)启下(专业理论层次)的重要枢纽地位,它对于学生科学思维和综合素质的培养,动手能力和创造能力的提高起着至关重要的作用。物理化学为无机化学、分析化学、有机化学等提供了最一般的原理。同时,由于物理化学与化学学科其它分支学科的结合,出现了许多新的研究方向:生物化学、药物化学、计算化学、激光化学、表面科学等。

前导课程

无机化学、有机化学、分析化学、高等数学、物理学等。

课程提纲

1)气体  

2)热力学第一定律                              

3)热力学第二定律                              

4)多组分系统热力学及其在溶液中的应用          

5)相平衡                                  

6)化学平衡                                      

7)电解质溶液                                  

8)可逆电池的电动势及其应用                      

9)化学动力学基础    

说明:适用于化学、化学工程与工艺、环境工程、材料化学等专业,必修课程。



物理化学实验B》课程教学规范

一、课程在人才培养中的地位和作用

《物理化学实验》课程是与化学相关的化学工程与工艺、环境工程、材料化学专业的专业基础课程之一。物理化学实验作为化学实验科学的重要分支,它综合了化学领域中各分支所需的基本研究工具和方法,是化学相关专业(化学、应用化学、化学工程与工艺、材料化学、环境工程等)学生必修的一门独立的基础实验课程。通过该门课程的教学,使学生能够初步掌握物理化学实验方法,学会主要的物化实验技术,掌握实验数据的处理及实验结果的分析与归纳方法,从而加深对物理化学基本理论和概念的理解,同时对学生进行实验工作的综合训练使之具有基本的科研素质,培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度,大大提高学生综合运用各种物理、化学知识解决实际化学问题的能力。

本课程与物理化学理论课程紧密配合,但又是一门独立的、理论性与实践性和技术性很强的课程。化学是一门以实验为基础的学科因此实验教学在化学相关专业的人才培养中具有理论教学无法取代的独特作用。物理化学实验课程不仅在化学专业的课程体系中具有承前启后的地位和作用而且实验中涉及到许多基本理论和仪器工作原理更能体现实验与理论的紧密联系使实验教学真正发挥培养创新人才的重要作用。本课程通过严格的、定量的实验研究物质的物理化学性质和化学反应规律,使学生既具有坚实的实验基础,又具有初步的研究能力,实现学生由学习知识、技能到进行科学研究的初步转变。为化学相关专业培养高素质的专门人才。

二、课程教学目标

本课程的主要教学目标是,一是使学生能掌握物理化学实验的基本方法和技能,从而能根据所学的原理设计实验、选择和使用仪器;二是锻炼学生观察实验现象、 正确记录和处理数据、 分析实验结果的能力, 培养严肃认真、 事实求是的科学态度和作风。同时了解近代大型仪器的性能及在物理化学中的应用,了解计算机控制实验条件、采集实验数据和进行数据处理的基本知识。培养学生的动手能力、观察能力、查阅文献的能力、思维创新能力、表达能力和归纳处理、分析实验数据及撰写科学报告的能力,从而培养学生的创新精神,提高学生的综合科研素质。三是巩固和加深对物理化学原理的理解,提高学生对物理化学知识灵活应用的创新能力。

(一)知识目标

《物理化学实验》课程的知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次。

1)掌握:对知识内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。具体到本课程就是掌握物理化学基本的研究方法,通过实验手段熟悉物质的物理化学性质与化学反应规律之间的关系,学会重要的物理化学实验技术和基本的实验仪器的使用。

2)理解:对知识内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关简单问题。具体到本课程就是理解并初步掌握实验数据的处理及实验结果的分析和归纳方法,从而加深对物理化学基本理论和概念的理解,增强解决实际化学问题的能力。

3)了解:对知识内容进行初步了解,一般不要求应用。具体到本课程就是了解近代大型仪器的性能及在物理化学中的应用,了解计算机控制实验条件、采集实验数据和进行数据处理的基本知识,从而提高学生的综合科研素质。

(二)能力目标

《物理化学实验》课程的学习,以学生综合素质与能力的培养为目标,培养学生物理化学实验的基本能力,并且为学生能够综合运用和发展化学相关专业的实际能力、提高综合素质、获得全面发展奠定基础。具体的能力目标包括以下几个方面:

1)掌握物理化学实验的基本方法和技能,通过实验手段熟悉物质的物理化学性质与化学反应规律之间的关系,掌握重要的物理化学实验技术和基本的实验仪器的使用能力

2)掌握实验数据的处理及实验结果的分析和归纳方法,从而加深对物理化学基本理论和概念的理解,增强解决实际化学问题的能力。

3)验证所学的原理,巩固、加深对物理化学原理的理解。提高学生对物理化学知识灵活运用的能力。能够根据所学原理,设计实验,选择和使用仪器的能力

4)锻炼学生观察现象、正确记录数据和处理数据,分析实验结果的能力,从而培养学生严肃认真、实事求是的科学态度和作风。

(三)素质目标

通过物理化学实验课程的学习,培养学生严谨求实的科学态度和刻苦钻研的学习作风,并且具有良好的社会责任感和职业道德。具体到本课程,就是通过对学生进行实验工作的综合训练使之具有基本的科研素质,培养其严谨的、实事求是的工作作风和科学态度。通过本课程的学习,可以培养学生的动手能力、观察能力、查阅文献的能力、思维创新能力、表达能力和归纳处理、分析实验数据及撰写科学报告的能力,从而培养学生求真求实,具有独立工作的本领和初步的科研能力,并能培养学生的创新精神,提高学生的综合科研素质。

三、课程知识体系描述

物理化学实验课程的知识体系结构可以划分为三个层次,分别是知识领域、知识单元和知识点。

物理化学实验的知识领域的体系结构是同物理化学理论课相对应的,也分为热力学、动力学、电化学、表面与胶体化学四大知识领域。每个知识领域都包含若干知识单元(即选取的若干物化实验项目),每个知识单元都有其相应的知识点(即每个物理化学实验项目的实验要求、重点、难点等)。

每个知识领域所要达到的教学目标和包含的知识单元如下:

(一)热力学部分

它研究平衡体系的性质以及体系与环境的能量变化。因此这部分实验主要使学生掌握平衡体系宏观物理量(如蒸气压,平衡常数等)的测量技术以及与能量交换有关的量热计测温技术,并加深对平衡概念的理解。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的物化实验项目)主要有:

1)恒温槽的装配和性能的测试

2)燃烧热的测定

3)凝固点降低法测定摩尔质量

4)完全互溶双液系相图

5)金属相图

6)饱和蒸气压的测定

7)溶解热测定

8)氨基甲酸铵分解平衡常数的测定

9)甲基红酸离解常数的测定

每次根据教学需要,从上述知识单元中选取部分实验项目实施。

(二)动力学部分

这一部分主要研究反应速度,反应机理以及各种因素对反应速度的影响,着重要使学生掌握反应物质瞬时浓度的测定技术,宏观反应动力学方程式的确定方法,催化剂选择等,并加深对反应级数,反应速率常数和活化能等主要动力学参数的理解。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的物化实验项目)主要有:

1)蔗糖转化一级反应速度常数测定

2)乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定

3)丙酮碘化反应速度常数的测定

每次根据教学需要,从上述知识单元中选取部分实验项目实施。

(三)电化学部分

通过这一部分实验主要是使学生掌握电池电动势的研究方法和电极电位的测量方法。学会电学测量技术包括位差计、电流计、标准电池、参比电极。电极的制备以及交流电桥测定溶液的电阻。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的物化实验项目)主要有:

1)界面移动法测定离子迁移数

2)电导法测量弱电解质电离常数和难溶盐溶度积

3)原电池电动势的测定

4)电解极化曲线的测定

每次根据教学需要,从上述知识单元中选取部分实验项目实施。

(四)表面和胶体化学部分

通过这一部分实验主要是使学生掌握表面和胶体化学的研究方法和主要物理化学参数的测量方法。学会表面和胶体化学测量技术包括表面张力仪、粘度计、电泳和电渗仪的使用、胶体制备和纯化等。

本知识领域包含的知识单元(即选取的与本知识领域相关的物化实验项目)主要有:

1)最大气泡法测定溶液表面张力

2)电渗

3)胶体制备和电泳

4)粘度法测定高聚物分子量

每次根据教学需要,从上述知识单元中选取部分实验项目实施。

上述四大知识领域所涵盖的每个知识单元的知识点描述详见附录。

四、课程描述

课程名称:物理化学实验

参考学时:32

参考学分:1

课程简介:

物理化学实验作为化学实验科学的重要分支,它是化学相关专业学生必修的一门独立的基础实验课程。这门课的主要目的是培养学生初步掌握物理化学实验方法。训练学生学会主要的物化实验技术。掌握实验数据的处理及实验结果的分析与归纳方法。从而使学生对物化课程中基本理论加深理解,提高他们运用这些基本理论解决实际化学问题的能力。

前导课程:物理化学、无机实验、分析实验、有机实验

课程提纲:

物理化学实验课程的课程体系结构主要包括三个部分:实验技术讲座课、基础实验、设计实验。

第一部分:实验技术讲座课

1. 本实验课程基本要求

(1) 物理化学实验课简介,物化实验室安全防护。

(2) 物化实验中的数据记录和表达方式

(3) 实验测量结果的有效数字与运算法则。

(4) 实验结果的图解处理。

(5) 经验方程式的建立

2. 误差分析

(1) 偶然误差的统计分布,概率(或然率), 高斯误差分布定律

(2) 误差分析

① 平均误差与相对平均误差的传递

② 标准误差的传递

3. 温度的测量和控制(结合恒温槽性能测试的实验进行讲授)

(1) 温度测量的基本依据;

(2) 测温方法概述;

(3) 几种常用的温度计;

(4) 温度的控制;

4. 真空技术与测量

5. 《物理化学实验设计举例》讲座

(1) 实验体系和实验方法的选定

(2) 仪器的选用和实验设计。

第二部分:基础实验

基础实验教学基本内容与要求

1)掌握多层次的温度测量和控制方法,主要包括:各分度水银温度计的使用和校正,电子式贝克曼温度计的使用和校正,热电偶、热电阻测温元件的使用和校正;继电器控制的恒温水槽的组装和使用,超级循环恒温槽的使用,人工智能温控仪的使用。

2)掌握多种电子仪器和光学仪器的使用和校正,主要包括:pH计、电导率仪、电位差计、阿贝折光仪、旋光仪、分光光度计等。

3)熟悉部分综合性仪器系统的使用方法。

4)掌握以量热法为基础的热力学研究法和实验技术,如燃烧热、溶解热、饱和蒸气压、溶质的分子量测定等。

5)掌握相平衡的实验研究法,主要是二组分系统相图的测量和绘制。

6)掌握表面化学与胶体化学的基本实验方法,主要包括表面张力的测定、胶体的制备和电学性质测定、表面活性剂的性质测定、高分子溶液的粘度测定等。

7)掌握电化学研究的基本实验方法,主要包括原电池的热力学性质测定、双电层性质、极化与腐蚀、电极制备和性能测定等。

8)掌握宏观化学动力学的实验研究方法,主要包括溶液反应、分解反应、催化反应等。

第三部分:设计实验

1. 设计实验教学目的

通过基础实验部分,学生基本掌握物理化学实验的基本方法和技能,在设计实验部分,要求学生能够根据所学原理,结合教师提供或学生自拟的实验题目,设计实验方案选择和使用仪器,实施实验方案,正确记录数据和处理数据,分析实验结果。从而提高学生综合运用各种物理、化学知识解决实际化学问题的能力。

2. 设计实验教学要求

首先由教师提供若干实验题目,或者由学生自拟实验题目,学生自己设计实验方案,包括仪器选择、药品配置、实验步骤、数据处理方法等,然后经过同学集体论证和教师审核,确定最终实验方案,进行实施,并处理实验数据,分析实验结果并提出改进意见。

涵盖知识单元:

恒温槽的装配和性能的测试、燃烧热的测定、凝固点降低法测定摩尔质量、完全互溶双液系相图、金属相图、饱和蒸气压的测定、溶解热测定、氨基甲酸铵分解平衡常数的测定、甲基红酸离解常数的测定、蔗糖转化一级反应速度常数测定、乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定、丙酮碘化反应速度常数的测定、界面移动法测定离子迁移数、电导法测量弱电解质电离常数和难溶盐溶度积、原电池电动势的测定、电解极化曲线的测定、最大气泡法测定溶液表面张力、电渗、胶体制备和电泳、粘度法测定高聚物分子量。

涵盖实验项目:

基础实验参考实验项目

1)恒温槽的装配和性能的测试

2)燃烧热的测定

3)凝固点降低法测定摩尔质量

4)完全互溶双液系相图

5)金属相图

6)饱和蒸气压的测定

7)溶解热测定

8)氨基甲酸铵分解平衡常数的测定

9)甲基红酸离解常数的测定

10)蔗糖转化一级反应速度常数测定

11)乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定

12)丙酮碘化反应速度常数的测定

13)界面移动法测定离子迁移数

14)电导法测量弱电解质电离常数和难溶盐溶度积

15)原电池电动势的测定

16)电解极化曲线的测定

17)最大气泡法测定溶液表面张力

18)电渗

19)胶体制备和电泳

20)粘度法测定高聚物分子量

五、课程主要教学方式

(一)课程教学环节

本课程由实验技术讲座和学生实验两个教学环节组成。

实验技术讲座主要介绍物理化学实验不同于其他化学实验课程,特有的实验技术,以及误差分析和数据处理方法。学生实验要求学生完成不少于十二个基础实验,两个综合设计实验。包括热力学、电化学、动力学、表面和胶体化学部分有代表性的实验,一方面使学生了解物理化学的概貌;另一方面,根据现有仪器设备的条件,力求在实验方法和实验技术上得到较全面的训练。

(二)课程教学手段

学生实验和教师讲座相结合。教师讲解与自学相结合、全班讲授与个别辅导相结合。尽量运用现代教学手段和方法,充分发挥学生的主观能动性。结合实验室的建设,不断改革教学内容和方法。目标是使大多数实验大部分实验用计算机控制、采集和处理数据、分析结果,让学生的主要精力从用于实验操作上转移到用于设计实验上。

(三)各个教学环节规范

1备课:教师要熟悉每个实验的目的、原理、仪器、药品、实验步骤、注意事项、可能出现的问题。对讲座部分,要求教师在把握教学内容的科学性、系统性的前提下,突出重点、难点,并体现其先进性。

2课前预习:无论实验还是讲座内容都要求学生课前预习。实验部分要求学生写好预习报告。预习报告经教师审查后方可进行实验。

3课堂教学:实验课教师除分实验讲解外,还要对实验组进行辅导。随时解决学生实验中出现的问题。学生必须严格遵守实验室规则,严格按实验步骤进行,及时、准确记录数据,合格者方可结束实验,否则必须重做。做完后要整理好仪器。

讲座内容:教师要根据具体情况,做到边讲边演示。学生要积极提出疑问,做到教与学有机结合。

4作业:每个实验完成的第二交实验报告,内容包括目的、原理、仪器装置图、操作步骤、数据记录、数据处理、结果分析与讨论。

教师要及时批阅报告、评定成绩。

5成绩考核:平时考核与期末考试相结合。平时考核是对每个实验进行考核,分预习、实验操作、数据记录、数据处理、结果分析、误差讨论与实验报告书写等;期末考试分为笔试和实验操作考试学生抽签决定操作考试题目

6教学纪律要求:教师要求严格按本规范和教学大纲进行教学。上课不得迟到、早退。学生必须严格按本规范和教学大纲的要求进行学习,严格遵守课堂纪律和实验室规则。

7学生实验规则

1)学生进入实验室必须穿实验服,不得穿拖鞋、室内禁止大声喧哗、到处走动。

2)实验前一定要预习实验内容,写好预习实验报告,做好实验准备工作,检查所需实验仪器、药品是否齐全。

3)实验时要集中精神,认真操作,仔细观察,积极思考,如实记录。

4)爱护国家财物,小心使用仪器和设备,注意节约用水、电和燃料。每人应取用自己仪器,不动用他人的仪器,公用仪器和临时供用仪器,用毕后应送回原处。损坏仪器必须及时登记。

5)实验台上的仪器排放整齐,保持台面清洁,火柴梗、废纸、碎玻璃等放入垃圾桶,不准倒入水槽,废液一定倒入废液缸。

6)按规定取放药品,取好药品后及时盖上原瓶盖,取用液体的滴管不可混用。

7)使用精密仪器时,必须按照规定操作,发现故障,立即报告老师。

8)实验后,应将仪器洗净整齐放好,实验台擦净,关好水龙头、电源。

9)实验后,学生轮流负责打扫、整理实验室。

10)发生意外事故时,保持镇静,遇有烧伤、烫伤、割伤应报告及时急救和治疗。

六、课程考核

课程考试基本要求

物理化学实验作为化学实验科学的重要分支,是化学类专业学生必修的一门独立的基础实验课程。这门课的考试基本要求是学生能够初步掌握物理化学实验方法,学会主要的物化实验技术,掌握实验数据的处理及实验结果的分析与归纳方法,从而使学生对物化课程中基本理论加深理解,提高他们运作这些基本理论解决实际化学问题的能力。

(二)考试方法

实验报告和实验表现期末笔试和操作考试相结合

1. 实验预习和实验报告的要求、考核方式、评分标准

1)实验预习:学生应对拟进行的实验做出预习,并写出预习报告。预习报告应包含实验目的、原理及实验的主要测量内容。每次实验前,任课教师将就该实验有关的问题进行提问,以检查学生的预习情况。设计实验还要求学生通过查阅文献、自学及与教师讨论,写出有关实验的设计思路。

2)实验报告:原始实验数据应记录规范、完整,实验结束后交任课教师审核。实验报告于课后撰写,使用统一的实验报告纸和标准作图方格纸(或计算机处理、打印和作图)。除预习报告已有内容外,应对取得的实验数据进行分析、处理和计算,得出结果,并对实验过程中的体会及实验结果进行讨论。

3)考核方式:根据每次实验的预习、现场操作、测定结果及实验报告等情况给予单独评分,总评分取各实验成绩的平均值。

4)评分标准学生必须完成按照教学大纲配定的各项实验。无故未能完成实验任务的,该实验成绩不及格。学生需在规定时间内,上交实验报告。无故未交实验报告的,该实验成绩不及格。

各实验项目均按照分制分别打分,总成绩按全部实验成绩的平均分计算。具体评分标准如下:

1)实验预习部分20%

有预习报告,能回答任课教师的课前提问。

2)实验部分30%

实验过程中能主动实践,规范操作,仔细观察,认真记录。发现问题能及时与任课教师沟通或自行解决。原始实验数据记录完整规范,不弄虚作假。实验结束后数据经任课教师审核,并清理实验区域。

3)实验报告部分50%

实验报告书写整洁,作图规范,不增减、删改原始实验数据,数据处理合理准确。能根据自己的实验心得对所做实验进行各种讨论和误差分析,提出合理化建议。

4)其它加分项目

积极参加实验室的公益劳动,及时发现实验隐患或帮助同学等。

2. 期末理论笔试

试题类型分为填空题、判断题、选择题、简答题、论述绘图题等

3、实验操作考试

指定的若干实验项目中抽签决定考试内容主要考察实验操作及数据处理。

4. 不同性质考试内容所占比重

平时成绩(实验预习、实验操作、实验报告)30%。期末考核占70%(其中:理论笔试50%,实验操作20%)。

七、说明

在保证教学大纲基本要求的前提下,可根据不同专业方向的不同,对教学内容、实验项目、学时分配等做适当调整。

八、参考文献

[1]教育部高等学校化学类专业教学指导分委员会. 高等学校化学类专业指导性专业规范. 高等教育出版社. 2011.10.

附录  物理化学实验课程知识体系描述

知识领域1  热化学部分

知识单元1:恒温槽的组装及性能测试

知识点:

1.了解恒温槽的构造及其工作原理、学会恒温槽的装配技术

2.测绘恒温槽的灵敏度曲线,了解如何确定恒温槽的加热功率

3.掌握精密温差测量仪的使用方法

4.了解水银接点温度控制仪和其他控温元件提高控温精度的有关措施

5.了解断开式恒温槽的原理和PID控温的区别

6.掌握水银温度计的安装和校正

知识单元2:燃烧热的测定

知识点:

量热法是热力学实验的一个基本方法。本实验通过氧弹计测定萘的燃烧热,使学生掌握测量反应热的量热基本方法,熟悉氧弹计的实验技术,并学会精密电子温差测量仪的操作方法和用公式法来校正温度的改变值。

1.量热实验方法

2.精密电子温差测量仪的操作

知识单元3:凝固点降低法测定摩尔质量

知识点:

本实验通过测定水的凝固点降低值ΔTf,计算脲素的分子量M尿素。通过本实验掌握溶液凝固点的测定技术,学会画出纯溶剂和尿素水溶液的步冷曲线。通过本实验可以加深对稀溶液依数性质的理解。

1. 寒剂的温度控制

2. 水的凝固点确定

3. 脲素水溶液凝固点确定

4. 分子量的计算

5. 步冷曲线的绘制

知识单元4:完全互溶双液系的气液平衡相图

知识点:

本实验用回流冷凝测定一系列不同组成的环己烷、乙醇双液系的沸点,确定平衡时气、液两相平衡的组成,给出双液系在常压下的气液平衡相图。通过本实验使学生掌握沸点的测量技术和熟悉阿贝折光仪的操作方法。

1.沸点的测量技术

2.阿贝折光仪的操作

3.气压计的使用方法

4.恒温槽的调节和使用

知识单元5:金属相图

知识点:

本实验用用热分析法测绘SnBi二组分金属相图

1. 纯物质的步冷曲线绘制

2. 混合物的步冷曲线绘制

3. 相变点的温度确定

4. SnBi二组分金属相图绘制

5. SWKY数字控温仪和KWL-08可控升降温电炉的基本原理和使用

知识单元6:饱和蒸气压的测定

知识点:

本实验采用静态法(升温法)测定乙醇在不同温度下的饱和蒸气压,利用克劳修斯-克拉贝龙方程式,求算液体的平均摩尔汽化热ΔvapHm 及乙醇的正常沸点。

1. 纯液体的饱和蒸气压与温度的关系---克劳修斯-克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程式的意义

2. 图解法求平均摩尔气化热和正常沸点

3. 低真空实验技术及真空的获得

4. 旋片式真空泵、缓冲储气罐、数字式气压计的使用及注意事项

知识单元7:溶解热测定

知识点:

本实验采用电热补偿法测定KNO3在不同浓度水溶液中的积分溶解热,用作图法求KNO3在水中的微分冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热。

1. 电热补偿法

2. 积分溶解热测定

3. 作图法求微分冲淡热、积分冲淡热和微分溶解热的实验方法

知识单元8:氨基甲酸铵分解平衡常数的测定

知识点:

本实验采用测定各温度下氨基甲酸铵的分解压力,计算各温度下分解反应的平衡常数Kp及有关的热力学函数ΔrHΘ mΔrGΘ m(T)ΔrSΘ m(T)

1. 用等压计测定平衡压力的方法

2. 氨基甲酸铵在各温度下分解压力的测定

3. 各温度下分解反应的平衡常数Kp计算

4. 氨基甲酸铵分解反应平衡常数及其与热力学函数间的关系。

知识单元9:甲基红酸离解常数的测定

知识点:

本实验是用分光光度法测定溶液各组分浓度,并由此求出甲基红离解平衡常数。

1. 朗伯比尔定律

2. 分光光度法测定溶液浓度,并由此求出甲基红离解平衡常数

3. 可见光分光光度计的原理和使用方法

4. 掌握pH计的原理和使用


知识领域2  动力学部分

知识单元1:二级反应乙酸乙酯皂化速率常数测定

知识点:

本实验用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的反应速率常数。通过本实验使学生掌握测定反应体系电导实验方法,并了解二级反应的特点和加深反应级数、反应速率常数及活化能等动力学基本概念。

1.电导池的使用

2.恒温槽的使用

3.电导法测定皂化反应速率常数的实验方法

知识单元2:旋光法测定蔗糖转化一级反应速率常数

知识点:

测定蔗糖转化的反应级数、速率常数和半衰期。掌握测量原理和旋光仪的使用方法。

1.超级恒温槽的使用

2.掌握测定一级反应的动力学方法

3.掌握旋光仪的使用

知识单元3:丙酮碘化反应速度常数的测定

知识点:

本实验用分光光度法测定不同反应体系中,碘浓度随时间的变化,计算丙酮碘化反应速度常数及速率方程,验证反应级数,计算活化能。

1. 丙酮碘化反应的机理复杂反应机理及动力学方程式

2. 复杂反应的表观速率常数的求算方法

3. 分光光度计的使用方法


知识领域3  电化学部分

知识单元1:弱电解质电离平衡常数与难溶盐溶度积的测定

知识点:

本实验用测量溶液电导的方法测定弱电解质电离平衡常数与难溶盐溶度积。了解电导、电导率、摩尔电导率等基本概念,掌握用电桥法测量溶液电导的方法,通过本实验使学生掌握溶液的电导,了解浓度对弱电解质电导的影响和测定弱电解质电离平衡常数与难溶盐溶度积的测定方法。

1.电导、电导率、摩尔电导率等基本概念

2.电桥法测量溶液电导的方法

3.浓度对弱电解质电导的影响

4.弱电解质电离平衡常数的测定方法

5.难溶盐溶度积测定方法

知识单元2:原电池电动势的测定

知识点:

本实验用测定铜-锌电池的电动势和铜-锌电极的电极电势。通过本实验使学生掌握可逆电池电动势的测量方法,学会电极的制备方法和测量技术,加深对可逆概念的理解,并从可逆电池电动势计算热力学函数。

1.可逆电池电动势的测量方法

2.电极的制备方法

知识单元3:界面移动法测定离子迁移数

知识点:

利用界面移动法只用一种指示离子,有一个界面测迁移数 计算

1. 迁移数的概念

2. 离子迁移数测定方法希托夫法、界面移动法和电动势法等

3. 电量计的使用原理及方法

知识单元4:电解极化曲线的测定

知识点:

通过稳态恒电位法测量对应于各电位下的电流,绘制钝化曲线,指出钝化曲线中的活性溶解区,过渡钝化区,稳定钝化区,过钝化区,并标出临界钝化电流密度(电势),维钝电流密度等数值。  

1. 稳态恒电位法测定金属极化曲线的基本原理和测试方法

2. 极化曲线的意义和应用

3. 恒电位仪的使用方法


知识单元4  表面和胶体化学部分

知识单元1:最大气泡法测定溶液表面张力

知识点:

本实验通过最大气泡法测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力,计算吸附量和正丁醇分子的横截面积。

1. 最大气泡法测定溶液表面张力的原理和技术

2. 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力

3. 吸附量和正丁醇分子的横截面积的计算

4. 表面张力的性质,表面自由能的意义以及表面层张力和吸附的关系。

知识单元2:电渗

知识点:

本实验通过电渗法测定固体SiO2在溶液中的带电符号及其ξ电势,掌握电渗法测定 电势的基本原理和技术。
   1. 电渗法测定固体SiO2在溶液中的带电符号及其ξ电势的基本原理和技术
  2. 电渗是胶体中液相和固相在外电场作用下相对移动而产生的电性现象的原理及应用

知识单元3:胶体制备和电泳

知识点:

1.制备Fe(OH)3溶胶和纯化溶胶的方法

2.溶胶的电泳现象及其电学性质

3. 电泳法测定胶粒电泳速度和溶胶ξ电位的方法

知识单元4:粘度法测定高聚物分子量

知识点:

利用粘度法在乌贝路德粘度计中,恒温下测定聚乙水溶液及水的流出时间,计算聚乙醇的粘均分子量。

1. 粘度法测定高聚物分子量的实验方法

2. 乌贝路德粘度计结构的特点

3. 粘度法测定高聚物分子量的基本原理和公式

4 .恒温槽的装备与使用


《结构化学B》课程教学规范

一、课程在人才培养中的地位及作用

结构化学是研究原子、分子和晶体的微观结构,研究原子和分子运动规律,研究物质的结构和性能关系的科学,是化学的一个重要分支。这里所指的结构和运动规律,涉及原子和分子层次的空间排布,涉及微观粒子所遵循的量子力学规律,它包括原子中电子的分布和能级组合、分子的化学组成、分子的空间构型和构象、分子中电子的分布、化学键的性质和分子的能量状态、晶体中原子的空间排布、晶体的能量状态等内容。结构化学根据结构决定性能、性能反应结构的基本原则,探讨物质的结构与性能间的关系。本课程主要探讨物质的静态结构,其任务是使学生掌握微观物质运动的基本规律,获得原子、分子及晶体结构的基本理论、基础知识,了解物质的结构与性能关系,了解研究分子和晶体结构的近代物理方法的基本原理,加深对前修课程,如无机化学、有机化学等的有关内容的理解,为后续课程的学习打下必要的基础。

二、课程教学目标

通过本课程的学习,培养学生能从物质结构与物质性质(性能)相互关系的基本规律出发,提高分析和解决问题的能力。要求教师在备课过程中,广泛阅读有关资料,紧跟学科的发展,随时补充新的内容,使学生了解本学科的重要进展和发展前沿。

(一)知识目标

通过本课程的学习,使学生了解结构化学课程在化学专业中的地位和作用。知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次:

1)掌握:量子理论、化学键理论和点阵理论三种理论;掌握原子、分子和晶体三种结构;掌握量子力学基础、对称性基础和晶体学基础三个基础;

2)理解:量子力学波函数理论在原子、分子等化学领域的应用;

3)了解:“结构决定性能,性能反应结构”的结构和性能相互联系这一原则。

(二)能力目标

以综合素质与实践能力的培养为目标,培养学生运用量子化学知识解决实际问题的能力,提高他们理论联系实际,分析和解决实际化学问题的能力。为其提高综合素质、获得全面发展奠定基础。具体包括以下方面:

1)提高学生对原子、分子和晶体相关理论的认知敏感性;

2)通过学习培养学生运用量子力学理论解决化学问题的能力;

3)沟通“结构-性能-应用”这一渠道,注重理论联系实际的能力。

(三)素质目标

通过结构化学课程的学习,培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风,具有良好的社会责任感和职业道德;激发学生的求知欲望、探索精神,培养学生的自学能力,运用所学知识解决工程问题的科学思维能力和创新思维能力,使学生建立依靠量子化学知识解决问题的思维方式。

三、结构化学的知识体系

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合,是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元;选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范,选修知识单元的选择体现各校的不同特色。

结构化学课程的知识体系由4个知识领域和10个知识单元构成,其中核心知识单元7个,选修知识单元3个。

(一)结构化学的知识体系及学时分配

知识领域1:量子力学知识

知识单元1:量子力学基础知识(核心) 6学时

知识领域2:原子结构

知识单元2:原子的结构和性质(核心) 6学时

知识领域3:化学键理论和分子结构

知识单元3:共价键和双原子分子的结构化学 (核心)          6学时

知识单元4:分子的对称性(核心)   4学时

知识单元5:多原子分子的结构和性质(核心) 6学时

知识单元6:配位化合物的结构和性质(选修)

知识领域4:点阵理论和晶体结构

知识单元7:晶体的点阵结构和晶体的性质(核心)   4学时

知识单元8:金属的结构和性质(选修)

知识单元9:离子化合物的结构化学(选修)

知识单元10:次级键及超分子结构化学(选修)

(二)结构化学的知识体系描述(见附录I

结构化学课程的知识体系概要说明了知识领域、知识单元和知识点,以及哪个单元是核心,哪个单元是选修,所需的参考学时数等。本部分关于知识领域、知识单元和知识点的详细描述在附录中给出。

四、结构化学课程体系(见附录II)

有关课程名称、参考学时与学分、概述、前导课程、课程提纲及说明等方面的详细描述在附录II中给出。

五、课程主要教学方式

(一)课堂讲授

1. 课堂讲授内容

1量子力学基础知识(涵盖知识单元1

2原子的结构和性质(涵盖知识单元2

3)共价键和双原子分子的结构化学(涵盖知识单元3

4)分子的对称性(涵盖知识单元4

5)多原子分子的结构和性质(涵盖知识单元5

6)晶体的点阵结构和晶体的性质(涵盖知识单元7

2. 教学方法

以课程讲授为主要的教学方法,通过老师讲授,学生能够学到基本的课程理论知识与方法,为学生的实际运用打下坚实的基础,同时为学生进一步学习指导方向,在老师的讲授中,学生的思维围绕着老师的思维,带动学生开阔思维,寻找解决问题最有效的方法,不断激发学生的潜能。同时尝试发现教学法,讨论教学法,启发式教学法等多种教学方法。加强师生间交流互动,鼓励学生质疑,使教学模式多样化,启迪学生思维,培养学生获取知识的能力,提高学生的学习兴趣和学习效率。

3. 教学手段

力求充分、恰当地使用现代教育技术,灵活、多样地运用多种教学手段。根据教材,制作了完整的物理化学电子课件。课件在教学中多次使用并不断完善。课程已经全部使用多媒体教室上课,大大提高了教学的效率,改变了传统的黑板加粉笔的教学方式,课堂教学中黑板、多媒体大屏幕交替使用,灵活生动,增加了课堂信息量,提高了教学效果。充分使用网络,使学生大大开阔视野,师生通过网络平台进行答疑和讨论,增进了师生之间以及学生之间的联系和交流。

二)讨论课

在课堂教学中,以小组或全班方式经常开展一些讨论,不但可以提高教学质量,而且有助于学生创新意识的培养。实践证明,合理有效的讨论不仅能充分调动学生学习的积极性和主动性,而且能加深学生对教材内容的理解。学生通过讨论、争辩、思索,掌握的知识会更深刻、更准确,对问题的思考会更全面,对结论的表达会更系统、条理。

(三)习题课

习题课是大学教学中,培养学生能力的一个重要环节。通过各种类型的习题及解答加深学生对概念的理解。习题包括四种类型:一种是通过习题掌握材料科学与工程领域的基本数值概念;一种是通过习题掌握和理解学习中的基本理论和规律;一种是通过习题培养学生分析和解决具体问题的能力;最后一种是需要学生经过适当的努力通过作习题使学生在原有基础上跨越新台阶和扩大知识面。这最后一种习题是对比较有能力的学生提供的。习题课对培养学生独立分析和解决问题的能力起到非常重要的作用。

(四)课外作业

课外作业是引导学生自主学习、检查教学效果,拓宽学生知识面的重要环节。尽量精选一些既能巩固所学知识,又贴近实际生产的习题,以培养学生分析和解决问题的能力。可使用教材上的习题,也可布置课程论文等内容作为课外作业。

(五)自主学习

自主学习的途径多种多样,可给学生提供相关的参考书,可利用网络提供更丰富的教学资源,让学生在网上观看教学视频;在网上阅读教学课件及其它各项资料,给学生提供课外学习的指导,帮助学生进行自学、复习和个性化学习,提高学生的自学能力和独立获取知识的能力。

(六)课外指导

课外指导主要是切实做好课后对学生面对面的交流、辅导和答疑,一般来说,讲授1个知识单元答疑1-2次。时间可安排在学生自习时间,解答学生本章学习存在的问题,如有普遍性问题可集体辅导。另外还可以通过QQ或者微信进行线上答疑。

六、课程考核

考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。根据物理化学内容建立多元化的课程教学考核方法。多元化考核方法主要是指课程成绩通过过程评价与结果评价相结合的方式来体现。最终成绩的评定为:平时成绩占30%,期末卷面成绩占70%

七、参考文献

1.夏少武:《简明结构化学教程》,化学工业出版社,2001

2.江元生:《结构化学》,高等教育出版社,1997

3.徐光宪、王祥云:《物质结构》,高等教育出版社,1987年,第二版

4.周公度:《结构和物性》,高等教育出版社,2000

5林梦海、谢兆雄《结构化学》科学出版社,2008年,第二版

6麦松威、周公度、李伟基:《高等无机结构化学》,北京大学出版社,2006年,第二版。

附录1 结构化学课程知识体系描述

知识领域1:量子力学知识

知识单元1:量子力学基础知识(核心)

知识领域2:原子结构

知识单元2:原子的结构和性质(核心)

知识领域3:化学键理论和分子结构

知识单元3:共价键和双原子分子的结构化学(核心)

知识单元4:分子的对称性(核心)

知识单元5:多原子分子的结构和性质(核心)

知识单元6:配位化合物的结构和性质(选修)

知识领域4:点阵理论和晶体结构

知识单元7:晶体的点阵结构和晶体的性质(核心)

知识单元8:金属的结构和性质(选修)

知识单元9:离子化合物的结构化学(选修)

知识单元10:次级键及超分子结构化学(选修)


知识单元1:量子力学基础知识(核心)

参考学时:6学时

学习目标:

1.正确理解并掌握实物粒子的波粒二象性。

2.正确理解波函数的物理意义。

3.清楚引出薛定谔方程的思路,认识薛定谔方程的物理意义。

4.通过对势箱中粒子的处理,了解量子力学处理微观体系的一般方法。通过对势箱结果的讨论,初步掌握量子数、能数、简并及正交归一性等概念,为进一步讨论原子结构作好准备。

5.掌握量子力学的基本假定。

知识点:

1. 微观粒子的运动特征;

2. 量子力学基本假设;

3. 箱中粒子的薛定谔方程及其解。


知识单元2:原子的结构和性质(核心)

参考学时:6学时

学习目标:

1.掌握单电子原子薛定谔方程一般解的结果,认识nlm的物理意义。

2.掌握波函数及电子云的各种图形,会画原子轨道的角度分布图,并懂得其物理意义。

3.掌握用各种物理模型处理多电子原子的基本物理思想,重点掌握中心力场模型。

4.掌握原子轨道、电子云、径向分布函数、电子自旋、屏蔽效应、钻穿效应及轨道能级等基本概念。

5.掌握原子光谱项及光谱支项的推求方法。

知识点:

1. 单电子原子的薛定谔方程及其解;

2. 量子数的物理意义;

3. 波函数和电子云的图形;

4. 多电子原子的结构;

5. 原子光谱。


知识单元3:共价键和双原子分子的结构化学(核心)

参考学时:10学时

学习目标:

1. H2+H2的量子力学处理为基础掌握简单分子轨道理论和价键理论的理论基础和基本概念

2. 学会讨论常见双原子分子的结构,清楚共价键的本质

3. 掌握分子的转动、振动光谱概念及基本参数计算。

知识点:

1.化学键概述;

2H2+的结构和共价键的本质;

3分子轨道理论双原子分子的结构

4. H2分子的结构和价键理论;

5. 分子光谱。


知识单元4:分子的对称性(核心)

参考学时:8学时

学习目标:

1. 掌握常见的对称元素和对称操作及对称操作群的概念;

2. 掌握点群的分类,并学会判断分子所属点群;

3. 理解偶极矩概念;

4. 会判断分子的手性及旋光性。

知识点:

1. 对称操作和对称元素;

2. 对称操作群 对称元素的组合;

3. 分子的点群;

4. 分子的偶极矩和极化率;

5. 分子的手性和旋光性。


知识单元5:多原子分子的结构和性质(核心)

参考学时:6学时

学习目标:

1. 理解多原子分子的定域分子轨道,离域分子轨道与其相对应的定域键,离域键和多中心键等化学键类型

2. 会解释常见分子的结构

3. 掌握杂化轨道理论和休克尔理论处理问题的方法及应用

4. 理解缺电子多中心键的表达方式,并学会描述硼烷的方法。

知识点:

1. 价电子对互斥理论;

2. 杂化轨道理论;

3. 离域分子轨道轨道;

4. 休克尔分子轨道法;

5. 离域π键和共轭效应;

6. 缺电子多中心键和硼烷的结构。


知识单元7:晶体的点阵结构和晶体的性质(核心)

参考学时:8学时

学习目标:

1. 掌握晶体结构的点阵理论和晶体对称性的知识

2. 了解X射线衍射法的原理及应用

知识点:

1. 晶体结构的周期性和点阵;

2. 晶体结构的对称性;

3. 点阵的标记和点阵平面间距;

4. 晶体的衍射。

附录2 结构化学课程描述

课程基本信息

程名称

课程类别

开课对象

开课时间

总学时

学分

结构化学

核心课程

材料化学专业本科

3学期

32学时

2学分

课程简介

《结构化学》课程是从微观的角度讨论原子、分子和晶体的结构和性质关系的课程。课程中所涉及到的知识主要反映了20世纪以来,在其它相关学科发展、影响下,化学学科中的一些重要化学基础理论和成果。结构化学的最基本任务是在原子结构及其性质的基础上,进一步认识和阐明分子的成因,这些知识内容对化学专业学生整体知识结构的构成是必不可少的。

结构化学是现代物理化学学科的一支重要的分支。核心内容是化学键理论,是以量子力学原理为背景,通过微观粒子运动的波动方程及其方程解,推演出原子、分子体系中电子的运动状态(波函数)、量子化能级和分布图形,从而得出分子成键的定性结论和性质等信息。结构化学还研究和阐明晶体结构,借助于数学群伦的工具,以对称性为主线,找到了结晶物质形成的复杂空间结构的一些规律,为当今研究探索新物质、新材料提供基础的结构化学原理和解释。因此,《结构化学》课程需要较多的数学、物理学知识,理论性强、比较抽象,是一门既要有逻辑思维,又要有形象思维的课程。在材料化学专业本科阶段占有重要的教学地位。

前导课程

无机化学、有机化学、物理化学、高等数学、物理学等。

课程提纲

1量子力学基础知识

2)原子的结构和性质

3)共价键和双原子分子的结构化学

4)分子的对称性

5)多原子分子的结构和性质

6)晶体的点阵结构和晶体的性质

说明:适用于材料化学专业,核心课程。













《化工原理B》课程教学规范


一、《化工原理B》课程在人才培养中的地位及作用

化工原理课程是材料类及相近专业必修的一门重要的技术基础课,在材料专业人才培养中起到十分重要的作用。这门课程是综合运用数学、物理、化学等基础知识,分析和解决化工生产中单元操作问题的工程学科,担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用。本课程强调理论和实际相结合,因此具有极强的工程性和应用性。通过对本课程知识的系统学习,将培养学生的工程观点,提高他们分析和解决工程实际问题的能力。

二、化工原理课程教学目标

化工原理课程的教学目标主要是使学生获得常见化工单元操作过程及设备的基础知识、基本理论和基本计算能力,并受到必要的基本操作技能训练。具有运用工程技术观点分析和解决化工单元操作一般问题的初步能力。为学生学习后续专业课程和将来从事工程技术工作打好基础。

(一)知识目标

化工原理课程的学习,包含与学生所学专业相关的所有核心知识单元,并达到相应的学习目标。知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次:

1)掌握:对内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。

2)理解:对内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关问题。

3)了解:对内容进行初步了解,一般不要求应用。

(二)能力目标

以综合素质与工程实践能力的培养为目标。主要通过学习掌握常见化工单元操作过程及设备的基础知识、基本理论及必要的基本操作技能训练。培养学生树立工程技术观点,提高他们理论联系实际,分析和解决工程实际问题的能力。为其提高综合素质、获得全面发展奠定基础。

(三)素质目标

通过化工原理课程的学习,培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风,具有良好的社会责任感和职业道德;通过化工原理课程的学习,激发学生的求知欲望、探索精神,培养学生的自学能力,运用所学知识解决工程问题的科学思维能力和创新思维能力。

三、化工原理课程的知识体系

(一)本课程知识体系的构成及学时分配

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合,是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范。化工原理课程的知识体系由3个知识领域和6个核心知识单元构成。

知识领域

知识单元1:流体流动    (核心)                         10学时

知识单元2:流体输送机械(核心)                          8学时

知识领域

知识单元3:传热        (核心)                         10学时

知识领域

知识单元4:传质过程导论(核心)                          2学时

知识单元5:吸收        (核心)                         10学时

知识单元6:精馏        (核心)                          8学时

(二)课程知识体系描述(见附录

上述课程知识体系概要说明本课程的知识领域、知识单元和知识点,以及所需的参考学时数等。课程知识体系中关于知识领域、知识单元和知识点的详细描述在附录1中给出。

四、化工原理课程描述(见附录

有关课程名称、参考学时与学分、概述、前导课程、课程提纲及说明等方面的详细描述在附录2中给出。

五、课程主要教学方式

(一)课堂讲授

课堂讲授内容

流体流动(涵盖知识单元1

流体输送机械(涵盖知识单元12

传热(涵盖知识单元3

传质过程导论(涵盖知识单元4

吸收(涵盖知识单元45

精馏(涵盖知识单元6

教学方法

在课堂教学中,要系统而清晰地讲授重要单元操作的基本原理、典型设备及计算方法,同时运用挂图、幻灯、录像片、计算机仿真、模型、实物等直观教具,以提高教学效果。在教学中采用以教师讲授为主,兼用启发式、讨论式、互动式等教学方法,体现教师的主导作用与学生的主体作用。在教学中要配合一定的现场教学、课堂讨论、案例教学和课外作业等,做到理论联系实际,注重培养学生的工程观念和工程意识,训练学生分析和解决工程实际问题的思维方法和操作能力。

教学手段

教学手段上应多样化。结合传统教学手段,充分合理地运用多媒体等现代化手段辅助教学。通过制作大量的幻灯片、教学录像片和多媒体教学软件,将使枯燥的、复杂的、抽象的内容形象化和动态演示,使学生更易理解和接受,教学效果将会显著改善。充分使用网络,使学生大大开阔视野,师生通过网络平台进行答疑和讨论,增进了师生之间以及学生之间的联系和交流。

(二)习题课

习题课是大学工科科教学中,培养学生能力的一个重要环节。教师在讲授一段时期的课程之后,就会安排开设一堂以讲解习题为主要内容的习题课。一般包括:整理前阶段课程的知识要点,分析作业题中的错误及讲解习题。

在习题课上,通过典型实例的分析,会帮助学生正确地运用基本理论解决实际问题,掌握解题思路、方法和步骤,培养学生分析问题解决问题的能力;通过实际练习,会使学生发现问题,并及时解决问题,更深入地理解和巩固基本理论;通过引导学生做好阶段小结,将帮助学生将所学的知识系统化。因此,习题课对培养学生独立分析和解决问题的能力起到非常重要的作用。

(三)课外作业

课外作业是引导学生自主学习、检查教学效果,拓宽学生知识面的重要环节。尽量精选一些既能巩固所学知识,又贴近实际生产的习题,以培养学生分析和解决问题的能力。可使用教材上的习题,也可布置参考书上以及一些生产中的实际问题为课外作业。

(五)自主学习

化工原理课程教学过程中要适当布置学生自学的内容。给学生提供相关的参考书,并利用网络提供更丰富的教学资源,给学生提供课外学习的指导,帮助学生进行自学、复习和个性化学习,提高学生的自学能力和独立获取知识的能力。

(六)课外指导

课外指导主要是切实做好课后对学生面对面的交流、辅导和答疑,一般来说,讲授1个知识单元答疑1-2次。时间可安排在学生自习时间,解答学生本章学习存在的问题,如有普遍性问题可集体辅导。

六、课程考核

考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。根据化工原理课程内容建立多元化的课程教学考核方法。多元化考核方法主要是指课程成绩通过过程评价与结果评价相结合的方式来体现。最终成绩的评定为:平时成绩占30%,期末卷面成绩占70%

七、说明

1)本课程总学时包括两部分:理论课40学时,实验课16学时。

2)在保证大纲基本要求的前提下,可根据专业方向的不同,对教学内容、教学环节、学时分配等做适当调整。

八、参考文献

材料科学与工程教学指导委员会,高等学校材料化学专业规范(讨论稿),2008年。


附录1 化工原理课程知识体系描述


知识领域

知识单元1:流体流动(核心)

知识单元2:流体输送机械(核心)

知识领域

知识单元3:传热(核心)

知识领域

知识单元4:传质过程导论(核心)

知识单元5:吸收(核心)

知识单元6:精馏(核心)


知识单元1:流体流动(核心)

参考学时:10学时

知识点:

流体静力学基本方程式

流体流动的基本方程式

流体流动现象

管内流动的阻力损失

管路计算

流量测量

学习目标:

1)掌握有关流体流动的基本概念。

2)掌握流体静力学方程、连续性方程式、柏努利方程及应用。

3)掌握流体的流动类型及其判断,雷诺准数的定义及其计算。

4)掌握流体在管道内流动时阻力产生的原因,流体流动阻力的计算。

5)掌握简单管路的计算。

6)掌握管路中流速和流量的测量,各种流量计的工作原理、基本结构和性能。

7)了解流体流动的研究方法及其在化工生产中的重要作用。

8)了解牛顿型流体和非牛顿型流体。

9)了解边界层的概念。

10)了解复杂管路的计算要点。

知识单元2:流体输送机械(核心)

参考学时:8学时

知识点:

离心泵

其他类型泵

通风机、鼓风机、压缩机和真空泵

学习目标:

1)掌握离心泵的简单结构和工作原理,离心泵的性能参数及主要影响因素。

2)掌握离心泵的特性曲线及应用,离心泵的工作点及流量调节。

3)掌握离心泵的安装、操作要点、使用范围及选用。

4)掌握离心式通风机的性能参数、特性曲线及选用。

5)掌握简单管路的计算。

6)掌握管路中流速和流量的测量,测速管、孔板流量计和转子流量计的工作原理、基本结构和性能。

7)了解其他类型流体输送机械。

知识单元3:传热(核心)

参考学时:10学时

知识点:

热传导

两流体间的热量传递

对流与对流传热系数

辐射传热

传热设备

学习目标:

1)掌握热传导的基本原理,傅立叶定律,平壁及圆筒壁的稳定热传导及计算。

2)掌握对流传热的基本原理及其主要影响因素,对流传热系数的物理意义,无相变时对流传热系数关联式的用法、使用条件及注意事项等。

3)掌握传热过程的计算及强化传热过程的途径。

4)掌握列管式换热器的结构特点及选用。

5)了解传热的三种基本方式、特点及其在化工中的应用。

6)了解热辐射的基本概念及两固体间辐射传热量的计算。

7)了解蒸气冷凝和液体沸腾时对流传热系数的计算。

知识单元4:传质过程导论(核心)

参考学时:2学时

知识点:

传质与分离的基本概念

扩散和单相传质

相际传质

学习目标:

1)掌握相组成的表示方法及换算。

2)掌握扩散与单相传质、相际传质的基本理论。

3)了解其它传质理论及传质速率计算。

知识单元5:吸收(核心)

参考学时:10学时

知识点:

有关吸收的基本理论

吸收(或脱吸)塔的计算

填料塔

学习目标:

1)掌握气液相平衡关系及其在吸收过程中的应用。

2)掌握双膜理论的要点,总吸收速率方程式。

3)掌握吸收操作线方程的物理意义、图示方法及其应用。

4)掌握吸收剂用量、吸收液浓度的计算、填料层高度的计算。

5)了解解吸的计算。

6)了解吸收塔操作型问题定性分析。

7)了解填料塔的结构及填料的特性;填料塔的附件。

知识单元6:精馏(核心)

参考学时:8学时

知识点:

二元物系的气液平衡

蒸馏方式

二元连续精馏的分析和计算

其他蒸馏方式

板式塔

学习目标:

1)掌握拉乌尔定律,气液相平衡图,挥发度、相对挥发度的定义及物理意义。

2)掌握精馏原理,并能运用该原理分析精馏过程。

3)掌握精馏段操作线方程,提馏段操作线方程,q线方程的意义,图示及其应用。

4)掌握双组分连续精馏塔的计算图解法及逐板法求取理论塔板数,最小回流比及其计算,回流比的选择及其对精馏操作的影响,加料热状态参数q的定义、意义及计算及其对精馏操作的影响。

5)掌握全塔效率及单板效率的定义及其计算。

6)了解非理想溶液的气液相平衡。

7)了解板式塔的结构,塔内气液两相的流动状况和传质特性,常见的不正常操作情况,板式塔的负荷性能图,筛板塔的设计原则。


附录2  化工原理课程描述


课程基本信息

程名称

课程类别

开课对象

开课时间

总学时

学分

化工原理B

必修课

材料化学

 第4学期

64

3.5

课程简介

化工原理课程是材料类及相近专业必修的一门重要的技术基础课,在材料专业人才培养中起到十分重要的作用。这门课程是综合运用数学、物理、化学等基础知识,分析和解决化工生产中单元操作问题的工程学科,担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用。本课程强调理论和实际相结合,因此具有极强的工程性和应用性。通过对本课程知识的系统学习,将使学生获得常见化工单元操作过程及设备的基础知识、基本理论和基本计算能力,并受到必要的基本操作技能训练。培养学生的工程技术观点,提高他们理论联系实际,运用所学知识分析和解决工程实际问题的能力。

3.前导课程

四大基础化学、普通物理、高等数学、工程制图

课程提纲

1)流体流动

2)流体输送机械

3)传热

4)传质过程导论

5)吸收

6)精馏

说明:适用于材料化学专业所有方向,必修课程。


附录3  化工原理B实践项目描述

化工原理B实验

实验项目1流体流动阻力的测定

涵盖知识单元:知识单元12

参考学时:4学时

学习目标:

1掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法

2)测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系,验证在一般湍流区内λRe的关系。

3测定流体流经管件、阀门时的局部阻力系数x

4识辨组成管路的各种管件、阀门、流量计,并了解其作用及使用

说明:专业必修

实验项目2:雷诺实验

涵盖知识单元:知识单元1

参考学时:4学时

学习目标:

1观察流体在管内流动的两种不同流型

2)考察流体在管内的流动型态与雷诺数之间的关系

说明:专业必修

实验项目3:离心泵特性曲线的测定

涵盖知识单元:知识单元12

参考学时:4学时

学习目标:

1)了解离心泵结构与特性,熟悉离心泵的使用。

2)掌握离心泵特性曲线测定方法。

3)了解电动调节阀的工作原理和使用方法。

说明:专业必修

实验项目4:传热实验

涵盖知识单元:知识单元4

参考学时:4学时

学习目标:

1)了解间壁式传热元件,掌握传热系数测定的实验方法。

2)掌握热电阻测温的方法。

3)学会给热系数测定的实验数据处理方法,了解给热系数的影响因素。

说明:专业必修

实验项目5:精馏实验

涵盖知识单元:知识单元6

参考学时:4学时

学习目标:

1)了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构。

2)掌握精馏过程的基本操作方法。

3)掌握测定精馏塔全塔效率和单板效率的实验方法,

4)了解测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。

说明:专业必修



































材料化学》课程教学规范


一、材料化学课程在人才培养中的地位及作用

材料化学是材料化学专业本科生的专业课必修课程之一,是专业知识的入门课,是全面、简洁的了解材料的基础课程。材料、能源和信息是构成社会文明和国民经济的三大支柱,新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志,其中新材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导。材料的研究要求材料科学家要对材料从合成到服役的全过程进行综合性的研究。通过本课程的学习能促进学生理解与记忆相关知识,总结规律,在掌握材料化学的基本原理基础上,学习运用基础化学理论解决实际问题的方法和思路,为将来运用化学方法研究、创造新材料和新工艺打下良好的基础。

材料化学课程教学目标

《材料化学》课程的教学目标:主要是让学生通过该课程的学习,获得掌握材料的微观结构和转变的规律以及它们与材料的各种物理、化学性能之间的关系,并运用这些规律改进材料性能、研制新型材料的基础理论;初步培养从基本理论出发进行材料设计、运用新概念进行材料制备及改性创新的能力;树立正确的专业发展观念、科学观、人生观、价值观、学术道德观等综合素质。为学生学习后续专业课程和将来从事材料技术工作打好基础。

(一)知识目标

材料化学课程的学习,包含与所学专业相关的所有核心知识单元及部分选修知识单元,并达到相应的学习目标。知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次:

1)掌握:对内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。

2)理解:对内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关问题。

3)了解:对内容进行初步了解,一般不要求应用。

通过课程学习,掌握材料的组成与结构、材料的性能、合成和应用等方面的材料学科专业基础知识。深刻理解材料的结构与性能的关系;掌握金属材料、无机非金属材料、高分子材料和高性能复合材料的基本知识和应用;了解新型功能材料、纳米材料的结构、性能、制备和应用。了解利用外语、计算机及信息技术应用等方面的工具性知识

(二)能力目标

培养自学专业知识能力、语言表达能力、与同学沟通、团结协作能力、计算机及信息技术应用能力等获取知识的能力,训练综合应用知识解决问题能力以及一定的创造性思维能力。能够利用材料的微观结构和转变的规律以及它们与材料的各种物理、化学性能之间的关系,初步具备从基本理论出发进行材料设计、材料合成,运用材料化学新概念进行材料制备及改性、创新的能力

(三)素质目标

通过形式多样的教学方法,在理论学习的过程中,帮助学生逐步建立专业概念,培养专业兴趣及科学思维方法、科学研究方法、求实创新意识、科学素养等专业素质,树立正确的科学观,同时对世界观、人生观、价值观、学术道德观等均有一定的积极、正面影响,从而为提高学生的综合素质和全面发展奠定基础

三、材料化学课程的知识体系

(一)本课程知识体系的构成及学时分配

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合,是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元;选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范,选修知识单元的选择体现各校的不同特色。材料化学课程的知识体系由7个知识领域和13个知识单元构成,其中核心知识单元10个,选修知识单元3个。

知识领域

知识单元1:材料基本知识(核心)                          2学时

知识单元2:结构与性能(核心)                            6学时

知识领域

知识单元3:金属材料(核心)                              6学时

知识领域

知识单元4:无机非金属材料(核心)                        8学时

知识领域

知识单元5:高分子材料(核心)                            4学时

知识领域

知识单元6:高性能复合材料(核心)                        4学时

知识领域

知识单元7:能源材料(核心)                              2学时

知识单元8:信息材料(核心)                              2学时

知识单元9:航空航天材料(选修                          2学时

知识单元10:生物医学材料(核心)                         4学时

知识单元11:环境材料(选修)                             2学时

知识单元12纳米材料(核心)                             4学时

知识领域

知识单元13专题讨论(选修)                             6学时

(二)课程知识体系描述(见附录1)

上述课程知识体系概要说明本课程的知识领域、知识单元和知识点,以及哪个单元是核心,哪个单元是选修,所需的参考学时数等。课程知识体系中关于知识领域、知识单元和知识点的详细描述在附录1中给出。

四、材料化学课程描述(见附录2

有关课程名称、参考学时与学分、概述、前导课程、课程提纲及说明等方面的详细描述在附录2中给出

五、课程主要教学方式

(一)课堂讲授

1.课堂讲授内容

材料基本知识,本课程的基本信息(涵盖知识单元1

材料的结构与性能(涵盖知识单元2345

金属材料(涵盖知识单元3

无机非金属材料(涵盖知识单元4

高分子材料(涵盖知识单元5

高性能复合材料(涵盖知识单元3456

能源材料(涵盖知识单元7

信息材料(涵盖知识单元8

航空航天材料(涵盖知识单元9

生物医学材料(涵盖知识单元34510

环境材料(涵盖知识单元11

纳米材料(涵盖知识单元12

专题讨论(涵盖知识单元,机动)

从内容上,教师必须在全面透彻地把握教材内容的同时,深入了解学生的知识需求,在理论联系实际的基础上,设计出有理论内涵、有知识含量、有现实指导意义的教学内容,理论讲述要注意深入浅出,且以实例说明。在教学中,要以生活或生产实际出发,在讲述课本上内容的同时对教学内容延伸,广泛吸收相关学科领域的最新研究成果与数据,注重贴近社会发展的现实、贴近学生的生活、加强能力的培养和训练。使单调的内容变得有趣,活跃课堂气氛,让学生学到最新和最现代的知识和技术。

2.教学方法

教学方法上,采取多形式教学方式,营造生动活泼的教学氛围。

在教学中,要注重讲解与讨论相结合、讲授与自学相结合、期末考试与平时小论文相结合等灵活多样的教学方式。革新传统的注入式教学,建立启发式教学方式,采取以学生为主导地位、教师为引导地位的教学方式。在教学中加强教师与学生互动,调动学生参与教学的积极性,课堂上多让学生发言,让学生参与部分教学专题的讲解与讨论,以此不断提高学生对知识的理解、认知和表达能力。

多形式教学方式综合运用,注重对学生理解专业知识的能力、表达能力、自学能力、撰写科技论文的能力的锻炼,培养学生掌握学科最新进展动态和开拓知识的能力及解决实际问题的综合能力。

3.教学手段

教学手段应多样化。结合传统教学手段,充分合理地运用多媒体等现代化手段辅助教学。以教师讲授为主、学生讨论为辅。充分使用现代教育技术手段促进教学活动开展,利用文字、图像、音频和视频等多媒体信息展示教学内容,将使枯燥的、抽象的内容形象化和生动化,使学生更易理解和接受。充分使用网络课程资源,使学生开阔视野。

(二)习题课

习题课是帮助学生解决问题、培养学生能力的一个重要环节。教师在讲授一段时期的课程之后,安排开设一堂以讲解习题为主要内容的习题课。一般包括:整理前阶段课程的知识要点,分析作业题中的错误及讲解习题。

在习题课上,通过典型实例的分析,帮助学生正确地运用基本理论解决实际问题,掌握解题思路、方法和步骤,培养学生分析问题解决问题的能力;通过实际练习,使学生发现问题,并及时解决问题,更深入地理解和巩固基本理论;通过引导学生做好阶段小结,将帮助学生将所学的知识系统化。因此,习题课对培养学生独立分析和解决问题的能力起到非常重要的作用。

(三)课外作业

课外作业是引导学生自主学习、检查教学效果,拓宽学生知识面的重要环节。通过作业,激发学生对所学理论的进一步认识和思考,能对所学的知识得到巩固和提升。

每个知识单元适当留取课外作业。尽量精选一些既能巩固所学知识,又贴近材料实际生产的习题,以培养学生分析和解决问题的能力。可使用教材上的习题,也可布置材料调查报告、小论文写作等内容作为课外作业。

(四)自主学习

课程教学过程中要适当布置学生自学的知识内容,并引导学生利用网络资源中丰富的教学资源,给学生提供课外学习的指导,帮助学生进行自学、复习和个性化学习,帮助学生提高自学能力和获取知识能力。

(五)课外指导

课外指导主要是课下切实做好对学生的辅导、答疑和交流,可以通过网上在线答疑、邮箱或面对面辅导等方式,解答学生本学习中存在的问题,如有普遍性问题可采取集体辅导。辅导答疑时间原则上不低于总课时量的1/6

六、课程考核

考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。学习成绩评定应注重科学性、合理性、公平性。注重把学生的学习态度(主要通过考勤,课堂表现)、平时成绩(作业、小论文等)、期末成绩等结合起来。实行过程性评价和终结性评价相结合的方式。根据每学期上课的具体情况,最终成绩的评定为:平时成绩、期中考试成绩、期末卷面成绩各一定的比例,对课堂表现及课后作业突出、小论文观点鲜明有独到见解的学生,可适当考虑加分。

七、说明

1)本课程总学时48学时,13个教学单元。

2)在保证大纲基本要求的前提下,可根据专业方向的不同,对教学内容、教学环节、学时分配等做适当调整。

八、参考文献

材料科学与工程教学指导委员会.高等学校材料化学专业规范(讨论稿),2008


附录1 《材料化学》课程知识体系描述


知识领域

知识单元1:材料基本知识(核心)                          2学时

知识单元2:结构与性能(核心)                            6学时

知识领域

知识单元3:金属材料(核心)                              6学时

知识领域

知识单元4:无机非金属材料(核心)                        8学时

知识领域

知识单元5:高分子材料(核心)                            4学时

知识领域

知识单元6:高性能复合材料(核心)                        4学时

知识领域

知识单元7:能源材料(核心)                              2学时

知识单元8:信息材料(核心)                              2学时

知识单元9:航空航天材料(选修                          2学时

知识单元10:生物医学材料(核心)                         4学时

知识单元11:环境材料(选修)                             2学时

知识单元12纳米材料(核心)                             4学时

知识领域

知识单元13专题讨论(选修)                             6学时


知识单元1材料发展史(核心)

参考学时:2学时

知识点:

材料的分类

材料的定义

材料的重要性

课程的地位

教学目的、要求、内容、考核方式

学习目标:

1了解本课程基本信息,了解材料的发展史。

2掌握材料的定义、分类和要素,材料的重要性

3)掌握课程的教学目标、教学定位、教学要求、教学内容、学时安排

4)了解课程考核方式。

知识单元2:材料的结构与性能(核心)

参考学时:6学时

知识点:

材料的强度、硬度、疲劳性能

材料的热容、热膨胀、热传导

材料的导电性、介电性能、铁电性与压电性

材料的磁性

材料的化学性能

学习目标:

1)掌握材料材料的力学性能、电学性能、化学性能

2)理解材料中的化学键合与物理性能的关系

3)了解材料的热学性能、磁学性能

4)了解一些材料性能的表征及测试方法

5)加深理解材料结构与性能的关系

知识单元3:金属材料(核心)

参考学时:6学时

知识点:

铁、铝、铜等的结构与性质

超耐热合金、超低温合金、超塑合金

形状记忆合金特征,贮氢原理

学习目标:

1)掌握常见金属材料(铁、铝、铜等)结构与性质

2)理解几种新型金属材料的特征及其应用

3)理解形状记忆合金特征,贮氢原理

4)了解几种新型金属材料的应用展望

知识单元4无机非金属材料(核心)

参考学时:8学时

知识点:

陶瓷的结构与性能、成分、生产工艺

水泥的成分、生产工艺、生产过程中的化学变化

玻璃的制备方法与原理、成分、生产过程中的化学变化

敏感功能陶瓷的性质

半导体材料的能带理论

光导纤维及光导原理

学习目标:

1)掌握陶瓷、水泥、玻璃的主要成分、生产工艺、特征及应用

2)掌握几种无机非金属材料(压电陶瓷、敏感陶瓷等)的特征及其应用

3)理解半导体材料的能带理论

4)了解功能陶瓷的概念及性质

5)掌握光导纤维及光导原理

6)了解超导材料的性能

7)了解混凝土、耐火材料的特点及应用

8)了解各种新型无机非金属材料的制备方法及研究开发方向

知识单元5高分子材料

参考学时:4学时

知识点:

塑料、树脂的结构与性能

橡胶的基本知识

纤维(天然纤维、合成纤维)

功能高分子材料(高分子膜、高分子吸附剂、导电高分子、光刻胶等)

学习目标:

1掌握通用高分子材料的结构与性能的关系

2掌握功能高分子材料的结构与性能

3掌握塑料的基本知识

4理解导电高分子的性能

5了解橡胶、纤维等通用高分子材料的应用

知识单元6高性能复合材料

参考学时:4学时

知识点:

复合材料的概念

复合材料复合原理基体材料

复合材料的增强体、增强体

金属基复合材料

陶瓷基复合材料

树脂基复合材料

学习目标:

1掌握复合材料的概念,复合材料复合原理,复合材料的优异性能

2理解复合材料复合原理其应用

3了解几种常见复合材料(金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料)的特征及应用

知识单元7能源材料

参考学时:2学时

知识点:

新能源(氢能、核能、风能、海洋能等)

新能源材料

光电、光热转换材料

储氢材料

学习目标:

1掌握储氢材料、光电、热电转换材料

2理解并掌握储氢材料储氢机理

3了解新能源与新能源材料

4)了解新能源及新能源材料的类型

5)了解来能量的转换、储存

知识单元8信息材料

参考学时:2学时

知识点:

p型、n型半导体

光导纤维

敏感(气敏、湿敏、压敏)材料

学习目标:

1掌握p型和n型半导体材料,光导纤维的特性,敏感材料的工作原理

2理解p型和n型半导体材料,敏感材料的工作原理

3了解各类传感器、几种典型的液晶材料、几种常见的光盘及其性能

4了解超导材料

5了解稀土发光材料

6)了解敏感材料、信息传感材料

知识单元9航空航天材料

参考学时:4学时

知识点:

航空航天材料的种类及要求

航空航天材料的特殊性能

雷达、红外隐身材料

学习目标:

1了解航空航天材料的种类及要求

2理解隐身材料的隐身原理

3了解航空航天材料的测试方法

4理解高比强度合金与高温合金

5了解航空航天材料的特殊性能

知识单元10:生物医学材料

参考学时:4学时

知识点:

生物医学材料的特殊要求

生物陶瓷

生物玻璃

医用金属合金

聚乳酸医用高分子材料

学习目标:

1掌握生物陶瓷、生物玻璃、聚乳酸医用高分子材料的性能与特点

2理解生物陶瓷、生物玻璃、聚乳酸医用高分子材料的性能与特点

3了解医用金属合金

知识单元11:环境材料

参考学时:2学时

知识点:

光降解塑料

生物降解塑料

-生物双降解塑料

粉煤灰水处理应用

学习目标:

1掌握环境降解材料和水处理材料

2理解光降解塑料、生物降解塑料的降解原理及应用

3了解环境材料的定义、特征、分类

4了解粉煤灰特点及应用

知识单元12:纳米材料

参考学时:4学时

知识点:

纳米材料

纳米效应

纳米材料特征

纳米材料制备方法

学习目标:

1掌握纳米材料的定义,纳米材料的分类,纳米效应

2理解纳米材料的特点与效应

3解纳米材料的应用及纳米技术实例

4了解纳米二氧化钛特点及应用


附录2 材料化学课程描述


1.课程基本信息

程名称

课程类别

开课对象

开课时间

总学时

学分

材料化学

专业基础课

材料化学专业

第五学期

48学时

3学分

2.课程简介

材料化学课程作为材料化学专业的专业基础课程,目的是使学生通过学习材料性质与化学相关的各知识,以及化学与材料的相互关系,去认识和理解材料化学的问题,使学生建立材料化学概念,培养学生对材料的认识以及材料与化学的联系,为材料的研究与开发、选择和使用以及化学如何为材料服务打下坚实的基础,为后续课程的学习打下基础。本课程主要涉及四大传统材料的基本性能、成型、加工、应用等方面的问题。通过本课程的学习,使学生理解材料的结构与性能(力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能、光学性能、耐腐蚀性等)的关系;掌握四大传统材料(金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料)的组成、结构和性能;了解并掌握部分新型金属材料、新型无机非金属材料、新型高分子材料和高性能复合材料的基本知识和应用;了解信息材料、能源材料、生态环境材料、生物医用材料、纳米材料、航空航天材料等基本知识。

3.前导课程和后续课程

前导课程:材料的结构性能    后续课程:传统材料和新型材料的介绍

4. 课程提纲

1)材料发展史,本课程的基本信息

2)材料的结构与性能

3)金属材料

4)无机非金属材料

5)高分子材料

6)高性能复合材料

7)能源材料

8)信息材料

9)航空航天材料

10)生物医学材料

11)环境材料

12)纳米材料

13)专题讨论

说明:适用于材料化学专业所有方向,必修课程。






























《材料科学基础》课程教学规范


一、材料科学基础课程在人才培养中的地位及作用

材料科学基础课程是材料专业的主要专业基础课学习本课程可以为后续专业课打下牢固的基础,同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。材料科学基础是研究材料的成分、结构与性能之间关系及其变化规律的一门应用基础科学,通过这一课程,可以全面系统的向学生介绍如何根据工程和科学技术发展的需要,设计研制新型工程材料;解决材料制备原理和工艺方法,获取可供使用的工程材料;解决材料在加工和使用过程中组织结构和性能变化的微观机理,从中找出合宜的加工工艺、强化工艺和延寿措施;创新测试材料成分、组织结构和性能的方法,完善测试技术;合理地选择和使用工程材料。

二、材料科学基础课程教学目标

材料科学基础的教学目标是通过学习本课程的基本知识建立基本理论基础,为后续专业知识做准备;可以培养学生运用基础理论分析和解决实际问题的能力,也为将来工作过程自学材料领域的专业知识、学习新材料和新工艺打下基础。

(一)知识目标

材料科学基础课程的学习,包含与学生所学专业相关的所有核心知识单元及部分选修知识单元,并达到相应的学习目标。知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次:

1)掌握:对内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。

2)理解:对内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关问题。

3)了解:对内容进行初步了解,一般不要求应用。

(二)能力目标

以综合素质与工程实践能力的培养为目标。主要通过学习掌握材料科学基础基本原理及基本知识,培养学生树立工程技术观点,提高他们理论联系实际,分析和解决工程实际问题的能力。为其提高综合素质、获得全面发展奠定基础。

(三)素质目标

通过材料科学基础课程的学习,培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风,具有良好的社会责任感和职业道德;激发学生的求知欲望、探索精神,培养学生的自学能力,运用所学知识解决工程问题的科学思维能力和创新思维能力。

三、材料科学基础课程的知识体系

(一)本课程知识体系的构成及学时分配

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合,是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元;选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范,选修知识单元的选择体现各校的不同特色。

材料科学基础课程的知识体系由6个知识领域和8个知识单元构成,其中核心知识单元7个,选修知识单元1个。

知识领域1:原子结构与键合

知识单元1:原子结构与键合(核心)                          2学时

知识领域2:晶体基础知识

知识单元2:晶体结构(核心)                                10学时

知识单元3:晶体缺陷(核心)                                10学时

知识领域3:固体中原子及分子的运动

知识单元4:固体中原子及分子的运动(核心)                   6学时

知识领域4:材料的形变和再结晶

知识单元5:材料的形变和再结晶(核心)                      10学时

知识领域5:纯晶体的凝固

知识单元6:纯晶体的凝固(核心)  6学时

知识领域6:相图

知识单元7:二元系相图(核心)                              10学时

知识单元8:三元系相图(选修)                              10学时

(二)课程知识体系描述(见附录1

上述课程知识体系概要说明本课程的知识领域、知识单元和知识点,以及哪个单元是核心,哪个单元是选修,所需的参考学时数等。课程知识体系中关于知识领域、知识单元和知识点的详细描述在附录1中给出。

四、材料科学基础课程描述(见附录

有关课程名称、参考学时与学分、概述、前导课程、课程提纲及说明等方面的详细描述在附录2中给出

五、课程主要教学方式

(一)课堂讲授

1. 课堂讲授内容

原子结构与键合(涵盖知识单元1

固体结构(涵盖知识单元2

晶体缺陷(涵盖知识单元3

固体中分子及原子的运动(涵盖知识单元4

材料的形变和再结晶(涵盖知识单元5

纯晶体的凝固(涵盖知识单元6

二元相图(涵盖知识单元7

三元相图(涵盖知识单元8

2. 教学方法

以课程讲授为主要的教学方法,通过老师讲授,学生能够学到基本的课程理论知识与方法,为学生的实际运用打下坚实的基础,同时为学生进一步学习指导方向,在老师的讲授中,学生的思维围绕着老师的思维,带动学生开阔思维,寻找解决问题最有效的方法,不断激发学生的潜能。同时尝试发现教学法,讨论教学法,启发式教学法等多种教学方法。加强师生间交流互动,鼓励学生质疑,使教学模式多样化,启迪学生思维,培养学生获取知识能力,

提高学生的学习兴趣和学习效率。

3. 教学手段

教学手段上多样化。结合传统教学手段,充分合理地运用多媒体等现代化手段辅助教学。通过制作大量的幻灯片、教学录像片和多媒体教学软件,将使枯燥的、复杂的、抽象的内容形象化和动态演示,使学生更易理解和接受,教学效果将会显著改善。充分使用网络,使学生大大开阔视野,师生通过网络平台进行答疑和讨论,增进了师生之间以及学生之间的联系和交流。

(二)习题课

习题课是大学教学中,培养学生能力的一个重要环节。通过各种类型的习题及解答加深学生对概念的理解。习题包括四种类型:一种是通过习题掌握材料科学与工程领域的基本数值概念;一种是通过习题掌握和理解学习中的基本理论和规律;一种是通过习题培养学生分析和解决具体问题的能力;最后一种是需要学生经过适当的努力通过作习题使学生在原有基础上跨越新台阶和扩大知识面。这最后一种习题是对比较有能力的学生提供的。习题课对培养学生独立分析和解决问题的能力起到非常重要的作用。

(三)课外作业

课外作业是引导学生自主学习、检查教学效果,拓宽学生知识面的重要环节。尽量精选一些既能巩固所学知识,又贴近材料实际生产的习题,以培养学生分析和解决问题的能力。可使用教材上的习题,也可布置课程论文等内容作为课外作业。

(四)自主学习

自主学习的途径多种多样,可给学生提供相关的参考书,可利用网络提供更丰富的教学资源,让学生在网上观看教学视频;在网上阅读教学课件及其它各项资料,给学生提供课外学习的指导,帮助学生进行自学、复习和个性化学习,提高学生的自学能力和独立获取知识的能力。

(五)课外指导

课外指导主要是切实做好课后对学生面对面的交流、辅导和答疑,一般来说,讲授1个知识单元答疑1-2次。时间可安排在学生自习时间,解答学生本章学习存在的问题,如有普遍性问题可集体辅导。

六、课程考核

考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。根据材料科学基础课程内容建立多元化的课程教学考核方法。多元化考核方法主要是指课程成绩通过过程评价与结果评价相结合的方式来体现。最终成绩的评定为:平时成绩占30%,期末卷面成绩占70%

七、说明

在保证大纲基本要求的前提下,可根据实际教学学期的时间、学生的实际需求等对教学内容、教学环节、学时分配等做适当调整。

八、参考文献

材料科学与工程教学指导委员会. 高等学校材料化学专业规范(讨论稿, 2008, 3.


附录1 材料科学基础课程知识体系描述


知识领域1:原子结构与键合

知识单元1:原子结构与键合(核心)                           2学时

知识领域2:晶体基础知识

知识单元2:晶体结构(核心)                                 10学时

知识单元3:晶体缺陷(核心)                                 10学时

知识领域3:固体中原子及分子的运动

知识单元4:固体中原子及分子的运动(核心)  6学时

知识领域4:材料的形变和再结晶

知识单元5:材料的形变和再结晶(核心)                       10学时

知识领域5:纯晶体的凝固

知识单元6:纯晶体的凝固(核心)  6学时

知识领域6:相图

知识单元7:二元系相图(核心)  10学时

知识单元8:三元系相图(选修)  10学时


知识单元1原子结构与键合(核心)

参考学时:2学时

知识点:

原子结构

原子间的键合

高分子链

学习目标:

(1) 使学生们掌握金属、陶瓷和聚合物三大固体材料的价键基础。

(2) 使学生们掌握三大固体材料的结构、性能特点与价键的关系。

知识单元2晶体结构(核心)

参考学时:10学时

知识点:

晶体与非晶体

空间点阵与晶胞

晶胞选取应满足的条件

晶向指数与晶面指数

晶面族与晶向族

六方晶面及晶向的指数标定

晶带

晶面间距

晶体投影

典型金属的晶体结构

共价晶体的晶体结构

离子晶体的晶体结构

合金相结构

学习目标:

(1) 了解点阵和晶胞的概念。

(2) 熟练掌握晶向指数和晶面指数的标定和晶向及晶面的确定。

(3) 了解晶体的对称性和晶体投影。

(4) 掌握bccfcchcp三种典型晶体结构(单晶胞中原子数、致密度、配位数、原子

半径、间隙、原子堆垛顺序等)。

(5) 了解固溶体的类型及影响固溶体溶解度的因素。

(6) 了解金属间化合物的基本类型及特点。

知识单元3:晶体缺陷(核心)    

参考学时:10学时

知识点:

点缺陷的形成

点缺陷的平衡浓度

点缺陷的平衡

位错的运动方式和特征

伯氏矢量

位错的运动

位错的弹性性质

位错的生成和增殖

实际晶体中的位错

外表面

晶界能与晶界

孪晶界

相界

学习目标:

(1) 了解点缺陷的热力学稳定性。

(2) 掌握点缺陷平衡浓度的计算及获得过饱和空位的方法。

(3) 了解位错的基本类型和结构特征及运动方式。

(4) 了解柏氏矢量的确定方法物理意义,掌握柏氏矢量的特性,能熟练的根据柏氏矢

量定义各种位错(如刃位错、螺位错、部分位错、单位位错和全位错等)。

(5) 掌握位错的运动规律、滑移和塑性变形的关系及运动位错的交割作用。

(6) 掌握螺位错、刃位错的应力场特点、应变能的大小。

(7) 掌握位错的线张力、作用在位错上的力及位错间的交互作用力。

(8) 掌握Frank-Read位错源的开动过程及所需最小切应力的计算。

(9) 了解层错、肖克莱不全位错和弗兰克不全位错;了解扩展位错及其宽度、束集和

交滑移。

知识单元4:固体中原子及分子的运动(核心)    

参考学时:6学时

知识点:

扩散第一定律

扩散第二定律及解

扩散的热力学分析

扩散的原子理论

扩散激活能

扩散的原子理论

反应扩散

离子晶体中的扩散

学习目标:

(1) 熟练掌握扩散第一定律的含义及各参数的量纲,能用第一定律解决一些扩散问题。

(2) 掌握扩散第二定律的误差解、高斯解和正弦解的形式,并用来解决一些简单的扩

散问题。

(3) 熟练掌握扩散系数D的表达式及影响扩散的因素。

(4) 了解扩散的驱动力和扩散方向的判据。

(5) 掌握扩散机制、原子跳跃和扩散的关系及相应的扩散系数表达式。

(6) 掌握反应扩散的概念及特点,并能根据相图确定反应扩散渗层的组织分布及浓度

分布。

知识单元5:材料的形变和再结晶(核心)      

参考学时:10学时

知识点:

弹性变形

塑性变形的机理

塑性变形对组织与性能的影响

金属及合金强化的位错解释

形变金属及合金在退火过程中的变化

回复

再结晶

晶粒长大

金属的热变形  

学习目标:

(1) 掌握塑性变形的两种基本形式及其机制、特点和区别。

(2) 掌握施密特定律的意义并能够熟练应用。

(3) 掌握单晶体拉伸及压缩时初始滑移系的确定方法及晶体转动规律。

(4) 掌握派-纳力的概念及其表达式的含义。

(5) 掌握多晶体、固溶体及两相和金的塑性变形特点及细晶强化、固溶强化、弥散强

化和形变强化的机制及强化效果表达式。

(6) 了解屈服现象与应变时效及其对实际生产的影响与消除方法。

(7) 了解塑性变形对材料组织与性能的影响,掌握加工硬化行为与位错滑移的关系。

(8) 了解冷变形金属在加热时组织和性能的变化规律

(9) 掌握回复机制即回复动力学在生产中的应用。

(10) 掌握再结晶形核机制及再结晶动力学在生产中的应用。

(11) 了解晶粒正常长大的驱动力及晶界迁移的规律。

(12) 了解晶粒异常长大现象及再结晶织构。

(13) 了解热加工对材料组织与性能的应相。

知识单元6:纯晶体的凝固(核心)      

参考学时:6学时

知识点:

结晶的热力学

结晶的热力学条件

形核及长大的规律

凝固理论的应用  

学习目标:

(1) 掌握相律及其应用。

(2) 掌握结晶的热力学条件、结构条件、能量条件与动力学条件。

(3) 掌握均匀形核的临界晶核半径和形核功的计算方法。

(4) 了解液-固界面结构及液-固界面前沿液体的温度分布对晶体形态的影响。

(5) 掌握结晶理论的实际应用。

知识单元7:二元系相图(核心)  

参考学时:10学时

知识点:

相图恒温转变的类型法

固溶体的自由能-成分曲线

公切线原理

混合物的自由能和杠杆定律

二元相图的几何规律

匀晶相图恒温转变的类型

共晶相图及合金的凝固

包晶相图及其合金的凝固

调幅分解

其它类型的二元相图

复杂二元相图的分析方法

根据相图推测合金的性能

固溶体的凝固理论

共晶相图及合

铸锭的组织与缺陷

学习目标:

(1) 掌握多相平衡成分确定的公切线方法。

(2) 掌握自由能-成分曲线与二元相图的对应关系。

(3) 掌握相、组织及组织组成物等基本概念。

(4) 掌握匀晶、共晶、共析及包晶等相图,根据相图分析和平衡结晶过程及凝固组织。

(5) 熟练掌握杠杆定律及相应的计算。

(6) 熟练掌握FeFe3C及铁碳合金的平衡结晶过程和室温组织。

(7) 了解平衡状态下铁碳合金的成分、组织、性能之间的对应关系。

知识单元8:三元系相图(选修)

参考学时:10学时

知识点:

三元相图的成分表示法

三元相图的空间模型

三元相图的截面图和投影图

杠杆定律和重心定律

不含四相平衡的三元相图

固态互不溶解的共晶相图

固态有限互溶的共晶相图

三元系中的四相平衡

三元相图应用举例

学习目标:

(1) 掌握三元合金相图的成分表示法。

(2) 掌握等含量法则、等比例法则、直线法则、杠杆法则和重心定律的含义及应用。

(3) 掌握各相区的空间结构特点、在截面图中的形状特点及相区接触法则。

(4) 掌握四相反应的类型及判断方法。

(5) 掌握水平截面图和垂直截面图的分析方法。

(6) 根据投影图能熟练分析和金的凝固过程并计算组织组成物的相对量。


附录2  材料科学基础课程描述

1. 课程基本信息

程名称

课程类别

开课对象

开课时间

总学时

学分

材料科学基础

必修课

材料化学专业

第五学期

64学时

4学分

2. 课程简介

材料科学基础是材料科学与工程专业、材料物理、材料化学专业一门重要的学科基础课程,本课程全面介绍材料科学的基本理论,着眼于材料科学的基本及共性问题。通过本课程的学习可以使学生掌握材料的组成与结构、制备与加工、性能等材料科学与工程主要要素之间的相互关系及其制约规律,为后续的专业课奠定基础。材料科学基础课程内容丰富,结构合理,授课过程按照高等学校材料类专业的基本教学要求,面向材料大类大学本科生授课。采用多媒体技术手段和先进的教学方法开展教学,收到了良好的效果。

3. 前导课程

四大基础化学及实验、大学物理、高等数学。

课程提纲

(1) 原子结构与键合

(2) 晶体结构

(3) 晶体缺陷

(4) 固体中原子及分子的运动

(5) 材料的形变和再结晶

(6) 纯晶体的凝固

(7) 二元系相图

(8) 三元系相图

说明:适用于材料化学专业所有方向,必修课程。



























《材料合成与制备》课程教学规范


一、材料合成与制备课程在人才培养中的地位及作用

《材料合成与制备》课程是材料化学专业的专业基础课程之一。它的任务是使学生通过学习材料性质与化学相关的各知识,以及化学与材料的相互关系,去认识和理解材料化学的问题,使学生建立材料化学概念,培养学生对材料的认识以及材料与化学的联系,为材料的研究与开发、选择和使用以及化学如何为材料服务打下坚实的基础,为后续课程的学习打下基础。因此课程所对应的相关职业岗位是材料化学专业学生专业提升的主要渠道之一,在教学中举足轻重。

二、材料合成与制备课程教学目标

《材料合成与制备》课程的教学目标:使学生掌握材料物理和化学合成的基本原理,能够运用相关合成制备技术制备不同材料体系,了解新材料体系的合成与制备方法,了解材料学科关于材料合成与制备的进展。能够使学生具有分析问题和解决相关材料合成和制备方面问题的基本能力,培养学生具有创新能力。

(一)知识目标

材料合成与制备课程的学习,包含与所学专业相关的所有核心知识单元及部分选修知识单元,并达到相应的学习目标。知识单元的学习目标分为掌握、理解、了解三个层次:

1)掌握:对内容透彻理解、牢固掌握并能熟练应用。

2)理解:对内容理解并能掌握,会用它们分析、解决相关问题。

3)了解:对内容进行初步了解,一般不要求应用。

本课程涉及材料的合成与制备等方面的化学问题。通过本课程的学习,使学生了解新材料体系的合成与制备方法,了解材料学科关于材料合成与制备的进展。掌握材料物理合成、化学合成的基本理论和知识,掌握相关合成制备技术和设备的操作技能。

(二)能力目标

具备从事材料合成与制备的基本能力,能够使学生具有分析问题和解决相关材料合成和制备方面问题的基本能力,培养学生具有创新能力。

(三)素质目标

通过形式多样的教学方法,在理论学习的过程中,使具有良好的科学素质和基本工程素质,同时具有良好的身体素质和心理素质。

三、材料合成与制备课程的知识体系

(一)本课程知识体系的构成及学时分配

知识体系由知识领域、知识单元和知识点三个层次组成。一个知识领域可以分解成若干个知识单元,一个知识单元又包括若干个知识点。知识单元又分为核心知识单元和选修知识单元。核心知识单元提供的是知识体系的最小集合,是该专业在本科教学中必要的最基本的知识单元;选修知识单元是指不在核心知识单元内的那些知识单元。核心知识单元的选择是最基本的共性的教学规范,选修知识单元的选择体现各校的不同特色。材料化学课程的知识体系由7个知识领域和13个知识单元构成,其中核心知识单元10个,选修知识单元3个。

知识领域1:合成与制备方法概论

知识单元1:绪论(选修)                                  2学时

知识领域2:液相合成方法

知识单元2:溶胶-凝胶法(核心)                          6学时

知识单元3:水热与溶剂热合成(核心)                      6学时

知识领域3:电解合成方法

知识单元4:电解合成(核心)                              6学时

知识领域4:固相合成方法

知识单元5:化学气相沉积(核心)                          6学时

知识单元6:低温固相合成(核心)                          6学时

知识领域5:高温合成方法

知识单元7自蔓延高温合成   4学时

(二)课程知识体系描述(见附录1)

上述课程知识体系概要说明本课程的知识领域、知识单元和知识点,以及哪个单元是核心,哪个单元是选修,所需的参考学时数等。课程知识体系中关于知识领域、知识单元和知识点的详细描述在附录1中给出。

四、材料合成与制备课程描述(见附录2)

课程名称:材料合成与制备;参考学时:36学时;学分2学分。

概述、前导课程、课程提纲及说明等方面的详细描述在附录2中给出。

五、课程主要教学方式

(一)课堂讲授

1.课堂讲授内容

合成与制备方法概论(涵盖知识单元1)

液相合成方法(涵盖知识单元2、3)

电解合成方法(涵盖知识单元4)

固相合成方法(涵盖知识单元5,6)

高温合成方法(涵盖知识单元7

本课程是普通高等学校材料科学与工程、材料物理、材料化学专业及相关专业的本科学生在完成大学物理、大学化学、物理化学、材料科学基础、材料分析测试方法等课程的学习以后开设的主要专业课,课程性质属于专业主干课。学生通过对该课程的学习,重点在于掌握材料物理合成和化学合成的基本原理,深入了解材料合成与制备技术,熟悉材料合成与制备相关设备,了解新材料体系合成与制备方法,具备较强的分析和设计合成工艺的能力,能够运用相关设备条件进行材料的合成与制备,能够针对具体的研究课题提出相关材料的合成与制备方案。

2.教学方法

教材将溶胶-凝胶法、水热与溶剂热合成、电解合成等化学和物理合成技术汇集在一本书之中。各章的内容相互独立,各章之间没有前后逻辑顺序。使得授课内容安排、授课教师安排具有极大的自由度。课本内容安排的特点使得教学可以采取讲座形式,利于开展启发式教学。

采取灵活多样的教学方法和现代化的多媒体教学手段,坚持多种形式的启发式教学,形成活跃的课堂气氛,产生教与学的良性互动,课堂教学效果好。

3.教学手段

1)采用多媒体教学。教师运用多媒体将材料的制备原理、方法、操作要点等通过动画进行形象展示,使学生容易理解,有效地提高了教学效率。(2)充分利用网络资源辅助教学,效果良好。在德州学院校园网上建立“材料合成与制备实验”校级精品课程教学网站,以后不断建设和完善。学生可通过网络了解课程介绍、教学大纲、电子教案等课程内容。通过网络课堂的在线学习,提高学生的学习兴趣、增强学生的自学能力,学生可以反复学习,进一步加深了对理论知识的理解,巩固了实验操作技能的要点。

(二)习题课

本课程以讲授为主,配以适当的课堂练习、课外作业。

本课程网站设有互动教学平台,学生可以随时通过互动平台在线提问,老师随时解决学生学习中遇到的疑问,实现网上的交互式教学,建立良好的育人环境,有效地提高教学效果。

(三)课外作业

课外作业是引导学生自主学习、检查教学效果,拓宽学生知识面的重要环节。通过作业,激发学生对所学理论的进一步认识和思考,能对所学的知识得到巩固和提升。

根据教学情况,机动安排2~4学时进行前言知识(以最新的有关材料方面的科研成果为素材)的介绍与讨论,学生也可以就自己感兴趣的方面查阅相关文献,分组课堂讨论后,撰写一篇1000~2000字的文章作为期中作业,文献附于文后,要有自己的观点与认识。

(四)自主学习

课程教学过程中要适当布置学生自学的知识内容,并引导学生利用网络资源中丰富的教学资源,给学生提供课外学习的指导,帮助学生进行自学、复习和个性化学习,帮助学生提高自学能力和获取知识能力。

(五)课外指导

课外指导主要是课下切实做好对学生的辅导、答疑和交流,可以通过网上在线答疑、邮箱或面对面辅导等方式,解答学生本学习中存在的问题,如有普遍性问题可采取集体辅导。辅导答疑时间原则上不低于总课时量的1/6。

六、课程考核

考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节,也是体现课程要求规范的重要标志。学习成绩评定应注重科学性、合理性、公平性。注重把学生的平时表现(主要通过考勤,课堂表现作业等)、期末成绩等结合起来。实行过程性评价和终结性评价相结合的方式。 平时成绩占:20%;期终考试(笔试,闭卷)占:80%。

对课堂表现及课后作业突出、小论文观点鲜明有独到见解的学生,可适当考虑加分。

七、说明

在保证大纲基本要求的前提下,可根据实际教学学期的时间、学生的实际需求等对