清华大学材料学院2020年硕士研究生招生统考自命题 

838材料科学基础-物理化学考试大纲

材料科学基础部分

一、课程考核总体要求

《材料科学基础》是材料科学领域学生的重要专业基础课，总体要求是考核 学生对基本概念、基本理论的掌握，以及综合运用这些基础知识分析材料结构与性能的能力。

二、考核内容

第 1 部分 晶体学基础

第 2 部分 固体材料的结构 

第 3 部分 具体的范性形变 

第 4 部分 晶体中的缺陷

第5部分   材料热力学（相图与相变）

第6部分  材料中的界面

第7部分   固体中的扩散

第8部分    凝固与结晶

第9部分   回复与再结晶

第10部分 固态相变

三、考试题型

考试题型可包含以下类型：

1、基本概念题（单项选择题、多项选择题、填空题、判断题、名词解释）

2、作图分析题

3、问答题（简答、分析论述等）

4、计算分析题

四、参考教材、参考书

1、《材料科学基础》2011年修订版，潘金生、仝健民、田民波著，清华大学 出版社。

2、《材料科学基础学习辅导》范群成、田民波著，机械工业出版社。

物理化学部分

一、考核内容

1     热力学第一定律

1.1热力学方法、特点及化学热力学

1.2热力学的基本概念

系统和环境；热力学平衡状态；状态函数；过程和途径

1.3热力学第一定律

表述；热和功；内能；封闭系统的热力学第一定律数学表达式

1.4可逆过程与体积功

1.5热的计算

等容热效应；等压热效应和焓；热容及简单变温过程热的计算

1.6对理想气体的应用

理想气体的内能；焓和热容；理想气体绝热过程

1.7热力学第一定律对相变过程的应用

1.8热化学基本概念

反应进度；反应摩尔焓变和摩尔内能变

1.9反应热的计算

Hess定律；生成焓与化学反应标准摩尔焓变；燃烧焓与化学反应的标准摩尔 焓变；摩尔溶解焓与摩尔稀释焓；反应热与温度的关系

2     热力学第二定律

2.1热力学第二定律及其数学表达式

自然界过程的方向性和限度；热力学第二定律的表述；熵函数和热力学第二定律的数学表达式

2.2熵增加原理和熵判据

2.3熵变的计算

简单物理过程；相变过程；混合过程的熵变

2.4热力学第三定律和规定熵

热力学第三定律的表述；规定熵的计算；化学反应的熵变

2.5 Helmholtz 函数判据和Gibbs函数判据

Helmholtz 函数及其减少原理；Gibbs函数及其减少原理；热和功在特定条件 下与状态函数变的关系

2.6各热力学函数间的关系

封闭系统的热力学基本关系式；对应系数关系式；Maxwell关系式；基本关系式应用

2.7  ∆G 和∆A的计算

简单物理过程、相变过程的∆G 和∆A；混合过程的∆G；∆G与温度的关系

3     液体混合物与溶液

3.1偏摩尔量

概念；集合公式

3.2化学势

表述与应用；化学势与压力、温度的关系

3.3气体的化学势

纯理想气体、理想气体混合物的化学势；逸度

3.4液体混合物和溶液的组成表示法

3.5拉乌尔定律和亨利定律

3.6理想液体混合物

定义、化学势与混合性质

3.7理想稀薄溶液

化学势与依数性

3.8非理想液体混合物及实际溶液的化学势活度与活度系数；实际溶液的化学势

4     相平衡

4.1基本概念

相数；独立组分数；自由度和自由度数；相律

4.2纯物质的相平衡

克拉伯龙方程；纯物质的相图

4.3两组分系统的气-液平衡

理想溶液和非理想溶液的压力-组分相图和温度-组分相图

4.4两组分部分互溶系统的液-液平衡

4.5两组分系统的固-液平衡

形成低共熔混合物的相图；形成化合物的相图；形成固溶体的相图

4.6三组分系统的分配平衡

5     化学平衡

5.1化学反应的方向和限度

平衡条件；标准平衡常数；化学反应等温式

5.2标准平衡常数及平衡组成的计算

各类反应的标准平衡常数；平衡组成的计算

5.3化学反应的标准摩尔吉布斯函数变

5.4平衡移动

温度、压力/惰性气体、浓度对化学平衡的影响

5.5同时平衡

6     电化学

6.1电解质溶液的导电机理与法拉第电解定律

6.2离子的电迁移和电解质溶液的导电能力

离子的电迁移率和迁移数；电解质溶液的电导、电导率和摩尔电导率

6.3离子独立迁移定律及离子的摩尔电导率

6.4电导法的应用

水质检验；弱电解质电离常数的测定；难溶盐溶度积的测定；电导滴定

6.5电解质溶液热力学

强电解质溶液的活度和活度系数；电解质溶液中离子的热力学性质；电化学势判据

6.6可逆电池

化学能与电能的相互转换；电池的习惯表示方法；可逆电池的必备条件与分类 

6.7可逆电池与化学反应的互译  

电极反应和电池反应；根据反应设计电池

6.8电极的相间电位差与电池的电动势

6.9可逆电池电动势的测量与计算

电动势的测量；能斯特公式；由电极电势计算电动势

6.10液接电势及其消除

6.11  电化学传感器及离子选择性电极

6.12电动势法的应用

6.13电极过程动力学

6.14化学电源

7     表面与胶体化学基础

7.1比表面能与表面张力

7.2表面弯曲现象

弯曲液面的附加压力和杨-拉普拉斯方程；饱和蒸气压和开尔文方程

7.3溶液的表面吸附

溶液表面吸附现象和吉布斯吸附公式；表面活性剂及其应用

7.4固体表面的吸附

吸附作用；物理吸附和化学吸附；吸附曲线和吸附方程；固液界面的吸附

7.5胶体分散系统概述

分散系统的种类；胶体的制备与净化

7.6溶胶的动力性质和光学性质

布朗运动；扩散现象；沉降和沉降平衡；溶胶的光学性质

7.7溶胶的电学性质

7.8纳米技术与胶体化学

8     化学动力学基础

8.1基本概念

化学反应速率；元反应和反应分子数；简单反应和复合反应

8.2物质浓度对反应速率的影响

速率方程；质量作用定律；反应级数与速率系数

8.3具有简单级数的化学反应

零级/一级/二级反应

8.4反应级数的测定

8.5温度对反应速率的影响

阿伦尼乌斯公式；活化能及其对反应速率的影响

8.6元反应速率理论

碰撞理论；过渡状态理论

8.7反应机理

对峙反应；平行反应；连续反应；链反应；根据反应机理推导速率方程；反 应机理的推测

8.8快速反应研究技术简介

8.9催化剂对反应速率的影响

催化剂和催化作用；催化剂的一般知识

8.10均相催化反应和酶催化反应

8.11复相催化反应

8.12溶剂对反应速率的影响

8.13光化学反应

9     统计热力学基础

9.1统计热力学概论

统计热力学的研究方法和目的；统计系统分类；统计热力学的基本假定

9.2玻尔兹曼统计

定位系统的最概然分布；α/β值的推导；非定位系统的最概然分布；公式的 其他形式

9.3玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计

9.4配分函数

配分函数定义；配分函数与热力学函数的关系；配分函数的分离

9.5配分函数的求法及其对热力学函数的贡献

原子核配分函数；电子配分函数；平动配分函数；单原子理想气体的热力学函数；转动配分函数；振动配分函数

9.6晶体热容问题

9.7分子的全配分函数

9.8   用配分函数计算ΔrGθm和反应的平衡常数

二、参考书目：

1.   《简明物理化学》，朱文涛等编著，清华大学出版社

2.   《物理化学》，天津大学物理化学教研室刘俊吉等编，高等教育出版社

3.  《物理化学》，南京大学化学化工学院傅献彩等编，高等教育出版社