現代化學實驗與技術（物化）

課程簡介

       本課程的教學目标是使學生加深理解物理化學、誤差理論、數據分析和實驗設計的基本知識和原理，增強應用物理化學理論、實驗方法和技術分析和解決化學及化工過程實際問題的能力；了解物質微觀結構的表征方法、分子特性的理論研究方法，掌握其基本實驗技術和操作技能，加深理解結構化學、量子化學、波譜分析、數據分析等課程的基本知識和原理；通過實驗訓練進一步提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的創新意識、創新精神和創新能力，為學生今後從事化學以及相關領域的科學研究和技術開發工作打下紮實的基礎。

       本課程共計108學時，分兩個學期完成。教學内容包括：（1）實驗理論講座：介紹數據處理、誤差分析、文獻查閱、報告書寫和實驗設計思想、溫度和壓力的測控技術、真空技術、流動法技術等。（2）實驗内容：安排18個基礎性和綜合性實驗的操作技能學習與訓練，這是本課程的中心環節。實驗内容包括化學熱力學、反應動力學、電化學、表面與膠體化學、物質結構分析、分子極性、物質磁性、量子化學計算、分子模拟、NMR技術及應用等。

       本課程特點：是化學類專業共同的、以基礎性和綜合性實驗為教學核心的必修基礎課程，學生需修讀并通過基礎化學理論課和基礎化學實驗課後，才具備修讀資格。

實驗項目

1. 燃燒熱的測定（6學時）
明确燃燒熱的定義，了解氧彈量熱計的原理，測定萘的燃燒熱，掌握雷諾圖解法矯正溫度改變值
2. 純液體的飽和蒸氣壓的測定（6學時）
明确純液體飽和蒸汽壓的定義，了解克勞修斯-克拉佩龍方程的含義；掌握一種測量純液體蒸汽壓的方法。掌握測定一定溫度範圍内平均摩爾蒸發焓的方法。
3. 雙液系的氣-液平衡相圖（8學時）
采用回流冷凝法測定一系列不同組成的環己烷-乙醇雙液系的沸點及平衡組成，繪出沸點組成圖，确定體系最低恒沸點及相應組成。
4. 三組分液-液物系平衡相圖（6學時）
掌握三角形坐标表示三組分體系相圖的方法，掌握溶解度法作出具有一對共轭溶液的乙醇-水-氯苯三元體系相圖的方法和步驟。掌握杠杆規則的原理和應用。
5. 電動勢測定（6學時）
加深對可逆電極、可逆電池及可逆電池電動勢的理解，掌握對消法測電池電動勢的原理及鹽橋參比電極的使用方法。通過測定設計電池的電動勢，獲得硫酸銅溶液離子的平均活度系數。
6. 乙酸乙酯皂化反應（6學時）
掌握電導儀的使用方法，測定乙酸乙酯皂化反應在兩個溫度下的反應速率常數，計算反應活化能。
7. 黏度法測定高聚物的分子量（6學時）
明确黏度的定義、單位及影響因素，用烏氏粘度計測定聚乙烯醇的相對平均摩爾質量。
8. 溶膠的制備和性質（8學時）
理解電動勢ζ的物理意義。掌握Fe(OH)3溶膠的制備及純化方法，電泳法測定ζ的原理和實驗技術。
9. 偶極矩的測定 （6學時）
理解偶極矩與分子電性質的關系；掌握物質偶極矩的測量原理和實驗方法；掌握小電容儀、折射儀和密度儀的使用。用溶液法測定乙醇的偶極矩定。
10. 磁化率的測定（5學時）
   了解物質的磁性與其分子結構和電子結構的關系，加深對物質結構基本原理的理解；掌握古埃法磁天平測定物質磁化率的基本原理和實驗技術；測定一些物質的磁化率，計算其摩爾磁化率，估算其離子的未成對電子數，判斷這些分子的配鍵類型。
11. Ｘ射線粉末線衍法的無機物分析（6學時）
掌握 X 射線粉末衍射法的基本原理和技術，初步了解 X 射線粉末衍射儀的構造并掌握其使用方法；了解 X 射線粉末衍射技術在化學、物理、材料及地質等學科及工業生産中的應用。 測定某種氧化物的 X 射線粉末衍射譜圖，據此進行物相分析，求出晶胞參數和晶體的密度。
12. 分子平衡與動态行為的分子力學模拟（6學時）
  掌握分子建模方法；掌握運用分子力學進行幾何優化的方法，能正确設置力場參數及幾何優化參數； 掌握分子動力學、朗之萬（Langevin）動力學及 Monte Carlo
模拟方法，能正确設置模拟參數；通過動力學或 Monte Carlo 模拟，獲取低能量的結構。構建丙氨酸真空及溶液中的結構，搜尋最低能量構象。
13. 量子化學計算方法與應用（6學時）
掌握量子化學計算的常用方法及基組的設定；掌握用量子化學軟件進行分子計算的方法；比較不同方法與基組對計算結果的影響；能進行簡單的分子設計及性質分析；掌握計算波函數方法；掌握繪制靜電位能面、總電荷密度，自旋密度及分子軌道的方法。
14. NMR法研究乙酰丙酮互變異構（5學時）
學習核磁共振波譜的基本原理及基本操作方法；用 1H-NMR 譜測定酮-烯醇混合物的平衡組成；研究溶劑、溫度對酮-烯醇的化學位移和平衡常數的影響；了解動态 NMR 在化學動力學中的初步應用。
15. 鎳在硫酸液中的鈍化行為（6學時）
掌握用恒電位靜态法測量金屬極化曲線的原理和方法；測量鎳在硫酸溶液中的陽極極化曲線，求出臨界鈍化電位、臨界鈍化電流和臨界鈍化電流密度；了解金屬鈍化行為、極化曲線的意義及其工業應用。
16. 丙酮碘化反應動力學（6學時）
掌握用孤立法測定反應級數的方法；測定酸催化作用下丙酮碘化反應的速率常數和活化能；掌握分光光度計的使用及其在化學反應動力學研究中的應用。
17. BET法測比表面積（4學時）
了解多孔固體表面吸附的特性，加深對BET多分子層吸附理論的理解；掌握流動法測定固體比表面的基本原理和實驗方法；掌握氣流的控制和流速計的使用方法。
18. 溶液表面張力的測定——最大氣泡壓力法（4學時）
了解表面張力和表面自由能的意義及表面張力與吸附的關系；掌握最大泡壓法測定表面張力的原理和實驗技術；測定不同濃度正丁醇水溶液的表面張力，計算表面吸附量及正丁醇分子的截面積。

教學特色

課程采用自編教材：陳六平，戴宗. 現代化學實驗與技術（第二版）[M]. 北京：科學出版社，2015

教學團隊

       沈勇，博士（太阳集团app首页），副教授，博士生導師，物理化學專業，現代化學實驗與技術（物化）課程負責人。2002-2005年先後在瑞典隆德大學化學中心、比利時根特大學化工系及分子模拟中心作訪問學者及博士後。主講現代化學實驗與技術（物化）、化學信息學、化學與可持續發展（通識）等課程。科研興趣包括酶催化反應機理的QM/MM及MD研究、離子通道蛋白傳導機制的計算機模拟、構效關系(QSAR)、機器學習與分子設計及功能材料的計算機模拟等。主持完成國家和省自然科學基金等項目多項，在Angew. Chem. Int. Ed. 、Proc. Natl, Acad. Sci.、Chem、J. Chem. Inf. Model.等刊物上發表研究論文60餘篇。

       王大為，博士（西北工業大學），副教授，碩士生導師，物理化學專業。2008-2010年以聯合培養博士生身份在美國西北大學學習，2012年進入太阳集团1088vip工作，主講本科生《物理化學》《現代化學實驗與技術》等骨幹課程。目前主要開展超分子基納米催化劑、清潔能源等方面的研究，主持及參與國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、廣東省國際科技合作項目等14項課題，在J. Am. Chem. Soc.、ACS Nano、Chem. Mater.、Small、J. Mater. Chem. A、J. Phys. Chem. Lett.等期刊等發表論文30餘篇。

       劉鵬，博士（太阳集团app首页），副教授，碩士生導師，物理化學專業。現任The Open Materials Science Journal、The Open Biomaterials Journal (Bentham Science Publishers Ltd.)期刊編委。1999~2001，在劉頌豪院士實驗室從事博士後研究；2005.2~2006.2，在Griffith University進行訪問學者研究；2001年起任職于太阳集团app首页。主要研究興趣包括：功能材料和納米材料的電化學生長及結構控制、RE-TM非晶多元合金材料的磁相變和龐磁阻、磁場及臨界條件下電極反應機理和電極過程動力學等。主講物理化學、現代化學實驗與技術等課程。主持國家自然科學基金、國際科技合作和廣東省自然科學基金項目多項。近六年，以第一作者和通訊作者在Adv. Mater., J. Mater. Chem., Chem. Mater., Phys. Chem., CrystEngComm, ECS, EA等材料和電化學領域有影響力的期刊發表研究論文20餘篇。

       盧錫洪，博士（太阳集团app首页），教授、博士生導師。2011.9-2013.5在美國加州大學Santa Cruz分校進行聯合博士培養，2015.07—2015.08在香港科技大學化學系進行訪問學者研究。主講《催化化學》、《大學化學》和《現代化學實驗與技術》等課程。主要從事水系電化學儲能材料與器件的研究工作，主持10餘項國家、省市級等項目，入選為“廣東特支計劃科技創新青年拔尖人才”和中國化學會2016-2018年度“青年人才托舉工程”。曾獲廣東省科學技術一等獎（第三完成人）、高等學校科學研究優秀成果獎自然科學獎二等獎（第三完成人）、國家級教學成果獎（第十完成人）和廣東省高等類教育教學成果一等獎 (第五完成人)等獎勵。近五年來以通訊作者身份在Adv. Mater.、Nat. Commun.、Angew. Chem.、Joule、Energy Environ. Sci.和Adv. Funct. Mater. 等國内外期刊上發表SCI收錄論文80餘篇，其中27篇入選為ESI高被引論文。論文被SCI他引18000餘次，H因子為75，連續五年（2018-2022）入選科睿唯安材料領域“全球高被引科學家”和連續四年（2019-2022）入選愛思唯爾中國高被引學者；申請中國發明專利20項，獲授權14項。

       葛進，博士（中國科學技術大學），教授，博士生導師，化學專業。國家海外高層次人才青年項目獲得者。曾在2016年8月-2019年3月在德國亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心（2016.08-2019-03）和德國萊布尼茨固态材料所（2019.04-2021.06）從事博士後研究。主要從事觸壓傳感與柔性電子研究。目前在納米結構單元宏觀組裝體的制備與應用、壓力傳感器、柔性能源存儲器件等領域取得了多項成果。在國内國際期刊上發表論文36篇，引用6000餘次，其中一作和通訊作者15篇，包括Nat.Nanotech. (1篇)，Nat. Commun. (1篇)，Adv. Mater. (3篇)，Angew. Chem. Int. Ed. (2篇) ，CCS Chem. (1篇) 等。研究成果得到國内外同行的廣泛認可，部分研究工作被Nature、Nat. Nanotech.等學術期刊和新聞媒體作為研究亮點報道，獲授權發明專利7項，主持國家自然科學基金和廣東省科學基金多項。

       許海森，博士（蘭州大學）、副教授、碩士生導師，物理化學專業。現任《大學化學實驗（一）》、《大學化學實驗(二)上》、《基礎化學實驗（無機）二》、《現代化學實驗與技術（物化）》和《強基班科研技能訓練》的主講教師。2010年獲蘭州大學化學專業學士學位，2016年獲蘭州大學有機化學博士學位。2017－2021年在新加坡國立大學化學系從事博士後研究。2021年2月入選太阳集团app首页“百人計劃”引進人才，現為太阳集团1088vip專任教師。研究方向為晶态共價組裝材料，已在Nat. Chem.、Chem、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上發表學術論文20餘篇，他引1600餘次；目前作為項目負責人承擔國家自然科學基金、廣東省自然科學基金和廣州市科技計劃項目。

       王永慶，博士（中國科學院化學研究所），副教授，博士生導師，物理化學專業。曾在日本産業技術綜合研究所周豪慎課題組從事博士後研究（2013.8-2015.4）。主講的課程有現代化學實驗與技術、有機化學、物理化學、化工原理等。目前擔任Appl. Catal. B-Environ.、ACS Appl. Mater. Interfaces.等SCI期刊的論文審稿人。迄今主持和參與科研項目10項，包括主持完成國家自然科學基金2項、主持1項國家重點研發計劃子課題。主要研究興趣是有機無機雜化多孔納米結構設計、可控制備、性能優化及其在吸附、催化等領域的應用。在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Appl. Catal B-Environ、Chem. Mater.等期刊上發表20篇研究論文；獲授權發明專利5件

       王旭東，博士（太阳集团app首页），副教授，碩士生導師，物理化學專業。2017-2021，在太阳集团1088vip任特聘副研究員。主講課程有現代化學實驗與技術、能源與環境化學等。感興趣的研究方向是新型光電材料的設計合成及其應用的前沿研究，包括光電催化、可見光傳感及射線探測等。主持完成國家自然科學基金、廣東省科學基金等項目多項，在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.和Energy Environ. Sci.等期刊上發表學術論文20餘篇。