物理化學(第二版)按照本科教學的基本要求,培養(yǎng)目標是應(yīng)用型與技術(shù)型人才。本書對物理化學概念的深度要求不高,但有廣度。
全書除緒論外共10章,其中第1至第5章為熱力學部分,包括熱力學第一定律、熱力學第二定律、多組分系統(tǒng)熱力學、化學平衡、相平衡;第6章電化學中既有熱力學部分,也有動力學部分;第7章化學動力學基礎(chǔ)則為典型動力學部分;第8至第10章分別為表面現(xiàn)象、溶膠和大分子溶液,主要是應(yīng)用化學熱力學來解決實際系統(tǒng)的問題,屬于化學熱力學的應(yīng)用。
本書可作為應(yīng)用型本科院;瘜W專業(yè)及相關(guān)專業(yè)學生的教材,也可以作為化工類專業(yè)技術(shù)人員的參考書。
這是應(yīng)用型本科化學課程聯(lián)編教材,經(jīng)過多年使用,綜合使用單位意見進行修訂,更加突出應(yīng)用型本科化學教學特色。
隨著中國的教育事業(yè)不斷發(fā)展,招生規(guī)模也在不斷擴大,教材的改革、更新也層出不窮,但在教材的使用上也常常會出現(xiàn)一些困難。有的教材編寫的理論既有深度,又有廣度,篇幅大,涉及內(nèi)容多;有的教材因?qū)W時少,內(nèi)容也相對較少。大部分教材都是以講解理論為主,而物理化學除了有很強的理論性外,也有很強的實用性,如果兩者都兼顧,勢必會使得教材編寫的內(nèi)容太多。但如果只注重實用性,編寫內(nèi)容雖然可大大減少,卻又會使學生只看到了問題的表象,而看不到問題的本質(zhì),無法發(fā)揮其創(chuàng)造性。
這次由華中科技大學出版社組織編寫的這套教材則是在調(diào)研的基礎(chǔ)上,提出了一些編寫的新思路。這套教材定位為應(yīng)用型本科的培養(yǎng)層次,突出實用、適用、夠用和創(chuàng)新的“三用一新”的特點。它雖不同于普通高校的本科教材,但又不偏離本科教學的基本要求,淡化學術(shù)研究成分,在編排上要求先易后難,既要低起點,又要有坡度、上水平,更要進一步強化對學生應(yīng)用能力的培養(yǎng),增加案例教學。
本著上述思路,本教材在內(nèi)容上作了一些調(diào)整,前幾章的理論性強,編寫時力求適用、夠用,避開一些深奧的推理過程,注重結(jié)果的使用;后幾章編寫時結(jié)合生產(chǎn)實際,結(jié)合應(yīng)用,增加案例。
這次編寫的教材,參編的老師來自不同專業(yè),大家都曾面對過不同生源的學生,了解學生的需求,本著以上述基本思想為指導(dǎo),結(jié)合本專業(yè)特點,共同融合,終得此書。
本教材由南京中醫(yī)藥大學徐飛任主編,電子科技大學中山學院雷雪峰、南京中醫(yī)藥大學邵江娟、北京理工大學珠海學院呂京美、湖北中醫(yī)藥大學陳振江、聊城大學東昌學院陳桂芳任副主編。教材編寫的分工情況如下:其他參與教材編寫的老師還有武漢工商學院何武強、南京中醫(yī)藥大學呂翔、南京中醫(yī)藥大學翰林學院張洪江、河南中醫(yī)學院苑娟、宿江學院王晴、遼寧科技學院呂曉姝、長江大學工程技術(shù)學院賴艷等。同時對《物理化學》第一版教材編寫付出辛勤勞動的老師表示忠心的感謝。
當然,書中難免有一些不到之處,有些設(shè)想還沒有全部體現(xiàn)在教材中,希望通過今后的教學實踐,找出不足,加以完善。也希望各位同行在參看了本書后,提出寶貴意見,我們編寫組一定會虛心接受,并對此衷心地表示感謝。
徐飛,南京中醫(yī)藥大學副教授,主持國*級部省級等項目5項,企業(yè)攻關(guān)項目2項,主要參與國*級等項目15項,發(fā)表論文40余篇。以第一發(fā)明人授權(quán)專利及軟件著作權(quán)3項。主編、副主編國家規(guī)劃教材4部,參編行業(yè)規(guī)劃教材16部。獲教育部教指委及校級教學類獎項8項,入選“江蘇省雙創(chuàng)計劃”“科技副總”項目,入選江蘇高!扒嗨{工程”優(yōu)秀青年骨干教師培養(yǎng)對象,獲市級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獎項1項,指導(dǎo)本科生及研究生獲省級、校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類獎項9項
第0章緒論(1)
0.1物理化學課程的學習目的和內(nèi)容(1)
0.2物理化學的研究方法(2)
0.3物理化學課程的學習方法(3)
0.4氣體的性質(zhì)(4)
0.4.1理想氣體(4)
0.4.2摩爾氣體常數(shù)(5)
0.4.3混合理想氣體(6)
0.4.4真實氣體與范德華狀態(tài)方程(7)
0.5物理化學在生產(chǎn)上的作用(11)
第1章熱力學第一定律(12)
1.1熱力學概論(12)
1.1.1熱力學的基本內(nèi)容(12)
1.1.2熱力學的方法和局限性(12)
1.2熱力學基本概念(12)
1.2.1系統(tǒng)與環(huán)境(12)
1.2.2系統(tǒng)的性質(zhì)(13)
1.2.3熱力學平衡態(tài)(13)
1.2.4狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)(13)
1.2.5過程與途徑(14)
1.2.6熱與功(15)
1.3可逆過程(16)
1.3.1功與過程(16)
1.3.2準靜態(tài)過程(18)
1.3.3可逆過程的定義與特征(19)
1.4熱力學第一定律(19)
1.4.1熱力學能(19)
1.4.2熱力學第一定律的表達式(20)
1.5焓(20)
1.5.1等容熱(20)
1.5.2等壓熱(21)
1.6熱容(22)
1.6.1熱容的概念(22)
1.6.2等容熱容(22)
1.6.3等壓熱容(22)
1.6.4熱容與溫度的關(guān)系(23)
1.7熱力學第一定律對理想氣體的應(yīng)用(23)
1.7.1焦耳湯姆遜實驗(23)
1.7.2理想氣體的Cp與CV的關(guān)系(24)
1.7.3理想氣體的等溫過程(25)
1.7.4理想氣體的絕熱過程(26)
1.8相變焓(28)
1.8.1相變焓的概念(28)
1.8.2相變焓與溫度的關(guān)系(29)
1.9反應(yīng)焓(30)
1.9.1等容反應(yīng)熱與等壓反應(yīng)熱(30)
1.9.2熱化學方程式(31)
1.9.3蓋斯定律(31)
1.10幾種熱效應(yīng)(32)
1.10.1生成焓(32)
1.10.2燃燒焓(33)
1.10.3溶解焓和稀釋焓(34)
1.11反應(yīng)焓與溫度的關(guān)系——基爾霍夫定律(35)
1.12節(jié)流膨脹——實際氣體的熱力學能和焓(36)
1.12.1節(jié)流膨脹概述(36)
1.12.2焦耳湯姆遜系數(shù)與實際氣體的熱力學能和焓(37)
本章小結(jié)(37)
思考題(38)
習題(39)
第2章熱力學第二定律(42)
2.1自發(fā)過程與熱力學第二定律的經(jīng)驗敘述(42)
2.1.1自發(fā)過程的共同特征(42)
2.1.2熱力學第二定律的經(jīng)驗敘述(43)
2.2卡諾循環(huán)與卡諾定理(44)
2.2.1熱機效率(44)
2.2.2卡諾循環(huán)(44)
2.2.3卡諾定理(45)
2.3熵的概念——熵與熵增原理(47)
2.3.1可逆循環(huán)過程與可逆過程的熱溫商(47)
2.3.2不可逆循環(huán)過程與不可逆過程的熱溫商(48)
2.3.3熵增原理(49)
2.4熵變的計算(50)
2.4.1理想氣體單純pVT變化過程(50)
2.4.2理想氣體混合過程(52)
2.4.3實際氣體、液體或固體單純pVT變化過程(53)
2.4.4相變過程(53)
2.5熱力學第三定律(54)
2.5.1熱力學第三定律的敘述(54)
2.5.2規(guī)定摩爾熵和標準摩爾熵(55)
2.5.3化學反應(yīng)過程的熵變(55)
2.5.4熵的物理意義(56)
2.6亥姆霍茲自由能與吉布斯自由能(57)
2.6.1亥姆霍茲自由能(58)
2.6.2吉布斯自由能(59)
2.6.3吉布斯自由能變的計算(59)
2.7熱力學狀態(tài)函數(shù)之間的關(guān)系(62)
2.7.1熱力學基本方程(62)
2.7.2麥克斯韋關(guān)系式(63)
本章小結(jié)(64)
思考題(64)
習題(65)
第3章多組分系統(tǒng)熱力學(68)
3.1偏摩爾量(68)
3.1.1偏摩爾量的定義(68)
3.1.2偏摩爾量的集合公式(69)
3.1.3吉布斯杜亥姆公式(69)
3.2化學勢(70)
3.2.1化學勢的定義(70)
3.2.2化學勢判據(jù)(71)
3.3氣體混合物中各組分的化學勢(72)
3.3.1理想氣體的化學勢(72)
3.3.2非理想氣體混合物的化學勢——逸度的概念(72)
3.4稀溶液中的兩個經(jīng)驗定律(73)
3.5理想液態(tài)混合物(73)
3.6理想稀溶液中各組分的化學勢(74)
3.6.1理想稀溶液的定義(74)
3.6.2理想稀溶液中任一組分的化學勢(75)
3.7實際溶液中各組分的化學勢(75)
3.8化學勢的應(yīng)用——稀溶液的依數(shù)性(76)
3.8.1蒸氣壓下降(76)
3.8.2沸點升高(76)
3.8.3凝固點降低(77)
3.8.4滲透壓(78)
本章小結(jié)(79)
思考題(79)
習題(80)
第4章化學平衡(82)
4.1化學反應(yīng)的方向和平衡條件(82)
4.1.1化學反應(yīng)的平衡條件(82)
4.1.2化學反應(yīng)的親合勢(83)
4.2化學反應(yīng)的平衡常數(shù)(83)
4.2.1氣相反應(yīng)的平衡常數(shù)(83)
4.2.2液相反應(yīng)的平衡常數(shù)(86)
4.3化學反應(yīng)的等溫方程(86)
4.3.1化學反應(yīng)的標準摩爾吉布斯自由能(86)
4.3.2化學反應(yīng)的等溫方程(87)
4.3.3ΔrGm的計算(88)
4.4影響化學平衡的因素(90)
4.4.1溫度對化學平衡的影響(90)
4.4.2壓力對化學平衡的影響(92)
4.4.3惰性氣體對化學平衡的影響(93)
本章小結(jié)(94)
思考題(94)
習題(95)
第5章相平衡(100)
5.1基本概念(100)
5.1.1相(100)
5.1.2組分數(shù)(100)
5.1.3自由度數(shù)(102)
5.1.4相律(102)
5.2單組分系統(tǒng)相圖(103)
5.2.1水的相圖(104)
5.2.2硫的相圖(106)
5.2.3克拉貝龍克勞修斯方程概述(106)
5.2.4超臨界流體萃取(108)
5.3二組分氣液平衡系統(tǒng)(109)
5.3.1理想溶液壓力組成圖(109)
5.3.2理想溶液溫度組成圖(111)
5.3.3非理想溶液的px圖和Tx圖(112)
5.3.4精餾原理(114)
5.3.5完全不互溶液體系統(tǒng)——水蒸氣蒸餾(115)
5.4二組分液液平衡系統(tǒng)(116)
5.5二組分液固平衡系統(tǒng)(118)
5.5.1生成簡單低共熔混合物相圖(118)
5.5.2形成化合物的二組分系統(tǒng)相圖(122)
5.5.3二組分部分互溶的系統(tǒng)相圖(124)
5.6三組分系統(tǒng)(125)
5.6.1三組分系統(tǒng)的組成表示法(125)
5.6.2部分互溶三液體系統(tǒng)(127)
5.7分配定律及其應(yīng)用(128)
5.7.1分配定律(128)
5.7.2分配定律的應(yīng)用——萃取(129)
本章小結(jié)(130)
思考題(130)
習題(130)
第6章電化學(133)
61電化學體系及法拉第定律(133)
611電化學體系(133)
612法拉第定律(134)
62離子的電遷移和遷移數(shù)(135)
621離子的電遷移現(xiàn)象(135)
622離子的遷移數(shù)(137)
63電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)(139)
631電導(dǎo)、電導(dǎo)率與摩爾電導(dǎo)率的概念(139)
632電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)測定(140)
633電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系(141)
634離子獨立移動定律和離子的摩爾電導(dǎo)率(142)
64電導(dǎo)測定的應(yīng)用(143)
641檢測水的純度(143)
642弱電解質(zhì)的解離度及解離常數(shù)的測定(143)
643難溶鹽的溶解度(或溶度積)的測定(144)
644電導(dǎo)滴定(144)
65電解質(zhì)溶液的活度、活度系數(shù)及德拜休克爾極限公式(選學內(nèi)容)(145)
651平均離子活度和平均離子活度系數(shù)(145)
652離子強度(147)
653德拜休克爾極限公式(148)
66可逆電池與惠斯通標準電池(149)
661原電池(149)
662可逆電池(149)
663惠斯通標準電池(150)
67原電池熱力學(151)
671由可逆電動勢計算電池反應(yīng)的摩爾吉布斯自由能變(151)
672由原電池電動勢的溫度系數(shù)計算電池反應(yīng)的摩爾熵變(151)
673電池反應(yīng)摩爾反應(yīng)焓的計算(151)
674原電池可逆放電反應(yīng)過程的可逆熱(151)
675能斯特方程(152)
68電極電勢和電池的電動勢(153)
681標準氫電極(153)
682電極電勢(154)
683原電池電動勢的計算(156)
6.9極化作用和電極反應(yīng)(157)
6.9.1極化作用與極化曲線(157)
6.9.2去極化作用(158)
本章小結(jié)(159)
思考題(159)
習題(159)
第7章化學動力學基礎(chǔ)(162)
71基本概念(162)
711化學反應(yīng)速率(162)
712化學反應(yīng)機理(163)
713質(zhì)量作用定律(164)
72濃度對反應(yīng)速率的影響(165)
721反應(yīng)級數(shù)(165)
722零級反應(yīng)的動力學方程及其特征(165)
723一級反應(yīng)的動力學方程及其特征(166)
724二級反應(yīng)動力學方程及其特征(168)
725反應(yīng)級數(shù)的確定(169)
73幾種典型的復(fù)雜反應(yīng)(171)
731對峙反應(yīng)(可逆反應(yīng))(171)
732平行反應(yīng)(173)
733連串反應(yīng)(連續(xù)反應(yīng))(174)
74溫度對反應(yīng)速率的影響(175)
741范特霍夫經(jīng)驗規(guī)則(176)
742阿侖尼烏斯公式(176)
743活化能(176)
75復(fù)合反應(yīng)的速率方程(178)
751復(fù)合反應(yīng)速率的近似處理方法(178)
752鏈反應(yīng)(180)
76反應(yīng)速率理論概述(182)
761碰撞理論(182)
762過渡狀態(tài)理論(183)
77溶劑對反應(yīng)速率的影響(186)
78催化作用(187)
781催化作用的基本特征(187)
782單相催化反應(yīng)(188)
783多相催化反應(yīng)(189)
79光化反應(yīng)(189)
本章小結(jié)(190)
思考題(191)
習題(191)
第8章表面現(xiàn)象(194)
81表面現(xiàn)象概述(194)
811比表面吉布斯自由能與表面張力(194)
812表面張力的影響因素(195)
813研究表面現(xiàn)象的熱力學準則(196)
82潤濕與鋪展(197)
821潤濕作用(197)
822液體的鋪展(198)
83高分散度對物理性質(zhì)的影響(198)
831彎曲液面的附加壓力——拉普拉斯方程(198)
832高分散度對蒸氣壓的影響(200)
833高分散度對溶解度的影響(201)
834高分散度對熔點的影響(201)
835亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象(201)
84溶液表面的吸附(202)
841溶液表面的吸附現(xiàn)象(202)
842吉布斯吸附等溫式及其應(yīng)用(202)
85表面活性劑(203)
851表面活性劑的分類(203)
852親水親油平衡值(203)
853表面活性劑的作用(205)
86氣固表面上的吸附(208)
861物理吸附與化學吸附(208)
862氣固表面吸附等溫線(209)
863弗羅因德立希經(jīng)驗式(209)
864單分子層吸附理論——朗格繆爾吸附等溫式(210)
865多分子層吸附理論——BET吸附等溫式(211)
87固液界面上的吸附(212)
871分子吸附(212)
872離子吸附(213)
873固體吸附劑(213)
88粉體的性質(zhì)(214)
881粉體的比表面積(214)
882粉體的微粒數(shù)(215)
883粉體的密度(215)
884粉體的空隙率(215)
885粉體的吸濕性(215)
886粉體的流動性(216)
閱讀材料(216)
本章小結(jié)(218)
思考題(218)
習題(219)
第9章溶膠(220)
91膠體化學概述(220)
92分散系統(tǒng)的分類及其特征(221)
921分散系統(tǒng)的分類(221)
922溶膠的基本特征(222)
93溶膠的制備與凈化(222)
931制備溶膠的途徑與必要條件(222)
932分散法制備溶膠(222)
933凝聚法制備溶膠(223)
934均勻溶膠的制備(224)
935溶膠的凈化(224)
94溶膠的光學性質(zhì)(225)
941光的吸收、散射與反射(225)
942瑞利公式(225)
943溶膠的顏色(226)
944比濁分析法的基本原理(226)
945超顯微鏡法測定膠體粒子的大小(227)
95溶膠的動力學性質(zhì)(227)
951布朗運動(227)
952擴散(228)
953沉降(228)
954沉降平衡(229)
955溶膠的滲透壓(229)
96溶膠的電學性質(zhì)(229)
961電動現(xiàn)象(229)
962溶膠粒子的帶電原因(231)
963擴散雙電層和溶膠的穩(wěn)定性(231)
964膠團的結(jié)構(gòu)(232)
965電泳的計算和測定(233)
97溶膠的穩(wěn)定性和聚沉(234)
971溶膠的動力學穩(wěn)定性和聚結(jié)不穩(wěn)定性(234)
972電解質(zhì)對溶膠的聚沉作用(235)
973其他因素對溶膠聚沉的影響(236)
本章小結(jié)(236)
思考題(237)
習題(237)
第10章大分子溶液(239)
101大分子化合物的結(jié)構(gòu)(239)
1011大分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(239)
1012大分子化合物的平均摩爾質(zhì)量(240)
102大分子溶液概述(241)
1021大分子溶液的基本性質(zhì)(241)
1022大分子溶液對溶膠的作用(242)
103大分子電解質(zhì)溶液(243)
1031大分子電解質(zhì)概述(243)
1032大分子電解質(zhì)溶液的電學性質(zhì)(244)
1033大分子電解質(zhì)溶液的穩(wěn)定性(246)
1034大分子電解質(zhì)溶液的相互作用(246)
104大分子溶液的滲透壓(246)
1041大分子溶液的反常滲透壓(246)
1042滲透壓測定大分子的平均摩爾質(zhì)量(247)
1043唐南膜平衡(247)
105大分子溶液的黏度(249)
1051黏度的定義和表示方法(249)
1052大分子溶液黏度概述(250)
1053大分子電解質(zhì)溶液的黏度(252)
1054流變性簡介(252)
106凝膠(254)
1061凝膠的分類(254)
1062凝膠的結(jié)構(gòu)(254)
1063膠凝作用和影響因素(255)
1064干膠的溶脹和影響因素(255)
1065離漿和觸變(256)
本章小結(jié)(256)
思考題(257)
習題(257)
附錄(258)
附錄A國際單位制(SI)(258)
附錄B一些物質(zhì)的摩爾定壓熱容與溫度的關(guān)系(101 325 Pa)(260)
附錄C一些有機化合物的標準摩爾燃燒焓(298 K)(260)
附錄D一些物質(zhì)的標準摩爾生成焓、標準摩爾生成吉布斯自由能、標準摩爾熵
及標準摩爾定壓熱容(298 K)(261)
參考文獻(265)