本教材按照工科物理化學課程教學的基本要求，結(jié)合多所學校相關(guān)專業(yè)教師的教學實踐經(jīng)驗編寫而成。教材分為11章：氣體的性質(zhì)、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、統(tǒng)計熱力學基礎(chǔ)、化學反應動力學、電化學、表面現(xiàn)象、膠體分散系統(tǒng)等。教材在強調(diào)基礎(chǔ)理論的同時，注意物理化學概念間的關(guān)聯(lián)和原理的應用。各章小結(jié)在總結(jié)主要內(nèi)容的同時，凝練出本章節(jié)的主要思想與物理化學方法，給出本章節(jié)相關(guān)公式和概念間的關(guān)聯(lián)。
緒論 1
0.1 物理化學研究的內(nèi)容 1
0.2 物理化學的研究方法 1
0.3 物理化學的發(fā)展 2
0.4 物理化學課程的學習方法 3
第1章 氣體的性質(zhì) 5
1.1 理想氣體 5
1.1.1 理想氣體模型 5
1.1.2 理想氣體狀態(tài)方程 6
1.1.3 摩爾氣體常數(shù) 8
1.2 理想氣體混合物 9
1.2.1 混合物組成表示法 9
1.2.2 理想氣體混合物的狀態(tài)方程 10
1.2.3 道爾頓分壓定律 10
1.2.4 阿馬伽分體積定律 11
1.3 真實氣體 12
1.3.1 真實氣體對理想氣體的偏離 12
1.3.2 氣體的液化 13
1.3.3 真實氣體狀態(tài)方程 16
1.4 對應狀態(tài)原理及普遍化壓縮因子圖 19
1.4.1 壓縮因子 20
1.4.2 對應狀態(tài)原理與普遍化壓縮因子圖 21
拓展閱讀材料 地球大氣 23
本章小結(jié) 26
思考題 27
習題 27
第2章 熱力學第一定律 29
2.1 熱力學概論 29
2.1.1 熱力學的研究對象 29
2.1.2 熱力學的研究方法 30
2.2 熱力學基本概念 30
2.2.1 系統(tǒng)與環(huán)境 30
2.2.2 狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù) 31
2.2.3 熱力學平衡態(tài) 32
2.2.4 過程與途徑 33
2.3 熱力學第一定律 33
2.3.1 熱和功 33
2.3.2 熱力學能 34
2.3.3 熱力學第一定律的文字表述 34
2.3.4 封閉系統(tǒng)熱力學第一定律的數(shù)學表達式 35
2.4 可逆過程 36
2.4.1 功與過程 36
2.4.2 可逆過程與不可逆過程 38
2.5 恒容熱、恒壓熱及焓 40
2.5.1 恒容熱QV 40
2.5.2 恒壓熱Qp 與焓 40
2.6 熱容 41
2.7 熱力學第一定律對理想氣體的應用 43
2.7.1 理想氣體的熱力學能和焓 43
2.7.2 理想氣體Cp,m 與CV,m 的關(guān)系 45
2.7.3 理想氣體的絕熱可逆過程 47
2.8 熱力學第一定律對實際氣體的應用 49
2.8.1 焦耳-湯姆遜實驗 50
2.8.2 節(jié)流膨脹過程的熱力學特征 50
2.8.3 焦耳-湯姆遜系數(shù)及其應用 50
2.8.4 焦耳-湯姆遜轉(zhuǎn)化曲線 51
2.8.5 實際氣體恒溫過程中的ΔH 和ΔU 的計算 52
2.9 相變焓 53
2.9.1 相與相變 53
2.9.2 相變焓及可逆相變過程ΔU 、ΔH 、W 和Q 的計算 54
2.9.3 相變焓與溫度的關(guān)系 55
2.9.4 不可逆相變(非平衡壓力或非平衡溫度下) 56
2.10 化學反應熱 57
2.10.1 化學反應進度 57
2.10.2 摩爾反應熱 58
2.10.3 物質(zhì)的標準態(tài)及標準摩爾反應焓 59
2.10.4 標準摩爾反應焓的計算 60
2.10.5 反應熱的測量 65
2.10.6 標準摩爾反應焓與溫度的關(guān)系 66
2.10.7 非等溫反應過程熱的計算 68
拓展閱讀材料 化學儲能技術(shù)簡介 70
本章小結(jié) 73
思考題 75
習題 77
第3章 熱力學第二定律 80
3.1 自發(fā)過程的共同特征 80
3.1.1 自發(fā)過程 80
3.1.2 自發(fā)過程的實質(zhì) 81
3.2 熱力學第二定律 81
3.3 卡諾循環(huán)和卡諾定理 82
3.3.1 熱機效率 82
3.3.2 卡諾循環(huán) 82
3.3.3 卡諾熱機效率 83
3.3.4 卡諾定理及推論 84
3.4 熵的概念、克勞修斯不等式和熵增原理 86
3.4.1 熵的導出 86
3.4.2 克勞修斯不等式 87
3.4.3 熵增原理、熵判據(jù) 88
3.5 熵變的計算與應用 89
3.5.1 環(huán)境的熵變 89
3.5.2 單純p、V、T 變化過程熵變的計算 89
3.5.3 相變化過程的熵變的計算 94
3.6 熵的物理意義和規(guī)定熵 96
3.6.1 熵的物理意義 96
3.6.2 熱力學第三定律 96
3.6.3 摩爾規(guī)定熵和標準摩爾熵 97
3.6.4 化學變化過程熵變的計算 98
3.7 亥姆霍茲函數(shù)與吉布斯函數(shù) 99
3.7.1 亥姆霍茲函數(shù) 99
3.7.2 吉布斯函數(shù) 100
3.7.3 ΔA 及ΔG 的計算 101
3.8 熱力學基本方程 104
3.8.1 熱力學基本方程 104
3.8.2 麥克斯韋關(guān)系式 106
3.8.3 吉布斯-亥姆霍茲方程 108
拓展閱讀材料 節(jié)能減排 109
本章小結(jié) 110
思考題 112
習題 113
第4章 多組分系統(tǒng)熱力學 116
4.1 偏摩爾量 116
4.1.1 偏摩爾量的定義 117
4.1.2 偏摩爾量的集合公式 118
4.1.3 吉布斯-杜亥姆(Gibbs-Duhem)方程 118
4.1.4 不同偏摩爾量之間的關(guān)系 119
4.1.5 偏摩爾量的實驗測定 120
4.2 化學勢 122
4.2.1 化學勢及其物理意義 122
4.2.2 多組分均相系統(tǒng)的熱力學基本方程(關(guān)系式) 123
4.2.3 化學勢與溫度和壓力的關(guān)系 124
4.3 氣體物質(zhì)的化學勢 125
4.3.1 理想氣體的化學勢 125
4.3.2 實際氣體物質(zhì)的化學勢 126
4.4 稀溶液中的兩個經(jīng)驗定律 128
4.4.1 拉烏爾定律 128
4.4.2 亨利定律 129
4.4.3 拉烏爾定律和亨利定律的比較 129
4.5 理想液態(tài)混合物及各組分的化學勢 130
4.5.1 理想液態(tài)混合物的定義 130
4.5.2 理想液體混合物中各組分的化學勢 130
4.5.3 理想液態(tài)混合物的通性 131
4.6 理想稀溶液及各組分的化學勢 133
4.6.1 理想稀溶液的定義 133
4.6.2 理想稀溶液中各組分的化學勢 133
4.6.3 理想稀溶液的依數(shù)性及其應用 135
4.7 實際溶液及各組分的化學勢 139
4.7.1 實際溶液對理想模型的偏差 139
4.7.2 非理想液態(tài)混合物及化學勢 139
4.7.3 非理想稀溶液及化學勢 140
*4.7.4 活度因子的測定與計算 141
拓展閱讀材料 理想稀溶液中任一組分化學勢的應用 142
利用鹽堿地及灘涂地種植水稻 143
本章小結(jié) 143
思考題 145
習題 145
第5章 化學平衡 148
5.1 化學反應的平衡條件和化學反應親和勢 148
5.2 化學反應的平衡常數(shù)和等溫方程式 149
5.2.1 氣相反應的平衡常數(shù)——化學反應的等溫方程式 149
5.2.2 溶液中反應的平衡常數(shù) 150
5.2.3 氣相反應的經(jīng)驗平衡常數(shù) 152
5.3 標準摩爾生成吉布斯函數(shù)與平衡常數(shù)的計算 152
5.3.1 標準狀態(tài)下的反應吉布斯函數(shù) 152
5.3.2 標準摩爾生成Gibbs函數(shù) 153
5.3.3 標準平衡常數(shù)與化學反應計量方程式的關(guān)系 154
5.4 復相化學平衡 155
5.5 化學反應平衡系統(tǒng)的計算 158
5.5.1 平衡常數(shù)的應用 158
5.5.2 平衡混合物組成計算 158
5.6 各種因素對化學平衡的影響 160
5.6.1 溫度對化學平衡的影響——化學反應的等壓方程 160
5.6.2 壓力對化學平衡的影響 163
5.6.3 惰性組分氣體對化學平衡的影響 164
5.6.4 物料配比對平衡組成的影響 166
*5.7 同時平衡、反應耦合、近似計算 166
5.7.1 同時平衡 166
5.7.2 反應耦合 167
5.7.3 近似計算 168
拓展閱讀材料 生化反應的耦合 168
科學家侯德榜 169
本章小結(jié) 169
思考題 170
習題 171
第6章 相平衡 174
6.1 相律 174
6.1.1 相律的基本概念 174
6.1.2 吉布斯相律的推導 175
6.1.3 吉布斯相律的局限性與應用 176
6.2 單組分系統(tǒng)的相圖 176
6.2.1 單組分系統(tǒng)的相律及其相圖特征 176
6.2.2 克拉貝龍方程和克勞修斯-克拉貝龍方程 177
6.2.3 典型的單組分系統(tǒng)相圖 179
6.2.4 單組分系統(tǒng)相變的特征與類型 181
6.3 二組分液態(tài)混合物的氣-液平衡相圖 182
6.3.1 二組分理想液態(tài)混合物系統(tǒng)氣-液平衡相圖 182
6.3.2 二組分理想液態(tài)混合物的氣-液平衡相圖的應用 184
6.3.3 杠桿規(guī)則及其應用 184
6.3.4 二組分非理想液態(tài)混合物的氣-液平衡相圖 185
6.4 部分互溶和完全不互溶雙液系統(tǒng)相圖 188
6.4.1 部分互溶雙液系統(tǒng)相圖 188
6.4.2 完全不互溶雙液系統(tǒng)相圖 190
6.5 二組分固-液平衡系統(tǒng)相圖 191
6.5.1 相圖與步冷曲線的繪制 191
6.5.2 固相完全互溶系統(tǒng)相圖 194
6.5.3 固相部分互溶系統(tǒng)相圖 195
6.5.4 固相完全不溶系統(tǒng)相圖 196
6.5.5 生成化合物系統(tǒng)相圖 196
6.5.6 二組分系統(tǒng)T-x 相圖的共同特征 198
6.6 三組分系統(tǒng)相圖 198
6.6.1 三角坐標表示法 198
6.6.2 部分互溶三液系統(tǒng)相圖 199
6.6.3 部分互溶三液系統(tǒng)相圖的應用 200
6.6.4 鹽水三組分系統(tǒng)的固-液相圖 200
拓展閱讀材料 黃子卿與水的三相點 201
本章小結(jié) 202
思考題 203
習題 203
第7章 統(tǒng)計熱力學基礎(chǔ) 209
7.1 概述 209
7.1.1 統(tǒng)計熱力學研究的對象與任務 209
7.1.2 統(tǒng)計熱力學研究方法 210
7.1.3 統(tǒng)計熱力學方法的特點 210
7.1.4 統(tǒng)計系統(tǒng)的分類 210
7.1.5 統(tǒng)計熱力學的基本假設 211
7.1.6 最概然分布與平衡分布 211
7.2 玻爾茲曼分布律與粒子配分函數(shù) 214
7.2.1 玻爾茲曼分布律 214
7.2.2 粒子配分函數(shù)q 216
7.2.3 粒子配分函數(shù)的計算 217
7.3 配分函數(shù)和熱力學性質(zhì)的關(guān)系 221
7.4 統(tǒng)計熱力學應用——氣體 224
7.4.1 單原子氣體 224
7.4.2 雙原子及線型多原子氣體 225
7.5 統(tǒng)計熱力學應用——理想氣體反應的平衡常數(shù) 227
7.5.1 化學平衡體系的公共能量標度 227
7.5.2 平衡常數(shù)的配分函數(shù)表達式 227
7.5.3 標準摩爾Gibbs函數(shù)和標準
摩爾焓函數(shù) 230
拓展閱讀材料 中國統(tǒng)計熱力學的發(fā)展 233
本章小結(jié) 234
思考題 235
習題 236
第8章 化學反應動力學 238
8.1 化學動力學的基本概念 239
8.1.1 反應速率 239
8.1.2 反應速率的測定 240
8.1.3 基元反應和非基元反應 241
8.1.4 質(zhì)量作用定律 242
8.1.5 反應級數(shù)和速率系數(shù) 243
8.2 具有簡單級數(shù)反應的特點 244
8.2.1 零級反應 244
8.2.2 一級反應 245
8.2.3 二級反應 246
*8.2.4 n 級反應 249
8.2.5 反應級數(shù)的測定和速率方程的確立 251
8.3 溫度對反應速率的影響 255
8.3.1 范特霍夫近似規(guī)律 255
8.3.2 阿倫尼烏斯公式 256
8.3.3 活化能 257
8.4 幾種典型的復雜反應 259
8.4.1 對峙反應 259
8.4.2 平行反應 261
8.4.3 連串反應 262
8.4.4 復雜反應速率方程的近似處理方法 264
8.4.5 鏈反應 267
8.5 反應速率理論簡介 271
8.5.1 碰撞理論 271
8.5.2 過渡態(tài)理論 275
8.5.3 單分子反應理論 280
*8.5.4 反應速率理論的發(fā)展——分子反應動態(tài)學簡介 282
8.6 溶液中的反應動力學簡介 284
8.7 催化反應動力學 288
8.7.1 催化與催化作用 288
8.7.2 均相催化反應 291
8.7.3 多相催化反應動力學 294
8.8 光化學反應 296
8.8.1 光化學基本定律 297
8.8.2 量子產(chǎn)率 297
8.8.3 光化學反應動力學 298
*8.8.4 光化學反應平衡 300
8.8.5 光敏反應和化學發(fā)光 300
拓展閱讀材料 雙碳淺談與酶的作用 301
本章小結(jié) 303
思考題 305
習題 305
第9章 電化學 311
9.1 電解質(zhì)溶液導論 312
9.1.1 電解質(zhì)溶液導電機理及法拉第定律 312
9.1.2 離子的電遷移與遷移數(shù) 314
9.1.3 電導、電導率和摩爾電導率 316
9.1.4 電解質(zhì)溶液的活度 321
9.1.5 強電解質(zhì)溶液理論簡介 323
9.2 可逆電池的構(gòu)成及其電動勢測定 325
9.3 可逆電池的熱力學 329
9.3.1 Nernst方程 330
9.3.2 電池反應有關(guān)熱力學量的關(guān)系 330
9.3.3 電極電勢和液體接界電勢 333
9.3.4 電動勢測定的應用 336
9.4 原電池的設計與應用 339
9.4.1 氧化還原反應 339
9.4.2 擴散過程——濃差電池 340
9.4.3 中和反應與沉淀反應 340
9.4.4 化學電源 341
9.5 電極過程 344
9.6 電解的實際應用 349
9.6.1 金屬的析出 349
9.6.2 金屬的電化學腐蝕和防腐 351
拓展閱讀材料 電化學科學家簡介 353
本章小結(jié) 354
思考題 355
習題 357
第10章 表面現(xiàn)象 361
10.1 界面及界面特性 362
10.1.1 表面與界面 362
10.1.2 比表面積 362
10.2 表面吉布斯函數(shù)與表面張力 363
10.2.1 表面功、表面吉布斯函數(shù)及表面張力 363
10.2.2 表面熱力學基本方程 366
10.2.3 表面張力與溫度的關(guān)系 366
10.3 潤濕現(xiàn)象 367
10.3.1 潤濕角與楊氏方程 368
10.3.2 鋪展 369
10.4 彎曲液面的表面現(xiàn)象 369
10.4.1 彎曲液面下的附加壓力 369
10.4.2 附加壓力的大小——Yang-Laplace方程 370
10.4.3 毛細管現(xiàn)象 370
10.4.4 彎曲液面下附加壓力的應用 371
10.5 彎曲液面上的飽和蒸氣壓 372
10.5.1 開爾文方程 372
10.5.2 亞穩(wěn)狀態(tài)和新相的生成 373
10.6 溶液表面的吸附 374
10.6.1 溶液表面的吸附現(xiàn)象 374
10.6.2 表面吸附量(表面過剩) 375
10.6.3 Gibbs吸附公式 375
10.7 表面活性劑及其作用 377
10.7.1 表面活性劑的結(jié)構(gòu) 377
10.7.2 表面活性劑的分類 377
10.7.3 表面活性劑在溶液體相與表面層的分布 380
10.7.4 表面活性劑的實際應用 383
10.7.5 表面活性劑的研究及展望 384
10.8 固體表面的吸附 384
10.8.1 物理吸附和化學吸附 384
10.8.2 經(jīng)驗吸附等溫式 385
10.8.3 Langmuir吸附等溫式 387
10.8.4 多分子層吸附等溫式 390
拓展閱讀材料 材料的表面特性及應用 390
本章小結(jié) 393
思考題 395
習題 396
第11章 膠體分散系統(tǒng) 398
11.1 概述 398
11.1.1 分散系統(tǒng)及其分類 398
11.1.2 膠體分散系統(tǒng)的制備與凈化 400
11.2 溶膠的動力學和光學性質(zhì) 403
11.2.1 溶膠的動力學性質(zhì) 403
11.2.2 溶膠的光學性質(zhì) 405
11.3 溶膠的電學性質(zhì) 407
11.3.1 膠體粒子的表面電荷 407
11.3.2 雙電層理論與膠團結(jié)構(gòu) 408
11.3.3 溶膠的電動現(xiàn)象 411
11.4 憎液溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用 412
11.5 大分子溶液 416
11.5.1 大分子化合物及其溶液 416
11.5.2 唐南平衡 419
11.6 凝膠 421
11.6.1 凝膠 421
11.6.2 凝膠的分類 421
11.6.3 凝膠的制備 422
11.6.4 凝膠的性質(zhì) 423
11.6.5 凝膠的應用 424
11.7 乳狀液和微乳液 424
11.7.1 乳狀液 424
11.7.2 多重乳狀液 426
11.8 其他粗分散系統(tǒng) 427
11.8.1 泡沫 427
11.8.2 懸浮液 429
11.8.3 氣溶膠 430
拓展閱讀材料 大氣氣溶膠及其環(huán)境影響 430
本章小結(jié) 432
思考題 434
習題 434
附錄 436
附錄1 SI單位及常用基本常數(shù) 436
附錄2 能量單位間的換算 437
附錄3 物質(zhì)B的Sm 和ΔfGm 在不同標準狀態(tài)之間的換算因數(shù) 437
附錄4 元素的原子量表 438
附錄5 某些物質(zhì)的臨界參數(shù) 439
附錄6 某些氣體的范德華常數(shù) 440
附錄7 某些氣體的摩爾定壓熱容與溫度的關(guān)系(Cp,m =a+bT +cT2) 440
附錄8 某些物質(zhì)的標準摩爾生成焓、標準摩爾生成吉布斯函數(shù)、標準摩爾熵及摩爾定壓熱容(p=100kPa,25℃) 441
附錄9 某些有機化合物標準摩爾燃燒焓(p=100kPa,25℃) 443
參考文獻 444
書單推薦
