物理化學(xué)

前言

物理化學(xué)是研究化學(xué)系統(tǒng)行為最一般的宏觀、微觀規(guī)律與理論，它是化學(xué)的理論基礎(chǔ)。物理化學(xué)因其在化學(xué)學(xué)科中的特殊地位，其教學(xué)在化學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)中具有舉足輕重的作用。我們編寫(xiě)的面向21世紀(jì)課程教材《物理化學(xué)》從2002年出版至今，在高等師范院?；瘜W(xué)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)中起到了積極的作用。為了適應(yīng)高等教育發(fā)展的要求及吸收近年來(lái)物理化學(xué)教學(xué)研究成果，結(jié)合兄弟院校特別是使用該教材院校教師的建議對(duì)教材進(jìn)行了修訂。修訂后的教材完全符合“化學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)基本內(nèi)容”對(duì)物理化學(xué)課程的要求。修訂工作主要有：1.刪除了原教材中的[閱讀材料]部分，將其中與教學(xué)基本內(nèi)容密切相關(guān)的部分，用小號(hào)字列在相應(yīng)章節(jié)中，方便選學(xué)。2.為更加便于教師講授、學(xué)生自學(xué)，對(duì)原書(shū)第一篇化學(xué)熱力學(xué)進(jìn)行了大幅度的調(diào)整和重寫(xiě)。由3章變?yōu)?章。全面采用了萬(wàn)洪文教授提出的“化學(xué)平衡基本原理的教學(xué)新體系”。為了避免與自動(dòng)發(fā)生的過(guò)程等一類(lèi)概念相混淆，修訂后的教材定義“自發(fā)過(guò)程”這一名詞時(shí)，特別指出這一稱(chēng)謂強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)在兩狀態(tài)間變化時(shí)具有對(duì)外作功的能力，即兩狀態(tài)間自發(fā)變化的趨勢(shì)，而與系統(tǒng)在此兩狀態(tài)間變化的具體過(guò)程及是否對(duì)外作功無(wú)關(guān)。萬(wàn)洪文教授提出的化學(xué)平衡教學(xué)新體系和發(fā)表的系列論文經(jīng)過(guò)專(zhuān)家鑒定并獲得國(guó)家優(yōu)秀教學(xué)成果二等獎(jiǎng)，在國(guó)內(nèi)物理化學(xué)教學(xué)方面的著名教授（傅獻(xiàn)彩、屈松生、江琳才、蔣亦芹等）參加的鑒定會(huì)上對(duì)該項(xiàng)成果給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為：此項(xiàng)研究成果在國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)有系統(tǒng)報(bào)道，屬于首創(chuàng)，其重要性在于創(chuàng)造性地完善和充實(shí)了化學(xué)平衡原理的基本規(guī)律，并形成了完整的教學(xué)體系，是一項(xiàng)開(kāi)拓性的工作，它不僅具有重要的理論意義，同時(shí)對(duì)物理化學(xué)中化學(xué)平衡基本原理的教學(xué)將會(huì)起到指導(dǎo)作用，此項(xiàng)研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平、建議廣泛推廣應(yīng)用。3.對(duì)第四篇化學(xué)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了較大的調(diào)整和重寫(xiě)，除唯象動(dòng)力學(xué)一節(jié)外，其余部分都是在宏觀的層面上介紹基元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律及其在各類(lèi)反應(yīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。直接從基元反應(yīng)的層次上介紹化學(xué)動(dòng)力學(xué)基本原理和處理動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的基本方法。修訂工作主要由萬(wàn)洪文、詹正坤負(fù)責(zé)。對(duì)為本書(shū)修訂提出建議、意見(jiàn)及幫助的教師和學(xué)生表示衷心的感謝。由于能力所限，雖經(jīng)修訂，書(shū)中謬誤及不當(dāng)之處仍難避免，歡迎讀者批評(píng)、指正。

內(nèi)容概要

　　《物理化學(xué)（第2版）》全面采用了萬(wàn)洪文教授提出的“化學(xué)平衡基本原理的教學(xué)新體系”。在第一版的基礎(chǔ)上，對(duì)第一篇化學(xué)熱力學(xué)進(jìn)行了大幅度的調(diào)整和重寫(xiě)，由3章變?yōu)?章。全書(shū)共分五部分十一章，包括：第一篇化學(xué)熱力學(xué)（熱力學(xué)第一定律，熱力學(xué)第二定律，多組分系統(tǒng)熱力學(xué)，多相平衡系統(tǒng)熱力學(xué)，化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)熱力學(xué)），第二篇統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ)，第三篇膠體及界面化學(xué)，第四篇化學(xué)動(dòng)力學(xué)（基元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，復(fù)雜反應(yīng)動(dòng)力學(xué)），第五篇電化學(xué)（基礎(chǔ)電化學(xué)，應(yīng)用電化學(xué)）?！　　段锢砘瘜W(xué)（第2版）》可供高等師范院校物理化學(xué)課程教學(xué)使用，也可供其他高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)參考。

書(shū)籍目錄

第一篇 化學(xué)熱力學(xué)第1章 熱力學(xué)第一定律第1節(jié) 熱力學(xué)基本概念1.1.1 系統(tǒng)與系統(tǒng)的性質(zhì)1.1.2 系統(tǒng)的狀態(tài)1.1.3 狀態(tài)函數(shù)1.1.4 過(guò)程與途徑1.1.5 熱與功1.1.6 體積功的計(jì)算練習(xí)第2節(jié) 熱力學(xué)第一定律1.2.1 熱力學(xué)能1.2.2 熱力學(xué)第一定律1.2.3 焓1.2.4 熱容練習(xí)第3節(jié) 氣體系統(tǒng)中的應(yīng)用1.3.1 理想氣體1.3.2 理想氣體的等溫過(guò)程1.3.3 理想氣體的絕熱過(guò)程1.3.4 Carnot循環(huán)1.3.5 實(shí)際氣體練習(xí)第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓1.4.2 焓的規(guī)定值1.4.3 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓的計(jì)算1.4.4 等溫化學(xué)反應(yīng)1.4.5 非等溫化學(xué)反應(yīng)1.4.6 相變過(guò)程練習(xí)練習(xí)題第2章 熱力學(xué)第二定律第1節(jié) Clausius不等式與熵2.1.1 實(shí)際過(guò)程都是熱力學(xué)不可逆過(guò)程2.1.2 熱力學(xué)第二定律的典型表述2.1.3 Carnot原理2.1.4 狀態(tài)函數(shù)——熵2.1.5 熵增原理2.1.6 熵流與熵產(chǎn)生練習(xí)第2節(jié) 熵變的計(jì)算與應(yīng)用2.2.1 等溫可逆過(guò)程熵變的計(jì)算2.2.2 變溫可逆過(guò)程熵變的計(jì)算2.2.3 不可逆過(guò)程熵變計(jì)算舉例2.2.4 規(guī)定熵練習(xí)第3節(jié) 自由能函數(shù)與自由能判據(jù)2.3.1 Gibbs自由能與過(guò)程性質(zhì)的判據(jù)2.3.2 Helmholtz自由能與過(guò)程性質(zhì)的判據(jù)2.3.3 自發(fā)過(guò)程與作功能力2.3.4 過(guò)程自發(fā)方向與限度的判據(jù)2.3.5 兩類(lèi)判據(jù)的關(guān)系練習(xí)第4節(jié) 熱力學(xué)函數(shù)間的關(guān)系2.4.1 熱力學(xué)基本方程2.4.2 特征偏微商和。Maxwell關(guān)系式2.4.3 應(yīng)用舉例練習(xí)第5節(jié) 自由能函數(shù)改變值的計(jì)算及應(yīng)用2.5.1 基本計(jì)算公式2.5.2 等溫簡(jiǎn)單狀態(tài)變化過(guò)程2.5.3 相變過(guò)程2.5.4 等溫等壓下的化學(xué)反應(yīng)練習(xí)練習(xí)題第3章 多組分系統(tǒng)熱力學(xué)第1節(jié) 偏摩爾量與化學(xué)勢(shì)3.1.1 組成標(biāo)度3.1.2 偏摩爾量3.1.3 化學(xué)勢(shì)3.1.4 化學(xué)勢(shì)判據(jù)3.1.5 化學(xué)勢(shì)與溫度、壓力的關(guān)系練習(xí)第2節(jié) 氣體混合物熱力學(xué)3.2.1 理想氣體系統(tǒng)3.2.2 純實(shí)際氣體系統(tǒng)3.2.3 逸度因子及其求法3.2.4 實(shí)際氣體混合物練習(xí)第3節(jié) 液體混合物熱力學(xué)3.3.1 純液體的蒸氣壓與化學(xué)勢(shì)3.3.2 蒸氣壓與組成的關(guān)系3.3.3 理想液體混合物3.3.4 實(shí)際液體混合物練習(xí)第4節(jié) 稀薄溶液熱力學(xué)3.4.1 理想稀薄溶液3.4.2 實(shí)際溶液3.4.3 稀溶液的依數(shù)性練習(xí)練習(xí)題第4章 多相平衡系統(tǒng)熱力學(xué)第1節(jié) 多組分多相平衡4.1.1 描述相平衡系統(tǒng)狀態(tài)的獨(dú)立變量4.1.2 相律及應(yīng)用4.1.3 相圖概述練習(xí)第2節(jié) 單組分多相平衡系統(tǒng)4.2.1 一般討論4.2.2 兩相平衡時(shí)溫度與壓力的關(guān)系4.2.3 單組分相平衡系統(tǒng)舉例4.2.4 連續(xù)相變練習(xí)第3節(jié) 兩組分氣一液平衡系統(tǒng)4.3.1 兩組分多相平衡系統(tǒng)的一般討論4.3.2 兩組分兩相平衡系統(tǒng)溫度、壓力與組成的關(guān)系4.3.3 理想液態(tài)混合物的相圖4.3.4 實(shí)際液態(tài)混合物的相圖4.3.5 不完全互溶雙液系統(tǒng)的相圖第4節(jié) 兩組分液一固系統(tǒng)相圖4.4.1 形成簡(jiǎn)單低共熔混合物的液一固系統(tǒng)相圖4.4.2 形成固態(tài)溶液的液一固系統(tǒng)相圖4.4.3 水一鹽系統(tǒng)相圖4.4.4 復(fù)雜相圖練習(xí)第5節(jié) 三組分系統(tǒng)的相平衡4.5.1 三組分系統(tǒng)的組成表示法4.5.2 三組分鹽水系統(tǒng)相圖4.5.3 三液系統(tǒng)相圖練習(xí)練習(xí)題第5章 化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)熱力學(xué)第1節(jié)摩爾反應(yīng)Gibbs自由能的計(jì)算5.1.1 Gibbs自由能的規(guī)定值5.1.2 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)Gibbs自由能(298.1 5K)的計(jì)算5.1.3 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)Gibbs自由能與溫度的關(guān)系練習(xí)第2節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)方向和限度5.2.1 化學(xué)反應(yīng)Gibbs自由能和反應(yīng)的親和勢(shì)A5.2.2 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中Gibbs自由能變化5.2.3 化學(xué)反應(yīng)等溫方程5.2.4 化學(xué)反應(yīng)的不可逆程度練習(xí)第3節(jié) 化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)5.3.1 氣體反應(yīng)的平衡常數(shù)5.3.2 液相(或固相)混合物與溶液中反應(yīng)的平衡常數(shù)5.3.3 多相反應(yīng)的平衡常數(shù)練習(xí)第4節(jié) 各種因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)平衡的影響5.4.1 溫度對(duì)平衡的影響5.4.2 系統(tǒng)壓力對(duì)平衡的影響5.4.3 組成對(duì)平衡的影響5.4.4 應(yīng)用示例練習(xí)第5節(jié) 對(duì)化學(xué)反應(yīng)平衡的討論5.5.1 平衡的穩(wěn)定性5.5.2 多個(gè)化學(xué)反應(yīng)共存系統(tǒng)中的化學(xué)平衡5.5.3 生物系統(tǒng)中的化學(xué)平衡問(wèn)題第6節(jié) 線(xiàn)性不可逆過(guò)程熱力學(xué)5.6.1 非平衡系統(tǒng)的局域平衡假定5.6.2 Onsager倒易關(guān)系與最小熵產(chǎn)生原理5.6.3 輸運(yùn)過(guò)程練習(xí)練習(xí)題第二篇 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ)第6章 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ)第1節(jié) 統(tǒng)計(jì)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)6.1.1 統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)分類(lèi)及系統(tǒng)狀態(tài)6.1.2 預(yù)備知識(shí)6.1.3 Boltzmann關(guān)系式6.1.4 微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述6.1.5 系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)力練習(xí)第2節(jié) Boltzmann分布律6.2.1 最概然分布6.2.2 平衡分布6.2.3 Boltzmann統(tǒng)計(jì)與量子統(tǒng)計(jì)6.2.4 配分函數(shù)及其物理意義6.2.5 Boltzmann分布律的簡(jiǎn)單應(yīng)用練習(xí)第3節(jié) 分子配分函數(shù)的計(jì)算6.3.1 熱力學(xué)量與配分函數(shù)的關(guān)系6.3.2 零點(diǎn)能選擇所產(chǎn)生的影響6.3.3 配分函數(shù)的析因子性質(zhì)6.3.4 各種運(yùn)動(dòng)形式配分函數(shù)的計(jì)算練習(xí)第4節(jié) 熱力學(xué)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算6.4.1 統(tǒng)計(jì)計(jì)算中的幾個(gè)問(wèn)題6.4.2 單原子分子熱力學(xué)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算6.4.3 雙原子分子熱力學(xué)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算練習(xí)第5節(jié) 熱力學(xué)定律的統(tǒng)計(jì)力學(xué)解釋6.5.1 熱與功6.5.2 熵6.5.3 自由能與等溫化學(xué)平衡練習(xí)第6節(jié) 系綜方法介紹6.6.1 基本概念6.6.2 正則系綜和正則配分函數(shù)6.6.3 系統(tǒng)熱力學(xué)量與正則配分函數(shù)的關(guān)系6.6.4 正則配分函數(shù)的計(jì)算練習(xí)題第三篇 膠體及界面化學(xué)第7章 膠體及界面化學(xué)第1節(jié) 界面現(xiàn)象及界面自由能7.1.1 界面自由能7.1.2 界(表)面效應(yīng)7.1.3 彎曲液體表面的附加壓力7.1.4 彎曲液體表面上的蒸氣壓7.1.5 潤(rùn)濕作用練習(xí)第2節(jié) 溶液的界(表)面吸附7.2.1 溶液的界(表)面吸附7.2.2 Gibbs吸附公式7.2.3 表面活性物質(zhì)的基本性質(zhì)7.2.4 表面活性劑的作用7.2.5 分子有序組合體練習(xí)第3節(jié) 固體表面吸附7.3.1 物理吸附與化學(xué)吸附7.3.2 Langmuir吸附等溫式7.3.3 BET吸附等溫式7.3.4 吸附熱及其他形式的吸附等溫方程7.3.5 界面吸附通用等溫式練習(xí)第4節(jié) 膠體性質(zhì)和結(jié)構(gòu)7.4.1 膠體分散系統(tǒng)7.4.2 電動(dòng)現(xiàn)象和雙電層結(jié)構(gòu)7.4.3 膠體的結(jié)構(gòu)7.4.4 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉現(xiàn)象7.4.5 溶膠的光學(xué)及動(dòng)力性質(zhì)練習(xí)第5節(jié) 大分子化合物性質(zhì)與大分子化合物溶液7.5.1 平均相對(duì)分子質(zhì)量7.5.2 大分子化合物溶液的滲透壓7.5.3 大分子化合物溶液的黏度7.5.4 鹽析和膠凝練習(xí)練習(xí)題第四篇 化學(xué)動(dòng)力學(xué)第8章 基元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第1節(jié)基本概念8.1.1 化學(xué)反應(yīng)速率8.1.2 化學(xué)反應(yīng)速率方程8.1.3 基元反應(yīng)練習(xí)第2節(jié) 基元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律8.2.1 濃度與反應(yīng)速率——質(zhì)量作用定律8.2.2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)8.2.3 溫度與反應(yīng)速率——Arrhenius定律8.2.4 Arrhenius活化能8.2.5 微觀可逆性原理練習(xí)第3節(jié)反應(yīng)歷程8.3.1 “反應(yīng)歷程”一詞的含義8.3.2 平行反應(yīng)8.3.3 對(duì)峙反應(yīng)8.3.4 連續(xù)反應(yīng)8.3.5 反應(yīng)歷程的近似處理方法……第二篇 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ)第6章 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ)第三篇 膠體及界面化學(xué)第7章 膠體及界面化學(xué)第四篇 化學(xué)動(dòng)力學(xué)第8章 基元反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第9章 復(fù)雜反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第五篇 電化學(xué)第10章 基礎(chǔ)電化學(xué)第11章 應(yīng)用電化學(xué)主要參考書(shū)目附錄索引

章節(jié)摘錄

插圖：（2）在可逆過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作最大的功（絕對(duì)值），而不可逆過(guò)程系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作的功都小于可逆過(guò)程；可逆過(guò)程環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作最小功，而不可逆過(guò)程環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作的功大于可逆過(guò)程。（可逆過(guò)程的最大功原理在這一節(jié)的后面將給出證明）（3）可逆過(guò)程發(fā)生后，可沿與正向完全相同的途徑將其反向進(jìn)行，且不留下功變熱的痕跡，系統(tǒng)和環(huán)境可同時(shí)回到原來(lái)的初態(tài)。不可逆過(guò)程發(fā)生后，不可能沿著正向完全相同的途徑而將其反向進(jìn)行，若系統(tǒng)回到原來(lái)的初態(tài)，環(huán)境則留下功變熱的痕跡。這也是可逆過(guò)程與不可逆過(guò)程的根本區(qū)別，亦是兩類(lèi)過(guò)程的特征。在自然界里，由于不可能真正實(shí)現(xiàn)可逆狀態(tài)變化，或即使過(guò)程能在一系列無(wú)限趨近于平衡態(tài)下進(jìn)行，又由于實(shí)際過(guò)程中總存在著摩擦、黏度、電阻等耗散作用，就不可能完全滿(mǎn)足可逆過(guò)程的條件。因此，一切實(shí)際過(guò)程都是熱力學(xué)不可逆過(guò)程。對(duì)于有些實(shí)際過(guò)程，可以近似認(rèn)為是可逆狀態(tài)變化。例如，物體的緩慢加熱與冷卻；液體在氣液兩平衡時(shí)的等溫蒸發(fā)；原電池在外加電壓接近原電池電動(dòng)勢(shì)的條件下的放電和充電等都可近似地看成是可逆過(guò)程，因此，實(shí)際過(guò)程可以趨近可逆過(guò)程。換言之，可逆過(guò)程是實(shí)際過(guò)程（不可逆過(guò)程）的一種理想極限過(guò)程。正因如此，我們可以用可逆過(guò)程（此過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外作最大功）作為實(shí)際過(guò)程的比較標(biāo)準(zhǔn)。以便確定提高實(shí)際過(guò)程效率的可能性和途徑。

編輯推薦

《物理化學(xué)(第2版)》是面向21世紀(jì)課程教材,普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材

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