物理化學

前言

物理化學是從物質的物理現象和化學現象的聯(lián)系人手來探求化學變化基本規(guī)律的一門學科。化學變化表面上千變萬化，錯綜復雜，究其本質都是原子或原子團的重新組合，舊的化學鍵斷裂，形成新的化學鍵。變化過程也并非雜亂無章，而是遵循了一定的規(guī)律性?；瘜W與物理學之間有著密切的聯(lián)系：化學運動中包含或伴隨有物理運動，物理因素的變化也可能引起化學變化，粒子的微觀物理運動狀態(tài)則直接決定了物質的性質及化學反應能力。物理化學是勞動人民通過長期的生產實踐，積累了大量的生產經驗，同時提出了不少需要解決的問題，再經科學家對經驗進行總結，對科學實驗進行理論概括所創(chuàng)立的。作為一門獨立的學科分支，一般認為其研究內容大致包括三個方面：①化學體系的宏觀平衡性質  以熱力學三個基本定律為理論基礎，研究宏觀化學體系在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶解態(tài)以及高分散狀態(tài)的平衡物理化學性質及其規(guī)律性。主要研究體系在變化過程中的能量轉換，以及過程變化的方向和限度。對熱力學平衡體系，時間是一個不變的量。屬于這方面的內容有化學熱力學、溶液、膠體和表面化學。②化學體系的動態(tài)性質  研究由于化學或物理因素的擾動而引起體系中發(fā)生的化學變化過程的速率和變化機理。與熱力學平衡體系不同，此處時間是重要的變量。屬于這方面的內容有化學動力學、催化、光化學和電化學（介于熱力學和動力學之間）。③化學體系的微觀結構和性質  以量子理論為理論基礎，研究原子和分子的結構，物體的體相中原子和分子的空間結構、表面相的結構，以及結構與物性的規(guī)律性。屬于這方面的內容有結構化學和量子化學。組成物理化學的這三大部分，相互之間密切聯(lián)系，相互補充和完善。物理化學也是一門實驗的科學，它建立在大量實驗事實的基礎上，離開實驗也就無從談起物理化學。本書的教學內容包括：熱力學基礎、能量的轉化及計算、過程變化方向判斷和平衡限度計算、物質分離提純基礎、電化學、表面現象與膠體、化學動力學基礎、物理化學實驗。物理化學是高職化工、冶金、醫(yī)藥、環(huán)保等類專業(yè)學生一門重要的主干課程。通過物理化學學習，對化學反應的本質、規(guī)律會有更深入的了解，并為后續(xù)課程的學習奠定堅實的基礎。其學習目的是：①進一步擴大知識面，打好專業(yè)基礎。了解化學變化過程中的一些基本規(guī)律，掌握處理熱力學問題的方法。②學習前人提出問題、考慮問題和解決問題的科學方法，逐步培養(yǎng)學生獨立思考和解決問題的能力，以便于自己在今后的工作和生產實踐中碰到類似問題時，能從中得到啟發(fā)和幫助。③通過實驗，了解物理化學的一些實驗方法，掌握一些基本操作技能、數據處理及相圖繪制，熟悉所使用的儀器設備，以便在將來的工作中加以選擇應用。

內容概要

　　本教材在框架上打破了傳統(tǒng)的結構，根據實際應用和需要組合了章節(jié)。遵循以“必需、夠用”為度的原則，摒棄了繁雜的數學推導，突出了理論的實際應用。語言簡潔，內容簡明扼要，概念清晰，便于學生自主學習。對吉布斯等科學家的嚴謹求實的科學態(tài)度及卓越的科學貢獻作了簡介，意在激勵、鞭策青年學生求真務實、刻苦學習。書中的單位和物理量嚴格執(zhí)行國家標準。除緒言外，全書共分為八章。內容包含：熱力學基礎、能量的轉化及計算、過程變化方向判斷和平衡限度計算、物質分離提純基礎、電化學、表面現象與膠體、化學動力學基礎、物理化學實驗。每章（實驗除外）均配有學習目的與要求、思考題和習題?！　　陡呗毟邔！笆晃濉币?guī)劃教材：物理化學》可作為高職高專化學化工、醫(yī)藥、冶金、輕工、材料、環(huán)保類專業(yè)教材，亦可作為廠礦企業(yè)相關專業(yè)的工程技術人員的參考書。

書籍目錄

第1章　熱力學基礎1.1 理想氣體1.1.1 理想氣體概念1.1.2 理想氣體狀態(tài)方程1.1.3 混合理想氣體性質1.2 真實氣體1.2.1 真實氣體對理想氣體的偏差1.2.2　真實氣體狀態(tài)方程1.2.3 氣體的液化1.2.4 壓縮因子1.3 熱力學基本概念1.3.1 體系與環(huán)境1.3.2　體系性質1.3.3　狀態(tài)與狀態(tài)函數1.3.4 熱力學平衡態(tài)1.3.5 過程與途徑1.3.6 熱1.3.7 功1.3.8 熱力學能思考題習題第2章　能量轉化及計算2.1 熱力學第一定律2.1.1　熱力學第一定律的數學表達式2.1.2 焦耳實驗2.2　過程熱的計算2.2.1 兩個特殊過程熱2.2.2 PVT變化過程熱的計算2.2.3　相變熱及其計算2.2.4 化學反應熱及其計算2.3　體積功的計算2.3.1　恒外壓過程2.3.2 恒壓過程2.3.3　恒溫可逆過程2.3.4　理想氣體絕熱可逆過程思考題習題第3章　過程變化方向判斷和平衡限度計算3.1 熱力學第二定律3.1.1 自發(fā)過程及其特征3.1.2 熱力學第二定律3.2　熵及其判據3.2.1 卡諾循環(huán)3.2.2　熵3.3　熵變的計算3.3.1 p、V、T狀態(tài)變化過程熵變的計算3.3.2 相變化過程熵變的計算3.3.3 化學反應熵變的計算3.4 吉布斯函數和亥姆霍茲函數3.4.1 吉布斯函數3.4.2 亥姆霍茲函數3.5 熱力學基本方程及麥克斯韋關系3.5.1 熱力學基本方程3.5.2 對應系數關系式3.5.3 麥克斯韋關系式3.6　偏摩爾量與化學勢3.6.1 偏摩爾量3.6.2　化學勢及其判據3.6.3 理想氣體的化學勢3.7 等溫方程式與標準平衡常數3.7.1 理想氣體反應的等溫方程式3.7.2 理想氣體反應的標準平衡常數3.7.3 多相反應標準平衡常數的表示3.7.4 用不同方式表示的平衡常數之間的關系3.8 標準平衡常數及平衡組成的計算3.8.1 標準平衡常數的計算3.8.2 平衡組成的計算3.9 標準平衡常數與溫度的關系3.9.1 等壓方程式3.9.2 標準摩爾反應焓為常數時標準平衡常數與溫度的關系3.9.3 標準摩爾反應焓為溫度的函數時標準平衡常數與溫度的關系3.10 影響理想氣體反應平衡的其他因素3.10.1 壓力對理想氣體反應平衡的影響3.10.2 惰性介質對化學平衡的影響3.10.3反應物的原料配比對平衡組成的影響思考題習題第4章　物質分離提純基礎第5章　電化學第6章　表面現象與膠體第7章　化學動力學基礎第8章　物理化學實驗附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章　熱力學基礎學習目的與要求①理解理想氣體的概念，掌握理想氣體狀態(tài)方程及其應用，掌握外推作圖法及其應用。②掌握道爾頓分壓定律及其應用和阿瑪格分體積定律。③明確實際氣體與理想氣體的差別，理解范德華方程的兩個修正項，掌握范德華方程的應用，掌握氣體的液化及其臨界特性，掌握壓縮因子圖及其應用。④理解熱力學基本概念，包括體系、環(huán)境、狀態(tài)、狀態(tài)函數、體系性質、變化過程與途徑、熱力學平衡狀態(tài)、功、熱量、熱力學能等。⑤明確熱和功不是狀態(tài)函數，只有指明過程才有意義；熟悉熱與功符號的規(guī)定。物質的聚集狀態(tài)一般可分為三種，即氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。氣體和液體由于具有良好的流動性，統(tǒng)稱為流體。液體和固體常稱為凝聚態(tài)，在一定條件下這三種狀態(tài)可以互相轉化。液體和固體兩種凝聚態(tài)，其體積隨壓力和溫度的變化均較小，故在通常的物理化學計算中常忽略其體積隨壓力和溫度的變化。與凝聚態(tài)相比，氣體體積受溫度和壓力影響變化較大，因此一般的物理化學中只討論氣體的狀態(tài)方程。熱力學是物理化學的重要內容之一，對于熱力學函數變化值計算的理論依據是狀態(tài)函數法，即狀態(tài)函數的變化值只取決于過程的始、末態(tài)而與中間所經歷的途徑無關。因此本章要求，掌握理想氣體的pVT行為、理想氣體的模型；理解真實氣體的范德華方程；掌握熱力學基本概念。應用本章所學的理論可解決化工生產過程中物料衡算的有關問題。1.1 理想氣休1.1.1　理想氣體概念通常情況下，分子總是不停地以很高的速度無規(guī)則運動著，同時分子間存在著相互作用，相互作用包括分子之間的相互吸引與相互排斥。液體和固體的存在正是由于分子之間的相互吸引，而其難于壓縮，又證明了分子間在近距離時表現出的排斥作用；而氣體分子之間的距離較大，故分子間的相互作用較小。

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