物理化學(xué)

前言

“物理化學(xué)”是石油化工、煉油、應(yīng)用化工、材料、制藥、輕工等各類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)理論課，為后繼課程如化工原理、分離工程、反應(yīng)工程等提供直接的理論依據(jù)，起著承上啟下的樞紐作用。本教材是根據(jù)高職高專化工技術(shù)類人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程教學(xué)要求編寫的。全書共分為緒論、氣體、化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)、多組分系統(tǒng)與相平衡、化學(xué)平衡、化學(xué)動(dòng)力學(xué)及催化作用、電化學(xué)及界面現(xiàn)象與膠體。為便于讀者鞏固所學(xué)到的知識(shí)，提高應(yīng)用能力，書中編入了較多的例題和典型案例，每章末分別配有復(fù)習(xí)思考題和習(xí)題，供讀者練習(xí)之用。教材中的物理量（統(tǒng)一采用法定計(jì)量單位）、符號(hào)執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB3100～3102-93。高職教育是培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才的教育，為了幫助學(xué)生掌握必要的專業(yè)知識(shí)，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，本書編者在多年物理化學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，深深體會(huì)到教材的針對性和實(shí)用性對于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和提升學(xué)習(xí)效果的重要意義。結(jié)合高職院?；A(chǔ)課程改革中課時(shí)少的特點(diǎn)，在既保留較完整經(jīng)典物理化學(xué)教材框架的前提下，將化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)工藝作為典型案例納入教學(xué)，本教材有如下特點(diǎn)：1 以人為本，重在服務(wù)。物理化學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)課程要讓學(xué)生和用人單位滿意，必須從學(xué)生發(fā)展和社會(huì)人才需求出發(fā)，按人才規(guī)格要求定課程。在內(nèi)容的設(shè)計(jì)上，遵循“必須、夠用”原則，盡量簡明扼要，摒棄繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，關(guān)注物理化學(xué)基本概念、結(jié)論在解決工程實(shí)際問題中的應(yīng)用，著力塑造學(xué)生的良好素質(zhì)，為社會(huì)提供滿意的服務(wù)。2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)，重在創(chuàng)新。根據(jù)高職教育課程標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化物理化學(xué)課程結(jié)構(gòu)，圍繞培養(yǎng)創(chuàng)新人才，提高學(xué)生的職業(yè)綜合素質(zhì)。通過引入化工企業(yè)案例，使學(xué)生利用本書所學(xué)理論分析解決化工生產(chǎn)實(shí)際問題，建立有別于學(xué)科型人才培養(yǎng)的課程體系。3 以能力為本，面向?qū)I(yè)。加強(qiáng)物理化學(xué)學(xué)科體系與化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程的交叉與融通，根據(jù)化工類各專業(yè)的需求調(diào)整知識(shí)結(jié)構(gòu)，將專業(yè)基礎(chǔ)課準(zhǔn)確導(dǎo)向?qū)I(yè)技術(shù)，縮短理論與實(shí)踐之間的距離，有效實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用的培養(yǎng)目標(biāo)。本教材由蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院尚秀麗任主編，蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院周萃文、遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院溫泉任副主編。其中第1章、第5章由溫泉編寫；第2章由周萃文編寫并完成了課后習(xí)題答案、附錄的整理工作；緒論、第3章由尚秀麗編寫；第4章由蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇曉云編寫；第6章、第7章由銀川科技職業(yè)學(xué)院的趙夏編寫。全書由尚秀麗統(tǒng)稿，并負(fù)責(zé)擬定編寫提綱，做最后的修改定稿工作。本教材由常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院陳炳和教授任主審，他提出了許多寶貴、詳盡的修改意見，編者在此表示深切的謝意。在編寫過程中得到了化學(xué)工業(yè)出版社、蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院、遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院、銀川科技職業(yè)學(xué)院等單位領(lǐng)導(dǎo)和專家的大力支持與協(xié)助；另外，書中還借鑒采納了許多專家學(xué)者的研究成果，在此一并表示衷心的感謝。本書配有PPT課件，歡迎廣大師生登錄www cipedu com cn下載。選用本教材的授課教師可通過聯(lián)系ciphge@163 com索取其他輔助教學(xué)資料。高職教育課程體系改革是一個(gè)長期探索的課題，本書的編者雖做了很大的努力，但由于水平有限，書中難免存在疏漏與不妥之處，懇請使用本書的師生及業(yè)界同仁批評(píng)指正。編者2011 11

內(nèi)容概要

　　本書為適應(yīng)高職高專教學(xué)改革的要求,根據(jù)目前“物理化學(xué)”課程學(xué)時(shí)少的特點(diǎn)，在保留經(jīng)典物理化學(xué)教材的框架下，對課程體系及教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在教材內(nèi)容的選取上，重概念的建立和結(jié)論的應(yīng)用，刪去了許多公式的推導(dǎo)和證明，編入了較多的例題和典型案例，增加了教材的實(shí)用性和針對性。為了便于讀者鞏固所學(xué)到的知識(shí)，提高應(yīng)用能力，各章之后附有大量的思考題和習(xí)題，并于書末給出了習(xí)題的答案。全書除緒論外共分為七章，包括：氣體；化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)；多組分系統(tǒng)與相平衡；化學(xué)平衡；化學(xué)動(dòng)力學(xué)及催化作用；電化學(xué)；界面現(xiàn)象與膠體。
　　本教材主要作為高職高專石油化工生產(chǎn)技術(shù)、煉油生產(chǎn)技術(shù)、應(yīng)用化工生產(chǎn)技術(shù)等化工類專業(yè)的教學(xué)用書，同時(shí)還可供高職高專輕工、材料、制藥、環(huán)保等專業(yè)教學(xué)使用。

書籍目錄

緒論
　0.1物理化學(xué)的研究內(nèi)容
　0.2物理化學(xué)的研究方法
　0.3學(xué)習(xí)物理化學(xué)的方法
第1章氣體
　1.1理想氣體p、V、T關(guān)系
　1.1.1理想氣體狀態(tài)方程
　1.1.2理想氣體混合物
　1.2真實(shí)氣體的液化
　1.2.1氣體的液化過程
　1.2.2物質(zhì)的臨界狀態(tài)
　1.3真實(shí)氣體的p、V、T關(guān)系
　1.3.1范德華方程
　1.3.2維里方程
　1.4對應(yīng)態(tài)原理及普遍化壓縮因子圖
　【典型案例】氣體液化在裂解氣分離中的應(yīng)用
　思考題
　習(xí)題
第2章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)
　2.1熱力學(xué)第一定律
　2.1.1熱力學(xué)基本概念
　2.1.2熱與功
　2.1.3可逆過程與可逆過程的功
　2.1.4熱力學(xué)能和熱力學(xué)第一定律
　2.2 恒容熱、恒壓熱和焓
　2.2.1恒容熱
　2.2.2恒壓熱及焓
　2.2.3ＱＶ＝ΔＵ及Ｑｐ＝ΔＨ兩關(guān)系式的意義
　2.2.4恒容熱與恒壓熱的計(jì)算
　2.3熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用
　2.3.1熱力學(xué)第一定律在單純pVT變化中的應(yīng)用
　2.3.2熱力學(xué)第一定律在相變過程中的應(yīng)用
　2.3.3熱力學(xué)第一定律在化學(xué)變化過程中的應(yīng)用
　2.3.4熱力學(xué)第一定律的其他應(yīng)用
　2.3.5節(jié)流過程(焦耳.湯姆遜效應(yīng))
　2.4熱力學(xué)第二定律
　2.4.1第二類永動(dòng)機(jī)的不可能性及卡諾定理
　2.4.2熱力學(xué)第二定律和過程的不可逆性
　2.5熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用——熵及熵判據(jù)
　2.5.1熵的導(dǎo)出
　2.5.2克勞修斯不等式
　2.5.3熵增原理及平衡的熵判據(jù)
　2.5.4環(huán)境熵變的計(jì)算
　2.5.5系統(tǒng)熵變的計(jì)算
　2.6熱力學(xué)第三定律
　2.6.1熱力學(xué)第三定律
　2.6.2熱力學(xué)第三定律——化學(xué)反應(yīng)熵變的計(jì)算
　2.7亥姆霍茲函數(shù)與吉布斯函數(shù)
　2.7.1亥姆霍茲函數(shù)與亥姆霍茲函數(shù)判據(jù)
　2.7.2吉布斯函數(shù)與吉布斯函數(shù)判據(jù)
　2.7.3p、V、T變化及相變化過程ΔG、ΔA的計(jì)算
　2.8熱力學(xué)基本方程及函數(shù)關(guān)系
　2.8.1熱力學(xué)基本方程
　2.8.2吉布斯函數(shù)與溫度的關(guān)系——吉布斯.亥姆霍茲方程
　2.8.3吉布斯函數(shù)與壓力的關(guān)系
　【典型案例】人造金剛石
　思考題
　習(xí)題
第3章多組分系統(tǒng)熱力學(xué)與相平衡
　3.1相律
　3.1.1相、組分及自由度
　3.1.2相律表達(dá)式及說明
　3.2單組分系統(tǒng)的相平衡
　3.2.1飽和蒸氣壓與沸點(diǎn)
　3.2.2單組分體系的兩相平衡
　3.2.3單組分系統(tǒng)的相圖——水的相圖
　3.3多組分系統(tǒng)的分類及組成表示法
　3.3.1多組分系統(tǒng)的分類
　3.3.2多組分系統(tǒng)組成的表示方法
　3.4多組分系統(tǒng)中物質(zhì)的偏摩爾量和化學(xué)勢
　3.4.1偏摩爾量
　3.4.2化學(xué)勢
　3.5理想液態(tài)混合物
　3.5.1拉烏爾定律
　3.5.2理想液態(tài)混合物
　3.5.3理想液態(tài)混合物的汽.液平衡
　3.5.4二組分理想液態(tài)混合物的汽.液平衡相圖
　3.6理想稀溶液
　3.6.1亨利定律
　3.6.2稀溶液的汽.液平衡
　3.6.3稀溶液的依數(shù)性
　3.7二組分真實(shí)液態(tài)混合物的汽.液平衡
　3.7.1具有正偏差系統(tǒng)的液態(tài)混合物
　3.7.2具有負(fù)偏差系統(tǒng)的液態(tài)混合物
　3.8二組分液相部分互溶和完全不互溶系統(tǒng)的相圖
　3.8.1二組分液態(tài)部分互溶系統(tǒng)的液.液平衡相圖
　3.8.2二組分液態(tài)完全不互溶系統(tǒng)的汽.液平衡相圖
　3.8.3水蒸氣蒸餾
　3.9簡單低共熔系統(tǒng)液.固平衡相圖
　3.9.1熱分析法
　3.9.2溶解度法
　3.9.3相圖在工業(yè)上的應(yīng)用
　3.10分配定律及萃取
　3.10.1分配定律
　3.10.2萃取技術(shù)及其應(yīng)用
　【典型案例】化工產(chǎn)品精餾過程工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
　思考題
　習(xí)題
第4章化學(xué)平衡
　4.1化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式
　4.1.1化學(xué)反應(yīng)的方向和平衡判據(jù)
　4.1.2化學(xué)反應(yīng)的等溫方程
　4.2理想氣體化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)
　4.2.1標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)
　4.2.2平衡常數(shù)的其他表示方法
　4.3平衡常數(shù)的測定及相關(guān)計(jì)算
　4.3.1平衡常數(shù)的測定
　4.3.2平衡常數(shù)的計(jì)算
　4.3.3平衡組成的計(jì)算
　4.3.4有純凝聚態(tài)物質(zhì)參加的理想氣體化學(xué)反應(yīng)
　4.4各種因素對化學(xué)平衡的影響
　4.4.1溫度對平衡常數(shù)的影響
　4.4.2壓力對平衡轉(zhuǎn)化率的影響
　4.4.3惰性組分對平衡轉(zhuǎn)化率的影響
　4.5真實(shí)氣體反應(yīng)的化學(xué)平衡
　【典型案例】工業(yè)合成氨工藝參數(shù)的優(yōu)化
　思考題
　習(xí)題
第5章化學(xué)動(dòng)力學(xué)及催化作用
　5.1化學(xué)反應(yīng)速率及速率方程
　5.1.1化學(xué)反應(yīng)速率
　5.1.2化學(xué)反應(yīng)速率的測定
　5.1.3基元反應(yīng)
　5.1.4速率方程
　5.2速率方程的積分形式
　5.2.1零級(jí)反應(yīng)
　5.2.2一級(jí)反應(yīng)
　5.2.3二級(jí)反應(yīng)
　5.2.4n級(jí)反應(yīng)
　5.3溫度對反應(yīng)速率的影響
　5.3.1阿倫尼烏斯方程
　5.3.2活化能
　5.4反應(yīng)速率方程的建立方法
　5.4.1積分法
　5.4.2微分法
　5.4.3半衰期法
　5.4.4孤立法
　5.5復(fù)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
　5.5.1平行反應(yīng)
　5.5.2對峙反應(yīng)
　5.5.3連串反應(yīng)
　5.6催化劑的通性
　5.6.1催化作用的基本特征
　5.6.2催化劑的活性與穩(wěn)定性
　5.7單相催化反應(yīng)
　5.7.1氣相催化
　5.7.2液相催化
　5.8多相催化反應(yīng)
　5.8.1催化反應(yīng)的一般歷程
　5.8.2催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)
　【典型案例】化學(xué)動(dòng)力學(xué)在乙烯氧化制環(huán)氧乙烷中的應(yīng)用
　思考題
　習(xí)題
第6章電化學(xué)
　6.1電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
　6.1.1導(dǎo)體的分類
　6.1.2原電池和電解池
　6.1.3法拉第定律
　6.1.4離子的遷移數(shù)
　6.2電導(dǎo)、電導(dǎo)率、摩爾電導(dǎo)率
　6.2.1電導(dǎo)和電導(dǎo)率
　6.2.2摩爾電導(dǎo)率
　6.3電解質(zhì)離子的平均活度和平均活度因子
　6.3.1活度和活度因子
　6.3.2離子的平均活度和平均活度因子
　6.3.3離子強(qiáng)度
　6.3.4德拜.休克爾極限公式
　6.4可逆電池
　6.4.1電極反應(yīng)和電池反應(yīng)
　6.4.2電池符號(hào)表示法
　6.4.3可逆電池與不可逆電池
　6.4.4可逆電極的類型及其電極反應(yīng)
　6.5電極電勢
　6.5.1電勢的種類
　6.5.2電池電動(dòng)勢
　6.6可逆電池?zé)崃W(xué)
　6.7電解與極化
　6.7.1分解電壓
　6.7.2極化與超電壓
　6.7.3析出電位
　6.7.4金屬的共沉積及其分離
　【典型案例】金屬的腐蝕與防腐
　思考題
　習(xí)題
第7章界面現(xiàn)象與膠體
　7.1界面張力
　7.1.1界面現(xiàn)象的產(chǎn)生
　7.1.2界面張力
　7.1.3液.液界面張力
　7.2界面現(xiàn)象
　7.2.1彎曲液面的附加壓力
　7.2.2液體對固體的潤濕作用
　7.3吸附
　7.3.1固體表面上的吸附
　7.3.2固體吸附理論
　7.3.3溶液表面的吸附
　7.3.4溶液表面的吸附理論——吉布斯吸附等溫式
　7.4表面活性劑
　7.4.1表面活性劑的結(jié)構(gòu)
　7.4.2臨界膠束濃度
　7.4.3表面活性劑的用途
　7.5膠體的制備與性質(zhì)
　7.5.1分散系統(tǒng)的分類
　7.5.2膠體的性質(zhì)
　7.5.3膠體的結(jié)構(gòu)
　7.5.4溶膠的穩(wěn)定性和聚沉
　7.5.5膠體的制備
　【典型案例】雙子表面活性劑的合成及在制革業(yè)中的應(yīng)用
　思考題
　習(xí)題
　部分習(xí)題答案
附錄
　附表1相對原子質(zhì)量表
　附表2一些氣體的摩爾質(zhì)量和臨界參數(shù)
　附表3某些氣體的摩爾定壓熱容與溫度的關(guān)系
　附表4一些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)數(shù)據(jù)
　附表5某些有機(jī)物化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓(25℃)
　附表6標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：從基礎(chǔ)理論方面來說，對于現(xiàn)今高中化學(xué)課本上所闡明的金剛石的正四面體晶體結(jié)構(gòu)和石墨的層狀結(jié)構(gòu)，是1910～1920年間由于發(fā)展了X射線衍射技術(shù)后才有所認(rèn)識(shí)的。使石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?，不單純是用外力縮短石墨層與層之間的距離，使六角形碳環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)檎拿骟w晶格，實(shí)際上還包含許多復(fù)雜因素。化學(xué)家首要考慮的是熱力學(xué)問題。借助熱力學(xué)可判斷石墨一金剛石轉(zhuǎn)變過程中的方向和限度。在一定溫度和壓力下，熱力學(xué)常用產(chǎn)物和作用物之間的吉布斯函數(shù)改變的正或負(fù)，來判別一個(gè)反應(yīng)自動(dòng)進(jìn)行的方向。決定石墨等非金剛石結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)原料能否轉(zhuǎn)變成金剛石的相變條件是后者的吉布斯函數(shù)必須小于前者。這種相變過程是在高壓、高溫或者還有其他組分參與的條件下進(jìn)行的。一定的壓力、溫度和組元濃度等可以使系統(tǒng)的熱力學(xué)能發(fā)生變化，從而使價(jià)電子可處能級(jí)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重發(fā)生相應(yīng)的變化。這就可能出現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移和組成新的鍵合狀態(tài)的電子結(jié)構(gòu)，即發(fā)生了相變。人造金剛石可以在固態(tài)，也可在熔態(tài)和氣態(tài)條件下進(jìn)行，這取決于壓力、溫度和組元濃度等因素引起系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化情況。熱力學(xué)只能判斷反應(yīng)進(jìn)行的可能性，要使可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)性，化學(xué)家還需考慮動(dòng)力學(xué)問題。從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，還要求石墨等碳質(zhì)原料轉(zhuǎn)變成金剛石時(shí)具有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)變速率。在金剛石成核率和生長速率同時(shí)處于極大值時(shí)的相變速率最大。綜合起來看，由熱力學(xué)來看，高溫不利于金剛石的熱力學(xué)穩(wěn)定性，要使金剛石在高溫下仍具有熱力學(xué)穩(wěn)定性，必須相應(yīng)地高壓。而從動(dòng)力學(xué)來看，力求高溫才有利于反應(yīng)速率，高壓反而減速。因此，尋求適宜的轉(zhuǎn)化條件，應(yīng)是兼顧二者，使高溫與高壓匹配。此外還需特定的溶劑，使石墨晶格中的碳原子先溶解，然后在變更外界條件下，再使碳原子從溶劑中析出結(jié)晶形成正四面體晶格。已經(jīng)知道硫化亞鐵、鐵以及一些過渡金屬可作溶劑。

編輯推薦

《物理化學(xué)》是全國高職高專石油化工類專業(yè)“十二五”規(guī)劃教材。

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