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55.2
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內容簡介: |
本书是针对高等学校工科各专业编写的物理化学教材。在保留前三版简明、浅显易懂和文笔流畅等风格的同时,突出了热力学主线,并融入了物理化学理论与应用的新成果,拓展了教材的深度与广度。全书内容包括:气体的性质、化学热力学基本原理、多组分系统热力学、化学平衡热力学、相平衡热力学、非平衡态热力学、统计热力学、电化学、化学动力学、界面与胶体化学。
本书可作为工、农、医等高等学校本科、专科及高职、电大的物理化学教材,也可供相关科技人员参考。每章有学习目标,并且配套有物理化学在线课程、教学课件及习题解答等数字资源,方便读者使用。
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關於作者: |
孟阿兰,青岛科技大学,教研室主任、教授,从教30余年,任教以来先后为本科生主讲过普通化学、基础化学、结构化学、有机电化学合成等课程,1998年以来主要承担化学、应用化学、化工、生物、材料、食品、海洋科学等十多个专业的物理化学课堂及实验教学讲任务,积累了较丰富的物理化学教学经验,先后出版了《物理化学学习指导》、《物理化学》、《物理化学实验》教材。作为主要完成人完成了山东省功课物理化学课程建设立项、功课物理化学试题库建设立项、山东省物理化学精品课程建设,山东省网络课程建设立项。
2012年以来先后主持国家自然科学基金面上项目2項,省科技发展计划项目1項、山东省自然科学基金项
孟阿兰,青岛科技大学,教研室主任、教授,从教30余年,任教以来先后为本科生主讲过普通化学、基础化学、结构化学、有机电化学合成等课程,1998年以来主要承担化学、应用化学、化工、生物、材料、食品、海洋科学等十多个专业的物理化学课堂及实验教学讲任务,积累了较丰富的物理化学教学经验,先后出版了《物理化学学习指导》、《物理化学》、《物理化学实验》教材。作为主要完成人完成了山东省功课物理化学课程建设立项、功课物理化学试题库建设立项、山东省物理化学精品课程建设,山东省网络课程建设立项。
2012年以来先后主持国家自然科学基金面上项目2項,省科技发展计划项目1項、山东省自然科学基金项
目1項,青岛市应用基础研究项目1項,重点实验室及校企合作项目多项;在 J. Mater. Chem. A、 ACS Appl. Mater. & Interfaces、Journal of Power Sources、Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials、Desalination、Journal of Materials Chemistry C、Sensors & Actuators: B、Microchimica Acta、SCIENCE CHINA Chemistry等国内外重要期刊上发表SCI收录论文30余篇;授权国家发明专利2項;作为主要完成人先后获得山东省科学技术奖(自然科学)二等奖1項、中国石油化工协会科技进步奖二等奖1項、青岛市科学技术奖(自然科学奖)二等奖1項、山东高等学校优 秀科研成果奖一等奖(自然科学类)1項、二等奖2項。这些科研工作经历对教学工作起到了良好的促进及提升作用。
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目錄:
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0绪论
0.1物理化学的内容和研究方法 001
0.1.1物理化学的内容 001
0.1.2物理化学的研究方法 002
0.1.3物理化学课程的学习方法 003
0.2物理化学的量和单位 003
0.2.1量与量纲 003
0.2.2量方程式和数值方程式 004
0.2.3量在图和表中的表示方法 005
1气体的性质
1.1理想气体 007
1.1.1理想气体状态方程 007
1.1.2混合理想气体 008
1.2实际气体 010
1.2.1实际气体状态方程 010
1.2.2对应状态原理及通用压缩因子图 012
习题 016
2化学热力学基本原理
2.1热力学的基本概念 017
2.1.1系统与环境 018
2.1.2广度性质和强度性质 019
2.1.3状态和状态函数 019
2.1.4过程与途径 020
2.1.5热力学平衡 021
2.2热力学第零定律与温度 021
2.3热力学第一定律 022
2.3.1热力学能 022
2.3.2热和功 022
2.3.3热力学第一定律及其表达式 023
2.4焓与热容 024
2.4.1焓 024
2.4.2热容 025
2.5热力学第一定律在物理变化中的应用 028
2.5.1可逆过程 028
2.5.2理想气体等温过程 031
2.5.3理想气体绝热过程 033
2.5.4卡诺循环 035
2.5.5节流膨胀过程 037
2.5.6相变过程 038
2.6热化学 039
2.6.1反应的标准摩尔焓变 040
2.6.2等压反应热与等容反应热的关系 041
2.6.3标准生成焓 043
2.6.4标准燃烧焓 044
2.6.5平均键焓 045
2.6.6反应焓变与温度的关系 047
2.7热力学第二定律 049
2.7.1热力学第二定律的文字表述 049
2.7.2熵及热力学第二定律的数学表达式 050
2.7.3熵的微观本质 052
2.8熵变的计算及自发性的判断 053
2.8.1等温过程的熵变 053
2.8.2非等温过程的熵变 054
2.8.3绝热过程的熵变 056
2.8.4相变化过程的熵变 057
2.9热力学第三定律 058
2.9.1热力学第三定律的表述 058
2.9.2标准熵 059
2.9.3化学反应的熵变计算 060
2.10亥姆霍兹函数和吉布斯函数 062
2.10.1亥姆霍兹函数和吉布斯函数及其判据 062
2.10.2重要的热力学函数关系式 064
2.10.3A与G的计算 066
习题 068
3多组分系统热力学
3.1多组分系统及其组成的表示方法 073
3.1.1多组分系统 073
3.1.2多组分系统组成的表示方法 074
3.2偏摩尔量 075
3.2.1偏摩尔量的定义 076
3.2.2偏摩尔量的相关公式 076
3.3化学势 077
3.3.1化学势定义与多组分系统热力学基本方程 077
3.3.2化学势判据 079
3.4气体的化学势 080
3.4.1理想气体的化学势 081
3.4.2真实气体的化学势 082
3.5稀溶液中两个经验定律 084
3.5.1拉乌定律 084
3.5.2亨利定律 084
3.5.3拉乌尔定律和亨利定律的微观解释 085
3.6液态多组分系统中各组分的化学势 087
3.6.1理想液态混合物中各组分的化学势 087
3.6.2真实液态混合物中各组分的化学势 088
3.6.3理想稀溶液中溶剂与溶质的化学势 089
3.6.4真实溶液中溶剂与溶质的化学势 091
3.7稀溶液的依数性 092
3.7.1蒸气压下降 092
3.7.2凝固点降低 093
3.7.3沸点升高 094
3.7.4渗透压 094
习题 096
4化学平衡热力学
4.1气相反应的化学平衡 098
4.1.1理想气体反应的标准平衡常数 098
4.1.2化学反应等温方程式 100
4.1.3实际气体的化学平衡 101
4.2多相反应的化学平衡 103
4.2.1多相反应的标准平衡常数 103
4.2.2分解压力与分解温度 104
4.3液相反应的化学平衡 105
4.3.1液态混合物的化学平衡 105
4.3.2液态溶液中的化学平衡 106
4.4化学反应平衡系统的计算 107
4.4.1利用平衡组成的数据计算标准平衡常数 107
4.4.2利用反应焓变和反应熵变数据计算标准平衡常数 108
4.4.3利用标准生成吉布斯函数计算标准平衡常数 110
4.4.4由相关反应的热力学数据计算标准平衡常数 110
4.4.5平衡组成的计算 110
4.5各种因素对化学平衡的影响 111
4.5.1温度对化学平衡的影响 112
4.5.2浓度或分压对化学平衡的影响 115
4.5.3总压对化学平衡的影响 116
4.5.4惰性气体及原料配比对化学平衡的影响 116
4.6同时反应系统的化学平衡 118
习题 119
5相平衡热力学
5.1相律 122
5.1.1相律表达式 122
5.1.2相律的推导 124
5.2单组分系统的相平衡 125
5.2.1单组分系统的相图 125
5.2.2单组分两相平衡系统温度与压力的关系 127
5.3二组分液态完全互溶系统的气-液相平衡 129
5.3.1二组分理想液态混合物的气-液相平衡图 129
5.3.2杠杆规则 132
5.3.3二组分真实液态混合物的气-液相平衡图 133
5.4二组分液态部分互溶系统的液液相平衡和气-液相平衡 136
5.4.1二组分液态部分互溶系统的液-液相平衡图 136
5.4.2二组分液态部分互溶系统的气-液相平衡图 137
5.5二组分液态完全不互溶系统的气-液平衡相图 138
5.6二组分系统的液-固相平衡 139
5.6.1简单二组分凝聚系统的液-固相平衡图 139
5.6.2形成化合物的二组分系统的液-固相平衡图 143
5.7三组分系统相图简介 144
5.7.1三组分系统相图的表示方法 145
5.7.2三组分系统的液-液相平衡图 145
5.7.3三组分系统的液-固相平衡图 147
习题 147
6非平衡态热力学
6.1从平衡态热力学到非平衡态热力学 153
6.2局域平衡假设 154
6.3熵产生与熵流 155
6.3.1熵产生与熵流的概念 155
6.3.2熵产生原理与熵平衡方程 155
6.4昂萨格倒易关系 156
6.4.1热力学力和流 156
6.4.2昂萨格倒易关系式 157
6.5耗散结构 157
6.5.1耗散结构理论 157
6.5.2耗散结构的应用 158
习题 159
7统计热力学
7.1统计热力学概论 160
7.1.1统计热力学的内容和方法 160
7.1.2统计系统的分类 161
7.1.3统计热力学的基本假定 161
7.2玻耳兹曼分布 162
7.2.1能级分布和状态分布 162
7.2.2微态数 163
7.2.3最概然分布与平衡分布 165
7.2.4玻耳兹曼分布与玻耳兹曼熵定理 165
7.3微粒配分函数及其计算 167
7.3.1微粒配分函数的析因子性质 167
7.3.2平动配分函数 168
7.3.3转动配分函数 169
7.3.4振动配分函数 171
7.3.5电子运动和核运动的配分函数 172
7.4热力学函数与微粒配分函数的关系 172
7.4.1热力学能与微粒配分函数的关系 173
7.4.2热容与微粒配分函数的关系 173
7.4.3熵与微粒配分函数的关系 174
7.4.4亥姆霍兹函数与微粒配分函数的关系 175
7.4.5其他热力学函数与微粒配分函数的关系 175
7.4.6能量零点的选择对微粒配分函数的影响 176
7.4.7统计熵 178
7.5用配分函数计算反应标准平衡常数 180
7.5.1理想气体的标准摩尔吉布斯函数 180
7.5.2理想气体的吉布斯函数和焓函数 181
7.5.3统计热力学方法计算标准平衡常数 182
7.5.4标准平衡常数的统计表达式 183
习题 185
8电化学
8.1电解与电迁移 188
8.1.1电解质溶液的导电机理 188
8.1.2法拉第电解定律 189
8.1.3离子的电迁移现象 190
8.2电导及电导测定的应用 191
8.2.1电导和电导率 191
8.2.2摩尔电导率 191
8.2.3电导的测定和电导率的计算 192
8.2.4摩尔电导率与浓度的关系 193
8.2.5离子独立运动定律 194
8.2.6电导测定的应用 195
8.3强电解质溶液理论简介 197
8.3.1强电解质溶液的活度和活度因子 197
8.3.2离子强度 200
8.3.3强电解质溶液理论 201
8.4电池及其电动势的测定 203
8.4.1可逆电池与不可逆电池 203
8.4.2电池表达式 204
8.4.3电动势的测定 205
8.4.4标准电池 205
8.5可逆电池热力学 206
8.5.1计算rGm、rHm、rSm和Qr,m 206
8.5.2电动势与各反应组分活度的关系能斯特方程 207
8.6电池电动势的产生与电极电势 208
8.6.1电池电动势的产生 208
8.6.2电极电势和标准电极电势 209
8.6.3各类电极 213
8.7电池电动势的计算 214
8.7.1电池电动势的计算方法 214
8.7.2浓差电池 215
8.8根据反应设计电池 216
8.9电动势测定的应用 218
8.9.1判断氧化还原反应的方向 218
8.9.2电解质的平均活度因子与平均活度的计算 218
8.9.3氧化还原反应的标准平衡常数的计算 219
8.9.4难溶盐的活度积的计算 220
8.9.5pH值的测定 220
8.9.6电势滴定 222
8.10电解与极化作用 222
8.10.1电解与分解电压 222
8.10.2电极的极化与超电势 223
8.10.3超电势的测定 225
8.10.4电解池和原电池的极化曲线 226
8.10.5电解时电极上的反应 227
8.11电化学的应用 228
8.11.1湿法电冶金与金属的电解精炼 228
8.11.2金属的电化学腐蚀与防腐 228
8.11.3化学电源 229
8.11.4水处理 231
8.11.5电合成 231
习题 232
9化学动力学
9.1反应速率和速率方程 237
9.1.1化学动力学的内容 237
9.1.2反应速率的表示方法 239
9.1.3反应速率的测定方法 240
9.1.4质量作用定律 242
9.1.5速率方程 243
9.2简单级数反应 244
9.2.1零级反应 244
9.2.2一级反应 245
9.2.3二级反应 247
9.2.4n级反应 249
9.3速率方程的确定 251
9.3.1尝试法 252
9.3.2微分法 252
9.3.3半衰期法 254
9.3.4孤立法 255
9.4典型的复合反应 256
9.4.1平行反应 256
9.4.2对行反应 257
9.4.3连串反应 258
9.5复合反应动力学处理中的近似方法 259
9.5.1选取控制步骤法 260
9.5.2稳态近似法 260
9.5.3平衡态近似法 261
9.6链反应 261
9.6.1链反应的动力学处理 261
9.6.2支链反应与爆炸 263
9.7温度对反应速率的影响 265
9.7.1阿伦尼乌斯方程 265
9.7.2活化能 268
9.7.3总活化能 270
9.8反应速率理论简介 272
9.8.1碰撞理论 272
9.8.2势能面 275
9.8.3经典过渡态理论 277
9.8.4艾林方程的热力学表达式 278
9.9溶液反应动力学 279
9.9.1溶液反应动力学的特点 279
9.9.2溶剂无明显影响的溶液反应 280
9.9.3溶剂有影响的溶液反应 281
9.10光化学反应动力学 282
9.10.1光化学反应的特点 282
9.10.2光化学定律 283
9.10.3光化学反应动力学 284
9.10.4光敏反应 285
9.11催化反应动力学 286
9.11.1催化反应的特点 286
9.11.2均相催化反应 288
9.11.3非均相催化反应 288
9.12微观反应动力学 290
9.12.1微观反应动力学与态-态反应 290
9.12.2交叉分子束法 290
习题 291
10界面与胶体化学
10.1表面张力和表面吉布斯函数 297
10.1.1表面张力和比表面吉布斯函数 298
10.1.2影响表面张力的主要因素 299
10.1.3表面热力学基本公式 300
10.2气-液界面现象 301
10.2.1附加压力和弯曲液面的蒸气压 301
10.2.2溶液表面的吸附现象 303
10.2.3表面活性剂 304
10.3气-固界面现象 306
10.3.1气-固界面上的吸附 306
10.3.2气-固吸附理论 307
10.4气-固相表面催化 310
10.4.1气-固相表面催化反应 310
10.4.2气-固相表面催化反应步骤 311
10.4.3单分子反应 311
10.4.4双分子反应 312
10.5固-液界面现象与液-液界面现象 314
10.5.1润湿与铺展 314
10.5.2接触角 315
10.5.3毛细现象 315
10.5.4液-液界面现象 316
10.6胶体 317
10.6.1分散系统的分类 317
10.6.2胶体的制备 318
10.6.3胶体的基本性质 319
10.6.4胶体的结构 321
10.6.5溶胶的稳定性和聚沉 322
习题 323
附录 327
参考文献 336
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內容試閱:
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本书是针对高等学校工科各专业本科、专科编写的物理化学课程教材,自1994年出版发行以来,几经修订,得到了许多兄弟院校的大力支持和认可。科技发展和教育教学改革的深入,对物理化学课程提出了更高的要求,为此,在第三版的基础上进行了修订工作。
本次修订以2010年教育部高等学校化学与化工委员会制订的近化学专业化学基础课教学的基本要求为依据,以满足我国高等学校工科专业物理化学教学调整和改革的需要为目标,保持了第三版内容紧扣工科各专业物理化学教学基本要求、写深写透基本概念和基础理论、表达浅显易懂等风格,物理量的表示及运算严格执行我国国家标准,采用国际单位制(SI)和我国法定的计量单位。着重进行了以下4个方面的修订工作。
1.对物理化学的教学知识框架进行了调整。鉴于国内大部分高校将结构化学单独设课,考虑到物理化学内容的独立性,删除了第三版中结构化学基础部分。作为平衡态热力学的继承和发展,非平衡态热力学从20世纪60年代以来有了突破性的发展,对自然科学、社会科学乃至人类社会和整个宇宙具有重要指导意义。基于此,在第四版中增加了非平衡态热力学,有助于学生了解非平衡态热力学的研究进展,加深对经典热力学理论的认识。
2.增加了热力学第零定律、从化学势出发推导溶液性质定量计算公式等内容,深化了化学势在化学平衡、相平衡等各章的应用,更加突出了热力学主线及其重要地位。
3.增加了反映物理化学研究热点之一的光催化原理及应用,丰富了电动势测定的应用、气-固相表面催化等与实际应用密切联系紧密的内容。
4.更新了元素原子量表。
5.配套在线课程、多媒体课件、习题解答等电子资源,方便教学及读者自学使用。
第四版《物理化学》全书共10章,包括气体的性质、化学热力学基本原理、多组分系统热力学、化学平衡热力学、相平衡热力学、非平衡态热力学、统计热力学、电化学、化学动力学、界面与胶体化学。可供不同学时和不同教学要求的物理化学教学和读者自学使用。
第四版由孟阿兰教授(第2章、第3章和第5章)、杨宇副教授(第4章、第6章和第9章)、刘杰副教授(第7章、第8章和第10章)和杨丽娜博士(第1章)修订,全书由孟阿兰教授统稿。
本次修订工作得到了青岛科技大学各级领导的关怀,第三版主编王光信教授、任志华副教授的大力支持,吸收了使用三版教材教师和学生的宝贵意见,在此一并表示衷心感谢!
由于编者水平有限,书中难免有疏漏和不当之处,敬请广大读者不吝赐教。
编者
2019年9月于青岛
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