物理化学教程（张培青）

《物理化学教程》按气体、热力学*定律、热力学第二定律、多组分系统热力学、化学平衡体系热力学、相平衡系统热力学、化学反应动力学、电化学、表面物理化学、胶体分散系统安排内容，既系统完整又注重基础和应用，例题和习题与工程应用和生产生活结合紧密，有助于对物理化学理论的理解和接受。书后附有习题参考答案，方便学习。《物理化学教程》可作为化学类、化工类、环境类、材料类、生物类、食品类、药学类等专业本科生的教材，也可供考研人员和相关专业科技人员的参考书。

张培青，烟台大学化学化工学院，物理化学教研室主任，教授， 多年来，一直从事教学和科研工作，主讲本科生《无机化学》、《物理化学》、《物理化学实验》，主讲研究生《固体表面化学》、《海洋物理化学》及《绿色化学化工技术》等课程；主持山东省自然科学基金两项、主持校企合作项目四项，作为主要研究人员参加国家自然科学基金面上项目两项，近年来在国内外学术期刊发表研究论文30余篇。

绪论1

0.1物理化学课程的内容和作用1

0.2物理化学的研究方法4

0.3近代化学的发展趋势4

0.4物理化学的学习方法5

0.5物理量的表示与运算7

0.6关于标准压强10

第1章　气体12

1.1低压气体的经验定律13

1.2理想气体及其状态方程14

1.3理想气体混合物16

1.4真实气体的液化19

1.5真实气体的状态方程22

思考题29

基本概念练习题29

习题31

第2章　热力学定律33

2.1热力学概论34

2.2热力学的一些基本概念35

2.3热力学定律的表述39

2.4焓和热容45

2.5理想气体的热力学能和焓49

2.6几种热效应56

2.7化学反应的焓变60

思考题68

基本概念练习题69

习题71

第3章　热力学第二定律75

3.1热力学第二定律的表述75

3.2卡诺循环和卡诺定理79

3.3熵的概念85

3.4熵的物理意义和规定熵90

3.5亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能99

3.6热力学函数间的关系106

思考题113

基本概念练习题114

习题116

第4章　多组分系统热力学120

4.1多组分系统121

4.2偏摩尔量123

4.3化学势127

4.4稀溶液的两个定律130

4.5气体及其混合物中各组分的化学势132

4.6理想液态混合物及稀溶液的化学势134

4.7相对活度的概念140

4.8稀溶液的依数性144

思考题149

基本概念练习题150

习题152

第5章　化学平衡体系热力学156

5.1化学反应等温式157

5.2标准平衡常数163

5.3标准平衡常数的测定与计算167

5.4各种因素对化学平衡的影响174

思考题182

基本概念练习题183

习题186

第6章　相平衡系统热力学190

6.1相律190

6.2单组分系统的相图197

6.3二组分理想液态混合物的相图207

6.4二组分实际液体混合物的气-液平衡相图215

6.5部分互溶双液系的相图221

6.6完全不互溶双液系226

6.7二组分固态互不相溶系统(有低共熔点)固-液平衡相图229

6.8形成化合物的二组分凝聚系统相图235

6.9二组分固态互溶系统固-液平衡相图239

*6.10三组分系统的相图244

思考题248

基本概念练习题249

习题251

第7章　化学反应动力学256

7.1化学动力学的基本概念257

7.2具有简单级数反应的特点263

7.3温度对反应速率的影响275

7.4典型的复杂反应281

7.5反应速率理论简介294

7.6催化反应动力学304

7.7光化学反应318

思考题325

基本概念练习题326

习题329

第8章　电化学334

8.1电化学的基本概念335

8.2电解质溶液的电导及其应用342

8.3强电解质溶液理论简介352

8.4可逆电池和可逆电极357

8.5可逆电池热力学366

8.6电极电势和电池的电动势371

8.7电动势测定的应用385

8.8电化学动力学及其应用392

8.9金属的腐蚀与防腐402

8.10电化学的应用405

思考题412

基本概念练习题413

习题417

第9章　表面物理化学422

9.1表面自由能和表面张力423

9.2弯曲液面的附加压强430

9.3弯曲液面的蒸气压436

9.4溶液的表面吸附444

9.5表面膜447

9.6固(液)-液界面451

9.7表面活性剂及其作用456

9.8固体表面的吸附467

思考题482

基本概念练习题483

习题486

第10章　胶体分散系统489

10.1胶体分散系统概述490

10.2溶胶的动力性质和光学性质496

10.3溶胶的电学性质503

10.4溶胶的稳定性和聚沉作用509

10.5大分子溶液515

10.6凝胶518

10.7乳状液522

10.8唐南平衡525

10.9纳米技术与应用简介529

思考题533

基本概念练习题535

习题538

基本概念练习题和习题参考答案540

附录553

附录Ⅰ物理量符号表553

附录Ⅱ国际单位制554

附录Ⅲ希腊字母556

附录Ⅳ基本常量557

附录Ⅴ压强、体积和能量的单位及其换算557

附录Ⅵ能量的单位及运算558

附录Ⅶ原子量表558

附录Ⅷ一些气体的摩尔定压热容与温度的关系559

附录Ⅸ一些有机化合物的标准摩尔燃烧焓560

附录Ⅹ一些物质的热力学数据561

附录Ⅺ一些物质的自由能函数570

附录Ⅻ水溶液中某些离子的热力学数据572

参考文献574

 

物理化学是化学、化工及其相关专业如环境、材料、生物、药学、能源等专业的主要基础课，历来受到广大师生的重视。物理化学也称为理论化学，既是化学的重要分支学科之一，又是其他化学分支学科的理论基础，在人才培养方面具有重要作用。物理化学是用数学和物理学的方法研究化学中有普遍性的一般规律。随着科学技术的迅速发展，对高等学校的教与学提出了更高的要求。现在的大学教学既要求在校学生掌握越来越多的基础知识，开设越来越多的课程；同时又要求给学生更多的自主学习时间，以提高学生的综合素质及创新能力。因此，在有限的时间内必须缩短课程授课的学时，但学时减少，课程的基本内容不能减少。目前，物理化学教材版本很多，教材内容丰富，水平很高。对于非理论化学专业的学生，由于学时有限，物理化学不是他们的主攻方向，他们只需要掌握物理化学的一些基本原理为他们的专业服务。鉴于此，编者在保证物理化学学科的系统性、完整性和科学性的前提下，认真总结多年教学的经验，同时参考大量优秀物理化学教材，借鉴这些教材的长处，本着系统基本原理和方法、注重基础和应用、培养学生能力、叙述简明扼要的原则，为大学本科非理论化学专业的学生编写了这本物理化学教材。

在内容安排上，我们的原则是既要系统完整、科学先进，又要注重基础和应用。因此，在编写时，适当精简了经典热力学的内容，避免繁杂公式的推导和数学计算，尽量多地将理论与实际相结合，体现在讲述过程及例题与习题中，多引用工程技术、生产生活中的实例，使理论性很强的物理化学知识变得具体而易接受。同时适当引入一些学科前沿和成果应用的内容，如超临界萃取、臭氧层保护、燃料电池、纳米材料的制备和应用、电化学合成、催化技术的进步与发展等，使物理化学教材紧密联系学科的发展，拓宽学生的知识面。

在章节安排上，将化学平衡热力学一章放在多组分系统热力学之后，使得多组分系统热力学中学到的化学势概念及时用在标准平衡常数的定义和化学反应等温式的导出上。将电化学热力学和动力学章节置于化学动力学之后，以便在电化学内容中讲述涉及动力学有关的问题。

教材采用章节主要知识点提示的形式，即在每节开始提纲性地列出该节的主要知识点，使章节主要知识点一目了然，便于学生了解要讲的内容和今后的复习。

为便于学生掌握物理化学的基本概念和原理，每章后有思考题、基本概念练习题和习题，并附有基本概念练习题和习题的答案。

本书可作为高等院校化学类、化工类、环境类、材料类、制药类、生物食品类等有关专业的教材，也可供相关专业研究生及科研和工程技术人员参考使用。

在编写本书时，参阅了许多优秀的物理化学教材，在此谨向这些教材的作者表示衷心的感谢。

本书由张培青任主编，姜付义、李文佐和孙学勤任副主编，第6章和第9章由姜付义和孙学勤编写，其他章节由张培青和李文佐编写，全书由张培青统稿、定稿。物理化学教研室程建波、李庆忠、金明善、徐秀峰等教授对书稿进行了多次审阅，提出了宝贵的意见和建议；孙逊、肖波、刘杰等副教授在习题、基本概念练习题的编辑中付出了辛勤的劳动；焉炳飞老师在公式和插图编辑中做了大量细致的工作。本书在编写过程中，得到了烟台大学化学化工学院和环境与材料工程学院领导的大力支持，化学工业出版社的编辑为本书的出版付出了艰辛的劳动，在此一并表示衷心感谢！

限于编者的水平，书中疏漏和不当之处在所难免，恳望读者不吝指正，以便再版时修改和提高。

编者

2018年3月于烟台