物理化学(孙仁义)

　　本书是《高等学校化学化工专业系列教材》之一。
　　本书是在总结本科物理化学课程多年教学经验的基础上编写而成。内容包括化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学、界面与胶体化学。除结构化学外涵盖当前国内高等学校基础物理化学课程的主要内容。
　　本书重点突出，着重介绍物理化学的基本原理和方法。基本概念阐述清楚，理论论证逻辑性强，编排有序，通俗简明。书中对基础物理化学教材中一些问题的处理方法比较新颖，例如麦克斯韦关系式、熵函数、相律、化学平衡、有效碰撞分数等。编者针对教学内容对的数学知识在书中予以简要介绍。书中备有形式多样的思考题和习题。
　　本书适合作为高等院校化学类专业（化学、应用化学、化学教育）和近化类专业（化工与制药类、材料类、药学类、环境科学与工程类、生物科学类、生物工程类、食品科学与工程类等）本科学生学习物理化学课程的教材与参考书，也可作为物理化学教师或其它工程技术人员的参考用书。

绪论
0.1物理化学研究的目的和内容
0.2物理化学的发展和作用
0.3物理化学课程的学习

第1章 热力学定律
1.1热力学的基本概念
1.1.1热力学方法
1.1.2热力学体系
1.1.3平衡状态
1.1.4状态与状态函数
1.1.5状态方程
1.1.6过程
1.2热力学定律
1.2.1功和热
1.2.2热力学能
1.3焓与热容
1.3.1恒压热与恒容热
1.3.2热容
1.4气体的热力学能与焓
1.4.1焦耳定律
1.4.2绝热过程
1.4.3实际气体的热力学能与焓
1.5化学反应热效应
1.5.1化学反应热效应的概念
1.5.2反应进度与摩尔反应焓
1.5.3热化学反应方程式
1.5.4标准生成焓与标准燃烧焓
1.5.5相变焓
1.5.6反应焓与温度的关系
思考题
习题

第2章 热力学第二定律
2.1热力学第二定律的表述与实际过程的不可逆性
2.1.1热力学第二定律的表述
2.1.2实际过程的不可逆性
2.2熵
2.2.1熵的定义
2.2.2熵变的计算
2.2.3熵的统计意义和耗散结构大意
2.3赫姆霍兹函数和吉布斯函数
2.3.1赫姆霍兹函数和吉布斯函数降低原理
2.3.2热力学关系
2.3.3ΔG的计算
2.4热力学第三定律
2.4.1热力学第三定律的表述
2.4.2规定熵与标准熵
2.4.3热力学第三定律的检验
思考题
习题

第3章 多组分体系的热力学
3.1偏摩尔量和溶解焓
3.1.1偏摩尔量
3.1.2溶解焓
3.2化学势
3.2.1多组分组成可变体系的热力学基本方程
3.2.2化学势判据
3.3纯物质的两相平衡
3.3.1克拉贝龙方程
3.3.2克劳修斯-克拉贝龙方程
3.3.3液体压力对其蒸气压的影响
3.4逸度
3.4.1逸度的定义
3.4.2理想气体的逸度
3.4.3实际气体的逸度
3.4.4凝聚相的逸度
3.5理想溶液
3.5.1稀溶液的两个经验定律
3.5.2理想溶液的定义和性质
3.6理想稀溶液
3.6.1理想稀溶液中组分的化学势
3.6.2稀溶液的依数性
3.6.3分配定律
3.7活度
3.7.1活度的概念
3.7.2实际溶液中常用的参考状态
3.7.3活度及活度因子间的关系
3.7.4活度与温度、压力的关系
3.7.5活度及活度因子的测定
3.8超额函数与吉布斯-杜亥姆方程
3.8.1超额函数
3.8.2吉布斯-杜亥姆方程
思考题
习题

第4章 相平衡
4.1相律
4.1.1相律的表示式
4.1.2相律应用中的若干问题
4.2相平衡方程
4.2.1建立相平衡方程的一般方法
4.2.2两组分两相平衡体系的相平衡方程
4.2.3组成与温度或压力间的相平衡方程
4.3单组分体系的相图
4.3.1水的相图
4.3.2硫的相图
4.4两组分液态完全互溶体系的汽液平衡相图
4.4.1理想溶液的汽液平衡相图
4.4.2非理想溶液的汽液平衡相图
4.4.3精馏原理
4.5两组分液态完全不互溶体系的汽液平衡相图
4.6两组分液态部分互溶体系的液液平衡及汽液平衡相图
4.6.1两组分液态部分互溶体系的液液平衡相图
4.6.2两组分液态部分互溶体系的汽液平衡相图
4.7两组分固态完全不互溶体系的固液平衡相图
4.7.1形成低共熔混合物体系的固液平衡相图
4.7.2形成固态化合物体系的固液平衡相图
4.8两组分固态完全互溶或部分互溶体系的固液平衡相图
4.8.1固态完全互溶体系的固液平衡相图
4.8.2固态部分互溶体系的固液平衡相图
4.8.3两组分相图的组合
4.9三组分体系相图
4.9.1等边三角形坐标表示法
4.9.2液态三组分部分互溶体系相图
4.9.3水盐三组分体系相图
思考题
习题

第5章 化学平衡
5.1化学反应等温方程式与标准平衡常数
5.1.1化学反应等温方程式
5.1.2标准平衡常数的计算
5.2气相化学平衡
5.2.1理想气体的化学平衡
5.2.2实际气体的化学平衡
5.2.3平衡常数的应用
5.3含凝聚相的化学平衡
5.3.1纯液体、纯固体参加的气相化学平衡
5.3.2溶液中的化学平衡
5.4温度对平衡常数的影响
5.5同时平衡与反应耦合
5.5.1同时平衡
5.5.2反应耦合
思考题
习题

第6章 统计热力学基础
6.1概述
6.1.1统计热力学的任务和方法
6.1.2统计体系的分类
6.1.3统计热力学的基本假定
6.2粒子的运动形式、能级和简并度
6.2.1粒子的运动形式和自由度
6.2.2粒子的能级和简并度
6.3宏观态与微观态
6.3.1能级分布与微观态
6.3.2玻尔兹曼关系式
6.4玻尔兹曼统计
6.4.1定域子与离域子体系能级分布的微观状态数
6.4.2概然分布
6.4.3概然分布与平衡分布
6.5配分函数
6.5.1配分函数的意义和性质
6.5.2配分函数的计算
6.6麦克斯韦速率分布律
6.6.1分布函数与平均值
6.6.2气体分子的能量分布和速率分布
6.7热力学函数与配分函数
6.7.1热力学能
6.7.2熵
6.7.3其它热力学函数
6.8热力学函数的统计计算
6.8.1热力学能与热容的统计计算
6.8.2熵的统计计算
6.9气相反应平衡常数的统计计算
6.9.1平衡常数的统计表达式
6.9.2标准自由焓函数与标准焓函数
6.10系综方法简介
6.10.1统计系综
6.10.2涨落
思考题
习题

第7章 化学动力学基本原理
7.1化学反应的速率和速率方程
7.1.1反应速率的表示方法
7.1.2反应速率的测定
7.1.3速率方程和反应级数
7.2速率方程的积分
7.2.1零级反应
7.2.2一级反应
7.2.3二级反应
7.2.4n级反应
7.3反应级数的确定
7.3.1积分法
7.3.2微分法
7.3.3半衰期法
7.3.4孤立变量法
7.4基元反应
7.5典型的复合反应
7.5.1对峙反应
7.5.2弛豫方法在快速反应中的应用
7.5.3平行反应
7.5.4连串反应
7.6复合反应速率的近似方法
7.6.1控制步骤近似法
7.6.2平衡态近似法
7.6.3稳态近似法
7.7温度对反应速率的影响
7.7.1温度对反应速率影响的经验规律
7.7.2活化能
7.7.3复合反应的适宜温度
7.8碰撞理论
7.8.1气体分子的碰撞频率
7.8.2有效碰撞分数
7.8.3碰撞理论与阿伦尼乌斯方程的比较
7.9过渡状态理论
7.9.1势能面
7.9.2过渡状态理论对速率常数的计算
7.9.3艾林方程的热力学表示式
7.9.4过渡状态理论的讨论和态态反应
思考题
习题

第8章 特殊反应动力学
8.1单分子反应
8.2链反应
8.2.1直链反应
8.2.2支链反应与爆炸
8.3溶液中的反应
8.3.1笼效应
8.3.2活化控制的溶液反应
8.3.3扩散控制的溶液反应
8.4光化学反应
8.4.1光化学基本概念和光化学定律
8.4.2光化学反应动力学
8.5催化反应
8.5.1催化反应的基本特征
8.5.2酸碱催化反应
8.5.3酶催化反应
8.5.4多相催化反应
思考题
习题

第9章 电解质溶液
9.1电解质溶液的导电机理与法拉第定律
9.1.1电解质溶液的导电机理
9.1.2法拉第定律
9.2离子的电迁移
9.2.1离子的迁移数和电迁移率
9.2.2离子迁移数的测定
9.3电解质溶液的电导
9.3.1电导率与摩尔电导率
9.3.2电导的测定
9.4离子独立移动定律
9.5电导测定的应用
9.5.1测定弱电解质的解离度和解离常数
9.5.2检验水的纯度
9.5.3测定难溶盐的溶解度
9.5.4电导滴定
9.6电解质溶液的热力学性质
9.6.1离子的平均活度与平均活度因子
9.6.2离子强度
9.7德拜-尤格尔极限公式
思考题
习题

第10章 电化学热力学
10.1可逆电池
10.1.1可逆电池的条件及符号表示
10.1.2可逆电池的热力学
10.2可逆电池的电动势
10.2.1电动势产生的机理
10.2.2电动势的测定与标准电池
10.3电极电势
10.4电极的种类
10.5浓差电池和液接电势
10.5.1电极浓差电池
10.5.2溶液浓差电池
10.6电动势测定的应用
10.6.1电解质平均活度因子的测定
10.6.2难溶盐活度积的测定
10.6.3溶液pH值的测定
思考题
习题

第11章 电化学动力学
11.1不可逆电极过程
11.1.1电极的极化与超电势
11.1.2电解池与原电池的端电压
11.1.3浓差极化与电化学极化
11.2氢超电势
11.2.1塔费尔公式
11.2.2电极过程动力学
11.3电解时的电极反应
11.4金属的电化学腐蚀与防腐
11.4.1金属的电化学腐蚀
11.4.2电化学腐蚀的防护
思考题
习题

第12章 界面现象
12.1表面张力
12.2弯曲液面下的界面现象
12.2.1弯曲液面的附加压力
12.2.2开尔文方程
12.2.3亚稳状态
12.3液固界面现象
12.3.1润湿
12.3.2毛细现象
12.4溶液表面的吸附
12.4.1吉布斯吸附等温方程式
12.4.2表面活性分子在溶液表面的定向排列
12.4.3单分子表面膜
12.5表面活性剂的分类及应用
12.5.1表面活性剂的分类
12.5.2表面活性剂的应用
12.6固体表面的吸附
12.6.1气固吸附的一般概念
12.6.2气固吸附等温方程式
12.6.3固体自溶液中的吸附
思考题
习题

第13章 胶体化学
13.1胶体体系的分类和制备
13.1.1胶体体系的分类
13.1.2溶胶的制备和净化
13.2溶胶的运动性质
13.2.1布朗运动与扩散
13.2.2沉降与沉降平衡
13.3溶胶的光学性质
13.4溶胶的电学性质
13.4.1电动现象
13.4.2胶团的双电层结构
13.4.3ζ电势的计算
13.5溶胶的稳定性和聚沉
13.5.1溶胶的稳定性
13.5.2溶胶的聚沉
13.5.3高分子化合物的絮凝和稳定作用
13.6高分子溶液
13.6.1高分子物质的分子量
13.6.2高分子溶液的黏度
13.6.3高分子溶液的渗透压
13.6.4唐南平衡
思考题
习题

附录
附录Ⅰ数学基础知识
附录Ⅱ物理化学中的量与单位
附录Ⅲ物理化学中常用的法定计量单位
附录Ⅳ基本物理常数表
附录Ⅴ元素的相对原子质量表
附录Ⅵ25℃时某些物质的标准热力学函数表
附录Ⅶ某些气体的标准摩尔恒压热容与温度的关系
附录Ⅷ25℃时某些有机化合物的标准摩尔燃烧焓
附录Ⅸ某些物质的标准自由焓函数和标准焓函数

参考文献

　　我国的社会主义建设事业需要培养大量高素质的科技创新型人才。培养高素质人才必须打好基础。物理化学是高等学校化学、化工及其它相关专业的一门重要专业基础课，基础性是物理化学的显著特点，物理化学的基本原理反映了物质运动基本的规律，被称为是大于原子的物理学。物理化学教学的目的，不仅要使学生了解物理化学的新发展、新成就和新应用，更重要的是使学生掌握物理化学的基本原理和方法，以致融会贯通、举一反三，在实践中创新。因此，提高物理化学的教学质量有助于学生打好坚实的理论基础，对于人才培养具有重要意义。
　　一部好的物理化学教材无疑对于教学是极其有益的。好的教材必定结合教学实际，这不仅包括教学的内容和要求，而且要与学生的学习能力相适应。本教材是为高等学校对物理化学课程学习有100~120学时要求的本科学生编写的，内容包括化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学、界面与胶体化学，除结构化学外涵盖当前国内高等学校基础物理化学的主要内容，可供化学、化工以及材料、环境等其它有同样学时要求的相关专业学生使用。
　　在物理化学的学习中，学生们普遍反映物理化学比较难学。这个问题固然源于物理化学自身的研究方法，但若能针对困难起因，在教材编写时照顾学生的需要，势必能帮助学生克服学习中的困难，这便是本书编写的主导思想。编者从教学实践中发现，这个普遍性问题的主要表现有：（1）热力学部分比其它部分难学；（2）物理化学中的一些概念较难理解；（3）习题难做，特别是一些推导题和证明题；（4）数学知识不够。为了有助于教学，本书始终把基本概念、基本理论、基本方法的讲述作为各章的重点内容。热力学部分是基础物理化学教学的重要内容，书中仍占有相当篇幅。对一些较难理解的概念，如可逆过程、熵、化学势、逸度与活度、玻尔兹曼分布律……力求做到讲透、交代清楚。书中备有一定数量的思考题和习题，其中适当增加了推导题和证明题的数量，并对完成这些题目所需的数学知识在教材中作简要介绍，书后附录给出教材中用到的主要数学知识。教材编排注意各章节的内在逻辑联系，力求整体体现物理化学基础理论体系的系统性和科学性，书中的物理量与单位贯彻实行国家标准。本书尚编有与之配套的《物理化学题解》（电子版），为书中思考题和习题提供解答，以便读者学习时参考，需要的教师可登录化学工业出版社教学资源网（www.cipedu.com.cn）下载。
　　编者希望本书能帮助学生克服物理化学学习中遇到的困难，为提高教学质量做一份贡献。但由于编者水平所限，目的未必能够如愿，书中不足及不当之处，恳请读者批评、指正。
　　编者
　　2014年1月于上海