物理化学(简明版)

《物理化学》（简明版）是根据工科物理化学课程教学基本要求编写的，是一本面向工科类各专业本科物理化学课程的简明教材，全书共10章，包括气体状态方程、热力学第一定律及应用、热力学第二定律及应用、多组分系统热力学、化学平衡、相平衡、电化学、表面化学、化学动力学、胶体化学。本书强调工科特色，注重理论应用，除系统地阐述了物理化学的基本概念和基本理论外，还在相关章节介绍了物理化学理论与工程技术问题相结合的内容。 本书可作为高等学校工科类各专业本科物理化学课程教材，也可供广大工程技术人员参考。

广东工业大学物理化学课程组现有成员11人，以中青年教师为骨干，老中青相结合，均为化工、应化和材料相关专业；知识结构、年龄结构、学缘结构和职称结构合理。物理课程组是一个和谐奋进的团队，正努力朝着研究型优秀教研组的目标不断前进。

绪论 001 第1章 气体状态方程 004 1.1 理想气体 004 1.1.1 理想气体状态方程 004 1.1.2 摩尔气体常数 005 1.1.3 理想气体模型 006 1.2 理想气体混合物 007 1.2.1 混合物的组成 007 1.2.2 理想气体状态方程对理想气体混合物的应用 008 1.2.3 道尔顿分压定律 009 1.2.4 阿马加分体积定律 010 1.3 气体的液化及临界参数 010 1.3.1 液体饱和蒸气压 010 1.3.2 临界参数 012 1.3.3 真实气体的p-Vm 图及气体的液化 012 1.4 真实气体状态方程 013 1.4.1 范德华方程 014 1.4.2 位力方程 015 1.5 对应状态原理与普遍化压缩因子图 015 1.5.1 压缩因子 016 1.5.2 对应状态原理 017 习题 019 第2章 热力学第一定律及其应用 021 2.1 热力学基本概念 022 2.1.1 系统和环境 022 2.1.2 状态和状态函数 023 2.1.3 过程和途径 024 2.2 热力学第一定律 024 2.2.1 功 024 2.2.2 热 027 2.2.3 内能 028 2.2.4 热力学第一定律的文字表述及数学表达式 028 2.3 恒容热、恒压热 030 2.3.1 恒容热（VQ）030 2.3.2 恒压热（pQ）030 2.3.3 VQ=ΔU与pQ=ΔH的意义 031 2.4 热容、绝热过程与过程方程 032 2.4.1 热容 032 2.4.2 绝热过程和过程方程 035 2.5 相变过程 040 2.5.1 可逆相变 040 2.5.2 不可逆相变 040 2.5.3 相变焓随温度的变化 040 2.6 化学反应焓 042 2.6.1 反应进度 042 2.6.2 反应焓变 043 2.6.3 Qp,m 与QV,m 的关系 044 2.7 焓的计算 045 2.7.1 由生成焓计算反应焓 045 2.7.2 由燃烧焓计算反应焓 046 2.7.3 离子标准摩尔生成焓的计算 046 2.7.4 由燃烧焓间接计算生成焓 047 2.8 基尔霍夫公式及最高温度计算 047 2.8.1 基尔霍夫公式 047 2.8.2 爆炸反应的最高温度 049 习题 052 第3章 热力学第二定律及应用 057 3.1 引言 057 3.2 卡诺循环 058 3.3 热力学第二定律 060 3.3.1 自发过程 061 3.3.2 热力学第二定律的文字表述 062 3.4 卡诺定理与熵 063 3.4.1 卡诺定理 063 3.4.2 卡诺定理的推论 065 3.5 熵与克劳修斯不等式 066 3.5.1 熵的导出 066 3.5.2 熵的物理意义 067 3.5.3 克劳修斯不等式 067 3.5.4 熵判据—熵增原理 068 3.6 熵变的计算 069 3.6.1 环境熵变的计算 069 3.6.2 系统熵变的计算 070 3.6.3 理想气体pVT 变化过程熵变的计算 072 3.7 相变过程熵变的计算 074 3.7.1 可逆相变 075 3.7.2 不可逆相变 075 3.8 热力学第三定律和化学变化过程熵变的计算 077 3.8.1 能斯特热定理 078 3.8.2 热力学第三定律 079 3.8.3 规定熵和标准熵 079 3.9 亥姆霍兹函数和吉布斯函数 082 3.9.1 亥姆霍兹函数 082 3.9.2 吉布斯函数 083 3.10 等温过程??A 和??G 的计算 085 3.11 热力学基本方程 086 3.11.1 热力学基本方程 086 3.11.2 由热力学基本方程计算物质pVT 变化过程的??A、??G 087 3.12 麦克斯韦关系式及其应用 090 3.12.1 麦克斯韦关系式 090 3.12.2 麦克斯韦关系式的应用 091 3.13 吉布斯-亥姆霍兹方程 096 3.14 热力学对单组分体系的应用 097 3.14.1 克拉佩龙方程 098 3.14.2 克劳修斯-克拉佩龙方程 099 3.14.3 特鲁顿规则 101 3.14.4 外压对液体饱和蒸气压的影响 101 习题 103 第4章 多组分系统热力学 111 4.1 偏摩尔量 111 4.1.1 偏摩尔量的提出 111 4.1.2 偏摩尔量的定义 113 4.1.3 偏摩尔量的测定 114 4.1.4 偏摩尔量与摩尔量的差别 115 4.1.5 吉布斯-杜亥姆方程 116 4.1.6 偏摩尔量之间的函数关系 116 4.1.7 偏摩尔量的求解 116 4.2 化学势 118 4.2.1 多组分单相系统的热力学公式 118 4.2.2 多组分多相系统的热力学公式 120 4.2.3 化学势判据及应用举例 121 4.2.4 化学势与温度和压力的关系 121 4.3 气体组分的化学势 122 4.3.1 纯理想气体的化学势 122 4.3.2 理想气体混合物中任一组分的化学势 123 4.3.3 纯真实气体的化学势 123 4.3.4 真实气体混合物中任一组分的化学势 124 4.4 拉乌尔定律和亨利定律 125 4.4.1 拉乌尔定律 125 4.4.2 亨利定律 125 4.4.3 拉乌尔定律与亨利定律的微观解释 126 4.5 理想液态混合物 128 4.5.1 理想液态混合物的定义 128 4.5.2 理想液态混合物中任一组分的化学势 129 4.5.3 理想液态混合物的混合性质 130 4.6 理想稀溶液 132 4.6.1 溶剂的化学势 132 4.6.2 分配定律 134 4.7 稀溶液的依数性 135 4.7.1 溶剂蒸气压下降 135 4.7.2 凝固点降低（析出固态纯溶剂） 136 4.7.3 沸点升高（溶质不挥发） 138 4.7.4 渗透压 139 习题 142 第5章 化学平衡 147 5.1 化学反应的等温方程 147 5.1.1 摩尔吉布斯函数变与化学反应亲和势 147 5.1.2 摩尔吉布斯函数变与反应进度的关系 148 5.1.3 化学反应的等温方程 149 5.2 理想气体化学反应的标准平衡常数 150 5.2.1 标准平衡常数 150 5.2.2 有纯凝聚态物质参加的理想气体化学反应 152 5.2.3 相关化学反应标准平衡常数之间的关系 154 5.2.4 标准平衡常数K?? 的测定 155 5.2.5 平衡组成的计算 157 5.2.6 其他平衡常数 159 5.3 温度对标准平衡常数的影响——范特霍夫方程 159 5.4 其他因素对理想气体化学平衡的影响 165 5.4.1 压力对平衡转化率的影响 166 5.4.2 惰性组分对平衡转化率的影响 167 5.4.3 反应物的物质的量之比对平衡转化率的影响 169 5.5 同时反应平衡组成的计算 170 5.6 真实气体反应的化学平衡 172 5.7 混合物和溶液中的化学平衡 174 5.7.1 常压下液态混合物中的化学平衡 175 5.7.2 常压下液态溶液中的化学平衡 175 习题 176 第6章 相平衡 182 6.1 相律 182 6.1.1 自由度 183 6.1.2 相律的推导 183 6.1.3 组分数 185 6.1.4 相律的说明 186 6.1.5 相律的意义 187 6.2 单组分系统相图 187 6.3 二组分系统气-液平衡相图 189 6.3.1 理想完全互溶的气-液相图 190 6.3.2 非理想完全互溶的气-液相图 195 6.4 二组分液态部分互溶及完全不互溶系统的气-液平衡相图 199 6.4.1 部分互溶的双液系 199 6.4.2 完全不互溶的双液系 202 6.5 二组分固态不互溶系统液-固平衡相图 204 6.5.1 低共熔相图的绘制 204 6.5.2 低共熔相图的应用 207 6.6 二组分固态互溶系统液-固平衡相图 208 6.6.1 固态完全互溶系统 208 6.6.2 固态部分互溶系统 210 6.7 生成化合物的二组分凝聚系统相图 211 6.7.1 生成稳定化合物系统 212 6.7.2 生成不稳定化合物系统 212 6.8 三组分系统平衡相图简介 214 6.8.1 三组分系统的相图表示法 214 6.8.2 三组分部分互溶系统的溶解度图 215 6.8.3 简单共晶三元系 216 习题 217 第7章 电化学 224 7.1 电化学基本概念和法拉第定律 224 7.1.1 电化学基本概念 224 7.1.2 法拉第定律 226 7.2 离子迁移数和离子迁移率 228 7.2.1 离子迁移数 228 7.2.2 离子迁移率 231 7.3 电解质溶液的电导 232 7.3.1 电导、电导率、摩尔电导率 232 7.3.2 电导率、摩尔电导率与浓度的关系 233 7.3.3 离子独立迁移定律和离子摩尔电导率 234 7.3.4 电导测定的应用 235 7.4 强电解质溶液活度、平均活度系数及离子强度 237 7.4.1 强电解质离子的平均活度和平均活度系数 237 7.4.2 离子强度 239 7.4.3 电解质溶液理论简介 240 7.5 可逆电池电动势 242 7.5.1 可逆电池和不可逆电池 243 7.5.2 原电池的表示法 244 7.5.3 电池电动势的测定 244 7.6 可逆电池的热力学 246 7.6.1 电池反应的吉布斯自由能的变化与电池电动势的关系 246 7.6.2 原电池电动势与浓度的关系—能斯特方程 246 7.6 电动势产生的机理 248 7.7 电极电势与电池电动势 249 7.7.1 电极电势 249 7.7.2 标准电极电势 250 7.7.3 可逆电极电势与浓度的关系 251 7.7.4 浓差电池 253 7.7.5 可逆电极的种类 253 7.7.6 液体接界电势的计算和消除 255 7.7.7 电动势测定的应用 257 7.8 电极过程 261 7.8.1 电极过程中的基本反应步骤及特征 262 7.8.2 电极反应速率的表示 262 7.8.3 极化现象 262 7.8.4 分解电压 263 7.8.5 析出电势和溶解电势 264 7.8.6 超电势与极化曲线 264 7.8.7 电解池与原电池的极化现象 265 7.8.8 测定极化曲线的方法 265 7.8.9 氢的析出电势与其对金属自水溶液中电积的影响 267 习题 269 第8章 表面化学 275 8.1 表面吉布斯自由能和表面张力 276 8.1.1 表面吉布斯自由能和表面张力概述 276 8.1.2 表面张力的微观解释 278 8.1.3 影响表面张力的因素 278 8.2 弯曲液面下的附加压力和毛细现象 279 8.2.1 弯曲液面下的附加压力 279 8.2.2 毛细现象 280 8.2.3 亚稳状态和新相生成 282 8.3 固体表面 284 8.3.1 物理吸附和化学吸附 285 8.3.2 吸附热 286 8.3.3 常用吸附剂 287 8.3.4 吸附量 288 8.3.5 吸附等温线 289 8.3.6 影响气-固界面吸附的因素 290 8.3.7 吸附等温式 290 8.4 液-固表面 294 8.4.1 接触角 294 8.4.2 黏附功、内聚功、浸湿功和铺展系数 296 8.4.3 固体自溶液中的吸附 297 8.5 溶液表面的吸附 299 8.5.1 溶液的表面吸附现象 299 8.5.2 吉布斯吸附等温式 301 8.6 表面活性剂 302 8.6.1 表面活性剂及分类 302 8.6.2 表面活性剂溶液性质 303 8.6.3 表面活性剂的HLB 值 305 8.6.4 表面活性剂的一些重要作用 305 8.7 膜 306 8.7.1 单分子膜 306 8.7.2 LB 技术和LB 膜 307 习题 307 第9章 化学动力学 311 9.1 化学反应速率的表示方法和测定方法 311 9.1.1 化学反应速率的表示方法 311 9.1.2 化学反应速率的测定方法 313 9.2 化学反应的速率方程 314 9.2.1 基元反应和非基元反应 314 9.2.2 基元反应速率方程—质量作用定律 314 9.2.3 反应级数 315 9.2.4 反应分子数 316 9.3 具有简单级数的反应 316 9.3.1 一级反应 316 9.3.2 二级反应 318 9.3.3 三级反应 321 9.3.4 其他级数的反应 322 9.3.5 反应级数的确定 323 9.4 典型复杂反应 324 9.4.1 对峙反应 324 9.4.2 平行反应 325 9.4.3 连续反应 327 9.5 温度对反应速率的影响 328 9.5.1 范特霍夫经验规则 328 9.5.2 温度对反应速率影响的类型 328 9.5.3 阿仑尼乌斯公式 328 9.5.4 活化能 330 9.6 复合反应速率的近似处理法 332 9.6.1 控制步骤法 332 9.6.2 平衡态近似法 332 9.6.3 稳态近似法 333 9.7 链反应 335 9.7.1 单链反应 335 9.7.2 由单链反应的机理推导反应速率方程 336 9.7.3 用键能估算元反应的活化能 337 9.7.4 支链反应与爆炸界限 337 9.8 光化学反应 338 9.8.1 光化学反应的初级过程、次级过程和猝灭 339 9.8.2 光化学定律 339 9.8.3 温度对光化学反应速率的影响 340 9.8.4 化学激光 341 9.9 溶液反应和多相反应 341 9.9.1 溶剂对反应组分无明显相互作用 341 9.9.2 多相反应 343 9.9.3 催化作用与催化剂 344 习题 346 第10章 胶体化学 354 10.1 概论 354 10.1.1 分散系统的分类 354 10.1.2 胶体和胶体科学 355 10.2 胶体的制备 356 10.2.1 胶体系统的制备 356 10.2.2 胶体系统的纯化 357 10.3 胶体的动力性质 358 10.3.1 布朗运动 358 10.3.2 扩散和渗透压 359 10.3.3 沉降和沉降平衡 360 10.4 胶体的光学性质 360 10.4.1 丁铎尔效应 360 10.4.2 瑞利公式 361 10.4.3 散射与超显微镜 362 10.5 胶体的电学性质 362 10.5.1 电动现象 362 10.5.2 双电层理论 364 10.5.3 溶胶的胶团结构 367 10.6 胶体的稳定与聚沉 369 10.6.1 胶体稳定理论 369 10.6.2 溶胶稳定的原因 370 10.6.3 溶胶的聚沉 371 10.6.4 胶体稳定性的应用实例—污水处理的絮凝 374 10.7 乳状液 375 10.7.1 乳状液的基本概念 375 10.7.2 乳状液的性质 376 10.7.3 影响乳状液稳定性的因素 376 10.7.4 影响乳状液类型的因素 377 10.7.5 乳状液的制备 378 10.7.6 微乳液 378 10.7.7 乳状液的去乳化 379 10.8 泡沫 379 10.9 气溶胶 380 10.9.1 粉尘的分类 380 10.9.2 粉尘的性质 381 10.10 高分子化合物 383 10.10.1 高分子化合物基本性质 383 10.10.2 高分子溶液的性质 383 10.10.3 凝胶的溶胀 384 习题 385 附录 387 参考文献 394