高等学校化学化工专业系列教材:物理化学.pdf

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书籍描述

内容简介
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必备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。

编辑推荐
《高等学校化学化工专业系列教材:物理化学》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。

目录
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章热力学第一定律
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热力学第一定律
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
2.3.3△G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
第6章统计热力学基础
第7章化学动力学基本原理

序言
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最基本的规律,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

文摘
版权页:



①克劳修斯(Clausius)说“不能把热从低温物体传给高温物体而不引起其它变化。”
②开尔文(Kelvin)说“不能从单一热源吸热使之全部转变为功而不引起其它变化。”
两种说法中“不引起其它变化”的含义是除了上述变化之外其它任何变化都没有。以通常的冷机为例,在循环操作过程中冷机将低温物体的热量传给高温物体,同时环境对冷机做了功。高温物体吸收的热量数值上等于低温物体放出的热量与环境所做功的总和。假定一普通冷机经历循环过程后从低温物体吸热1J,接受环境做功1J,将2J的热传给高温物体。伴随着1J热从低温物体传给高温物体的同时发生的“其它变化”就是环境做了1J的功,高温物体多吸收1J的热。第二定律指出,如果没有这样的“其它变化”,冷机无代价地将1J热从低温物体传给高温物体是不可能的。以通常的热机为例,经过循环操作过程热机从高温热源吸热,一部分转变为功,另一部分传给低温热源。从高温热源吸收的热数值上等于传给低温热源的热及对外做功的总和。假定一普通热机经历循环过程后从高温热源吸热2J,对外做功1J,向低温热源传热1J。伴随1J高温热源的热转变为1J功的同时发生的“其它变化”是另1J的热从高温热源传给了低温热源。第二定律指出,如果没有这样的“其它变化”,热机无代价地将1J高温热源的热完全变为功是不可能的。两种说法虽然不同,但实质上完全是一回事。假如克氏说法错了,必然存在违反克氏说法的冷机,它可以无代价地将热从低温热源传给高温热源。将这种冷机与前述的普通热机联合工作,当热机经历一个循环后,用冷机无代价地将1J热从低温热源传给高温热源。联合热机工作的总结果是从高温热源吸热1J并使之完全变为功而无其它变化,因此开氏说法也错了。假如开氏说法错了,必然存在违反开氏说法的热机,它可以无代价地从一个热源吸热使之完全转变为功。将这种热机与前述的普通冷机联合工作,当冷机经历一个循环后,用热机无代价地从高温物体吸热1J使之全部变为功,以补偿冷机消耗的功。联合冷机工作的总结果是将1J低温物体的热传给了高温物体而无其它变化,因此克氏说法也错了。这说明两种说法的实质是相同的。热力学第二定律还有一些其它说法,各种说法都是断言某个过程不可能实现,这些过程不能实现的根本原因都可归结为热不能无代价地变为功,或者低温热源的热不能无代价地传给高温热源,因此各种不同说法在实质上是完全相同的。能量是物质运动的物理尺度,它不仅从数量上度量物质的运动,而且还具有一定的品位或“质量”。功的品位比热高,高温热源传递的热的品位比低温热源的高。如果没有其它变化,能量的品位只可能降低,不能升高。

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