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化学

物理化学(第六版)

作者：郑新生

出版社：科学出版社出版时间：2022-01-01

开本：其他页数： 304

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物理化学(第六版) 版权信息

ISBN：9787030640154
条形码：9787030640154 ; 978-7-03-064015-4
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
自然科学
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化学

物理化学(第六版) 内容简介

本书集编者多年教学成果和经验总结，兼顾经典理论和学科发展，体现农林特色，利用少学时提纲挈领地向生物工程、食品科学和环境科学等与化学相关专业学生介绍物理化学的基本内容、方法和应用，强调基本概念和公式的物理意义，使其成为农林各专业学生学习基础课与专业课之间承上启下的桥梁。全书共12章，内容包括化学热力学基础、化学动力学、电化学、表面物理化学、胶体化学、结构化学等。每章均附有重难点的教学视频和反映学科进展的阅读资料，有利于学生主动学习和拓宽视野。

物理化学(第六版) 目录

目录
第六版前言
第五版前言
第四版前言
第三版前言
第二版前言
**版前言
绪论1
第1章化学热力学基础3
1.1热力学的能量守恒原理3
1.1.1基本概念3
1.1.2热力学**定律5
1.2可逆过程与*大功6
1.2.1功与过程的关系6
1.2.2可逆过程的特点7
1.3热与过程8
1.3.1定容热QV8
1.3.2定压热Qp8
1.3.3相变热(焓)8
1.3.4热容8
1.3.5热容与温度的关系9
1.4理想气体的热力学9
1.4.1焦耳实验9
1.4.2理想气体ΔU、ΔH的计算10
1.4.3理想气体的Cp，m与CV，m的关系10
1.4.4理想气体的绝热可逆过程11
1.5化学反应热11
1.5.1化学反应热的含义11
1.5.2反应进度11
1.5.3定压反应热Qp与定容反应热QV的关系13
1.5.4热化学方程式14
1.5.5赫斯定律14
1.5.6几种反应热15
1.5.7反应热与温度的关系17
1.6自发过程的特点与热力学第二定律18
1.6.1自发过程的特点18
1.6.2热力学第二定律18
1.7熵增加原理与化学反应方向18
1.7.1卡诺定理18
1.7.2可逆过程的热温商与熵变19
1.7.3不可逆过程的热温商与熵变20
1.7.4热力学第二定律的数学表达式21
1.7.5熵增加原理21
1.7.6熵变的计算21
1.8化学反应的熵变25
1.8.1热力学第三定律25
1.8.2物质的规定熵ST和标准熵Sm(T)25
1.8.3化学反应熵变的计算26
*1.9熵的统计意义26
1.9.1概率概念26
1.9.2熵的统计意义27
1.9.3熵与混乱度的关系27
习题29
第2章自由能、化学势和溶液31
2.1自由能判据31
2.1.1热力学**、第二定律联合式31
2.1.2吉布斯自由能及判据31
2.1.3亥姆霍兹自由能及判据32
2.2吉布斯自由能与温度、压力的关系32
2.2.1热力学函数间的关系32
2.2.2热力学基本关系式33
2.2.3吉布斯自由能随温度的变化33
2.2.4吉布斯自由能随压力的变化34
2.3ΔG的计算34
2.3.1简单的p、V、T变化过程ΔG的计算34
2.3.2相变过程ΔG的计算35
2.3.3化学反应ΔrGm的计算35
2.4偏摩尔量36
2.4.1偏摩尔量的定义36
2.4.2偏摩尔量的集合公式37
2.5化学势37
2.5.1偏摩尔吉布斯自由能——化学势37
2.5.2化学势与温度和压力的关系38
2.5.3化学势在相平衡中的应用38
2.6气体的化学势与标准态39
2.6.1理想气体的化学势39
2.6.2实际气体的化学势40
2.7溶液中各组分的化学势40
2.7.1稀溶液的两个实验定律41
2.7.2理想溶液中各组分的化学势41
2.7.3稀溶液中各组分的化学势42
2.7.4理想溶液的通性43
2.7.5非理想溶液中各组分的化学势44
2.8稀溶液的依数性45
2.8.1渗透压45
2.8.2凝固点降低46
2.8.3沸点升高48
2.9分配定律及其应用48
2.9.1分配定律48
2.9.2萃取49
习题50
第3章相平衡52
3.1相律52
3.1.1基本概念52
3.1.2相律53
3.2单组分体系54
3.2.1克拉贝龙方程54
3.2.2水的相图56
3.3二组分双液体系57
3.3.1理想完全互溶双液系57
3.3.2非理想完全互溶双液系60
3.3.3部分互溶双液系61
3.3.4完全不互溶双液系61
3.4二组分固-液体系63
3.4.1热分析法63
3.4.2溶解度法64
习题66
第4章化学平衡67
4.1化学反应的方向及限度67
4.1.1化学反应的方向67
4.1.2化学反应的限度68
4.2化学反应等温式及化学反应的平衡常数68
4.2.1化学反应等温式与化学反应平衡常数68
4.2.2使用标准平衡常数的注意事项69
4.3平衡常数的测定和计算70
4.3.1平衡常数的测定70
4.3.2平衡常数的计算71
4.4影响化学平衡的因素73
4.5生化反应的标准态和平衡常数74
习题76
第5章电解质溶液78
5.1离子的电迁移78
5.1.1电解质溶液的导电机理78
5.1.2法拉第定律79
5.1.3离子的电迁移79
5.2电导及其应用80
5.2.1电导、电导率与摩尔电导率80
5.2.2电导的测定81
5.2.3强电解质溶液的电导率、摩尔电导率与浓度的关系81
5.2.4离子独立运动定律及离子摩尔电导率82
5.2.5电导测定的应用84
5.3强电解质溶液的活度及活度系数86
5.3.1活度和活度系数86
5.3.2影响离子平均活度系数的因素87
5.4强电解质溶液理论88
5.4.1离子氛模型88
5.4.2德拜-休克尔极限公式89
5.4.3翁萨格理论90
习题91
第6章电化学93
6.1可逆电池93
6.1.1电池93
6.1.2可逆电池93
6.1.3可逆电极的类型和电极反应94
6.1.4电池表示法95
6.2电极电势96
6.2.1电池电动势的产生96
6.2.2电极电势φ97
6.2.3能斯特公式98
6.3可逆电池热力学99
6.3.1可逆电池电动势与活度和平衡常数99
6.3.2电动势与各热力学量100
6.4电池电动势的测定及其应用101
6.4.1对消法测电动势101
6.4.2标准电池102
6.4.3电动势测定的应用103
6.5电子活度及电势-pH图107
6.5.1电子活度107
6.5.2电势-pH图及应用109
6.6生化标准电极电势111
*6.7不可逆电极过程112
6.7.1分解电压112
6.7.2极化现象和超电势114
6.7.3金属腐蚀与防护117
习题120
第7章化学动力学122
7.1基本概念122
7.1.1化学反应速率122
7.1.2基元反应123
7.1.3反应级数123
7.1.4速率常数k123
7.1.5反应分子数123
7.2简单级数反应124
7.2.1一级反应124
7.2.2二级反应124
*7.2.3三级反应和零级反应125
7.2.4反应级数的确定126
7.3温度对反应速率的影响127
7.3.1阿伦尼乌斯公式127
7.3.2活化能Ea128
7.3.3活化能测定129
7.3.4求反应的适宜温度129
7.4复合反应及近似处理130
7.4.1对峙反应130
7.4.2平行反应131
7.4.3连串反应131
*7.4.4链反应(连锁反应)132
*7.4.5复合反应的近似处理132
7.5化学反应速率理论134
7.5.1碰撞理论134
7.5.2过渡态理论135
7.6快反应和现代化学动力学研究技术137
7.6.1快反应137
7.6.2弛豫方法137
7.6.3快速混合法138
7.6.4闪光光解技术138
7.6.5交叉分子束技术138
7.7催化剂139
7.7.1催化剂和催化作用139
*7.7.2均相催化140
7.7.3多相催化141
7.7.4化学振荡141
*7.8酶催化反应142
7.8.1酶催化反应的特点142
7.8.2温度和pH对酶催化反应速率的影响143
7.8.3酶催化反应的应用和模拟143
7.9光化学143
7.9.1光化学反应的基本规律144
7.9.2光化学反应的初级过程145
7.9.3光化学反应的次级过程和量子效率147
7.9.4光化学反应的动力学150
习题152
第8章表面物理化学154
8.1表面吉布斯自由能154
8.1.1比表面154
8.1.2比表面自由能和表面张力155
8.2弯曲液面的特性156
8.2.1弯曲液面的附加压力156
8.2.2弯曲液面的蒸气压158
8.2.3亚稳态159
8.3溶液的表面吸附160
8.3.1溶液的表面张力160
8.3.2吉布斯吸附等温式161
8.3.3吸附层上分子的定向排列161
8.4表面膜162
8.4.1不溶性单分子膜162
8.4.2生物膜163
8.5表面活性物质164
8.5.1表面活性物质的分类164
8.5.2表面活性物质的HLB值165
8.6胶束165
8.6.1表面活性物质的临界胶束浓度165
8.6.2增溶作用166
8.7气-固界面吸附166
8.7.1固体表面特性166
8.7.2吸附作用167
8.7.3吸附理论170
8.7.4吸附作用的应用172
8.8液-固界面吸附173
8.8.1溶液中吸附量的测定174
8.8.2稀溶液中溶质分子的吸附174
8.8.3电解质溶液中离子的吸附175
8.9润湿作用175
8.9.1润湿现象175
8.9.2接触角与润湿作用177
习题179
第9章胶体化学181
9.1分散体系181
*9.2溶胶的制备与净化182
9.2.1溶胶的制备182
9.2.2溶胶的净化183
9.3溶胶的光学性质184
9.3.1丁铎尔效应184
9.3.2丁铎尔效应的规律184
9.3.3超显微镜的原理和应用185
9.4溶胶的动力学性质185
9.4.1布朗运动185
9.4.2扩散186
9.4.3沉降与沉降平衡187
9.5溶胶的电学性质188
9.5.1电动现象188
9.5.2胶粒表面电荷的来源189
9.5.3双电层结构189
9.5.4电动电势191
9.6溶胶的流变性质191
9.6.1黏度192
9.6.2黏度的测定193
9.7溶胶的稳定性与聚沉193
9.7.1溶胶的稳定性193
9.7.2影响溶胶聚沉的因素194
9.8乳状液与泡沫196
9.8.1乳状液的类型197
9.8.2乳化剂与乳化作用197
*9.8.3乳状液的类型理论198
9.8.4乳化剂的选择199
9.8.5乳状液的制备200
9.8.6乳状液的转型与破坏201
*9.8.7微乳状液202
9.8.8泡沫202
9.9凝胶203
9.9.1凝胶的类型203
9.9.2胶凝作用204
9.9.3凝胶的性质205

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物理化学(第六版) 节选

绪论物理化学是从能量转化的角度，用定量、系统的方法研究和表达化学。人们赖以生存的自然环境包括大气围绕的地球和太阳光辐射。照射到地球表面上的太阳光子所携带的能量通常为3～4eV，这个能量值恰与原子间的结合力化学键相当。因此，在自然环境中太阳光驱动*深刻的变化是化学变化，不可能引起原子核内粒子的分裂。从这个意义上讲，化学承载着人类从原子、分子层面上认识自然、理解自然，与自然形成恰当和谐的重大期望。同时，化学是合成新物质的科学，通过创造可再生的、*小限度影响地球生态圈的高级新型材料，能够缓和目前的资源压力，促进人与自然的和谐发展。化学是在原子、分子层面上研究物质转化的规律。化学反应的过程看上去复杂多变，但仍然遵循能量转化规律，如宏观的化学变化规律可以用热力学和统计热力学来描述，微观上物质的转化遵循薛定谔的能量本征方程，即量子力学规律。物理化学从研究方法上看，是从物理现象和化学现象的联系找出物质变化的基本原理；从研究主题上看，是研究化学系统一般规律和理论的学科。物理化学是介于通用理论课程(如高等数学、大学物理等)与专业理论课程(如化工原理、环境工程原理等)之间的基础理论课程，处于承上启下的枢纽地位。物理化学不仅是化学学科的理论基础，也是构成工程技术、生命科学的基础，并在寻找新工艺、新材料及提高效率，减少能耗，防止污染方面起着重要作用。 1. 物理化学的主要任务（1）化学反应进行的方向与限度是化学热力学要解决的问题。在一定的条件下，一个化学反应能否发生；向哪个方向进行；进行到什么程度为止；温度、压力、浓度等因素的变化对化学反应有什么影响；化学反应的热效应和可利用的能量是多少这些问题都是化学热力学研究的范畴。（2）化学动力学研究的对象是化学反应的速率和机理，解决化学反应以什么速率进行；浓度、温度、压力和催化剂等各种因素对化学反应速率有什么影响；反应的机理（历程）是什么；如何控制反应使之按预期的方式进行等问题。化学热力学的研究可以解决反应可能性问题，化学动力学的研究则解决反应的实现性问题。（3）结构化学研究物质的结构与性能的关系，从微观角度探讨物质的性质及变化的规律。物理化学中还包括光化学、电化学、胶体化学等许多分支，这些内容对农业院校的学生也十分重要。 2. 物理化学与农业、生命科学的关系由于物理化学既研究物质的变化过程，又考察相应过程的能量变化，因此它对物质的分离与纯化、输运与控制、化合与降解等方面具有重要的指导作用。例如，利用物理化学的理论和方法能够有效地研究酶催化动力学、土壤体系的吸附解吸动力学、农药降解动力学、食品保鲜、污染物在环境中的运动迁移和演化等。结构化学、量子化学在生物学中的应用已发展成量子生物学这一新的交叉学科。模拟光合作用、模拟生物固氮等研究为农业生产的发展开辟了新的天地。自然界中大多数植物利用光合作用将水和二氧化碳转化为碳水化合物，这些化合物又是地球上所有生物赖以生存与发展的物质基础。这一过程的实质是太阳能转化为化学能，化学能又转化为生物能的过程。物理化学正是研究物质变化与能量转换关系的一门学科。因此，物理化学是农业和生命科学发展的一块重要基石，在食品化学、环境科学和生命科学等许多领域中起着重要作用。 3. 学习物理化学的方法学习物理化学的关键是正确理解基本概念、理论模型和基本公式，切忌死记硬背。不仅要理解公式中每一个符号所代表的物理意义，还要知道公式在什么条件下能够使用，什么条件下不能使用。要做到这一点，就必须熟悉公式是如何得到的，它是一个简单的定义，还是一个粗略的实验规律总结；是来自于没有任何近似的热力学定律推论，还是通过近似条件得到的物理化学公式。对物理化学基本概念正确理解的深刻程度，代表着对这门学科的认知水平。演算习题是学习物理化学的重要环节，很多知识是通过解题之后才能学到的。解物理化学习题，一是要明确系统的始、终态，知晓系统的性质，是理想气体还是非理想气体，是液体还是固体，是均相系统还是多相系统。二是了解过程的性质，是等温过程还是等压过程，是可逆过程还是不可逆过程，是等容过程还是绝热过程。三是根据过程的性质选择合适的计算公式。物理化学中的许多公式都有严格的使用条件，使用时要仔细甄别。有时需要从基本公式进行必要的推导，才能得到实际计算所需要的公式。四是统一单位，进行具体计算，实践表明，统一物理量的单位是减少计算错误的有效方法。五是联系实际问题，对所得结果加以应用。物理化学的一些理论知识通过解习题，所得定量结果对解决其他实际问题有很好的指导作用。在学习每一章之后，做一个框图式的总结是建立起物理化学知识框架的有效方法。找出每一章的一个或若干个中心公式，以此为基础建立本章主要公式和基本概念的网络化关系，则本章内容的科学逻辑跃然纸上，各个公式的来历一目了然，使自己的知识系统化，整体化，逐步训练和培养严谨和系统的逻辑思维能力。物理化学的学习不能靠短时间的强读强记，应该主动阅读教材和相关参考书，在读书中思考，在思考中读书，体会解决科学问题的柳暗花明，将挑战转变成机会。把科学精神融入自己的内心深处，自觉用它来实践自己的人生。在接受一个科学理论时，清楚知道它的前提条件，根据外界条件的变化去把握理论模型的应用。第1章化学热力学基础介绍热力学（thermodynamics）基本概念，应用能量守恒原理研究伴随物理和化学过程中的能量变化，体系与环境之间交换的能量——热和功与体系的热力学能变化和焓变化的关系。阐明物理和化学过程自发变化的原因，重点研究熵变的概念、计算和利用它判断过程的方向和限度。热力学研究各种能量相互转换过程所遵循的规律。热力学这个名词是历史遗留下来的。热力学发展初期，为了提高热机的效率，它只研究热和机械功之间的转换关系。随着科学的发展，热力学研究的范围逐渐扩大，如将热力学方法应用在工程学上称为工程热力学；应用在化学上称为化学热力学(chemical thermodynamics)，化学热力学是物理化学课程的重要内容之一。化学热力学的一切结论主要建立在热力学两个经验定律的基础上，它们分别称为热力学**定律和第二定律。这两个定律是热力学方法的基础。热力学第三定律是20世纪初发现的，它不像热力学**、第二定律那样重要和应用广泛，只在化学平衡的计算上有一定的应用。热力学**、第二定律是人们长期科学实践的经验总结，有着牢固的实验基础，具有高度的普遍性和可靠性。热力学方法有两个特点：只研究由大量分子、原子构成的宏观体系，只要知道体系的宏观性质，确定体系的状态，当体系的状态改变时，就可以根据热力学数据对体系的能量变化进行计算，得出有用的结论，用于指导实践。热力学方法不研究物质的微观结构，不研究体系的变化速率、过程、机理及个别质点的行为，这是热力学的局限性。 1.1热力学的能量守恒原理 1.1.1基本概念 1.体系与环境根据需要，将所研究的对象称为体系或系统(system)，而与体系有关的其余部分称为环境(surrounding)。体系与环境的划定完全是人为的，可以是实际的，也可以是想象的。依据体系与环境之间有无能量和物质的交换，体系又分为三类：①敞开体系(open system)，体系与环境之间既有物质交换又有能量交换；②封闭体系(closed system)，体系与环境之间只有能量交换而无物质交换；③孤立体系(isolated system)，体系与环境之间既无能量交换又无物质交换。真正的孤立体系是不存在的，它只是为研究问题的方便所做的人为抽象而已。热力学中通常把与体系有关的环境部分与体系合并在一起视为一孤立体系，即体系+环境孤立体系 2.体系的性质用以确定体系状态的各种宏观物理量称为体系的性质或状态性质(property of system)，如温度、压力、体积、质量、密度、浓度等，它们都是体系自身的性质。根据它们与体系物质量的关系，可分为广度性质(extensive properties)和强度性质(intensive properties)两类。 (1) 广度性质。这种性质的数值与体系中物质的量成正比，并具有加和性，如质量、体积、热容等。在一定条件下，体系的某一广度性质数值是体系内各部分该性质数值的加和。 (2) 强度性质。这种性质的数值与体系内物质的量无关，没有加和性，如体系的温度、压力、浓度、密度等。强度性质通常是由两个广度性质之比构成，如质量与体积之比为密度，体积与物质的量之比为摩尔体积。 3.状态与状态函数体系的物理性质和化学性质的综合表现称为体系的状态(state)。描述体系的状态要用到体系的一系列性质，如物质的量、温度、体积、压力、组成等。当这些宏观性质都有确定值时，体系就处于一定的宏观状态。而体系某性质的数值发生了变化，就是体系的状态发生了变化。通常把体系变化前的状态称为始态，变化后的状态称为终态。由此可知，体系的状态与体系性质的数值是密切相关的。体系的状态发生变化，必然引起体系性质的数值变化；体系的状态一定，体系性质也有确定的数值。体系性质的数值与体系状态保持一种函数关系，因此称体系的性质为体系的状态函数(state function)。状态函数的特点是其改变值只决定于体系的始态与终态，与变化的途径无关。在数学上状态函数具有全微分的性质，可以按全微分的关系来处理。例如，气体性质p、V、T之间可写成下列函数关系 V=V(T，p) 则由状态1变到状态2的体积改变量为状态函数沿闭合回路的积分为零，即由于体系性质之间存在相互联系，因此在确定体系的状态时，只要确定其中几个独立变化的性质即可确定体系的状态，并不需要对体系的所有性质逐一描述。例如，在一定条件下，对物质数量不变的理想气体体系，只需确定两个性质，就可以确定其状态。 4.过程与途径当体系的状态发生变化时，把状态变化的经过称为过程(process)，而把完成变化的具体步骤称为途径(path)。热力学常用的过程有：①定温过程，是指体系的始态温度T1、终态温度T2及环境温度Te均相等，即T1=T2=Te；②定压过程，是指体系的始态压力p1、终态压力p2及环境压力pe均相等，即p1=p2=pe；③定容过程，是指体系变化时体积不变的过程；④绝热过程，是指体系与环境间无热交换的过程；⑤循环过程，是指体系从一状态出发经一系列变化后又回到原来状态的过程。 5.热与功体系状态发生变化时通常与环境进行能量交换。热力学变化中所交换的能量有两种形式。一种是因体系与环境间有温度差所引起的能量流动，称为热(heat)，体系状态变化时表现为吸热或放热，热以符号Q表示。按热力学习惯，本书规定：体系吸热，Q为正值；体系放热，Q为负值。除热以外，体系与环境间因压力差或其他机电“力”引起的能量流动称为功(work)，功以符号W表示。本书规定：体系对环境做功，W为负值；环境对体系做功，W为正值。功的种类有多种，如体积功(volume work)、电功、表面功等。热力学中把除体积功(或称为膨胀功)以外的功统称为有用功，或非体积功(nonvolume work)。热和功是体系的状态发生变化时与环境交换的能量，因此热和功不是状态函数，而是过程量。 1.1.2热力学**定律 1.能量守恒定律能量守恒定律在热力学体系的应用称为热力学**定律(first law of thermodynamics)。它是人们长期经验的总结，应用范围极广，自然界发生的一切现象从未发现有违反热力学**定律的。在能量守恒定律正式建立之前，有人曾企图设计一种不需外界供给能量而能做功的

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