《基础物理化学(第二版)》是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。在确保化学热力学、化学动力学及其他重要基础知识结构系统完整的前提下,对传统的非基础性物理化学内容进行了显著的删减,而对实用性很强的基础物理化学内容进行了适当增加,从而使《基础物理化学(第二版)》更适合化工及相关专业本科少学时物理化学课程教学使用。 全书共分为9章。第1-4章化学热力学,包括化学热力学基础、多组分系统热力学、化学平衡和相平衡。第5章界面化学,将化学热力学进一步延伸到高分散系统。第6章化学动力学,学习反应速率的基本规律。第7章和第8章光化学反应和电化学,将化学热力学和化学动力学进一步扩展到向环境输出光能、电能或由环境输入光能、电能的特殊系统。第9章统计热力学初步,使学生能够对系统内分子的运动形态、能量的非划一性和分布规律形成初步的认知。 与《基础物理化学(第二版)》配套出版的有学习指导和数字课程网站。
物理化学是借助数学、物理学等基础学科的理论及其实验手段来研究物质系统的化学行为原理、规律和方法的科学。正因为如此,物理化学成为高等学校化学、化工及相关专业,如生物化工、环境工程、制药工程、精细化工等专业本科生的重要基础课之一。在科学技术迅速发展的今天,物理化学对化学学科发展的贡献与日俱增。从化学化工及相关专业本科生的发展需要出发,我们编写了这部以化学热力学和化学动力学为核心的基础物理化学教材。
本书的特点是,知识框架体系有利于培养学生分析和解决科研、生产中实际问题的能力。本书对学生能力培养的核心目标是:通过学习,对未知过程自发性及限度进行科学判断,使学生能够切合实际地研究新反应、提高目的产物的产率;使学生能够利用自发趋势较大的过程设计开发新能源,并能设计利用现有能源(如电能、光能),使通常条件下的非自发过程得以实现。当然,因为化学反应在实际条件下的放热量是工业反应装置安全设计及热能充分利用的基础,所以本书对相关内容也给予了充分的重视。动力学不仅是实现上述热力学判断的基础,还是将化学热力学计算推向深入的应用。例如,在求得各反应物反应级数以及竞争反应的活化能后,可以设计优化反应条件以有效地抑制副产物生成。因此,在本书中化学动力学内容也占了相当的比重。
高分散系统(如胶体)与常规系统相比,其表面积大出1-3个数量级。因此,其热力学性质依据分散度的不同而不同程度地区别于常规系统。为使本书给出的热力学内容也适用于高分散系统,本书将该部分内容作为第1-4章化学热力学的补充部分,安排在第5章学习。另外,由于光化学和电化学中所涉及的化学热力学、化学动力学在表现形式上的特殊性,本书将该部分的核心内容编入光化学反应和电化学相关章节中。这些内容包括:利用自发性大的化学反应将其化学能转变为电能、光能,利用电能、光能使非自发反应得以实现,以及由外电路电流强度给出实际反应速率,等等。
本书的第二个特点是,有些传统的非基础性内容,虽然从属于物理化学,但由于对学生科学认识的形成贡献较小,本书对其进行了显著的删减。从实际需要出发,在确保化学热力学和化学动力学知识结构完整、通畅和注重应用的基础上,理顺物理化学的核心基础内容,从而用较少的学时即可使学生掌握物理化学的主体知识。因此更适合化工专业学生的学习。
本书的第三个特点是,将物理化学知识体系梳理得更便于自学。将物理化学内容紧扣科研和生产应用实例,从而达到既有利于学生学习,又有利于学生应用这些理论实现创新的双重目的。为降低学生学习物理化学抽象知识的难度,开阔学生对科学前沿和生产实际的视野,本书在各章节中都引入了相当数量的应用实例,并注重各章节内容的贯通联系。对于本科生,逐渐培养其自学能力,是培养创新型人才的必要环节。为更好地达到这一目的,本书将一些特别适合学生自学的重要内容用“*”给出了标记,并尽可能地将相应部分处理得易于理解;本书还增加了一些重要的阅读内容(用“△”标记),以便学生强化基础知识或扩展视野。同时,本书配套有专门的数字课程网站,对重难点内容,采用视频、动画等多媒体形式进行深入讲解。
第0章 物理化学概论
§0.1 物理化学概要
1.化学热力学
2.化学动力学
3.界面化学
4.量子化学
5.统计热力学
§0.2 物理化学课程的学习方法
§0.3 物理化学量的表述
第1章 化学热力学基础
§1.1 热力学基本概念
1.系统和环境
2.广度性质和强度性质
3.热和功
4.相和相变
5.液体的正常沸点和标准沸点
6.状态函数
7.系统的典型变化过程
§1.2 体积功的计算
§1.3 准静态过程
§1.4 可逆过程和可逆途径
1.可逆过程
2.可逆途径
§1.5 热力学第一定律和热力
学能
1.热力学第一定律
2.热力学能
§1.6 定容热、定压热和焓
1.定容热
2.定压热和焓
§1.7 定容变温和定压变温过程
1.热容
2.Cp,m和Cv,m的关系
3.理想气体的热力学能、焓及热容
4.定容变温和定压变温过程
§1.8 理想气体的绝热过程
§1.9 相变焓
§1.10 实际气体的热力学能和焓
§1.11 化学反应进度和化学反应的标准摩尔焓
1.化学反应进度
2.化学反应的标准摩尔焓[变]
3.298.15K下化学反应的标准摩尔焓
4.任意温度T下化学反应的标准摩尔焓
5.化学反应的热力学能[变]
§1.12 热力学第二定律
1.热力学第二定律的经典表述
2.克劳修斯不等式
3.熵增原理
4.环境熵变的计算
5.系统熵变的计算
§1.13 热力学第三定律
1.规定摩尔熵和标准摩尔熵
2.化学反应熵变的计算
§1.14 亥姆霍兹函数和吉布斯函数
1.亥姆霍兹函数的定义
2.亥姆霍兹函数判据
3.吉布斯函数的定义
第2章 多组分系统热力学
第3章 化学平衡
第4章 相平衡
第5章 界面化学
第6章 化学动力学
第7章 光化学反应
第8章 电化学
第9章 统计热力学初步
附录
物理化学新形态资源索引