基础物理化学 上PDF电子书下载

绪论 1

1 化学中的一些基本量与气体 5

1．1 分子、原子、基本粒子、元素 5

1．1．1 分子 5

1．1．2 原子 5

1．1．3 基本粒子 6

1．1．4 元素 6

1．2 化学中常用的基本量 6

1．2．1 原子质量和平均原子质量 6

1．2．4 物质的量及其单位——摩尔 7

1．2．3 相对分子质量 7

1．2．2 相对原子质量 7

1．2．5 摩尔质量 8

1．2．6 物质的量分数 9

1．3 物理量的表示及其运算 10

1．3．1 物理量 11

1．3．2 单位制 11

1．3．3 单位换算 12

1．4 理想气体的状态方程 12

1．4．1 理想气体状态方程 12

1．4．2 理想气体模型 14

1．4．3 气体普适常数R的测定 14

1．5．1 道尔顿定律与分压力 15

1．5 气体定律 15

1．5．2 阿马格定律与分体积 16

1．5．3 气体扩散定律 16

1．6 实际气体 17

1．6．1 实际气体的pVT性质 17

1．6．2 实际气体的液化 18

1．6．3 范德华方程 19

1．6．4 对比状态与压缩因子图 21

1．6．5 维里方程 23

1．7 超临界流体性质及其应用简述 24

小结 25

思考题 25

习题 26

科学家及其思想方法——原子论提出者道尔顿 27

2 热力学概论 30

2．1 热力学的基础与内容 30

2．1．1 基础 30

2．1．2 内容 30

2．2 热力学的方法和局限性 30

2．2．1 方法 30

2．2．2 局限性 31

2．3 化学热力学的任务 31

2．3．1 有关化学反应的问题 31

2．3．2 化学热力学的任务 31

2．4．1 系统与环境 32

2．4．2 系统的种类 32

2．4 热力学的基本概念 32

2．4．3 系统的性质 33

2．4．4 状态和状态函数 34

2．4．5 热力学标准态 35

2．4．6 热力学平衡 36

2．4．7 过程和途径 36

2．4．8 可逆过程 38

2．5 热力学系统的能量及能量传递形式 39

2．5．1 热和功 39

2．5．2 热力学能 40

2．6 热力学系统的体积功与可逆体积功 41

小结 45

思考题 46

习题 46

科学家及其思想方法——物理化学家范特霍夫 47

3 热力学第一定律及其应用 50

3．1 热力学第一定律 50

3．1．1 热力学第一定律的表述 50

3．1．2 热力学第一定律的数学式 50

3．2 热力学第一定律在单纯物理变化过程中的应用 51

3．2．1 定容、定压过程的热、功，热力学能、焓值计算 51

3，2．2 定温过程的热、功、热力学能、焓值计算 56

3．2．3 绝热过程的热、功、热力学能、焓值计算 58

3．2．4 向真空膨胀过程中的热、功、热力学能、焓的计算 65

3．2．5 相变过程的热、功、热力学能、焓的计算 66

3．3 卡诺循环 69

3．4 热力学第一定律在化学反应过程中的应用 73

3．4．1 有关化学反应的几个基本概念 73

3．4．2 定压或定容反应的热、功、焓、热力学能计算 75

3．4．3 标准摩尔生成焓与标准摩尔反应焓变计算 78

3．4．4 标准摩尔燃烧焓与标准摩尔反应焓计算 82

3．4．5 摩尔溶解焓与摩尔稀释焓变计算 83

3．4．6 离子在水溶液中的标准摩尔生成焓计算 85

3．4．7 基尔霍夫定律(化学反应焓与温度的关系)——高温下的反应焓计算 86

3．4．8 绝热反应的最高温度计算 89

小结 91

思考题 92

习题 93

科学家及其思想方法——化学热力学奠基人吉布斯 96

4 热力学第二定律 98

4．1 自发变化的共同特征 98

4．2 热力学第二定律 100

4．3 卡诺定理 100

4．4 熵 101

4．4．1 熵函数的存在 102

4．4．2 熵变的表达 103

4．5 克劳修斯不等式和熵增加原理 104

4．5．1 不可逆循环的热温商之和 104

4．5．2 克劳修斯不等式 104

4．5．3 熵增加原理 105

4．5．4 熵判据式 106

4．6 熵变的计算及熵的物理意义 107

4．6．1 可逆过程的熵变 107

4．6．2 不可逆过程的熵变 110

4．6．3 嫡的物理意义 113

4．7 亥姆霍兹能与吉布斯能 115

4．7．1 亥姆霍兹能及其判据式 115

4．7．2 吉布斯能及其判据式 117

4．7．3 △A和△G的计算 118

4．8 热力学基本方程 120

4．8．1 热力学基本方程 120

4．8．2 吉布斯关系式 121

4．8．3 麦克斯韦关系式 122

4．8．4 吉布斯能随压力、温度的变化关系 123

4．9 热力学第三定律与规定摩尔熵 124

4．9．1 热力学第三定律 124

4．9．2 规定摩尔熵(Sm) 125

4．9．3 化学反应的熵变 126

4．10 偏摩尔量与化学势 127

4．10．1 偏摩尔体积 127

4．10．2 偏摩尔量 128

4．10．3 化学势 129

小结 133

思考题 133

习题 134

科学展望——热力学的研究 138

5 多组分系统的组分性质与混合性质 141

5．1 多组分系统的组成表示法 141

5．2 实际气体的逸度 143

5．2．1 纯理想气体的化学势 143

5．2．2 纯实际气体的化学势与逸度 144

5．2．3 逸度系数的求取 146

5．2．4 理想混合气体中某组分的化学势 149

5．2．5 实际混合气体中某组分的化学势与逸度 150

5．3 理想液态混合物 150

5．3．1 拉乌尔定律 150

5．3．2 理想液态混合物的定义 150

5．3．3 理想液态混合物中物质B的化学势 152

5．3．4 理想液态混合物(理想溶液)的通性 153

5．4 理想液态稀溶液中各组分的化学势 154

5．4．1 亨利定律 154

5．4．2 理想稀溶液的定义 155

5．4．3 理想稀溶液中各组分的化学势 156

5．4．4 分配定律 157

5．4．5 溶液结冰时溶剂的化学势 158

5．5 稀溶液的依数性 159

5．5．1 蒸气压降低 159

5．5．2 凝固点降低 159

5．5．3 沸点升高 162

5．5．4 渗透压 162

5．6．1 真实液态混合物中某组分的化学势与活度 164

5．6 真实液态混合物与真实溶液 164

5．6．2 真实溶液中某组分的化学势与活度 166

5．6．3 溶质的标准态 167

5．6．4 活度和活度系数的求取 168

5．7 超额函数 169

5．8 吉布斯-杜亥姆方程 170

5．8．1 吉布斯-杜亥姆方程 170

5．8．2 杜亥姆-马居耳公式 172

5．8．3 吉布斯-杜亥姆方程的应用 173

小结 175

思考题 175

习题 176

科学家及其思想方法——飞秒化学的先驱者泽伟尔 179

6 相平衡 181

6．1 几个基本概念 181

6．1．1 相与相数 181

6．1．2 物种数与组分数 182

6．1．3 自由度与自由度数 184

6．2 相律及其作用 184

6．2．1 相平衡系统中总变量数 185

6．2．2 相平衡系统中独立方程式数 185

6．2．3 自由度数(独立变数) 186

6．3 单组分系统的相平衡 188

6．3．1 克拉佩龙(Clapeyron)方程 188

6．3．2 单组分系统的一般相图 190

6．3．3 单组分为指定物质的系统的相图 191

6．4 双组分系统的相平衡 194

6．4．1 两组分液体系统的相图 195

6．4．2 两组分固-液系统的相图 207

6．5 三组分系统的相平衡 217

6．5．1 三组分系统的组成表示法及其特征 217

6．5．2 部分互溶的三组分液体系统的相图 218

6．5．3 三组分盐水系统相图 221

6．5．4 三元低共熔混合物系统相图 224

6．6 高级相变 225

小结 227

思考题 228

习题 229

科学家及其思想方法——化学反应动力学研究大师谢苗诺夫 232

7 化学平衡 234

7．1 化学反应的方向和限度 234

7．1．1 化学反应的可逆性和化学平衡 234

7．1．2 化学反应的平衡条件 235

7．1．3 各类反应的标准平衡常数及其特征 237

7．1．4 标准平衡常数的物理意义 245

7．1．5 化学反应定温式 246

7．2 平衡常数的获取与平衡组成的计算 248

7．2．1 平衡常数的直接测定 248

7．2．2 平衡常数的间接计算 248

7．2．3 平衡组成的计算 253

7．3 水的电离平衡与pH值 255

7．4 一元弱酸与一元弱碱的电离平衡 258

7．5 多元弱酸的电离平衡 260

7．6 共轭酸碱对平衡——缓冲溶液 262

7．7 盐类的水解平衡 265

7．7．1 弱酸与强碱生成的盐 265

7．7．2 弱碱与强酸生成的盐 268

7．7．3 弱酸与弱碱生成的盐 269

7．8 难溶电解质的溶解平衡 270

7．8．1 溶度积 270

7．8．2 由溶度积计算溶解度 272

7．8．3 溶度积规则 274

7．8．5 沉淀反应的应用 275

7．8．4 沉淀的转化 275

7．9 化学平衡移动 276

7．9．1 温度对化学平衡的影响 276

7．9．2 压力和惰性气体对化学平衡的影响 279

7．9．3 浓度对化学平衡的影响 283

7．9．4 化学平衡移动规律 290

7．10 与化学平衡相关的几个化学问题 291

7．10．1 化学反应不能进行到底的原因 291

7．10．2 同时化学平衡 293

7．10．3 反应的耦合 294

小结 296

思考题 297

习题 299

科学家及其思想方法——电离学说的创立者阿伦尼乌斯 304

8 酸碱理论和电解质离子的电迁性质 306

8．1 酸碱理论的新发展 306

8．1．1 酸碱的水离子论 306

8．1．2 酸碱的溶剂论 307

8．1．3 酸碱的质子论 307

8．1．4 酸碱的电子论 310

8．1．5 硬软酸碱(HSAB)原则 311

8．2 超强酸和超强碱简介 314

8．2．1 超强酸和超强碱的定义 314

8．2．2 超强酸和超强碱种类与强度 314

8．2．3 超强酸的性质与结构 317

8．2．4 超强酸的催化作用原理 318

8．3 氧化还原反应 320

8．3．1 氧化还原的本质 320

8．3．2 氧化还原反应方程式的配平 322

8．4 电解和法拉第定律 323

8．4．1 电解 323

8．4．2 法拉第定律 324

8．5 离子的迁移数 325

8．5．1 离子的迁移现象 325

8．5．2 希托夫测定离子迁移数 327

8．5．3 离子淌度 329

8．6．2 溶液电导的测定方法 330

8．6．1 电导率 330

8．6 电导率与摩尔电导率 330

8．6．3 电解质的摩尔电导率 331

8．7 离子独立移动定律 333

8．7．1 离子的摩尔电导率 333

8．7．2 弱电解质的极限摩尔电导率之求算 335

8．7．3 电解质摩尔电导率与离子淌度之关系 335

8．7．4 如何求算离子淌度 336

8．8 电导测定的应用 337

8．8．1 检验水的纯度 337

8．8．2 测定弱电解质的电离度与电离常数 337

8．8．3 测定难溶盐的溶解度 338

8．9．1 离子活度 339

8．9 离子活度与离子的平均活度 339

8．8．4 电导滴定 339

8．9．2 离子的平均活度 341

8．10 德拜-休克尔极限公式 343

8．10．1 离子强度 343

8．10．2 德拜-休克尔的离子互吸理论 344

小结 346

思考题 347

习题 347

科学展望——离子学科中存在的疑难问题 349

9 电化学基础知识及其应用 351

9．1 有关电池的一些基本概念 351

9．2．1 可逆电池 352

9．2 可逆电池及韦斯顿标准电池 352

9．2．3 韦斯顿标准电池 354

9．2．2 电池的书写方法 354

9．3 可逆电池的热力学 355

9．4 可逆电池电动势及标准电动势的测定 357

9．4．1 补偿法测定电动势 357

9．4．2 标准电动势的测定 358

9．5 电极电势与电池电动势 359

9．5．1 电池电动势的组成 359

9．5．2 电极电势 361

9．6．1 用电极电势判断氧化剂和还原剂的相对强弱 365

9．6．2 用电极电势判断氧化还原反应进行的方向 365

9．6 电极电势与氧化还原 365

9．6．3 用电极电势判断氧化还原反应的程度 366

9．7 可逆电极的类型 368

9．7．1 金属电极 368

9．7．2 气体电极 368

9．7．3 难溶盐或难溶氧化物电极 369

9．7．4 氧化还原电极 370

9．8 原电池电动势计算与原电池设计 370

9．8．1 原电池电动势计算 370

9．8．2 原电池的设计 375

9．9 电动势测定的应用 378

9．9．1 离子平均活度系数的测定 378

9．9．3 溶液pH值的测定 379

9．9．2 测定难溶盐的活度积 379

9．10．1 E-pH图的构作 381

9．10 电势-pH图及其应用 381

9．10．2 E-pH图的认定 383

9．10．3 E-pH图的应用 385

9．11 电解时的电极电势 386

9．12 分解电压 387

9．13 极化作用 389

9．14 氢超电势与电流密度的关系 391

9．15 电解时电极上的反应 393

9．15．1 电极的产物 393

9．15．2 金属离子的分离 393

9．15．3 电解工业的效率 394

9．16．1 电化学腐蚀原理 395

9．16 金属的腐蚀 395

9．16．2 金属的防腐 397

9．16．3 金属的钝化 398

9．17 化学电源 399

9．17．1 一次电池 399

9．17．2 二次电池 400

9．17．3 燃料电池 401

小结 402

思考题 402

习题 403

科学展望——电极学科中的疑难问题与电化学新领域 407

10．1 化学动力学的任务、目的与发展 409

10 化学动力学基础 409

10．2 反应速率表示法 410

10．2．1 反应物的消耗速率和生成物的生成速率表示法 410

10．2．2 反应进度定义的速率表示法 411

10．3 浓度对反应速率的影响 412

10．3．1 化学反应速率方程 412

10．3．2 具有简单级数速率方程的积分形式 415

10．3．3 反应级数的确定 428

10．4 温度对反应速率的影响 434

10．4．1 范特霍夫规则 435

10．4．2 阿伦尼乌斯方程式 435

10．4．3 阿伦尼乌斯实验活化能在基元反应中的意义 437

10．4．4 阿伦尼乌斯实验活化能在复合反应中的表现——表观活化能 438

10．5 基元反应速率理论介绍 440

10．5．1 简单碰撞理论(SCT) 440

10．5．2 过渡态理论(TST) 446

10．6 复杂复合反应的动力学分析 452

10．6．1 对行反应 452

10．6．2 平行反应 455

10．6．3 连串反应 458

10．6．4 复合反应速率方程的近似处理方法 460

10．6．5 链反应 465

10．7 各类特殊反应的动力学分析 469

10．7．1 溶液中反应 469

10．7．2 光化学反应 473

10．7．3 催化作用 480

小结 490

思考题 490

习题 491

科学展望——化学动力学的研究 496

11 表面现象与分散系统 498

11．1 表面吉布斯能和表面张力 499

11．1．1 表面功、表面张力 499

11．1．2 表面张力的热力学性质 501

11．1．3 气、液、固表面张力与润湿 503

11．2．1 弯曲表面下的附加压力 504

11．2 弯曲表面下的附加压力 504

11．2．2 附加压力与液面弯曲程度的定量关系——Laplace公式 505

11．2．3 弯曲表面上的蒸气压——Kelvin公式 508

11．3 固体表面上的吸附作用 510

11．3．1 概述 510

11．3．2 气-固表面的吸附定温式 514

11．3．3 固体在溶液中的吸附 518

11．4 气-固表面的催化作用 519

11．4．1 气-固相催化反应的一般步骤 519

11．4．2 气-固催化反应动力学 519

11．4．3 催化理论(Ⅱ) 522

11．4．4 多相催化作用 524

11．5．1 溶液表面的吸附现象 530

11．5 溶液表面的吸附 530

11．5．2 Gibbs吸附定温式 531

11．5．3 分子在吸附层的定向排列 532

11．6 表面活性剂及其作用 534

11．6．1 表面活性剂 534

11．6．2 表面活性剂的几种重要作用 537

11．7 胶体及其性质 541

11．7．1 分散系统、胶体系统的分类 541

11．7．2 胶体的制备与净化 542

11．7．3 溶胶的光学性质 544

11．7．4 溶胶的动力性质 546

11．7．5 溶胶的电学性质 550

11．7．6 溶胶的热力学不稳定性质——聚沉作用 554

11．8 高分子化合物溶液 557

11．8．1 高分子溶液的渗透压与唐南平衡 559

11．8．2 高分子溶液的黏度 561

11．8．3 盐析、胶凝作用 562

小结 564

思考题 565

习题 565

科学展望——溶胶凝胶技术的新应用 568

参考文献 570

附录 572

关键词索引 589

后记 597