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绪论 1

第1章 热力学第一定律 3

1.1 热力学基本概念 3

1.1.1 系统和环境 3

1.1.2 状态和状态函数 4

1.1.3 过程和途径 5

1.1.4 热和功 5

1.1.5 热力学能 6

1.2 热力学第一定律 6

1.2.1 热力学第一定律 6

1.2.2 热力学第一定律的数学表达式 6

1.3 功与过程 7

1.3.1 功与途径 7

1.3.2 可逆过程 9

1.4 热与过程 9

1.4.1 等容热 10

1.4.2 等压热与焓 10

1.4.3 热容 10

1.5 理想气体的热力学 12

1.5.1 Joule实验 12

1.5.2 理想气体的热容 13

1.5.3 理想气体的△U和△H的计算 14

1.5.4 理想气体的绝热可逆过程 15

1.6 热化学 15

1.6.1 反应进度 16

1.6.2 化学反应的热效应 17

1.6.3 热化学方程式 19

1.6.4 Hess定律 19

1.6.5 几种热效应 20

1.6.6 Kirchhoff定律 23

本章小结 25

阅读材料 26

相关链接 26

思考题 27

习题 28

第2章 热力学第二定律 30

2.1 自发过程的共同特征 30

2.2 热力学第二定律 31

2.2.1 热力学第二定律的表述 31

2.2.2 卡诺循环与卡诺定理 32

2.2.3 熵的概念 35

2.2.4 热力学第二定律的数学表达式 37

2.2.5 熵增加原理和熵判据 38

2.3 熵变的计算 39

2.3.1 理想气体单纯p,V,T变化过程的熵变 39

2.3.2 相变过程的熵变 43

2.3.3 热力学第三定律和化学变化过程的熵变 44

2.4 熵的统计意义 47

2.5 Helmholtz自由能与Gibbs自由能 47

2.5.1 Helmholtz自由能及判据 48

2.5.2 Gibbs自由能及判据 48

2.5.3 热力学判据总结 49

2.6 热力学函数间的关系 50

2.6.1 热力学函数之间的关系 50

2.6.2 热力学基本关系式 50

2.6.3 特征偏微商和Maxwell关系式 51

2.7 △G的计算 53

2.7.1 单纯p,V,T变化过程中的△G 53

2.7.2 相变过程中的△G 55

2.7.3 化学变化过程中的△G 56

2.8 Gibbs自由能变随温度及压力的变化 58

2.8.1 Gibbs自由能变与温度的关系 58

2.8.2 Gibbs自由能变与压力的关系 60

2.9 不可逆过程热力学简介 60

2.9.1 熵产生和熵流 61

2.9.2 熵与生命 62

本章小结 63

相关链接 63

思考题 63

习题 65

第3章 混合物和溶液 68

3.1 偏摩尔量 69

3.1.1 偏摩尔量的定义 69

3.1.2 偏摩尔量的集合公式 70

3.2 化学势 71

3.2.1 多组分系统热力学公式 71

3.2.2 化学势定义 72

3.2.3 化学势判据及其在相变化系统的应用 72

3.3 气体的化学势 73

3.3.1 理想气体的化学势 73

3.3.2 实际气体的化学势 74

3.4 Raoult定律和Henry定律 75

3.4.1 Raoult定律 75

3.4.2 Henry定律 75

3.5 溶液中各组分的化学势 77

3.5.1 理想液态混合物及其各组分的化学势 77

3.5.2 理想稀溶液中各组分的化学势 79

3.5.3 非理想稀溶液中各组分的化学势 80

3.6 稀溶液的依数性 82

3.6.1 蒸气压下降 82

3.6.2 凝固点降低 82

3.6.3 沸点升高 84

3.6.4 渗透压 85

3.7 分配定律及其应用 86

3.7.1 分配定律 86

3.7.2 分配定律的应用——萃取 87

本章小结 88

阅读材料 89

相关链接 90

思考题 91

习题 92

第4章 相平衡 93

4.1 相律 94

4.1.1 基本概念 94

4.1.2 相律 96

4.2 单组分系统相图及其应用 98

4.2.1 Clapeyron方程 98

4.2.2 水的相图 100

4.2.3 超临界流体及其应用 101

4.3 二组分双液系统的相图及其应用 103

4.3.1 理想的完全互溶的双液系 103

4.3.2 非理想的完全互溶的双液系 106

4.3.3 部分互溶的双液系 108

4.3.4 完全不互溶的双液系 109

4.4 二组分固液系统相图及其应用 110

本章小结 111

阅读材料 112

相关链接 113

思考题 113

习题 115

第5章 化学平衡 117

5.1 化学反应的方向和限度 117

5.2 化学反应等温式与平衡常数 119

5.2.1 化学反应等温式与平衡常数 119

5.2.2 平衡常数的各种表示方法 121

5.2.3 平衡常数与反应方程式写法的关系 125

5.3 平衡常数的测定和计算 126

5.3.1 平衡常数的测定 126

5.3.2 平衡常数的计算 126

5.4 温度对平衡常数的影响 127

5.5 生化反应的标准态和平衡常数 129

5.6 耦合反应 130

本章小结 131

相关链接 131

思考题 131

习题 132

第6章 电解质溶液 134

6.1 电解质溶液的导电性质 134

6.1.1 电解质溶液的导电机理 134

6.1.2 Faraday电解定律 136

6.2 离子的电迁移 137

6.2.1 离子的淌度 137

6.2.2 离子的迁移数 137

6.2.3 离子迁移数的测定 138

6.3 电导及其应用 140

6.3.1 电导、电导率及摩尔电导率 140

6.3.2 电导率、摩尔电导率与浓度的关系 142

6.3.3 离子独立运动定律和离子摩尔电导率 143

6.3.4 电导测定的应用 145

6.4 离子的平均活度和平均活度因子 148

6.4.1 强电解质的离子平均活度和平均活度因子 148

6.4.2 影响离子平均活度因子的因素 150

6.5 强电解质溶液理论简介 151

6.5.1 强电解质溶液的离子互吸理论 151

6.5.2 Debye-Hückel极限公式 153

6.5.3 Debye-Hückel-Onsager电导公式 154

本章小结 155

阅读材料 156

相关链接 157

思考题 157

习题 158

第7章 电化学 160

7.1 可逆电池和电池符号 161

7.1.1 可逆电池 161

7.1.2 电池符号 162

7.1.3 可逆电极的类型 162

7.1.4 可逆电池电动势测定 164

7.2 可逆电池的热力学 165

7.2.1 由电动势及其温度系数求热力学函数的变化值 165

7.2.2 由标准电动势E？求标准平衡常数K？ 167

7.3 电极电势和电池电动势 168

7.3.1 电池电动势产生的原理 168

7.3.2 Nernst方程式 169

7.3.3 电池电动势的计算 172

7.4 浓差电池 174

7.5 电池电动势测定的应用 175

7.5.1 判断化学反应的方向 175

7.5.2 计算难溶盐的溶度积 176

7.5.3 离子平均活度因子γ±的测定 177

7.5.4 pH的测定 178

7.5.5 电池电动势测定在生物系统中的应用 179

7.6 分解电压 180

7.6.1 基本概念 180

7.6.2 分解电压的测定 181

7.6.3 理论分解电压的计算 181

7.7 极化与超电势 182

7.7.1 极化 182

7.7.2 极化曲线 183

7.7.3 超电势的测定 183

7.7.4 氢超电势 184

7.7.5 Tafel公式 184

7.7.6 氢超电势的理论解释 185

7.8 电解时电极上的反应 185

7.8.1 析出电势与金属离子的分离 185

7.8.2 电解的应用 187

7.8.3 金属的电化学腐蚀和防腐 188

7.9 生物电化学 189

7.9.1 生物膜模拟 189

7.9.2 电化学控释药物 190

7.9.3 在体电化学 190

7.9.4 电化学生物传感器 190

7.10 化学电源 192

7.10.1 概述 192

7.10.2 常见电池 194

本章小结 197

阅读材料 197

相关链接 198

思考题 199

习题 200

第8章 化学动力学基础 202

8.1 基本概念 203

8.1.1 化学反应速率 203

8.1.2 基元反应及质量作用定律 204

8.1.3 反应速率常数 205

8.1.4 反应级数和反应分子数 205

8.2 简单级数反应动力学方程 206

8.2.1 零级反应 206

8.2.2 一级反应 207

8.2.3 二级反应 209

8.2.4 反应级数的确定 211

8.3 温度对反应速率的影响 213

8.3.1 Arrhenius公式 214

8.3.2 活化能 215

8.3.3 表观活化能 216

8.4 典型的复合反应 217

8.4.1 对峙反应 217

8.4.2 平行反应 218

8.4.3 连串反应 219

8.4.4 链反应 220

8.5 复合反应的近似处理 221

8.5.1 控速步骤法 221

8.5.2 平衡态近似法 222

8.5.3 稳态近似法 223

8.6 化学反应速率理论 225

8.6.1 碰撞理论 225

8.6.2 过渡态理论 226

8.7 特殊反应的动力学分析 228

8.7.1 溶液中的反应 228

8.7.2 催化反应 230

8.7.3 光化学反应 233

8.8 现代化学动力学研究技术 236

8.8.1 快速反应的动力学研究技术 236

8.8.2 分子反应动态学 237

本章小结 238

相关链接 239

思考题 239

习题 240

第9章 表面物理化学 243

9.1 表面Gibbs自由能与表面张力 244

9.1.1 比表面 244

9.1.2 表面Gibbs自由能 245

9.1.3 表面张力 246

9.2 弯曲液面上的附加压力和蒸气压 248

9.2.1 弯曲液面上的附加压力 248

9.2.2 弯曲液面上的蒸气压 251

9.2.3 亚稳态 252

9.3 溶液表面吸附 253

9.3.1 溶液的表面张力与溶液浓度的关系 253

9.3.2 溶液的表面吸附——Gibbs吸附等温式 254

9.3.3 表面活性物质在溶液表面的定向排列 255

9.4 表面膜 257

9.4.1 单分子表面膜——不溶性表面膜 257

9.4.2 表面压及其测定 258

9.4.3 表面膜的应用 259

9.5 润湿作用 259

9.5.1 润湿现象 259

9.5.2 接触角与润湿方程 261

9.6 表面活性剂及其作用 263

9.6.1 表面活性剂的结构特点与分类 263

9.6.2 表面活性剂的主要性能参数 264

9.6.3 表面活性剂的一些重要作用及应用 267

9.7 乳状液 269

9.7.1 乳状液的类型及其鉴别 269

9.7.2 乳状液的稳定性和乳化作用 270

9.7.3 乳状液的制备 272

9.7.4 乳状液的转型与破坏 272

9.7.5 乳状液的应用 273

9.7.6 微乳状液 273

9.8 固体表面的吸附作用 275

9.8.1 固体表面对气体的吸附作用 275

9.8.2 固体在溶液中的吸附 283

9.9 气-固表面的催化作用 285

本章小结 287

阅读材料 288

相关链接 289

思考题 290

习题 291

第10章 胶体化学 293

10.1 胶体的基本概念 294

10.1.1 分散系统的分类和胶体的特征 294

10.1.2 胶团的结构 295

10.1.3 胶体化学的研究领域 296

10.2 溶胶的制备与净化 298

10.2.1 溶胶的形成和老化的机理 298

10.2.2 溶胶的常用制备方法 299

10.2.3 溶胶的纯化 301

10.3 溶胶的光学性质 302

10.3.1 Tyndall现象 302

10.3.2 Rayleigh散射 303

10.3.3 超显微镜与粒子大小的近似测定 304

10.4 溶胶的动力学性质 305

10.4.1 Brown运动 305

10.4.2 扩散 306

10.4.3 沉降与沉降平衡 307

10.5 溶胶的电学性质 310

10.5.1 电动现象与本质 310

10.5.2 Stern双电层模型 313

10.5.3 电动电势ζ 314

10.6 溶胶的稳定性与聚沉 315

10.6.1 溶胶的稳定性 315

10.6.2 影响聚沉的因素 316

10.7 凝胶 317

10.7.1 凝胶的基本特征及分类 318

10.7.2 凝胶的性质 319

10.8 高分子溶液 320

10.8.1 高分子化合物的分子量 321

10.8.2 高分子溶液的性质 323

10.8.3 高分子稀溶液的渗透压和Donnan平衡 324

10.9 胶体与纳米化学 326

10.9.1 纳米化学简介 326

10.9.2 纳米材料的合成与胶体化学 328

本章小结 330

阅读材料 330

相关链接 332

思考题 332

习题 333

参考文献 335

附录 337

习题参考答案 349