物理化學教程

緒論1
0.1物理化學課程的內容和作用1
0.2物理化學的研究方法4
0.3近代化學的發展趨勢4
0.4物理化學的學習方法5
0.5物理量的表示與運算7
0.6關於標準壓強10

第1章氣體12
1.1低壓氣體的經驗定律13
1.2理想氣體及其狀態方程14
1.3理想氣體混合物16
1.4真實氣體的液化19
1.5真實氣體的狀態方程22
思考題29
基本概念練習題29
習題31

第2章熱力學第一定律33
2.1熱力學概論34
2.2熱力學的一些基本概念35
2.3熱力學第一定律的表述39
2.4焓和熱容45
2.5理想氣體的熱力學能和焓49
2.6幾種熱效應56
2.7化學反應的焓變60
思考題68
基本概念練習題69
習題71

第3章熱力學第二定律75
3.1熱力學第二定律的表述75
3.2卡諾迴圈和卡諾定理79
3.3熵的概念85
3.4熵的物理意義和規定熵90
3.5亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能99
3.6熱力學函數間的關係106
思考題113
基本概念練習題114
習題116

第4章多組分系統熱力學120
4.1多組分系統121
4.2偏摩爾量123
4.3化學勢127
4.4稀溶液的兩個定律130
4.5氣體及其混合物中各組分的化學勢132
4.6理想液態混合物及稀溶液的化學勢134
4.7相對活度的概念140
4.8稀溶液的依數性144
思考題149
基本概念練習題150
習題152

第5章化學平衡體系熱力學156
5.1化學反應等溫式157
5.2標準平衡常數163
5.3標準平衡常數的測定與計算167
5.4各種因素對化學平衡的影響174
思考題182
基本概念練習題183
習題186

第6章相平衡系統熱力學190
6.1相律190
6.2單組分系統的相圖197
6.3二組分理想液態混合物的相圖207
6.4二組分實際液體混合物的氣-液平衡相圖215
6.5部分互溶雙液系的相圖221
6.6完全不互溶雙液系226
6.7二組分固態互不相溶系統(有低共熔點)固-液平衡相圖229
6.8形成化合物的二組分凝聚系統相圖235
6.9二組分固態互溶系統固-液平衡相圖239
6.10三組分系統的相圖244
思考題248
基本概念練習題249
習題251

第7章化學反應動力學256
7.1化學動力學的基本概念257
7.2具有簡單級數反應的特點263
7.3溫度對反應速率的影響275
7.4典型的複雜反應281
7.5反應速率理論簡介294
7.6催化反應動力學304
7.7光化學反應318
思考題325
基本概念練習題326
習題329

第8章電化學334
8.1電化學的基本概念335
8.2電解質溶液的電導及其應用342
8.3強電解質溶液理論簡介352
8.4可逆電池和可逆電極357
8.5可逆電池熱力學366
8.6電極電勢和電池的電動勢371
8.7電動勢測定的應用385
8.8電化學動力學及其應用392
8.9金屬的腐蝕與防腐402
8.10電化學的應用405
思考題412
基本概念練習題413
習題417

第9章表面物理化學422
9.1表面自由能和表面張力423
9.2彎曲液面的附加壓強430
9.3彎曲液面的蒸氣壓436
9.4溶液的表面吸附444
9.5表面膜447
9.6固(液)-液介面451
9.7表面活性劑及其作用456
9.8固體表面的吸附467
思考題482
基本概念練習題483
習題486

第10章膠體分散系統489
10.1膠體分散系統概述490
10.2溶膠的動力性質和光學性質496
10.3溶膠的電學性質503
10.4溶膠的穩定性和聚沉作用509
10.5大分子溶液515
10.6凝膠518
10.7乳狀液522
10.8唐南平衡525
10.9納米技術與應用簡介529
思考題533
基本概念練習題535
習題538

基本概念練習題和習題參考答案540

附錄553
附錄Ⅰ物理量符號表553
附錄Ⅱ國際單位制554
附錄Ⅲ希臘字母556
附錄Ⅳ基本常量557
附錄Ⅴ壓強、體積和能量的單位及其換算557
附錄Ⅵ能量的單位及運算558
附錄Ⅶ原子量表558
附錄Ⅷ一些氣體的摩爾定壓熱容與溫度的關係559
附錄Ⅸ一些有機化合物的標準摩爾燃燒焓560
附錄Ⅹ一些物質的熱力學資料561
附錄Ⅺ一些物質的自由能函數570
附錄Ⅻ水溶液中某些離子的熱力學資料572
參考文獻574

物理化學是化學、化工及其相關專業如環境、材料、生物、藥學、能源等專業的主要基礎課，歷來受到廣大師生的重視。物理化學也稱為理論化學，既是化學的重要分支學科之一，又是其他化學分支學科的理論基礎，在人才培養方面具有重要作用。物理化學是用數學和物理學的方法研究化學中最具有普遍性的一般規律。隨著科學技術的迅速發展，對高等學校的教與學提出了更高的要求。現在的大學教學既要求在校學生掌握越來越多的基礎知識，開設越來越多的課程，同時又要求給學生更多的自主學習時間，以提高學生的綜合素質及創新能力。因此，在有限的時間內必須縮短課程授課的學時，但學時減少，課程的基本內容不能減少。目前，物理化學教材版本很多，教材內容豐富，水準很高。對於非理論化學專業的學生，由於學時有限，物理化學不是他們的主攻方向，他們只需要掌握物理化學的一些基本原理為他們的專業服務。鑒於此，編者在保證物理化學學科的系統性、完整性和科學性的前提下，認真總結多年教學的經驗，同時參考大量優秀物理化學教材，借鑒這些教材的長處，本著系統基本原理和方法、注重基礎和應用、培養學生能力、敘述簡明扼要的原則，為大學本科非理論化學專業的學生編寫了這本物理化學教材。

在內容安排上，我們的原則是既要系統完整、科學先進，又要注重基礎和應用。因此，在編寫時，適當精簡了經典熱力學的內容，避免繁雜公式的推導和數學計算，儘量多地將理論與實際相結合，體現在講述過程及例題與習題中，多引用工程技術、生產生活中的實例，使理論性很強的物理化學知識變得具體而易接受。同時適當引入一些學科前沿和最新成果應用的內容，如超臨界萃取、臭氧層保護、燃料電池、納米材料的製備和應用、電化學合成、催化技術的進步與發展等，使物理化學教材緊密聯繫學科的發展，拓寬學生的知識面。

在章節安排上，將化學平衡熱力學一章放在多組分系統熱力學之後，使得多組分系統熱力學中學到的化學勢概念及時用在標準平衡常數的定義和化學反應等溫式的匯出上。將電化學熱力學和動力學章節置於化學動力學之後，以便在電化學內容中講述涉及動力學有關的問題。

教材採用章節主要知識點提示的形式，即在每節開始提綱性地列出該節的主要知識點，使章節主要知識點一目了然，便於學生瞭解要講的內容和今後的複習。

為便於學生掌握物理化學的基本概念和原理，每章後有思考題、基本概念練習題和習題，並附有基本概念練習題和習題的答案。

本書可作為高等院校化學類、化工類、環境類、材料類、製藥類、生物食品類等有關專業的教材，也可供相關專業研究生及科研和工程技術人員參考使用。

在編寫本書時，參閱了許多優秀的物理化學教材，在此謹向這些教材的作者表示衷心的感謝。

本書由張培青任主編，姜付義、李文佐和孫學勤任副主編，第6章和第9章由姜付義和孫學勤編寫，其他章節由張培青和李文佐編寫，全書由張培青統稿、定稿。物理化學教研室程建波、李慶忠、金明善、徐秀峰等教授對書稿進行了多次審閱，提出了寶貴的意見和建議，孫遜、肖波、劉傑等副教授在習題、基本概念練習題的編輯中付出了辛勤的勞動，焉炳飛老師在公式和插圖編輯中做了大量細緻的工作。本書在編寫過程中，得到了煙臺大學化學化工學院和環境與材料工程學院領導的大力支持，化學工業出版社的編輯為本書的出版付出了艱辛的勞動，在此一併表示衷心感謝！

限於編者的水準，書中疏漏和不當之處在所難免，懇望讀者不吝指正，以便再版時修改和提高。

編者
2018年3月於煙臺