簡明物理化學(xué)

第1章　熱力學(xué)第一定律/ 1
1.1 能量的轉(zhuǎn)換形式——熱與功 1
案例1.1 蒸汽機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換 1
1.1.1 熱 2
1.1.2 功 3
1.2 熱力學(xué)第一定律與熱力學(xué)能 9
案例1.2 水升溫的兩種方式——加熱與做功 9
1.2.1 熱力學(xué)第一定律 9
1.2.2 熱力學(xué)能U的微觀理解 10
1.2.3 熱力學(xué)能變化ΔU的計(jì)算 10
1.3 焓與熱容 15
案例1.3 鳴笛水壺的熱量 15
1.3.1 焓 16
1.3.2 焓變ΔH的計(jì)算 16
1.3.3 Cp與CV的關(guān)系 18
1.4 熱化學(xué)與化學(xué)反應(yīng)的焓變 21
案例1.4 優(yōu)異清潔燃料:甲烷還是丁烷? 21
1.4.1 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng) 21
1.4.2 化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算 23
1.4.3 基爾霍夫定律 27
習(xí)題1 30

第2章　熱力學(xué)第二定律/ 35
2.1 能量轉(zhuǎn)換的方向和熵判據(jù) 35
案例2.1 汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)效率是多少? 35
2.1.1 熱力學(xué)第二定律 36
2.1.2 熵 37
2.1.3 熵的本質(zhì) 40
2.1.4 等溫過程熵變的計(jì)算 41
2.1.5 變溫過程熵變的計(jì)算 43
2.1.6 環(huán)境熵變的計(jì)算 44
2.2 規(guī)定熵與化學(xué)反應(yīng)熵變的計(jì)算 47
案例2.2 反應(yīng)H2(g) + Cl2(g)===2HCl(g)會自發(fā)進(jìn)行嗎? 47
2.2.1 熱力學(xué)第三定律 47
2.2.2 規(guī)定熵 48
2.2.3 化學(xué)反應(yīng)熵變的計(jì)算 48
2.3 亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能判據(jù)及其計(jì)算 50
案例2.3 氫氣在空氣中的燃燒(生成液態(tài)水)是自發(fā)反應(yīng)嗎? 50
2.3.1 亥姆霍茲自由能 50
2.3.2 吉布斯自由能 51
2.3.3 ΔG和ΔA的計(jì)算 52
2.4 各種熱力學(xué)函數(shù)間的關(guān)系 56
案例2.4 石墨什么條件下可以轉(zhuǎn)化為金剛石? 56
2.4.1 基本關(guān)系式 57
2.4.2 麥克斯韋關(guān)系式 58
2.4.3 基本關(guān)系式的推論 58
習(xí)題2 61

第3章　多組分系統(tǒng)熱力學(xué)/ 64
3.1 偏摩爾量 64
案例3.1 如何配制乙醇溶液? 64
3.1.1 偏摩爾量的概念 65
3.1.2 偏摩爾量的測量方法 68
3.1.3 吉布斯-杜亥姆方程 69
3.2 化學(xué)勢 71
案例3.2 為什么染料會擴(kuò)散? 71
3.2.1 化學(xué)勢的概念 71
3.2.2 化學(xué)勢與壓力、溫度的關(guān)系 72
3.2.3 化學(xué)勢判據(jù) 73
3.3 氣體的化學(xué)勢與逸度 75
案例3.3 為什么鋼瓶中的壓力小于理論值? 75
3.3.1 純組分理想氣體的化學(xué)勢 75
3.3.2 混合組分理想氣體的化學(xué)勢 76
3.3.3 實(shí)際氣體的化學(xué)勢與逸度 76
3.4 理想液態(tài)混合物與理想稀溶液的熱力學(xué) 79
案例3.4-1 海洋中CO2組成標(biāo)度的變化 79
3.4.1 兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式 79
3.4.2 理想液態(tài)混合物 82
3.4.3 理想稀溶液 88
3.4.4 稀溶液的依數(shù)性 90
案例3.4-2 雪天為什么向路上撒鹽? 90
3.5 真實(shí)液態(tài)混合物、真實(shí)溶液的熱力學(xué) 95
案例3.5 為什么NaOH溶液的蒸氣壓比理論值小? 95
3.5.1 真實(shí)液態(tài)混合物中任意組分B的化學(xué)勢、活度、活度因子 95
3.5.2 真實(shí)溶液中溶劑和溶質(zhì)的化學(xué)勢、活度、活度因子 97
習(xí)題3 100

第4章　相平衡/ 103
4.1 相與相律 103
案例4.1 冷凍干燥是如何實(shí)現(xiàn)的? 103
4.1.1 相 104
4.1.2 相律 105
4.2 單組分系統(tǒng) 108
案例4.2 為什么棒冰在口腔中會融化? 108
4.2.1 單組分系統(tǒng)的相圖 108
4.2.2 水的相圖 110
4.2.3 克勞修斯-克拉貝龍方程 111
4.3 二組分理想液態(tài)混合物的氣-液平衡相圖 114
案例4.3 如何分離煤焦油中的苯和甲苯? 114
4.3.1 二組分理想液態(tài)混合物的壓力-組成圖 115
4.3.2 二組分理想液態(tài)混合物的溫度-組成圖 117
4.3.3 蒸餾與精餾原理 119
4.4 二組分真實(shí)溶液的氣-液相圖 121
案例4.4 在汞面上加一層水能降低汞的蒸氣壓嗎? 121
4.4.1 二組分完全互溶真實(shí)溶液的氣-液平衡相圖 121
4.4.2 二組分部分互溶真實(shí)溶液的液-液平衡相圖 124
4.4.3 二組分不互溶雙液系的氣-液平衡相圖 127
4.5 二組分固態(tài)不互溶系統(tǒng)的液-固相圖 130
案例4.5 為什么感覺棒冰越吃越不甜? 130
4.5.1 簡單低共熔混合物系統(tǒng)的相圖 130
4.5.2 有化合物生成的系統(tǒng) 132
4.6 二組分固態(tài)互溶系統(tǒng)的液-固相圖 136
案例4.6 如何制備高純度材料? 136
4.6.1 形成完全互溶的固溶體系統(tǒng) 136
4.6.2 形成部分互溶的固溶體系統(tǒng) 137
4.7 三組分系統(tǒng) 141
案例4.7 工業(yè)上怎樣制取無水乙醇? 141
4.7.1 三組分系統(tǒng)的圖解表示法 142
4.7.2 一對液體部分互溶的三液平衡相圖 143
4.7.3 二鹽一水相圖 144
習(xí)題4 146

第5章　化學(xué)平衡/ 153
5.1 化學(xué)反應(yīng)的平衡條件 153
案例5.1 為什么夏天雞蛋殼會比較薄? 153
5.1.1 化學(xué)反應(yīng)的平衡條件 154
5.1.2 化學(xué)反應(yīng)等溫方程和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 155
5.2 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)及平衡組成的計(jì)算 159
案例5.2 如何使金屬不被空氣氧化? 159
5.2.1 各類反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 159
5.2.2 相關(guān)化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)之間的關(guān)系 164
5.2.3 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的測定 165
5.2.4 由ΔrGm計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K 166
5.2.5 平衡組成的計(jì)算 167
5.3 影響化學(xué)平衡的因素 171
案例5.3 為什么蛋清煮的時(shí)候會變性，但在常溫下保持液態(tài)? 171
5.3.1 溫度對化學(xué)平衡的影響 171
5.3.2 壓力和惰性氣體對化學(xué)平衡的影響 173
5.3.3 組成對化學(xué)平衡的影響 176
習(xí)題5 177

第6章　化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)/ 181
6.1 化學(xué)反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系 181
案例6.1 強(qiáng)效漂白劑還是普通漂白劑? 181
6.1.1 化學(xué)反應(yīng)速率 182
6.1.2 化學(xué)反應(yīng)速率的測定 183
6.1.3 化學(xué)反應(yīng)的速率方程 185
6.2 簡單級數(shù)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律 188
案例6.2 古文物年代的確認(rèn) 188
6.2.1 一級反應(yīng) 189
6.2.2 二級反應(yīng) 191
6.2.3 零級反應(yīng) 193
6.2.4 n 級反應(yīng) 194
6.3 反應(yīng)級數(shù)的確定和反應(yīng)速率常數(shù)的計(jì)算 198
案例6.3 為什么在工業(yè)中乙烯催化加氫的反應(yīng)速率會隨著乙烯濃度的增加而減慢? 198
6.3.1 反應(yīng)級數(shù)的確定 198
6.3.2 反應(yīng)速率常數(shù)的計(jì)算 205
6.4 復(fù)合反應(yīng)的動(dòng)力學(xué) 207
案例6.4-1 為何砷是有毒的? 207
6.4.1 平行反應(yīng) 207
案例6.4-2 工業(yè)合成氨為什么要在高溫高壓條件下進(jìn)行? 209
6.4.2 對峙反應(yīng) 210
案例6.4-3 醒酒的奧秘 213
6.4.3 連續(xù)反應(yīng) 213
案例6.4-4 煤氣為什么會發(fā)生爆炸? 216
6.4.4 鏈反應(yīng) 216
6.5 溫度對反應(yīng)速率的影響 222
案例6.5 為什么要在冰箱中儲存食物? 222
6.5.1 阿倫尼烏斯公式 222
6.5.2 活化能 223
6.6 基元反應(yīng)速率理論 227
案例6.6 為什么烹飪都需要加熱? 227
6.6.1 碰撞理論 227
6.6.2 過渡態(tài)理論 228
6.7 溶劑對反應(yīng)速率的影響 231
案例6.7 為何泡沫滅火器用溶解的硫酸鋁和碳酸氫鈉,而不用固態(tài)硫酸鋁和碳酸鈉? 231
6.7.1 溶劑的籠效應(yīng) 231
6.7.2 溶劑自身性質(zhì)對反應(yīng)速率的影響 233
6.8 催化劑對反應(yīng)速率的影響 235
案例6.8 稻谷降解過程的差異 235
6.8.1 催化劑 235
6.8.2 催化反應(yīng)的基本原理 236
6.8.3 幾種經(jīng)典的催化反應(yīng) 237
6.9 光化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 241
案例6.9 為什么在陽光強(qiáng)烈的夏、秋季,天空中會出現(xiàn)一種極淡藍(lán)色的“煙霧”? 241
6.9.1 光化學(xué)反應(yīng)基本定律及量子效率 241
6.9.2 分子的光化學(xué)過程 242
6.9.3 光反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 243
習(xí)題6 244

第7章　電化學(xué)/ 250
7.1 電解質(zhì)溶液 250
案例7.1 為什么將鋁箔放進(jìn)嘴里會感覺到疼痛? 250
7.1.1 原電池和電解池 251
7.1.2 電解質(zhì)溶液的電導(dǎo) 252
7.1.3 電解質(zhì)溶液的離子活度 256
7.2 可逆電池的電動(dòng)勢及其應(yīng)用 259
案例7.2 新型“水鋰電”可使電動(dòng)車行程達(dá)400km? 259
7.2.1 可逆電池 259
7.2.2 可逆電池的熱力學(xué) 261
7.2.3 電池電動(dòng)勢的產(chǎn)生 263
7.2.4 電極電勢 264
7.2.5 電動(dòng)勢測定的應(yīng)用 267
7.3 電解與極化 271
案例7.3 如何生產(chǎn)彩色(氧化)鋁? 271
7.3.1 電解與分解電壓 271
7.3.2 極化作用 271
7.3.3 電解時(shí)電極的競爭反應(yīng) 274
7.4 電化學(xué)的應(yīng)用 276
案例7.4 電鰻是如何產(chǎn)生電流的? 276
7.4.1 金屬的電化學(xué)腐蝕 276
7.4.2 化學(xué)電源 278
7.4.3 電化學(xué)在處理環(huán)境污染物方面的應(yīng)用 279
習(xí)題7 280

第8章　膠體與表面化學(xué)/ 284
8.1 界面現(xiàn)象及界面自由能 284
案例8.1 為什么氣泡、小液滴都呈球形? 284
8.1.1 界面現(xiàn)象與界面特征 285
8.1.2 表面能與表面張力 285
8.1.3 彎曲表面上的附加壓力 286
8.1.4 彎曲表面上的蒸氣壓 289
8.1.5 表面鋪展和潤濕 290
8.2 溶液的界(表)面吸附 293
案例8.2 為什么生活中很多食物會產(chǎn)生泡沫? 293
8.2.1 溶液的界面吸附 293
8.2.2 表面活性劑 295
8.3 固體的界(表)面吸附 297
案例8.3 水蒸氣如何液化到玻璃上? 297
8.3.1 吸附作用 297
8.3.2 吸附曲線 298
8.4 膠體性質(zhì)和結(jié)構(gòu) 301
案例8.4 為什么在空氣清新時(shí)能看見藍(lán)天白云? 301
8.4.1 膠體分散系統(tǒng) 301
8.4.2 膠體的結(jié)構(gòu) 302
8.4.3 膠體的動(dòng)力學(xué)和光學(xué)性質(zhì) 303
8.4.4 溶膠的電動(dòng)現(xiàn)象 304
8.4.5 溶膠的穩(wěn)定性和聚沉作用 305
習(xí)題8 307

參考文獻(xiàn)/310