第1章氣體的性質/1



1.1理想氣體狀態方程1



1.1.1理想氣體狀態方程1



1.1.2摩爾氣體常數R3



1.1.3理想氣體模型4



1.2理想氣體混合物4



1.2.1道爾頓定律與分壓力4



1.2.2氣體分體積定律5



1.3真實氣體的狀態方程6



1.3.1實際氣體的性質6



1.3.2範德華方程7



1.3.3維裡（Virial）方程8



1.3.4貝賽羅（Berthelot）方程9



1.3.5R.K（Redlich·Kwong）方程9



1.3.6馬丁·侯（Martin·侯虞均）方程9



1.3.7盧嘉錫·田昭武方程10



1.4真實氣體的液化與液體的飽和蒸氣壓10



1.4.1實際氣體的液化10



1.4.2超臨界流體性質及其應用簡述10



1.5對應狀態原理與壓縮因子圖11



1.5.1範德華常數與臨界參數的關繫11



1.5.2對應狀態原理及壓縮因子圖12



1.5.3壓縮因子圖應用示例14



習題15







第2章熱力學定律/18



2.1熱力學基本術語19



2.1.1繫統與環境19



2.1.2物質的聚集狀態和相19



2.1.3狀態和狀態函數20



2.1.4熱力學平衡態22



2.1.5過程和途徑22



2.2熱力學定律23



2.2.1熱和功23



2.2.2熱力學能25



2.2.3熱力學定律的表達26



2.3恆容熱、恆壓熱和焓27



2.3.1恆容熱27



2.3.2恆壓熱和焓27



2.3.3恆壓熱與焓變和恆容熱與熱力學能變的關繫與意義28



2.4焦耳實驗和焦耳-湯姆遜實驗28



2.4.1焦耳實驗28



2.4.2理想氣體的熱力學能和焓28



2.4.3焦耳-湯姆遜實驗29



2.4.4節流膨脹的熱力學特征29



2.5摩爾熱容30



2.5.1摩爾恆容熱容30



2.5.2摩爾恆壓熱容31



2.5.3摩爾恆壓熱容與摩爾恆容熱容的關繫32



2.5.4摩爾恆壓熱容與溫度的關繫34



2.5.5平均摩爾熱容34



2.6可逆過程與可逆體積功34



2.6.1可逆過程34



2.6.2可逆體積功37



2.7相變焓40



2.7.1相變40



2.7.2摩爾相變焓40



2.7.3摩爾相變焓與溫度的關繫41



2.8化學反應焓42



2.8.1反應進度42



2.8.2摩爾反應焓43



2.8.3標準摩爾反應焓43



2.8.4標準摩爾反應焓的計算45



2.8.5蓋斯定律48



2.8.6非恆溫反應熱的計算49



習題50







第3章熱力學第二定律/55



3.1熱力學第二定律56



3.1.1自發過程56



3.1.2熱力學第二定律的文字表述56



3.2卡諾循環與卡諾定理57



3.2.1熱功轉換與熱機效率57



3.2.2卡諾循環58



3.2.3卡諾定理及其推論60



3.3熵與克勞修斯不等式60



3.3.1熵的引出60



3.3.2克勞修斯不等式62



3.3.3熵增原理63



3.4熵變的計算63



3.4.1單純pVT過程熵變的計算63



3.4.2相變過程熵變的計算66



3.4.3化學變化過程熵變的計算68



3.5亥姆霍茲函數和吉布斯函數69



3.5.1亥姆霍茲函數70



3.5.2吉布斯函數71



3.5.3亥姆霍茲函數變和吉布斯函數變的計算72



3.6熱力學函數間的基本關繫75



3.6.1熱力學函數定義式之間的關繫75



3.6.2熱力學基本方程75



3.6.3對應繫數關繫式76



3.6.4麥克斯韋關繫式77



3.6.5吉布斯函數變隨溫度和壓力的變化78



習題79







第4章多組分繫統熱力學/84



4.1分散繫統及其組成表示方法84



4.1.1分散繫統84



4.1.2分散繫統的組成表示方法85



4.2偏摩爾量86



4.2.1偏摩爾量的定義86



4.2.2偏摩爾量的集合公式和吉布斯-杜亥姆方程88



4.3化學勢89



4.3.1化學勢的定義89



4.3.2多相多組分繫統的熱力學基本方程90



4.3.3化學勢判據及其應用91



4.4氣體的化學勢92



4.4.1理想氣體的化學勢92



4.4.2真實氣體的化學勢93



4.5稀溶液的兩個經驗定律94



4.5.1拉烏爾定律94



4.5.2亨利定律95



4.6理想液態混合物96



4.6.1理想液態混合物96



4.6.2理想液態混合物中各組分的化學勢97



4.6.3理想液態混合物的混合性質98



4.7稀溶液中各組分的化學勢98



4.7.1稀溶液98



4.7.2稀溶液中溶劑的化學勢99



4.7.3稀溶液中溶質的化學勢99



4.8化學勢在稀溶液中的應用100



4.8.1溶劑蒸氣壓下降100



4.8.2凝固點降低（析出固態純溶劑）100



4.8.3沸點升高（溶質不揮發）103



4.8.4滲透壓104



4.8.5分配定律106



4.9真實溶液中任一組分的化學勢107



4.9.1真實溶液及其特點107



4.9.2真實溶液中任一組分的化學勢107



習題108







第5章化學平衡/113



5.1化學反應的方向和限度113



5.1.1化學反應的方向和限度113



5.1.2化學反應等溫方程115



5.2化學反應的標準平衡常數115



5.2.1標準平衡常數115



5.2.2標準平衡常數的測定117



5.3不同反應繫統平衡常數的表達118



5.3.1氣相反應的標準平衡常數118



5.3.2液相反應的標準平衡常數120



5.3.3多相反應的標準平衡常數120



5.4平衡常數與平衡組成的計算121



5.4.1平衡常數的計算121



5.4.2平衡組成的計算123



5.5化學平衡的移動125



5.5.1壓力或濃度對化學平衡移動的影響125



5.5.2溫度對化學平衡移動的影響126



5.5.3惰性組分對化學平衡移動的影響128



5.5.4原料配比對化學平衡移動的影響129



5.5.5化學平衡移動原理130



5.6同時平衡130



習題131







第6章相平衡/137



6.1相律137



6.1.1基本術語137



6.1.2相律139



6.2單組分繫統相圖141



6.2.1單組分繫統相律依據與圖像特征141



6.2.2典型相圖舉例141



6.2.3克拉佩龍-克勞修斯方程144



6.3二組分液態完全互溶繫統的氣液平衡相圖146



6.3.1完全互溶雙液繫統146



6.3.2有極值類型的氣液平衡相圖152



6.4二組分液態完全不互溶繫統的氣液平衡相圖155



6.4.1二組分液態完全不互溶繫統的氣液平衡相圖155



6.4.2水蒸氣蒸餾原理155



6.5二組分液態部分互溶繫統的液液平衡和氣液平衡相圖157



6.5.1二組分液態部分互溶繫統的液液平衡157



6.5.2二組分液態部分互溶繫統的氣液平衡相圖158



6.6二組分固態完全不互溶繫統的固液平衡相圖159



6.6.1形成低共熔物混合物繫統的相圖159



6.6.2形成化合物的固相不互溶繫統的相圖162



6.7二組分固態完全互溶及部分互溶繫統的液固平衡相圖164



6.7.1二組分固態完全互溶繫統的液固平衡相圖164



6.7.2固相部分互溶繫統的液固平衡相圖165



6.8三組分繫統平衡相圖167



6.8.1三組分繫統組成的等邊三角形表示法167



6.8.2三組分繫統的液液平衡相圖168



習題171







第7章電化學/177



7.1電解質溶液的導電機理及法拉第定律177



7.1.1電解質溶液的導電機理177



7.1.2法拉第定律 178



7.2電導、電導率和摩爾電導率181



7.2.1電導及電導率181



7.2.2摩爾電導率182



7.2.3電導率、摩爾電導率與濃度的關繫183



7.2.4離子獨立移動定律與離子的摩爾電導率184



7.3離子的遷移數185



7.3.1電遷移率及遷移數185



7.3.2離子遷移數的測定方法187



7.4可逆電池及其電動勢的測定188



7.4.1可逆電池188



7.4.2可逆電池電動勢的測定191



7.5電化學繫統熱力學191



7.5.1電池的能斯特方程191



7.5.2電池反應溫度繫數與電池反應熱力學量的關繫193



7.6電極電勢和液體接界電勢194



7.6.1電池電動勢產生的機理194



7.6.2標準氫電極和標準電極電勢195



7.7電極的種類200



7.7.1類電極200



7.7.2第二類電極201



7.7.3氧化還原電極202



7.7.4原電池設計舉例202



7.8分解電壓和極化作用204



7.8.1理論分解電壓204



7.8.2實際分解電壓205



7.8.3電解時的電極反應208



7.9金屬的腐蝕與防護208



7.9.1金屬的化學腐蝕209



7.9.2金屬的電化學腐蝕209



7.9.3金屬腐蝕的防護211



習題214







第8章化學動力學/219



8.1化學反應的反應速率及速率方程220



8.1.1反應速率的定義220



8.1反應反應221



8.1反應的速率方程——質量作用定律222



8.1.4化學反應速率方程的一般形式和反應級數223



8.1.5用氣體組分的分壓表示的速率方程224



8.1.6反應速率的測定224



8.2速率方程的積分形式224



8.2.1零級反應224



8.2.2一級反應225



8.2.3二級反應226



8.2.4三級反應227



8.2.5n級反應228



8.3速率方程的確定229



8.3.1微分法229



8.3.2積分法230



8.3.3半衰期法231



8.3.4隔離法231



8.4溫度對反應速率的影響231



8.4.1阿倫尼烏斯公式232



8.4.2活化能233



8.5反應速率理論簡介234



8.5.1踫撞理論234



8.5.2過渡狀態理論236



8.6典型的復合反應238



8.6.1對峙反應238



8.6.2平行反應239



8.6.3連串反應240



8.7復合反應的近似處理方法241



8.7.1速度控制步驟法242



8.7.2平衡態近似法242



8.7.3穩態近似法243



8.8鏈反應244



8.9催化作用及其特征246



8.9.1催化作用對反應速率的影響246



8.9.2催化作用的特性247



8.9.3催化劑具有特殊的選擇性247



8.9.4酶催化的特性及其應用248



習題249







第9章表面化學/254



9.1比表面、表面吉布斯函數和表面張力254



9.1.1比表面254



9.1.2界面張力255



9.1.3表面功及表面吉布斯函數255



9.1.4影響界面張力的因素256



9.1.5表面熱力學257



9.2彎曲液面的附加壓力及其後果258



9.2.1彎曲液面的附加壓力258



9.2.2毛細現像259



9.2.3彎曲表面上的飽和蒸氣壓——開爾文公式261



9.3潤濕現像263



9.3.1液體對固體表面的潤濕作用263



9.3.2液體和氣體對固體表面潤濕的關繫265



9.4氣體在固體表面上的吸附265



9.4.1物理吸附和化學吸附266



9.4.2弗裡德裡希吸附經驗式267



9.4.3朗繆爾單分子層吸附理論268



9.4.4BET多分子層理論271



9.5溶液表面的吸附272



9.5.1溶液的表面張力和表面活性物質272



9.5.2表面活性劑274



9.5.3特洛貝規則277



9.5.4吉布斯吸附等溫式277



習題279







第10章膠體化學/283



10.1溶膠繫統283



10.1.1溶膠的分類283



10.1.2溶膠繫統的特征284



10.1.3溶膠溶液的制備285



10.1.4溶膠的純化285



10.2溶膠的光學性質285



10.2.1丁鐸爾效應286



10.2.2瑞利(Rayleigh)公式286



10.3溶膠的動力學性質288



10.3.1布朗運動288



10.3.2擴散運動288



10.3.3沉降和沉降平衡289



10.4溶膠的電學性質290



10.4.1電學現像291



10.4.2雙電層理論292



10.4.3溶膠的膠團結構294



10.5溶膠的穩定性與聚沉作用299



10.5.1溶膠的穩定性299



10.5.2溶膠的聚沉299



10.6乳狀液和泡沫302



10.6.1乳狀液的形成和類型302



10.6.2乳化劑的作用302



10.6.3乳狀液類型的鋻定303



10.6.4乳狀液的轉化和破壞304



10.6.5乳狀液的應用304



10.6.6泡沫305



習題305







附錄/309



附錄1國際單位制309



附錄2希臘字母表309



附錄3氣體的範德華常數310



附錄4物質的臨界參數311



附錄5氣體的摩爾定壓熱容與溫度的關繫312



附錄6物質的部分熱力學數據313



附錄7水溶液中電解質的平均離子活度因子γ±317



附錄8酸性水溶液中電對的標準電極電勢318







參考文獻/326

化學是與人類社會發展關繫密切的學科之一，化學正深入地滲透到材料、能源、環境、糧食、人口、資源等領域。為了培養出基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高的科學研究及工程技術人纔，使其具有正確的科學觀、社會觀和科學的思維方法、創新能力，在高等理工科院校非化學類專業開設《物理化學》課程的重要性是顯而易見的。



本教材內容符合*高等學校化學類專業教學指導委員會對非化學類工科專業化學知識的要求，可以適應理工類各專業大學本科物理化學教學的需要。教師可根據不同專業教學計劃，選擇、優化內容進行教學，其餘部分內容可作為大學生自學以拓寬知識面之用。



本書力圖通過對氣體、熱力學定律、熱力學第二定律、多組分繫統熱力學、化學平衡、相平衡、電化學、化學動力學、表面化學和膠體化學的簡明闡述，使學生了解物理化學的基本概念、基本原理，理解物理化學學科的知識體繫，能夠運用物理化學的基本理論、觀點和方法去審視並解決科研、工作和生活中的相關問題。



為適應教材建設的時代發展需要，教材中加入了二維碼掃碼功能，主要包含：章節內容提要、拓展例題和習題參考答案。讀者可以通過掃描二維碼快速瀏覽內容提要和參考答案詳細信息。



本書是西南石油大學“《物理化學》課程改革與實踐研究”的研究成果之一，是西南石油大學《物理化學》課程教學團隊全體教師多年教學實踐與教學成果的結晶，同時也吸取了許多兄弟院校相關教材的體繫和內容。在教材的編寫過程中得到了西南石油大學教務處、化學化工學院領導、教研室長期從事物理化學課程教學的教授的關心、支持和幫助。本書的出版得到了西南石油大學教務處和化學工業出版社的大力支持。在此一並致以衷心的感謝。



本書由下列人員合作完成：柯強（第1、6、7章強（第2～5章及附錄），餘宗學（第8～10章），全強統稿。在本書的編寫過程中，參考了相關的物理化學等參考書，在此對這些參考書的編者表示感謝。



由於編者水平有限，學識淺陋，書中難免存在疏漏和不當之處，懇請使用本書的讀者批評指正。







編者



2018年5月