緒論  1

第1章 熱力學 定律  3

1.1 熱力學基本概念  3

1.1.1 繫統和環境  3

1.1.2 狀態和狀態函數  4

1.1.3 過程和途徑  5

1.1.4 熱和功  5

1.1.5 熱力學能  5

1.2 熱力學 定律  6

1.2.1 熱力學 定律的表述  6

1.2.2 熱力學 定律的數學表達式  6

1.3 功與過程  7

1.3.1 功與途徑  7

1.3.2 可逆過程  8

1.4 熱與過程  9

1.4.1 等容熱  9

1.4.2 等壓熱與焓  10

1.4.3 熱容  10

1.5 理想氣體的熱力學  12

1.5.1 Joule實驗  12

1.5.2 理想氣體的熱容  13

1.5.3 理想氣體的 ΔU 和 ΔH 的計算  14

1.5.4 理想氣體的 熱可逆過程  14

1.6 熱化學  15

1.6.1 反應進度  16

1.6.2 化學反應的熱效應  17

1.6.3 熱化學方程式  18

1.6.4 Hess定律  19

1.6.5 幾種熱效應  20

1.6.6 Kirchhoff定律  23

1

本章小結  25

閱讀材料  26

拓展材料  26

思考題  27

習題  28

第2章 熱力學第二定律  30

2.1 熱力學第二定律的經典表述  30

2.1.1 自發過程的共同特征  30

2.1.2 熱力學第二定律的經典表述  31

2.2 熱力學第二定律的熵表述  32

2.2.1 Carnot循環與 Carnot定理  32

2.2.2 熵的概念  34

2.2.3 熱力學第二定律的數學表達式  36

2.2.4 熵增加原理和熵判據  37

2.3 熵變的計算  38

2.3.1 理想氣體單純p,V,T 變化過程的熵變  38

2.3.2 相變過程的熵變  42

2.3.3 熱力學第三定律和化學變化過程的熵變  43

2.3.4 熵的統計意義  45

2.4 Helmholtz自由能與 Gibbs自由能  46

2.4.1 Helmholtz自由能及判據  46

2.4.2 Gibbs自由能及判據  47

2.4.3 熱力學判據小結  48

2.5 熱力學函數間的關繫  48

2.5.1 熱力學函數之間的關繫  48

2.5.2 熱力學基本方程  49

2.5.3 特征偏微商和
Maxwell關繫式 49

2.6 ΔG 的計算  51

2.6.1 單純p,V,T 變化過程中的 ΔG  51

2.6.2 相變過程中的
ΔG  53

2.6.3 化學變化過程中的
ΔG  55

2.7 Gibbs自由能變隨溫度及壓力的變化  57

2.7.1 Gibbs自由能變與溫度的關繫  57

2.7.2 Gibbs自由能變與壓力的關繫  58

★2.8 不可逆過程熱力學簡介  59

2.8.1 熵產生和熵流  60

2.8.2 熵與生命  60

本章小結  61

2

拓展材料  62

思考題  62

習題  64

第3章 混合物和溶液  67

3.1 偏摩爾量  68

3.1.1 單組分繫統與多組分繫統的區別  68

3.1.2 偏摩爾量的定義  69

3.1.3 偏摩爾量的集合公式  70

3.2 化學勢  70

3.2.1 多組分均相繫統熱力學基本公式  70

3.2.2 化學勢定義  71

3.2.3 化學勢判據及其在相變化繫統的應用  72

3.3 氣體的化學勢  72

3.3.1 理想氣體的化學勢  73

3.3.2 非理想氣體的化學勢  73

3.4 稀溶液中的兩個經驗定律  74

3.4.1 Raoult定律  74

3.4.2 Henry定律  75

3.5 溶液中各組分的化學勢  76

3.5.1 理想液態混合物及其各組分的化學勢  76

3.5.2 理想稀溶液中各組分的化學勢  78

3.5.3 非理想稀溶液中各組分的化學勢  80

3.6 稀溶液的依數性  81

3.6.1 蒸氣壓下降  81

3.6.2 凝固點降低  81

3.6.3 沸點升高  83

3.6.4 滲透壓  84

3.7 分配定律及其應用  86

3.7.1 分配定律  86

3.7.2 分配定律的應用———萃取  86

本章小結  88

閱讀材料  88

拓展材料  89

思考題  89

習題  90

第4章 相平衡  92

4.1 相律  93

4.1.1 基本概念  93

3

4.1.2 相律  95

4.2 單組分繫統相圖及其應用  97

4.2.1 Clapeyron方程 97

4.2.2 水的相圖 99

4.2.3 超臨界流體及其應用  100

4.3 二組分雙液繫統相圖及其應用  102

4.3.1 理想的 互溶雙液繫統的相圖  102

4.3.2 非理想的 互溶雙液繫統的相圖 105

★4.3.3 部分互溶雙液繫統的相圖 107

★4.3.4 不互溶雙液繫統的相圖 108

4.4 二組分固液繫統相圖及其應用  109

本章小結  110

閱讀材料  111

拓展材料  112

思考題  112

習題  114

第5章 化學平衡  116

5.1 化學反應的方向和限度  117

5.2 化學反應等溫式與平衡常數  118

5.2.1 平衡常數  118

5.2.2 平衡常數的表達式  120

5.2.3 平衡常數與反應方程式寫法的關繫  125

5.3 平衡常數的測定和計算  126

5.3.1 平衡常數的測定  126

5.3.2 平衡常數的計算  126

5.4 溫度對平衡常數的影響  128

5.5 生化反應的標準態和平衡常數  130

5.6 耦合反應  131

本章小結  132

拓展材料  133

思考題  133

習題  133

第6章 電解質溶液  136

6.1 電解質溶液的導電性質  136

6.1.1 電解質溶液的導電機理  136

6.1.2 Faraday電解定律 138

6.2 離子的電遷移  139

6.2.1 離子的淌度  139

4

6.2.2 離子的遷移數  139

6.2.3 離子遷移數的測定  140

6.3 電導及其應用  142

6.3.1 電導、電導率及摩爾電導率  142

6.3.2 電導率、摩爾電導率與濃度的關繫  144

6.3.3 離子獨立運動定律和離子摩爾電導率  145

6.3.4 電導測定的應用  147

6.4 離子的平均活度和活度因子  150

6.4.1 強電解質的離子平均活度和平均活度因子  150

6.4.2 影響離子平均活度因子的因素  152

6.5 強電解質溶液理論簡介 154

★6.5.1 強電解質溶液的離子互吸理論 154

6.5.2 Debye-Hückel極限公式  155

6.5.3 Debye-Hückel-Onsager電導公式 156

本章小結 158

閱讀材料  158

拓展材料  159

思考題  160

習題  160

第7章 電化學  162

7.1 可逆電池和電池符號  163

7.1.1 可逆電池  163

7.1.2 電池符號  164

7.1.3 可逆電極的類型  164

7.1.4 可逆電池電動勢測定  166

7.2 可逆電池的熱力學  167

7.2.1 由電動勢及其溫度繫數求熱力學函數的變化值 167

7.2.2 由標準電動勢E

? 求標準平衡常數 K

? 169

7.3 電極電勢和電池電動勢  170

7.3.1 電池電動勢產生的原理  170

7.3.2 Nernst方程式  172

7.3.3 電池電動勢的計算  175

7.4 濃差電池  176

7.5 電池電動勢測定的應用  177

7.5.1 判斷化學反應的方向  177

7.5.2 計算難溶鹽的溶度積  178

7.5.3 離子平均活度因子γ± 的測定  179

7.5.4 pH 的測定 180

5

7.5.5 電池電動勢測定在生物繫統中的應用  181

7.6 分解電壓  182

7.6.1 基本概念  182

7.6.2 分解電壓的測定  183

7.6.3 理論分解電壓的計算  184

7.7 極化與超電勢  184

7.7.1 極化  184

7.7.2 極化曲線  185

7.7.3 超電勢的測定  186

7.7.4 氫超電勢  186

7.7.5 Tafel公式  187

7.7.6 氫超電勢的理論解釋  187

7.8 電解時電極上的反應  188

7.8.1 析出電勢與金屬離子的分離  188

7.8.2 電解的應用  190

7.8.3 金屬的電化學腐蝕和防腐  191

★7.9 生物電化學 192

7.9.1 生物膜模擬  193

7.9.2 電化學控釋藥物  193

7.9.3 在體電化學  193

7.9.4 電化學生物傳感器  194

7.10 化學電源  195

7.10.1 概述  195

7.10.2 常見電池  197

本章小結  200

閱讀材料  201

拓展材料  203

思考題  203

習題  204

第8章 化學動力學基礎  207

8.1 化學反應的速率及速率方程  208

8.1.1 化學反應速率的定義  208

8.1.反應反應  209

8.1.3 反應級數和反應分子數  210

8.1.4 反應速率常數  211

8.1.5 反應速率的測定  211

8.2 簡單級數反應動力學方程  211

8.2.1 零級反應  212

6

8.2.2 一級反應  212

8.2.3 二級反應  214

8.2.4 三級反應  216

8.2.5 反應級數的測定法  217

8.3 溫度對反應速率的影響  219

8.3.1 Arrhenius公式  220

8.3.反應的活化能  221

8.3.3 復合反應的活化能———表觀活化能  222

8.4 典型的復合反應  223

8.4.1 對峙反應  223

8.4.2 平行反應  224

8.4.3 連串反應  225

8.4.4 鏈反應  226

8.5 復合反應的近似處理  227

8.5.1 控速步驟法  227

8.5.2 平衡態近似法  228

8.5.3 穩態近似法  228

8.6 化學反應速率理論  230

8.6.1 踫撞理論  230

8.6.2 過渡態理論  232

8.7 特殊反應的動力學分析  234

8.7.1 溶液中的反應  234

8.7.2 催化反應  236

8.7.3 光化學反應  240

★8.8 現代化學動力學研究技術 242

8.8.1 化學弛豫法  242

8.8.2 閃光光解法  243

8.8.3 交叉分子束技術  243

本章小結  244

閱讀材料  245

拓展材料  246

思考題  246

習題  247

第9章 表面物理化學  250

9.1 表面 Gibbs自由能與表面張力  251

9.1.1 分散度和比表面  251

9.1.2 表面 Gibbs自由能  252

9.1.3 表面張力  253

7

9.2 彎曲液面上的附加壓力和蒸氣壓  255

9.2.1 彎曲液面上的附加壓力  255

9.2.2 彎曲液面上的蒸氣壓  258

9.2.3 亞穩態  260

9.3 溶液表面的吸附  260

9.3.1 溶液的表面張力與溶液濃度的關繫  260

9.3.2 溶液的表面吸附———Gibbs吸附等溫式  261

9.3.3 表面活性劑分子在溶液表面的定向排列  263

★9.4 表面膜 264

9.4.1 單分子表面膜———不溶性表面膜  264

9.4.2 表面壓及其測定  265

9.4.3 表面膜的應用  266

9.5 液-固界面現像———潤濕作用  267

9.5.1 潤濕現像  267

9.5.2 接觸角與潤濕方程  268

9.6 表面活性劑及其作用  270

9.6.1 表面活性劑的結構特點與分類  270

9.6.2 表面活性劑的主要性能參數  271

9.6.3 表面活性劑的一些重要作用及應用  274

9.7 乳狀液  277

9.7.1 乳狀液的類型及其別  277

9.7.2 乳狀液的穩定性和乳化作用  277

9.7.3 乳狀液的制備  279

9.7.4 乳狀液的轉型與破壞  280

9.7.5 乳狀液的應用  281

9.7.6 微乳狀液  281

9.8 固體表面的吸附作用  282

9.8.1 固體表面對氣體的吸附作用  283

9.8.2 固體在溶液中的吸附  290

9.9 氣-固表面的催化作用  293

本章小結  294

閱讀材料  296

拓展材料  297

思考題  297

習題  298

0章 膠體化學  301

10.1 分散繫統  302

10.2 溶膠  303

8

10.2.1 溶膠的基本特性  303

10.2.2 溶膠的制備  304

10.2.3 溶膠的淨化  306

10.2.4 膠團的結構  307

10.3 溶膠的光學性質  308

10.3.1 Tyndall效應 308

10.3.2 Rayleigh光散射公式 309

10.3.3 超顯微鏡的基本原理  310

10.4 溶膠的動力學性質  311

10.4.1 Brown運動  311

10.4.2 擴散  312

10.4.3 沉降與沉降平衡  314

10.5 溶膠的電學性質  317

10.5.1 電動現像  317

10.5.2 雙電層理論和電動電勢ζ  319

10.6 溶膠的穩定性與聚沉  321

10.6.1 溶膠的穩定性  321

10.6.2 影響溶膠聚沉的因素  322

10.7 高分子溶液  324

10.7.1 高分子溶液與溶膠的異同 324

★10.7.2 高分子化合物的平均相對分子質量 325

★10.7.3 高分子溶液的性質  328

10.7.4 Donnan平衡  331

10.8 凝膠  334

10.8.1 凝膠的分類  334

10.8.2 凝膠的性質  335

★10.9 納米粒子  336

10.9.1 納米技術的發展  336

10.9.2 納米材料的特性  337

10.9.3 納米技術在生命科學中的應用  337

本章小結  338

閱讀材料  339

拓展材料  340

思考題  340

習題  341

參考文獻  344

附錄  347

參考答案  360