物理化学

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内容简介: 《物理化学》为适应高职高专教学改革的要求,根据目前“物理化学”课程学时少的特点,在保留经典物理化学教材的框架下,对课程体系及教学内容进行了适当的调整。在教材内容的选取上,重概念的建立和结论的应用,删去了许多公式的推导和证明,编入了较多的例题和典型案例,增加了教材的实用性和针对性。为了便于读者巩固所学到的知识,提高应用能力,各章之后附有大量的思考题和习题,并于书末给出了习题的答案。全书除绪论外共分为七章,包括:气体;化学热力学基础;多组分系统与相平衡;化学平衡;化学动力学及催化作用;电化学;界面现象与胶体。
《物理化学》主要作为高职高专石油化工生产技术、炼油生产技术、应用化工生产技术等化工类专业的教学用书,同时还可供高职高专轻工、材料、制药、环保等专业教学使用。

目录: 《物理化学》
绪论1
0.1物理化学的研究内容1
0.2物理化学的研究方法2
0.3学习物理化学的方法2
第1章气体4
1.1理想气体p、V、T关系4
1.1.1理想气体状态方程4
1.1.2理想气体混合物6
1.2真实气体的液化9
1.2.1气体的液化过程9
1.2.2物质的临界状态10
1.3真实气体的p、V、T关系11
1.3.1范德华方程11
1.3.2维里方程12
1.4对应态原理及普遍化压缩因子图13
【典型案例】气体液化在裂解气分离中的应用15
思考题16
习题17
第2章化学热力学基础19
2.1热力学第一定律20
2.1.1热力学基本概念20
2.1.2热与功23
2.1.3可逆过程与可逆过程的功24
2.1.4热力学能和热力学第一定律26
2.2 恒容热、恒压热和焓28
2.2.1恒容热28
2.2.2恒压热及焓28
2.2.3QV=ΔU及Qp=ΔH两关系式的意义28
2.2.4恒容热与恒压热的计算29
2.3热力学第一定律的应用32
2.3.1热力学第一定律在单纯pVT变化中的应用32
2.3.2热力学第一定律在相变过程中的应用35
2.3.3热力学第一定律在化学变化过程中的应用37
2.3.4热力学第一定律的其他应用43
2.3.5节流过程(焦耳汤姆逊效应)45
2.4热力学第二定律46
2.4.1第二类永动机的不可能性及卡诺定理46
2.4.2热力学第二定律和过程的不可逆性48
2.5热力学第二定律的应用——熵及熵判据50
2.5.1熵的导出50
2.5.2克劳修斯不等式51
2.5.3熵增原理及平衡的熵判据52
2.5.4环境熵变的计算53
2.5.5系统熵变的计算53
2.6热力学第三定律59
2.6.1热力学第三定律59
2.6.2热力学第三定律——化学反应熵变的计算60
2.7亥姆霍兹函数与吉布斯函数63
2.7.1亥姆霍兹函数与亥姆霍兹函数判据 63
2.7.2吉布斯函数与吉布斯函数判据 64
2.7.3p、V、T变化及相变化过程ΔG、ΔA的计算64
2.8热力学基本方程及函数关系68
2.8.1热力学基本方程68
2.8.2吉布斯函数与温度的关系——吉布斯亥姆霍兹方程69
2.8.3吉布斯函数与压力的关系70
【典型案例】人造金刚石71
思考题72
习题74
第3章多组分系统热力学与相平衡80
3.1相律81
3.1.1相、组分及自由度81
3.1.2相律表达式及说明82
3.2单组分系统的相平衡83
3.2.1饱和蒸气压与沸点 83
3.2.2单组分体系的两相平衡84
3.2.3单组分系统的相图——水的相图87
3.3多组分系统的分类及组成表示法88
3.3.1多组分系统的分类88
3.3.2多组分系统组成的表示方法89
3.4多组分系统中物质的偏摩尔量和化学势90
3.4.1偏摩尔量91
3.4.2化学势92
3.5理想液态混合物95
3.5.1拉乌尔定律95
3.5.2理想液态混合物96
3.5.3理想液态混合物的汽液平衡96
3.5.4二组分理想液态混合物的汽液平衡相图97
3.6理想稀溶液100
3.6.1亨利定律100
3.6.2稀溶液的汽液平衡101
3.6.3稀溶液的依数性102
3.7二组分真实液态混合物的汽液平衡105
3.7.1具有正偏差系统的液态混合物106
3.7.2具有负偏差系统的液态混合物107
3.8二组分液相部分互溶和完全不互溶系统的相图108
3.8.1二组分液态部分互溶系统的液液平衡相图108
3.8.2二组分液态完全不互溶系统的汽液平衡相图109
3.8.3水蒸气蒸馏109
3.9简单低共熔系统液固平衡相图111
3.9.1热分析法111
3.9.2溶解度法112
3.9.3相图在工业上的应用114
3.10分配定律及萃取114
3.10.1分配定律114
3.10.2萃取技术及其应用115
【典型案例】化工产品精馏过程工艺设计基础116
思考题118
习题119
第4章化学平衡124
4.1化学反应的等温方程式125
4.1.1化学反应的方向和平衡判据125
4.1.2化学反应的等温方程126
4.2理想气体化学反应的标准平衡常数127
4.2.1标准平衡常数127
4.2.2平衡常数的其他表示方法128
4.3平衡常数的测定及相关计算129
4.3.1平衡常数的测定129
4.3.2平衡常数的计算130
4.3.3平衡组成的计算131
4.3.4有纯凝聚态物质参加的理想气体化学反应132
4.4各种因素对化学平衡的影响133
4.4.1温度对平衡常数的影响133
4.4.2压力对平衡转化率的影响134
4.4.3惰性组分对平衡转化率的影响135
4.5真实气体反应的化学平衡136
【典型案例】工业合成氨工艺参数的优化138
思考题140
习题140
第5章化学动力学及催化作用144
5.1化学反应速率及速率方程145
5.1.1化学反应速率145
5.1.2化学反应速率的测定146
5.1.3基元反应146
5.1.4速率方程146
5.2速率方程的积分形式147
5.2.1零级反应147
5.2.2一级反应148
5.2.3二级反应150
5.2.4n级反应152
5.3温度对反应速率的影响152
5.3.1阿伦尼乌斯方程153
5.3.2活化能154
5.4反应速率方程的建立方法154
5.4.1积分法155
5.4.2微分法156
5.4.3半衰期法158
5.4.4孤立法158
5.5复合反应动力学159
5.5.1平行反应159
5.5.2对峙反应160
5.5.3连串反应161
5.6催化剂的通性163
5.6.1催化作用的基本特征163
5.6.2催化剂的活性与稳定性164
5.7单相催化反应165
5.7.1气相催化165
5.7.2液相催化165
5.8多相催化反应167
5.8.1催化反应的一般历程167
5.8.2催化反应动力学167
【典型案例】化学动力学在乙烯氧化制环氧乙烷中的应用168
思考题170
习题170
第6章电化学174
6.1电化学基础知识174
6.1.1导体的分类174
6.1.2原电池和电解池175
6.1.3法拉第定律176
6.1.4离子的迁移数176
6.2电导、电导率、摩尔电导率176
6.2.1电导和电导率177
6.2.2摩尔电导率177
6.3电解质离子的平均活度和平均活度因子180
6.3.1活度和活度因子180
6.3.2离子的平均活度和平均活度因子180
6.3.3离子强度181
6.3.4德拜休克尔极限公式182
6.4可逆电池182
6.4.1电极反应和电池反应182
6.4.2电池符号表示法183
6.4.3可逆电池与不可逆电池183
6.4.4可逆电极的类型及其电极反应184
6.5电极电势185
6.5.1电势的种类185
6.5.2电池电动势186
6.6可逆电池热力学187
6.7电解与极化189
6.7.1分解电压189
6.7.2极化与超电压190
6.7.3析出电位190
6.7.4金属的共沉积及其分离191
【典型案例】金属的腐蚀与防腐192
思考题193
习题194
第7章界面现象与胶体197
7.1界面张力197
7.1.1界面现象的产生197
7.1.2界面张力198
7.1.3液液界面张力199
7.2界面现象199
7.2.1弯曲液面的附加压力199
7.2.2液体对固体的润湿作用200
7.3吸附201
7.3.1固体表面上的吸附201
7.3.2固体吸附理论202
7.3.3溶液表面的吸附204
7.3.4溶液表面的吸附理论——吉布斯吸附等温式204
7.4表面活性剂205
7.4.1表面活性剂的结构205
7.4.2临界胶束浓度205
7.4.3表面活性剂的用途205
7.5胶体的制备与性质206
7.5.1分散系统的分类206
7.5.2胶体的性质207
7.5.3胶体的结构208
7.5.4溶胶的稳定性和聚沉209
7.5.5胶体的制备210
【典型案例】双子表面活性剂的合成及在制革业中的应用210
思考题211
习题211
部分习题答案214
附录218
附表1相对原子质量表218
附表2一些气体的摩尔质量和临界参数219
附表3某些气体的摩尔定压热容与温度的关系219
附表4一些物质的标准热力学数据220
附表5某些有机物化合物的标准摩尔燃烧焓(25℃)223
附表6标准电极电势表224
参考文献230

前言: “物理化学”是石油化工、炼油、应用化工、材料、制药、轻工等各类专业的一门重要基础理论课,为后继课程如化工原理、分离工程、反应工程等提供直接的理论依据,起着承上启下的枢纽作用。本教材是根据高职高专化工技术类人才培养目标和课程教学要求编写的。
全书共分为绪论、气体、化学热力学基础、多组分系统与相平衡、化学平衡、化学动力学及催化作用、电化学及界面现象与胶体。为便于读者巩固所学到的知识,提高应用能力,书中编入了较多的例题和典型案例,每章末分别配有复习思考题和习题,供读者练习之用。教材中的物理量(统一采用法定计量单位)、符号执行国家标准GB 3100~3102—93。
高职教育是培养高素质技能型人才的教育,为了帮助学生掌握必要的专业知识,提高学生的专业素质,本书编者在多年物理化学的教学实践中,深深体会到教材的针对性和实用性对于调动学生学习积极性和提升学习效果的重要意义。结合高职院校基础课程改革中课时少的特点,在既保留较完整经典物理化学教材框架的前提下,将化工企业实际生产工艺作为典型案例纳入教学,本教材有如下特点:
1.以人为本,重在服务。物理化学作为专业基础课程要让学生和用人单位满意,必须从学生发展和社会人才需求出发,按人才规格要求定课程。在内容的设计上,遵循“必须、够用”原则,尽量简明扼要, 摒弃繁杂的数学推导,关注物理化学基本概念、结论在解决工程实际问题中的应用,着力塑造学生的良好素质,为社会提供满意的服务。
2.优化结构,重在创新。根据高职教育课程标准,优化物理化学课程结构,围绕培养创新人才,提高学生的职业综合素质。通过引入化工企业案例,使学生利用本书所学理论分析解决化工生产实际问题,建立有别于学科型人才培养的课程体系。
3.以能力为本,面向专业。加强物理化学学科体系与化工原理、化学反应工程的交叉与融通,根据化工类各专业的需求调整知识结构,将专业基础课准确导向专业技术,缩短理论与实践之间的距离,有效实现学以致用的培养目标。
本教材由兰州石化职业技术学院尚秀丽任主编,兰州石化职业技术学院周萃文、 辽宁石化职业技术学院温泉任副主编。其中第1章、第5章由温泉编写;第2章由周萃文编写并完成了课后习题答案、附录的整理工作;绪论、第3章由尚秀丽编写;第4章由兰州石化职业技术学院苏晓云编写;第6章、第7章由银川科技职业学院的赵夏编写。全书由尚秀丽统稿,并负责拟定编写提纲,做最后的修改定稿工作。
本教材由常州工程职业技术学院陈炳和教授任主审,他提出了许多宝贵、详尽的修改意见,编者在此表示深切的谢意。在编写过程中得到了化学工业出版社、兰州石化职业技术学院、辽宁石化职业技术学院、银川科技职业学院等单位领导和专家的大力支持与协助;另外,书中还借鉴采纳了许多专家学者的研究成果,在此一并表示衷心的感谢。
本书配有PPT课件,欢迎广大师生登录www.cipedu.com.cn下载。选用本教材的授课教师可通过联系ciphge@163.com索取其他辅助教学资料。
高职教育课程体系改革是一个长期探索的课题,本书的编者虽做了很大的努力, 但由于水平有限, 书中难免存在疏漏与不妥之处, 恳请使用本书的师生及业界同仁批评指正。
编者
2011.11