物理化学实用手册 孙艳辉 等 编 专业科技 文轩网

第一篇基本原理
第1章热力学1
1.1热力学基本概念1
1.1.1热力学的一般概念1
1.1.2热力学第一定律的基本概念3
1.1.3热化学基本概念6
1.1.4热力学第二定律的基本概念9
1.1.5热力学第三定律的基本概念11
1.1.6经典热力学12
1.1.7非平衡态热力学12
1.2热力学基本定律与基本关系式14
1.2.1热力学第零定律14
1.2.2热力学第一定律14
1.2.3热力学第二定律14
1.2.4热力学第三定律15
1.2.5焦耳定律16
1.2.6赫斯（盖斯）定律16
1.2.7反应热与温度的关系——基尔霍夫（G.R.Kirchhoff）定律16
1.2.8卡诺定理17
1.2.9克劳修斯不等式与熵增加原理17
1.2.10玻尔兹曼公式18
1.2.11等压热容与等容热容的关系18
1.2.12理想气体的ΔU和ΔH18
1.2.13理想气体的绝热过程方程18
1.2.14等压热效应与等容热效应的关系19
1.2.15热力学函数之间的关系式19
1.2.16热力学基本方程19
1.2.17特征微分方程式和特征函数19
1.2.18对应系数关系式20
1.2.19麦克斯韦关系式20
1.2.20热力学判据20
1.2.21化学反应等温式21
1.2.22吉布斯自由能与温度的关系式——吉布斯亥姆霍兹方程22
1.2.23ΔG与压力的关系22
1.2.24非平衡态热力学基本关系式22
1.3热力学量与热力学状态函数的计算25
1.3.1不同过程的体积功We25
1.3.2不同过程的热Q26
1.3.3不同过程的热力学能变ΔU27
1.3.4不同过程的焓变ΔH28
1.3.5不同过程的熵变ΔS28
1.3.6不同过程的吉布斯自由能变ΔG30
1.3.7不同过程的亥姆霍兹自由能变ΔA31
1.3.8绝热反应系统极值温度的计算31
第2章热力学的应用32
2.1基本概念32
2.1.1多组分系统热力学的基本概念32
2.1.2多组分系统的组成表示法32
2.1.3气体混合物热力学的基本概念33
2.1.4溶液热力学的基本概念34
2.1.5稀溶液的依数性34
2.1.6真实溶液（非理想溶液）35
2.1.7相平衡的基本概念36
2.1.8典型相图分析和应用39
2.1.9化学平衡的基本概念53
2.2基本定律与关系式54
2.2.1多组分体系热力学的基本公式54
2.2.2溶液热力学的基本定律与关系式55
2.2.3相平衡中的基本定律与关系式58
2.2.4化学平衡的基本定律与关系式59
第3章化学动力学61
3.1动力学的基本概念61
3.1.1动力学的一般概念61
3.1.2复杂反应的基本概念62
3.1.3链反应的基本概念63
3.1.4光化学反应的基本概念63
3.1.5催化反应的基本概念66
3.1.6在溶液中进行的反应69
3.1.7快速反应的研究方法70
3.1.8分子反应动态学71
3.2化学动力学的基本原理、方法与公式71
3.2.1质量作用定律71
3.2.2不同级数反应的速率方程72
3.2.3几种典型复杂反应的速率方程74
3.2.4反应级数的测定方法75
3.2.5范特霍夫规则77
3.2.6阿伦尼乌斯原理77
3.2.7基元反应的微观可逆性原理77
3.2.8活化能的计算方法78
3.2.9处理复杂反应的近似方法79
3.2.10基元反应速率理论80
3.2.11光化学基本定律83
3.2.12光化学反应的速率方程83
3.2.13催化反应84
3.2.14快速反应的研究方法87
第4章电化学91
4.1电化学的基本概念91
4.1.1电解质溶液的基本概念91
4.1.2原电池的基本概念92
4.1.3电解池的基本概念95
4.2电化学的基本规律与公式97
4.2.1法拉第定律97
4.2.2电导率和浓度的关系98
4.2.3摩尔电导率与浓度的关系98
4.2.4离子独立移动定律98
4.2.5强电解质溶液的离子互吸理论99
4.2.6德拜休克尔极限定律99
4.2.7德拜体克尔翁萨格电导理论100
4.2.8Ostwald稀释定律101
4.2.9可逆电池的表示方法101
4.2.10热力学与电化学的关系式102
4.2.11能斯特方程——可逆电极电势与各组分活度的关系103
4.2.12能斯特方程——可逆电池电动势与各组分活度的关系103
4.2.13金属在电极上的析出规律103
4.2.14塔费尔方程式104
4.3电化学的应用104
4.3.1电导测定的应用104
4.3.2电动势测定的应用107
4.3.3电解池电极反应的应用112
4.3.4金属腐蚀与防腐117
4.3.5化学电源的种类122
4.3.6超级电容器130
4.3.7电化学传感器134
第5章界面化学136
5.1界面化学的基本概念136
5.1.1界面与表面136
5.1.2表面功、表面自由能、表面张力136
5.1.3弯曲表面下的附加压力137
5.1.4弯曲表面上的蒸气压137
5.1.5毛细管现象138
5.1.6亚（介）稳状态138
5.1.7溶液的表面吸附与表面超量139
5.1.8液-液界面的铺展139
5.1.9表面膜与表面压140
5.1.10液-固界面的润湿作用141
5.1.11润湿作用与接触角142
5.1.12表面活性剂142
5.1.13固体表面的吸附——化学吸附和物理吸附145
5.2界面化学的基本原理、方法与公式148
5.2.1界面的热力学性质148
5.2.2表面张力与温度的关系149
5.2.3溶液表面张力与浓度的关系149
5.2.4Young-Laplace公式-弯曲表面下的附加压力150
5.2.5毛细管中液体升高或降低公式150
5.2.6Kelvin公式-弯曲表面上的蒸气压151
5.2.7Yung方程-接触角与各界面张力的关系151
5.2.8润湿方程151
5.2.9吉布斯（Gibbs）吸附等温式152
5.2.10单分子截面积和单分子层厚度计算公式152
5.2.11表面压与表面张力的关系152
5.2.12Langmuir吸附理论与等温吸附方程式153
5.2.13Freundlich吸附理论与吸附方程153
5.2.14Temkin equation（焦姆金）吸附方程154
5.2.15BET吸附理论与BET多分子层吸附等温式154
5.3表面活性剂155
5.3.1表面活性剂的作用155
5.3.2表面活性剂的应用157
第6章胶体和高分子分散系统159
6.1胶体和高分子系统基本概念159
6.1.1分散体系和胶体159
6.1.2溶胶的胶团结构159
6.1.3胶体的动力学性质160
6.1.4胶体的光学性质161
6.1.5胶体的电学性质162
6.1.6溶胶的稳定性162
6.1.7高分子化合物165
6.1.8乳状液与泡沫166
6.1.9牛顿流体与非牛顿流体167
6.1.10触变性流体167
6.1.11黏弹性流体167
6.1.12凝胶167
6.1.13气凝胶168
6.2胶体和高分子分散系统的基本理论，方法与公式168
6.2.1布朗运动的位移公式168
6.2.2扩散系数公式169
6.2.3沉降与沉降平衡169
6.2.4瑞利散射公式169
6.2.5电动电位计算公式169
6.2.6高分子的摩尔质量170
6.2.7DLVO溶胶稳定理论171
6.2.8胶体的流变性质173
6.2.9凝胶174
6.2.10乳状液174
第二篇基本操作技术与仪器
第7章热化学测试技术与仪器177
7.1热化学测试技术基础177
7.1.1温标177
7.1.2温度计的种类与适用范围179
7.1.3常见的温度计179
7.1.4温度控制-恒温槽的组装与适用范围196
7.1.5超级恒温槽200
7.2热化学测量技术及仪器202
7.2.1量热技术202
7.2.2量热计及其测量技术204
7.2.3热分析测量技术及仪器212
7.3相图绘制232
7.3.1热分析法（步冷曲线法）绘制二组分固-液相图232
7.3.2沸点仪绘制双液系气液平衡相图234
7.3.3溶解度法绘制二元水盐相图236
7.3.4溶解度法绘制三组分体系等温相图236
7.4相对分子质量（分子量）测定方法238
7.4.1凝固点降低法测定物质的相对分子质量239
7.4.2沸点升高法测化合物的相对分子质量241
7.4.3渗透压法测定聚合物分子量243
7.4.4光散射法测定聚合物的重均分子量及分子尺寸247
7.4.5黏度法测定高聚物的黏均分子量252
7.4.6高聚物相对分子质量的其他测定方法简介255
7.5液体饱和蒸气压和摩尔汽化热的测定256
7.5.1实验原理256
7.5.2测定方法257
7.6反应平衡常数的测定方法257
7.6.1液相反应平衡常数的测定257
7.6.2气相反应或复相反应平衡常数的测定260
7.6.3借助动力学研究得到化学反应平衡常数262
7.6.4碘和碘离子反应平衡常数的测定264
7.6.5分配系数的测定265
7.7活度系数测定方法266
7.7.1蒸气压法266
7.7.2凝固点降低法268
7.7.3渗透压法268
7.7.4电化学法268
7.7.5利用盐效应紫外分光法测定萘在硫酸铵水溶液中的活度系数270
7.7.6色谱法测定无限稀释溶液的活度系数271
第8章动力学测试技术与仪器274
8.1反应速率测定274
8.1.1化学法274
8.1.2物理法275
8.2反应速率常数测定275
8.2.1一级反应速率常数测定275
8.2.2二级反应速率常数测定278
8.2.3pH法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数280
8.2.4毛细管电泳法测定阿魏酸转化反应速率常数281
8.2.5弛豫法测定铬酸根重铬酸根离子反应的速率常数281
8.2.6分光光度法测定丙酮碘化反应的速率方程285
8.2.7BZ振荡反应288
8.2.8碘钟反应289
8.3反应级数确定方法291
8.3.1积分法292
8.3.2微分法292
8.3.3半衰期法293
8.3.4改变物质数量比例法293
8.4活化能测定293
8.5催化反应技术294
8.5.1均相催化294
8.5.2多相催化294
8.5.3酶催化297
第9章电化学测试技术与仪器300
9.1电化学常用配套设备与技术300
9.1.1常用电极300
9.1.2盐桥311
9.1.3标准电池312
9.1.4检流计313
9.1.5万用电表314
9.1.6电解槽314
9.1.7导体焊接技术316
9.2离子迁移数的测定317
9.3电导及电导率的测量及仪器320
9.3.1电导的测定320
9.3.2常用电导率仪321
9.3.3电导率测定的应用324
9.4电池电动势的测定328
9.4.1常用电位差计328
9.4.2原电池电动势测定的应用332
9.5电镀、电解和电池技术339
9.5.1电镀339
9.5.2电解340
9.5.3电池制备技术341
9.5.4超级电容器的工艺流程347
9.5.5电化学工作站348
第10章光学测量技术与仪器375
10.1折射率的测定与应用375
10.1.1折射率375
10.1.2阿贝折射仪375
10.1.3折射率测定的应用 378
10.2旋光度的测定与应用378
10.2.1旋光现象和旋光度378
10.2.2旋光仪基本结构379
10.2.3旋光仪的测定与应用 383
10.3分光光度计383
10.3.1分光光度法基本原理383
10.3.2分光光度计384
10.3.3分光光度测定的应用385
10.4紫外-可见吸收光谱仪385
10.4.1紫外-可见吸收光谱法385
10.4.2紫外-可见吸收光谱仪386
10.4.3紫外-可见吸收光谱法的应用386
第11章压力的测量与控制388
11.1大气压测定388
11.1.1福廷式气压计388
11.1.2定槽式气压计390
11.2常压测量仪器391
11.2.1液柱式压力计391
11.2.2弹性式压力计391
11.3真空系统392
11.3.1真空度分类392
11.3.2真空的获得与真空泵分类392
11.3.3真空的测量395
11.4高压气体钢瓶及其使用399
11.4.1气体钢瓶的分类399
11.4.2气体钢瓶的使用400
11.4.3常用气体钢瓶的外部颜色标志401
11.4.4氧气减压阀403
11.5液体饱和蒸气压的测定技术405
11.5.1静态法405
11.5.2动态法406
11.5.3饱和气流法407
11.5.4Knudsen隙透法409
11.5.5蒸发率法409
11.5.6现代蒸气压测量方法409
11.6分解压的测定及其应用411
第12章界面化学测量技术与仪器414
12.1液体表面张力测定方法414
12.1.1静态法414
12.1.2半静态法415
12.1.3动态法416
12.2固体表面张力的测定方法417
12.2.1临界表面张力测定法417
12.2.2熔融外推法417
12.2.3应力拉伸法417
12.2.4解理劈裂法417
12.2.5溶解热法418
12.2.6估算法418
12.3接触角测定技术418
12.3.1固体表面的接触角测定方法418
12.3.2粉体表面接触角测定方法419
12.4吸附量测定技术 420
12.4.1动态法421
12.4.2静态法421
12.4.3液相吸附量的测量方法422
12.5吸附模型确定422
12.5.1绘制吸附等温线422
12.5.2确定吸附模型 423
12.6固体比表面积测定方法——BET法 423
12.7多孔性物质孔径、孔径分布以及固体表面分维值测定424
12.7.1平均孔半径r测定 424
12.7.2孔径分布的简单测定 424
12.7.3固体表面分维值测定 424
12.8表面压测定及其应用426
12.8.1表面压测定 426
12.8.2利用表面压测物质的摩尔的质量426
12.9临界胶束浓度的实验测定427
12.9.1表面张力法 427
12.9.2电导法 427
12.9.3增溶法427
12.9.4光散射法427
12.10分子截面积测定427
12.11单分子膜厚度测定428
第13章胶体大分子体系测量技术与仪器429
13.1胶体的制备技术429
13.1.1分散法429
13.1.2凝聚法429
13.2溶胶的净化430
13.3胶体电动电位测定430
13.3.1宏观电泳法430
13.3.2微电泳法432
13.3.3电渗法432
13.4大分子溶液黏度测定技术432
13.4.1不同黏度计的介绍432
13.4.2黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量437
13.5纳米材料制备440
13.5.1液相法440
13.5.2气相法441
13.5.3固相法441
13.5.4SPD法442
13.5.5超声场中湿法442
13.5.6自组装法443
第14章大型测试仪器简介444
14.1红外光谱仪444
14.1.1红外光区的划分444
14.1.2红外光谱及其谱图特征444
14.1.3红外光谱的产生条件445
14.1.4基团特征频率和特征吸收峰445
14.1.5频率位移的影响因素449
14.1.6仪器的分类和基本构造451
14.1.7红外光谱测定技术452
14.1.8红外光谱图解析步骤453
14.1.9仪器的使用与维护454
14.1.10典型例题图谱分析454
14.2拉曼光谱仪459
14.2.1瑞利散射和拉曼散射459
14.2.2拉曼光谱的物理学原理459
14.2.3拉曼位移的定义460
14.2.4拉曼光谱图460
14.2.5拉曼光谱的特征谱带及强度461
14.2.6拉曼光谱的一些基本特征461
14.2.7红外光谱与拉曼光谱比较462
14.2.8拉曼光谱的优缺点463
14.2.9拉曼光谱仪的介绍464
14.2.10拉曼光谱仪的操作465
14.2.11仪器的使用与维护465
14.2.12谱图解析实例465
14.3荧光光谱仪469
14.3.1荧光与磷光的产生过程470
14.3.2荧光光谱类型471
14.3.3荧光光谱的特征471
14.3.4荧光寿命471
14.3.5荧光量子产率Φ471
14.3.6荧光与物质分子结构的关系471
14.3.7影响荧光的环境因素472
14.3.8荧光光谱仪的主要构造473
14.3.9样品的准备473
14.3.10测试步骤473
14.3.11滤光片以及光路狭缝和扫描速度的选择474
14.3.12荧光光谱仪的使用与维护474
14.3.13荧光光谱的应用475
14.4X射线粉末衍射仪476
14.4.1X射线衍射的原理477
14.4.2X射线的产生477
14.4.3仪器基本构造477
14.4.4实验参数的选择478
14.4.5X射线粉末衍射谱图特征480
14.4.6试样的要求及制备481
14.4.7仪器操作步骤481
14.4.8X射线粉末衍射分析的应用482
14.4.9X射线粉末衍射仪的日常维护和使用487
14.5扫描电子显微镜487
14.5.1扫描电子显微镜的工作原理488
14.5.2扫描电子显微镜的基本结构488
14.5.3扫描电子显微镜的特点489
14.5.4扫描电子显微镜的样品制备489
14.5.5分析测试步骤490
14.5.6影响电子显微镜影像品质的因素491
14.5.7仪器的维护和使用491
14.5.8扫描电子显微镜应用实例491
14.6透射电子显微镜493
14.6.1成像原理493
14.6.2透射电镜的基本结构493
14.6.3试样的制备494
14.6.4透射扫描的一般操作步骤495
14.6.5透射电子显微镜的优缺点496
14.6.6透射电镜的日常维护与使用496
14.6.7透射电镜操作注意事项497
14.6.8透射电镜的应用497
14.7原子力显微镜498
14.7.1原子力显微镜的基本原理498
14.7.2仪器结构499
14.7.3原子力显微镜的基本工作模式500
14.7.4原子力显微镜的工作环境500
14.7.5原子力显微镜的主要特点501
14.7.6样品的要求501
14.7.7实验操作步骤502
14.7.8原子力显微镜的使用与维护502
14.7.9原理力显微镜的应用503
第三篇常用数据
第15章国际单位制507
15.1国际单位制（SI）基本单位及其定义507
15.2国际单位制的辅助单位及其定义508
15.3具有专门名称和符号的国际制导出单位508
15.4可与国际制单位并用的其他单位509
15.5一些习惯使用单位与国际制单位的换算509
15.6构成倍数或分数的国际制词冠510
第16章基本物理化学常数511
16.1物理化学常数511
16.2物理化学中主要物理量符号名称（拉丁文）511
16.3物理化学中的物理量符号名称（希腊文）513
16.4水在不同温度下的密度，折射率，黏度，介电常数和离子积常数Kw513
16.5一些有机化合物的折射率（298.15 K）及温度系数515
16.6一些常见液体的介电常数515
16.7一些有机物的黏度522
16.8常用流体材料的黏度值531
16.9常见气体的液化温度（沸点）Tb和固化温度（熔点）Tm531
第17章热化学数据533
17.1常见有机物、无机物的热力学数据533
17.1.1常见无机化合物的标准生成焓、标准生成吉布斯自由能、标准熵和等压摩尔热容533
17.1.2常见有机化合物的标准生成焓、标准生成吉布斯自由能、标准熵556
17.2其他558
17.2.1一些无机物的等压摩尔热容与温度的关系558
17.2.2一些有机物的等压摩尔热容与温度的关系 564
17.2.3部分有机化合物的标准摩尔燃烧焓（298.15K）566
17.2.4无机化合物在水中的标准摩尔溶解焓和标准溶解吉布斯自由能567
17.2.5一些离子在水中的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成吉布斯自由能、标准熵和等压摩尔热容568
17.2.6一些键能数据（298.15K）570
17.2.7常见物质的饱和蒸气压与温度的关系571
17.2.8纯水的饱和蒸气压与温度的关系572
第18章溶液热力学和相平衡热力学数据574
18.1溶液热力学数据574
18.1.1不同温度下气体在水中的亨利常数574
18.1.2常用酸、碱、盐溶液的活度系数（298.15 K）580
18.1.3稀溶液的依数性常数583
18.2相平衡数据584
18.2.1常见有机溶剂间的共沸混合物584
18.2.2一些溶剂与水形成的二元共沸物584
18.2.3某些水-盐的大力度优惠共熔温度585
18.2.4部分金属单质的低共熔混合物585
18.2.5部分无机化合物的共熔586
18.2.6部分单质气体的临界常数586
18.2.7某些有机化合物的临界常数588
18.2.8某些无机化合物的临界常数592
第19章电化学数据594
19.1电解质溶液594
19.1.1常见离子水溶液中无限稀释时的摩尔电导率594
19.1.2一些电解质水溶液在不同浓度时的摩尔电导率594
19.1.3不同浓度的KCl溶液在不同温度下的电导率κ595
19.1.4常见有机液体的电导率596
19.1.5某些熔融电解质中阴阳离子的迁移数598
19.2金属电阻率及其温度系数598
19.3可逆电池的电极电势599
19.3.1标准电极氢标还原电极电势599
19.3.2常用参比电极的电极电势及温度系数611
19.3.3不同温度下饱和甘汞电极（SCE）的电极电势611
19.3.4甘汞电极的电极电势与温度的关系612
19.3.5韦斯顿（Weston）标准电池电动势不同温度的校正值612
19.4不可逆电极过程 612
19.4.1常见气体在不同电极上的超电势（过电位） 612
19.4.2水溶液中各种电极上氢的超电势（过电位）——塔菲尔（Tafel）公式中的参数值a, b及交换电流密度i0（i=1A·cm-2）614
第20章动力学数据615
20.1简单级数反应的动力学参数615
20.1.1一些典型反应的活化能Ea和指前因子A的值615
20.1.2某些三分子反应的动力学参数616
20.2复杂反应动力学若干平行反应的正向与逆向的反应速率常数616
20.3气相反应动力学617
20.3.1某些物质热分解反应的活化能及其相应键的断裂能617
20.3.2一些包括原子和自由基的双分子置换反应的动力学参数618
20.3.3几种混合气体的爆炸极限618
20.4液相反应动力学619
20.4.1五氧化二氮在不同溶剂中进行分解反应的动力学参数619
20.4.2部分液相反应的标准摩尔体积和标准摩尔熵619
20.5酶催化动力学620
20.5.1某些酶的活性——转换数620
20.5.2某些酶反应的米氏常数Km值620
20.6光化学反应620
20.6.1几种常用光源的波长及强度值620
20.6.2同一反应在气相和液相中的量子产率比较621
20.6.3某些溶液中光化学反应的量子产率621
第21章胶体和界面相关数据623
21.1界面化学常用数据623
21.1.1不同温度下水的表面张力σ623
21.1.2常见无机物的表面张力623
21.1.3常见有机化合物的表面张力624
21.1.4水与某种液体（2）之间的两相界面张力630
21.1.5汞与某种液体（2）之间的两相界面张力630
21.1.6部分有机液体对金属固体的接触角631
21.1.7水对部分有机化合物的接触角631
21.1.8作为吸附质分子的截面积632
21.2表面活性剂数据632
21.2.1某些表面活性剂在水溶液中的临界胶束浓度cmc632
21.2.2临界胶束浓度与碳氢链结构的关系633
21.2.3部分表面活性剂的胶束聚集数634
21.2.4部分表面活性剂在水溶液的饱和吸附量和分子最小截面积634
21.2.5部分表面活性剂的Kraff点635
21.2.6部分表面活性剂的HLB值635
21.3胶体化学常用数据641
第22章部分仪器常数642
22.1热电偶热电势与温度换算表642
22.1.1铂铑-铂热电偶（分度号LB-3；新分度号S）642
22.1.2镍铬-镍硅（镍铬-镍铝）热电偶（分度号EU-2；新分度号K）648
22.1.3镍铬-考铜热电偶（分度号EA-2；分度号E）653
22.2热电阻与温度换算658
22.2.1铂热电阻分度表（分度号：Pt100）658
22.2.2铜热电阻分度表（分度号：Cu50）662
22.3恒温槽常用加热浴种类663
22.4常用冷却剂663
22.4.1一种盐、酸或碱和水或冰组成的冷却剂663
22.4.2两种盐和水组成的冷却剂665
22.4.3两种盐和冰组成的冷却剂665
22.4.4干冰冷却剂和气体冷却剂666
附录元素的相对原子质量表668
参考文献670