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书名：普通化学
定价：39.0
ISBN：9787030272379
作者：王延安//梅冬//原健安
版次：1
出版时间：2010-05
内容提要：
本书根据***《高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划》和工科普通化学课程教学指导小组讨论通过的《非化工类专业普通化学教学内容基本框架》的要求编写而成。
全书共8章，内容包括化学热力学、化学动力学、化学平衡、溶液化学、电化学、结构化学，以及元素与化合物化学等。这些教学内容既包含了化学学科的基本理论和基础知识，也考虑了工程专业的实际需要。在保持知识传授的严谨性、科学性、系统性的同时，注重学生的科学思维模式和思维方法的培养，以及创新意识和创新能力的构筑与形成。
目录：
目录
前言
第1章 化学热力学基础 1
1.1 基本概念 1
1.1.1 系统与环境 1
1.1.2 性质、状态、状态函数 3
1.1.3 过程与途径 4
1.1.4 热和功 4
1.1.5 反应进度 5
1.2 热力学**定律 焓 6
1.2.1 热力学**定律 6
1.2.2 化学反应的热效应 7
1.2.3 焓的特点及焓变的计算 11
1.3 热力学第二定律 熵 17
1.3.1 热力学第二定律 17
1.3.2 混乱度 熵 18
1.4 吉布斯函数及其应用 22
1.4.1 吉布斯函数 22
1.4.2 化学反应的摩尔吉布斯函数变的计算 24
1.4.3 吉布斯函数的应用 28
思考题 30
习题 31
第2章 化学反应速率与化学平衡 34
2.1 化学反应速率 34
2.1.1 化学反应速率的研究意义及表示方法 34
2.1.2 影响反应速率的因素 36
2.2 化学平衡 48
2.2.1 气体定律 48
2.2.2 平衡常数 51
2.2.3 化学平衡的热力学 54
2.2.4 影响化学平衡的因素 57
思考题 60
习题 60
第3章 溶液 63
3.1 稀溶液的通性 63
3.1.1 稀溶液的蒸气压下降 63
3.1.2 稀溶液的沸点升高和凝固点降低 65
3.1.3 稀溶液的渗透压 67
3.2 弱电解质的解离平衡 69
3.2.1 酸碱的概念和水溶液的酸碱性 69
3.2.2 一元及多元弱电解质的解离平衡 71
3.2.3 缓冲溶液 76
3.3 配离子与配位平衡 79
3.3.1 配合物的组成 79
3.3.2 配离子的解离平衡 81
3.4 难溶电解质的溶解平衡 84
3.4.1 溶度积 84
3.4.2 溶度积规则 86
3.4.3 沉淀的生成、溶解和转化 89
3.5 表面化学及胶体化学基础 92
3.5.1 表面吉布斯能和表面张力 92
3.5.2 润湿现象 96
3.5.3 吸附现象 97
3.5.4 表面活性剂 99
3.6 胶体 102
3.6.1 分散系的分类 103
3.6.2 溶胶的制备与净化 105
3.6.3 溶胶的性质 107
3.6.4 乳状液 118
思考題 120
习题 121
第4章 电化学原理及其应用 125
4.1 原电池与电极电势 125
4.1.1 原电池 125
4.1.2 电极电势 128
4.2 电化学原理的应用 143
4.2.1 电解 143
4.2.2 金属的腐蚀及其防止 148
思考题 153
习题 153
第5章 原子结构与周期系 155
5.1 原子核外电子运动状态的表征 155
5.1.1 原子轨道 155
5.1.2 概率密度和电子云 160
5.2 多电子原子核外电子的排布与周期系 163
5.2.1 多电子原子的核外电子排布 163
5.2.2 核外电子排布与周期表 167
5.3 元素性质的周期性递变与原子结构的关系 168
5.3.1 有效核电荷 169
5.3.2 有效核电荷在周期表中的递变与元素性质的递变关系 169
5.3.3 元素的电离能、电子亲和能和电负性 172
思考题 176
习题 176
第6章 分子结构与晶体结构 179
6.1 化学键与分子结构 179
6.1.1 化学键的基本类型 179
6.1.2 价键理论 180
6.1.3 杂化轨道理论和分子的空间构型 184
6.2 分子间相互作用力和氢键 188
6.2.1 极性分子和非极性分子 188
6.2.2 分子间力 189
6.2.3 氢键 191
6.3 晶体的类型与性质 195
6.3.1 晶体的基本类型 195
6.3.2 过渡型晶体 199
思考题 201
习题 202
第7章 单质与无机化合物 205
7.1 单质的物理性质和晶体类型 205
7.2 无机化合物的物理性质 210
7.2.1 离子极化理论 210
7.2.2 氯化物的物理性质和晶体结构 213
7.2.3 氧化物的物理性质和晶体结构 216
7.3 常见化合物的化学性质 218
7.3.1 氯化物的水解 218
7.3.2 氧化物及其水合物的酸碱性 223
7.3.3 含氧酸盐的热稳定性 227
7.3.4 硫化物的溶解性 232
思考题 234
习题 235
第8章 高分子材料与化学 237
8.1 高分子化合物概述 237
8.1.1 高分子化合物的基本概念 237
8.1.2 高分子化合物的命名 239
8.1.3 高分子化合物的分类 240
8.1.4 高分子化合物的合成 241
8.1.5 高分子化合物的结构与性能 245
8.2 高分子化合物的改性 256
8.3 高分子化合物的应用 260
思考题 268
习题 268
参考文献 269
附录 270
附录1 一些基本物理常数 270
附录2 标准热力学函数（p=100kPa，T＝298.15K） 270
附录3 一些共轭酸碱的解离常数 274
附录4 一些弱电解质在水中的解离常数 275
附录5 一些配离子的稳定常数K稳和不稳定常数K不 275
附录6 一些物质的溶度积常数Ksp（25℃） 276
附录7 标准电极电势φ（氧化态/还原态）（25℃） 277
在线试读：
第1章 化学热力学基础
自然界由形形色色的物质构成。无论是从事化学科学本身的研究工作，还是从事其他科学技术工作，人们总是要接触、使用和利用物质，尤其是要利用物质或材料的性质和功能。这就需要对物质本性及其变化规律进行系统、全面的认识。化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的学科。化学学科对物质的研究通常聚焦于化学反应。化学反应的研究及利用正是化学研究并获取物质信息的主要手段和有效途径。
化学反应进行时，通常伴随着能量的变化。能量概念在化学研究中占有重要的地位。研究自然界热能与其他形式的能量之间相互转化的规律，以及能量转化时对物质性质的影响的科学称为热力学。热力学是专门研究能量相互转变过程中所遵循的法则的一门科学。它可以研究各种能量之间的转换关系，能量效应以及在某一条件下变化是否能够自动发生，如果变化能够发生，又将发生到什么程度。因此，热力学的应用范围是极其广泛的，它可以应用于工程学、物理学、化学以及其他学科。
把热力学的基本原理用于研究化学现象以及和化学有关的物理现象的科学称为化学热力学。化学热力学的主要任务是研究和解决化学变化中能量转化和化学反应进行的方向、限度等问题。从内容上看，热力学有三大定律，而*主要、*基本的是热力学**定律。
本章将对热力学**定律做扼要介绍，并用以解决化学反应的能量转化和反应进行的方向性等问题。
1.1 基本概念
1.1.1 系统与环境
众所周知，自然科学的研究对象是非常复杂的自然界。为了研究问题的方便，在热力学中首先要确定研究对象的范围和界限。通常，把某一部分物体或空间人为地与自然界的其余部分划分开作为研究的重点。作为研究对象的这一部分物体或空间称为系统（又称体系），系统以外与其密切相关的其他部分，称为环境。例如，为了研究锌与盐酸的反应（图1.1），系统就是盛有锌粒的盐酸溶液，环境就是烧杯及外围的空气。
从图1.1可知，系统中产生的物质H2逸出，进入空气——环境；同时，系统中产生热量，环境吸热。系统和环境之间进行了物质和能量的交换。根据交换的情况不同，系统又可以分为以下三种类型：
(1) 敞开系统 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。图1.1中由锌粒和盐酸构成的系统就是敞开系统。
图1.1 系统与环境示意图
(2) 封闭系统 系统与环境之间只有能量交换，而没有物质交换。例如，图1.1中盛有锌粒和盐酸的烧杯上面，如果用密封盖密封，此时，该系统就成为封闭系统。系统与环境之间只有能量（热量）交换，而无物质交换。这种封闭系统是化学热力学研究中*常见的系统。如果没有特别说明，本书所分析和讨论的系统都是封闭系统。
(3) 孤立系统 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换。这类系统又称为隔离系统。例如，将上述用密封盖密封的烧杯再用绝热材料包裹起来，并假定该绝热层的绝热性极好，此时，该系统就成为孤立系统。显然，孤立系统是科学上的一种抽象系统，事实上，绝对的孤立系统是不存在的。但是，在有限的时间和空间的范围内，孤立系统在热力学中是一个不可缺少的重要概念。在热力学中，通常把与系统有关的环境部分和系统合并在一起视为孤立泵统。
此外，基于研究工作的需要，根据系统内所含的相的数目的多少，可将系统分为单相系统（又称均相系统）和多相系统。相是指系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分。相与相之间有界面隔开，超过此界面时，性质会发生突变。对于完全由气态物质形成的系统而言，无论是只有一种气态物质，还是由多种气态物质形成的气体混合物，均为单相系统，或称均相系统。对于完全由液态物质形成的系统而言，如果其组分是完全互溶的，则为单相系统（如液态乙醇与水形成的混合液）；如果不互溶，则可以是两相系统（如油和水形成的混合液），也可以是三相系统（如由汞、油和水所形成的混合液）等。两相及两相以上的系统均为多相系统。对于完全由固态物质形成的系统而言，除固溶体（固态溶液）外，有多少种纯物质，就有多少个相。
应当指出，相与物态（物质的聚集态，如气态、液态、固态等）的概念不同，相的定义要求其物质（或成分）的均匀度达到分子或离子大小的数量级。例如，由油和水所形成的混合物，虽然只有一种物态——液态，但是却包含油和水两个相。
1.1.2 性质、状态、状态函数
在热力学上，系统的性质是用那些由系统本身的组成、结构所决定并受环境所影响的众多物理量来表征的，如温度T、压力p、体积V、物质的量n等。每一个物理量代表系统的一种性质。
根据与系统内所含物质数量的关系，可以将系统的性质分为两类：
(1) 广度性质 又称容量性质，其数值与系统内物质的量有关，且具有加和性。例如，一瓶混合气体的质量就是瓶内所有气体质量的总和。所以，质量是系统的广度性质。此外，体积、热容以及将要介绍的热力学能、焓、熵等都是系统的广度性质。
(2) 强度性质 其数值与系统内物质的量无关，不具有加和性。例如，两杯298 K的水混合，水的温度仍是298 K，不是596 K。所以，温度是系统的强度性质。此外，压力、密度、黏度等都是系统的强度性质。
应当指出：
(1) 一般来说，两个广度性质之比就成为强度性质。例如，体积和物质的量都是广度性质，二者之比就是强度性质。
(2) 虽然系统的性质很多，但是，实际上系统的这些性质并不都是独立无关的，而是彼此间有一定关系存在的。例如，对于理想气体而言，在之间就有关系式存在，如果的数值确定，那么，温度T的数值也可碗定。因此，只要确定其中几个性质，其余的性质也就随之确定。
状态是由描述系统性质的物理量表征、规定的系统的既定存在态（或既定存在方式），它是系统的物理性质和化学性质的综合表现。如果系统中物质的化学成分、数量和聚集态均已知，并且系统的温度、压力、体积等都有确定值，就称这个系统处在一定的状态。例如，当讨论的对象是一定量的某种纯气体（理想气体）时，气体就是系统，温度、压力、体积等就是系统的性质，当它们都具有确定的数值时，该系统的状态也就确定了。如果改变这些性质中的任何一项，系统的状态就会改变。这种由一种状态变为另一种状态的变化称为状态变化。变化前的状态称为始态，变化后的状态称为终态。例如：
系统的性质与其状态之间存在一一对应的关系，即存在一定的函数关系。用于描述系统状态及其变化，反映系统性质的变量称为状态函数。常见的温度、压力、体积以及以后将要讨论的热力学能、焓、熵等都是状态函数。
状态函数有以下三个重要特征：
(1) 状态函数是系统状态的单值函数。也就是说，系统有定态，状态函数必有定值。
(2) 状态函数的增量（变化量）只与始、终态有关，而与变化的途径无关。例如，系统的温度就是系统的状态函数。一杯25℃（始态）的水，将其加热到55℃（终态），无论加热的方式如何，是一次性加热到55℃，还是先加热到60℃，再降温到55℃，其终态和始态的温度差（温度的增量）△T= T2-T1＝55℃-25℃＝30℃，总是定值。显然，压力、体积也是如此。
(3) 状态函数之间通常是有相互关系的。例如，对于理想气体而言，其p、V、T、n之间的关系为pV=nRT。
1.1.3 过程与途径
在热力学中，系统状态发生变化的经过称为热力学过程。过程经历的具体步骤称为途径。
完成一个过程，可以通过不同的途径。若在完成这个过程中，温度恒定，称为恒温过程；过程中系统的压力不变，并等于环境的压力，则称为恒压过程；系统的体积保持不变，则称为恒容过程；系统与环境之间没有热交换的过程，称为绝热过程。在热力学中，过程进行的每一步都可在相反的方向进行而不在环境中引起其他变化的过程称为可逆过程。也就是说，如果在过程进行中，系统处于无摩撩的理想状态，而且变化速率无限慢，时间无限长，变化无限小，以致在任何时刻系统都接近于平衡状态，则可将这样的过程视为可逆过程，如绝热可逆、恒温可逆、可逆相变等。显然，可逆过程是一种理想化的过程，是不可逆过程的界限。在热力学研究中，尤其是对于状态函数的理解和处理，可逆过程的概念十分重要。
1.1.4 热和功
系统的状态发生变化并导致系统的能量发生变化，这种能量的变化必然依赖于系统与环境之间的能量交换（传递）来实现。系统与环境之间的能量交换（传递）形式有两种：一种是热，另一种是功。
系统与环境之间由于温度差而交换的能量称为热。这是一种大量质点无序热运动所造成的能量自发地由高温物体向低温物体的传递。除热以外，系统与环境之间以其他形式交换的能量统称为功。功的种类很多，使气体发生膨胀或被压缩，做了体积功（又称膨胀功）；电池放电时，做了电功；将橡胶拉长，做了拉伸功。热力学中将功分为体积功和非体积功两类。习惯上，将非体积功称为有用功。
应当指出，热和功总是与系统所进行的具体过程相联系的，没有过程，就没有热和功。因此，热和功不是系统的性质，也不是系统的状态函数。
在热力学中，热用符号Q表示，系统吸热，为正值，Q>0；系统放热，为负值，Q<0。功用符号w表示，系统对环境做功，为负值，W<0；环境对系统做功，为正值，W>0。体积功。
1.1.5 反应进度
反应进度是一个衡量化学反应进行程度的物理量。
对于任一化学反应：用I表示其中的任何一种物质，并用表示其相应的化学计量数（简称计量系数），并且规定：反应物的计量系数v，取负值，产物的计量系数取正值，当该反应系统中的任一物质I的物质的量从始态（t=0时）的n1变到终态（t=t时）的n2时，则反应进度定义为
显然，反应进度表示反应物消耗的物质的量或产物生成的物质的量分别与其计量系数（取值有正、负号规定）的比值。
具体来说，如果用，分别表示上述反应系统中各物质A、B、G、D在t=0和t=t时的物质的量，那么，对于任一反应系统：
根据上述定义，有
于是，对于反应系统中任一物质I，则
如果反应进行的时间为dt(时间极短)，那么，反应系统中任一物质I的物质的量的变化量dn1也就极小，相应的反应进度为
从上述分析来看，引入反应进度这个物理量，就可以用任一反应物或生成物来表示该反应在任意时刻所进行的程度，而且其数值总是相等的。
当反应恰好按所给反应式的计量系数的数量进行了一个单元的化学反应时，即反应物A消耗了amol，B消耗了b mol，生成了g mol的产物G和dmol的产物D时，反应进度度就等于1 mol（反应进度的量纲为mol）。此时，我们就说已经进行了1mol的上述化学反应。由此可见，反应进度是以给定化学反应方程式为单元来表征反应进行程度的，当然，反应进度并非总是等于1mol，应该说，它是时间为t时反应进行的程度。
应当指出：
(1) 反应进度ζ的数值与选择化学反应方程式中的哪一种物质无关。
(2) 由于ζ与计量系数，有关，因此，反应进度ζ与化学反应方程式的写法有关。涉及反应进度时，必须同时给出既定的化学反应计量方程式。
1.2 热力学**定律 焓
1.2.1 热力学**定律
19世纪初，人们在长期的生产实践的基础上，发现并建立了能量守恒与转化定律。该定律指出：能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，而在转化和传递过程中能量的总值（数量）保持不变。这是包括机械运动和热运动在内的自然界的一个普遍规律。将能量守恒与转化定律应用于热力学中就成为热力学**定律。
任何物体都具有一定的能量。系统是由物质构成的，也就相应地具有一定的能量。化学热力学研究的是宏观静止系统，并不考虑系统整体运动的动能和系统在外力场（如电磁场、离心力场等）中的势能，只考虑系统的内部能量。系统内部能量的总和称为热力学能，用U表示。系统的热力学能包括系统内部分子的平动能、转动能、振动能、分子间势能、原子间键能、电子运动能以及核能等。由于物质内部的结构和运动形式的复杂性，人们还不知道系统热力学能的绝对数值。但是，系统在变化过程中吸收或放出了多少能量，也就是热力学能的变化量△U，却是可知的。
热力学能U既然是系统内部能量的总和，它也是系统自身的性质，如果系统的状态确定，热力学能就应该具有确定的数值。因此，热力学能U是系统的一个状态函数，其变化量（增量）△U只取决于系统的始态和终态，而与变化的具体途径无关。例如，系统从状态1变化到状态2，可以经过多种途径，但是，由于热力学能U是状态函数，所以其增量都是△U =U2-U1。
当系统的温度T、压力p、体积V或者化学组成发生变化时，系统的热力学能
定价：39.0
ISBN：9787030272379
作者：王延安//梅冬//原健安
版次：1
出版时间：2010-05
内容提要：
本书根据***《高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划》和工科普通化学课程教学指导小组讨论通过的《非化工类专业普通化学教学内容基本框架》的要求编写而成。
全书共8章，内容包括化学热力学、化学动力学、化学平衡、溶液化学、电化学、结构化学，以及元素与化合物化学等。这些教学内容既包含了化学学科的基本理论和基础知识，也考虑了工程专业的实际需要。在保持知识传授的严谨性、科学性、系统性的同时，注重学生的科学思维模式和思维方法的培养，以及创新意识和创新能力的构筑与形成。
目录：
目录
前言
第1章 化学热力学基础 1
1.1 基本概念 1
1.1.1 系统与环境 1
1.1.2 性质、状态、状态函数 3
1.1.3 过程与途径 4
1.1.4 热和功 4
1.1.5 反应进度 5
1.2 热力学**定律 焓 6
1.2.1 热力学**定律 6
1.2.2 化学反应的热效应 7
1.2.3 焓的特点及焓变的计算 11
1.3 热力学第二定律 熵 17
1.3.1 热力学第二定律 17
1.3.2 混乱度 熵 18
1.4 吉布斯函数及其应用 22
1.4.1 吉布斯函数 22
1.4.2 化学反应的摩尔吉布斯函数变的计算 24
1.4.3 吉布斯函数的应用 28
思考题 30
习题 31
第2章 化学反应速率与化学平衡 34
2.1 化学反应速率 34
2.1.1 化学反应速率的研究意义及表示方法 34
2.1.2 影响反应速率的因素 36
2.2 化学平衡 48
2.2.1 气体定律 48
2.2.2 平衡常数 51
2.2.3 化学平衡的热力学 54
2.2.4 影响化学平衡的因素 57
思考题 60
习题 60
第3章 溶液 63
3.1 稀溶液的通性 63
3.1.1 稀溶液的蒸气压下降 63
3.1.2 稀溶液的沸点升高和凝固点降低 65
3.1.3 稀溶液的渗透压 67
3.2 弱电解质的解离平衡 69
3.2.1 酸碱的概念和水溶液的酸碱性 69
3.2.2 一元及多元弱电解质的解离平衡 71
3.2.3 缓冲溶液 76
3.3 配离子与配位平衡 79
3.3.1 配合物的组成 79
3.3.2 配离子的解离平衡 81
3.4 难溶电解质的溶解平衡 84
3.4.1 溶度积 84
3.4.2 溶度积规则 86
3.4.3 沉淀的生成、溶解和转化 89
3.5 表面化学及胶体化学基础 92
3.5.1 表面吉布斯能和表面张力 92
3.5.2 润湿现象 96
3.5.3 吸附现象 97
3.5.4 表面活性剂 99
3.6 胶体 102
3.6.1 分散系的分类 103
3.6.2 溶胶的制备与净化 105
3.6.3 溶胶的性质 107
3.6.4 乳状液 118
思考題 120
习题 121
第4章 电化学原理及其应用 125
4.1 原电池与电极电势 125
4.1.1 原电池 125
4.1.2 电极电势 128
4.2 电化学原理的应用 143
4.2.1 电解 143
4.2.2 金属的腐蚀及其防止 148
思考题 153
习题 153
第5章 原子结构与周期系 155
5.1 原子核外电子运动状态的表征 155
5.1.1 原子轨道 155
5.1.2 概率密度和电子云 160
5.2 多电子原子核外电子的排布与周期系 163
5.2.1 多电子原子的核外电子排布 163
5.2.2 核外电子排布与周期表 167
5.3 元素性质的周期性递变与原子结构的关系 168
5.3.1 有效核电荷 169
5.3.2 有效核电荷在周期表中的递变与元素性质的递变关系 169
5.3.3 元素的电离能、电子亲和能和电负性 172
思考题 176
习题 176
第6章 分子结构与晶体结构 179
6.1 化学键与分子结构 179
6.1.1 化学键的基本类型 179
6.1.2 价键理论 180
6.1.3 杂化轨道理论和分子的空间构型 184
6.2 分子间相互作用力和氢键 188
6.2.1 极性分子和非极性分子 188
6.2.2 分子间力 189
6.2.3 氢键 191
6.3 晶体的类型与性质 195
6.3.1 晶体的基本类型 195
6.3.2 过渡型晶体 199
思考题 201
习题 202
第7章 单质与无机化合物 205
7.1 单质的物理性质和晶体类型 205
7.2 无机化合物的物理性质 210
7.2.1 离子极化理论 210
7.2.2 氯化物的物理性质和晶体结构 213
7.2.3 氧化物的物理性质和晶体结构 216
7.3 常见化合物的化学性质 218
7.3.1 氯化物的水解 218
7.3.2 氧化物及其水合物的酸碱性 223
7.3.3 含氧酸盐的热稳定性 227
7.3.4 硫化物的溶解性 232
思考题 234
习题 235
第8章 高分子材料与化学 237
8.1 高分子化合物概述 237
8.1.1 高分子化合物的基本概念 237
8.1.2 高分子化合物的命名 239
8.1.3 高分子化合物的分类 240
8.1.4 高分子化合物的合成 241
8.1.5 高分子化合物的结构与性能 245
8.2 高分子化合物的改性 256
8.3 高分子化合物的应用 260
思考题 268
习题 268
参考文献 269
附录 270
附录1 一些基本物理常数 270
附录2 标准热力学函数（p=100kPa，T＝298.15K） 270
附录3 一些共轭酸碱的解离常数 274
附录4 一些弱电解质在水中的解离常数 275
附录5 一些配离子的稳定常数K稳和不稳定常数K不 275
附录6 一些物质的溶度积常数Ksp（25℃） 276
附录7 标准电极电势φ（氧化态/还原态）（25℃） 277
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第1章 化学热力学基础
自然界由形形色色的物质构成。无论是从事化学科学本身的研究工作，还是从事其他科学技术工作，人们总是要接触、使用和利用物质，尤其是要利用物质或材料的性质和功能。这就需要对物质本性及其变化规律进行系统、全面的认识。化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的学科。化学学科对物质的研究通常聚焦于化学反应。化学反应的研究及利用正是化学研究并获取物质信息的主要手段和有效途径。
化学反应进行时，通常伴随着能量的变化。能量概念在化学研究中占有重要的地位。研究自然界热能与其他形式的能量之间相互转化的规律，以及能量转化时对物质性质的影响的科学称为热力学。热力学是专门研究能量相互转变过程中所遵循的法则的一门科学。它可以研究各种能量之间的转换关系，能量效应以及在某一条件下变化是否能够自动发生，如果变化能够发生，又将发生到什么程度。因此，热力学的应用范围是极其广泛的，它可以应用于工程学、物理学、化学以及其他学科。
把热力学的基本原理用于研究化学现象以及和化学有关的物理现象的科学称为化学热力学。化学热力学的主要任务是研究和解决化学变化中能量转化和化学反应进行的方向、限度等问题。从内容上看，热力学有三大定律，而*主要、*基本的是热力学**定律。
本章将对热力学**定律做扼要介绍，并用以解决化学反应的能量转化和反应进行的方向性等问题。
1.1 基本概念
1.1.1 系统与环境
众所周知，自然科学的研究对象是非常复杂的自然界。为了研究问题的方便，在热力学中首先要确定研究对象的范围和界限。通常，把某一部分物体或空间人为地与自然界的其余部分划分开作为研究的重点。作为研究对象的这一部分物体或空间称为系统（又称体系），系统以外与其密切相关的其他部分，称为环境。例如，为了研究锌与盐酸的反应（图1.1），系统就是盛有锌粒的盐酸溶液，环境就是烧杯及外围的空气。
从图1.1可知，系统中产生的物质H2逸出，进入空气——环境；同时，系统中产生热量，环境吸热。系统和环境之间进行了物质和能量的交换。根据交换的情况不同，系统又可以分为以下三种类型：
(1) 敞开系统 系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换。图1.1中由锌粒和盐酸构成的系统就是敞开系统。
图1.1 系统与环境示意图
(2) 封闭系统 系统与环境之间只有能量交换，而没有物质交换。例如，图1.1中盛有锌粒和盐酸的烧杯上面，如果用密封盖密封，此时，该系统就成为封闭系统。系统与环境之间只有能量（热量）交换，而无物质交换。这种封闭系统是化学热力学研究中*常见的系统。如果没有特别说明，本书所分析和讨论的系统都是封闭系统。
(3) 孤立系统 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换。这类系统又称为隔离系统。例如，将上述用密封盖密封的烧杯再用绝热材料包裹起来，并假定该绝热层的绝热性极好，此时，该系统就成为孤立系统。显然，孤立系统是科学上的一种抽象系统，事实上，绝对的孤立系统是不存在的。但是，在有限的时间和空间的范围内，孤立系统在热力学中是一个不可缺少的重要概念。在热力学中，通常把与系统有关的环境部分和系统合并在一起视为孤立泵统。
此外，基于研究工作的需要，根据系统内所含的相的数目的多少，可将系统分为单相系统（又称均相系统）和多相系统。相是指系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分。相与相之间有界面隔开，超过此界面时，性质会发生突变。对于完全由气态物质形成的系统而言，无论是只有一种气态物质，还是由多种气态物质形成的气体混合物，均为单相系统，或称均相系统。对于完全由液态物质形成的系统而言，如果其组分是完全互溶的，则为单相系统（如液态乙醇与水形成的混合液）；如果不互溶，则可以是两相系统（如油和水形成的混合液），也可以是三相系统（如由汞、油和水所形成的混合液）等。两相及两相以上的系统均为多相系统。对于完全由固态物质形成的系统而言，除固溶体（固态溶液）外，有多少种纯物质，就有多少个相。
应当指出，相与物态（物质的聚集态，如气态、液态、固态等）的概念不同，相的定义要求其物质（或成分）的均匀度达到分子或离子大小的数量级。例如，由油和水所形成的混合物，虽然只有一种物态——液态，但是却包含油和水两个相。
1.1.2 性质、状态、状态函数
在热力学上，系统的性质是用那些由系统本身的组成、结构所决定并受环境所影响的众多物理量来表征的，如温度T、压力p、体积V、物质的量n等。每一个物理量代表系统的一种性质。
根据与系统内所含物质数量的关系，可以将系统的性质分为两类：
(1) 广度性质 又称容量性质，其数值与系统内物质的量有关，且具有加和性。例如，一瓶混合气体的质量就是瓶内所有气体质量的总和。所以，质量是系统的广度性质。此外，体积、热容以及将要介绍的热力学能、焓、熵等都是系统的广度性质。
(2) 强度性质 其数值与系统内物质的量无关，不具有加和性。例如，两杯298 K的水混合，水的温度仍是298 K，不是596 K。所以，温度是系统的强度性质。此外，压力、密度、黏度等都是系统的强度性质。
应当指出：
(1) 一般来说，两个广度性质之比就成为强度性质。例如，体积和物质的量都是广度性质，二者之比就是强度性质。
(2) 虽然系统的性质很多，但是，实际上系统的这些性质并不都是独立无关的，而是彼此间有一定关系存在的。例如，对于理想气体而言，在之间就有关系式存在，如果的数值确定，那么，温度T的数值也可碗定。因此，只要确定其中几个性质，其余的性质也就随之确定。
状态是由描述系统性质的物理量表征、规定的系统的既定存在态（或既定存在方式），它是系统的物理性质和化学性质的综合表现。如果系统中物质的化学成分、数量和聚集态均已知，并且系统的温度、压力、体积等都有确定值，就称这个系统处在一定的状态。例如，当讨论的对象是一定量的某种纯气体（理想气体）时，气体就是系统，温度、压力、体积等就是系统的性质，当它们都具有确定的数值时，该系统的状态也就确定了。如果改变这些性质中的任何一项，系统的状态就会改变。这种由一种状态变为另一种状态的变化称为状态变化。变化前的状态称为始态，变化后的状态称为终态。例如：
系统的性质与其状态之间存在一一对应的关系，即存在一定的函数关系。用于描述系统状态及其变化，反映系统性质的变量称为状态函数。常见的温度、压力、体积以及以后将要讨论的热力学能、焓、熵等都是状态函数。
状态函数有以下三个重要特征：
(1) 状态函数是系统状态的单值函数。也就是说，系统有定态，状态函数必有定值。
(2) 状态函数的增量（变化量）只与始、终态有关，而与变化的途径无关。例如，系统的温度就是系统的状态函数。一杯25℃（始态）的水，将其加热到55℃（终态），无论加热的方式如何，是一次性加热到55℃，还是先加热到60℃，再降温到55℃，其终态和始态的温度差（温度的增量）△T= T2-T1＝55℃-25℃＝30℃，总是定值。显然，压力、体积也是如此。
(3) 状态函数之间通常是有相互关系的。例如，对于理想气体而言，其p、V、T、n之间的关系为pV=nRT。
1.1.3 过程与途径
在热力学中，系统状态发生变化的经过称为热力学过程。过程经历的具体步骤称为途径。
完成一个过程，可以通过不同的途径。若在完成这个过程中，温度恒定，称为恒温过程；过程中系统的压力不变，并等于环境的压力，则称为恒压过程；系统的体积保持不变，则称为恒容过程；系统与环境之间没有热交换的过程，称为绝热过程。在热力学中，过程进行的每一步都可在相反的方向进行而不在环境中引起其他变化的过程称为可逆过程。也就是说，如果在过程进行中，系统处于无摩撩的理想状态，而且变化速率无限慢，时间无限长，变化无限小，以致在任何时刻系统都接近于平衡状态，则可将这样的过程视为可逆过程，如绝热可逆、恒温可逆、可逆相变等。显然，可逆过程是一种理想化的过程，是不可逆过程的界限。在热力学研究中，尤其是对于状态函数的理解和处理，可逆过程的概念十分重要。
1.1.4 热和功
系统的状态发生变化并导致系统的能量发生变化，这种能量的变化必然依赖于系统与环境之间的能量交换（传递）来实现。系统与环境之间的能量交换（传递）形式有两种：一种是热，另一种是功。
系统与环境之间由于温度差而交换的能量称为热。这是一种大量质点无序热运动所造成的能量自发地由高温物体向低温物体的传递。除热以外，系统与环境之间以其他形式交换的能量统称为功。功的种类很多，使气体发生膨胀或被压缩，做了体积功（又称膨胀功）；电池放电时，做了电功；将橡胶拉长，做了拉伸功。热力学中将功分为体积功和非体积功两类。习惯上，将非体积功称为有用功。
应当指出，热和功总是与系统所进行的具体过程相联系的，没有过程，就没有热和功。因此，热和功不是系统的性质，也不是系统的状态函数。
在热力学中，热用符号Q表示，系统吸热，为正值，Q>0；系统放热，为负值，Q<0。功用符号w表示，系统对环境做功，为负值，W<0；环境对系统做功，为正值，W>0。体积功。
1.1.5 反应进度
反应进度是一个衡量化学反应进行程度的物理量。
对于任一化学反应：用I表示其中的任何一种物质，并用表示其相应的化学计量数（简称计量系数），并且规定：反应物的计量系数v，取负值，产物的计量系数取正值，当该反应系统中的任一物质I的物质的量从始态（t=0时）的n1变到终态（t=t时）的n2时，则反应进度定义为
显然，反应进度表示反应物消耗的物质的量或产物生成的物质的量分别与其计量系数（取值有正、负号规定）的比值。
具体来说，如果用，分别表示上述反应系统中各物质A、B、G、D在t=0和t=t时的物质的量，那么，对于任一反应系统：
根据上述定义，有
于是，对于反应系统中任一物质I，则
如果反应进行的时间为dt(时间极短)，那么，反应系统中任一物质I的物质的量的变化量dn1也就极小，相应的反应进度为
从上述分析来看，引入反应进度这个物理量，就可以用任一反应物或生成物来表示该反应在任意时刻所进行的程度，而且其数值总是相等的。
当反应恰好按所给反应式的计量系数的数量进行了一个单元的化学反应时，即反应物A消耗了amol，B消耗了b mol，生成了g mol的产物G和dmol的产物D时，反应进度度就等于1 mol（反应进度的量纲为mol）。此时，我们就说已经进行了1mol的上述化学反应。由此可见，反应进度是以给定化学反应方程式为单元来表征反应进行程度的，当然，反应进度并非总是等于1mol，应该说，它是时间为t时反应进行的程度。
应当指出：
(1) 反应进度ζ的数值与选择化学反应方程式中的哪一种物质无关。
(2) 由于ζ与计量系数，有关，因此，反应进度ζ与化学反应方程式的写法有关。涉及反应进度时，必须同时给出既定的化学反应计量方程式。
1.2 热力学**定律 焓
1.2.1 热力学**定律
19世纪初，人们在长期的生产实践的基础上，发现并建立了能量守恒与转化定律。该定律指出：能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，而在转化和传递过程中能量的总值（数量）保持不变。这是包括机械运动和热运动在内的自然界的一个普遍规律。将能量守恒与转化定律应用于热力学中就成为热力学**定律。
任何物体都具有一定的能量。系统是由物质构成的，也就相应地具有一定的能量。化学热力学研究的是宏观静止系统，并不考虑系统整体运动的动能和系统在外力场（如电磁场、离心力场等）中的势能，只考虑系统的内部能量。系统内部能量的总和称为热力学能，用U表示。系统的热力学能包括系统内部分子的平动能、转动能、振动能、分子间势能、原子间键能、电子运动能以及核能等。由于物质内部的结构和运动形式的复杂性，人们还不知道系统热力学能的绝对数值。但是，系统在变化过程中吸收或放出了多少能量，也就是热力学能的变化量△U，却是可知的。
热力学能U既然是系统内部能量的总和，它也是系统自身的性质，如果系统的状态确定，热力学能就应该具有确定的数值。因此，热力学能U是系统的一个状态函数，其变化量（增量）△U只取决于系统的始态和终态，而与变化的具体途径无关。例如，系统从状态1变化到状态2，可以经过多种途径，但是，由于热力学能U是状态函数，所以其增量都是△U =U2-U1。
当系统的温度T、压力p、体积V或者化学组成发生变化时，系统的热力学能