新大學(xué)化學(xué)

內(nèi)容概要

《新大學(xué)化學(xué)（第三版）》是普通高等學(xué)校非化學(xué)化工、非冶金類專業(yè)公共課的化學(xué)基礎(chǔ)課教材。
《新大學(xué)化學(xué)（第三版）》共12章，包括化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律，溶液與離子平衡，氧化還原反應(yīng)與電化學(xué)，物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，金屬元素與金屬材料，非金屬元素與無機(jī)非金屬材料，有機(jī)高分子化合物及高分子材料，化學(xué)與能源，化學(xué)與環(huán)境保護(hù)，化學(xué)與生命，化學(xué)與生活，化學(xué)與國防。前4章屬于化學(xué)原理部分，是《新大學(xué)化學(xué)（第三版）》的基礎(chǔ)；后8章是在科學(xué)技術(shù)和社會生活中既重大又貼近我們的屬于現(xiàn)代社會文明的幾個獨(dú)立的專題。
在保證教學(xué)內(nèi)容科學(xué)性、準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，《新大學(xué)化學(xué)（第三版）》向讀者提供了化學(xué)學(xué)科的最新科技信息和20世紀(jì)末、21世紀(jì)初的主要成果。通過“科苑導(dǎo)讀”、“網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航”這兩個全新欄目和互動性設(shè)置為學(xué)習(xí)者開辟了更新的視野，提供了更便捷的信息通道，并且使自學(xué)部分得到強(qiáng)化?！缎麓髮W(xué)化學(xué)（第三版）》幫助讀者通過Internet進(jìn)入更廣闊的｀知識海洋?！盎瘜W(xué)技術(shù)”欄目用最簡單的方式向讀者介紹了化學(xué)的分離、分析技術(shù)，了解化學(xué)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)科學(xué)水平。
《新大學(xué)化學(xué)（第三版）》可以作為本科生的基礎(chǔ)課教材，也可供自學(xué)者、工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

曲保中、朱炳林、周偉紅

書籍目錄

第三版前言第二版前言第一版前言(節(jié)錄)第一章 化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律第一節(jié) 幾個基本概念一、系統(tǒng)和環(huán)境二、相第二節(jié) 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量守恒和能量守恒一、化學(xué)反應(yīng)質(zhì)量守恒定律二、熱力學(xué)第一定律三、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱四、化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)熱的計算第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向一、化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性二、吉布斯函數(shù)變與化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度——化學(xué)平衡一、化學(xué)平衡二、化學(xué)平衡的移動第五節(jié) 化學(xué)反應(yīng)速率一、化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法二、反應(yīng)速率理論和活化能三、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素科苑導(dǎo)讀:物質(zhì)的第四態(tài)、第五態(tài)和第六態(tài)科苑導(dǎo)讀:飛秒化學(xué)——欣賞化學(xué)變化的“慢動作”鏡頭網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:“網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航”開航前的話——初識重要網(wǎng)站網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:在網(wǎng)上查出所需的化學(xué)數(shù)據(jù)思考題與習(xí)題第二章 溶液與離子平衡第一節(jié) 溶液濃度的表示方法第二節(jié) 稀溶液的依數(shù)性一、溶液的蒸氣壓下降二、溶液的沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低三、溶液的滲透壓第三節(jié) 酸堿質(zhì)子理論一、酸、堿的定義二、酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)三、酸、堿的強(qiáng)度第四節(jié) 酸和堿的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡一、水的質(zhì)子自遞平衡二、一元弱酸的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡三、多元弱酸的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡四、同離子效應(yīng)五、緩沖溶液第五節(jié) 難溶電解質(zhì)的溶解平衡一、溶度積二、沉淀溶解平衡的移動第六節(jié) 配位平衡一、配位化合物的概念、組成和命名二、配位平衡三、配離子的穩(wěn)定常數(shù)四、配位平衡的移動五、配位化合物的應(yīng)用第七節(jié) 膠體一、膠體的特性二、膠體的穩(wěn)定性和聚沉三、膠體的保護(hù)科苑導(dǎo)讀:硫化氫:救命的毒氣!?科苑導(dǎo)讀:水能聽?水能看?水知道生命的答案?!網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:專業(yè)化學(xué)網(wǎng)站化學(xué)技術(shù):現(xiàn)代化學(xué)分離分析技術(shù)——色譜法思考題與習(xí)題第三章 氧化還原反應(yīng) 電化學(xué)第一節(jié) 氧化還原反應(yīng)一、氧化與還原二、氧化數(shù)第二節(jié) 原電池和電極電勢一、原電池二、電極電勢三、影響電極電勢的因素四、原電池電動勢與吉布斯函數(shù)變的關(guān)系五、電極電勢的應(yīng)用第三節(jié) 電解一、電解池二、分解電壓三、電解的產(chǎn)物第四節(jié) 金屬的腐蝕與防護(hù)一、化學(xué)腐蝕二、電化學(xué)腐蝕三、金屬腐蝕的防止科苑導(dǎo)讀:花絮——鋰電池科苑導(dǎo)讀:齲齒——發(fā)生在牙齒上的電化學(xué)腐蝕網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:如何檢索科技文章和論文思考題與習(xí)題第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與周期系一、核外電子運(yùn)動的特殊性二、原子軌道和電子云三、核外電子分布與周期系四、元素性質(zhì)的周期性第二節(jié) 化學(xué)鍵一、離子鍵二、共價鍵三、分子的空間構(gòu)型第三節(jié) 分子間力與氫鍵一、分子的極性和電偶極矩二、分子間力三、氫鍵四、分子間力和氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響第四節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體二、晶體的基本類型三、液晶四、晶體的缺陷五、非化學(xué)計量化合物六、單質(zhì)的晶體類型科苑導(dǎo)讀:反物質(zhì)——宇宙中還有一個“反地球”嗎?科苑導(dǎo)讀:給分子做個CT檢查!網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:周期表探趣化學(xué)技術(shù):基于原子中電子躍遷的技術(shù)——發(fā)射和吸收光譜分析思考題與習(xí)題第五章 金屬元素與金屬材料第一節(jié) 金屬元素概述一、金屬的物理性質(zhì)及分類二、金屬元素的化學(xué)性質(zhì)三、過渡金屬元素第二節(jié) 幾種重要的金屬元素及其重要化合物一、鈦及其重要化合物二、鉻及其重要化合物三、錳及其重要化合物四、稀土元素五、合金材料第三節(jié) 金屬材料的化學(xué)與電化學(xué)加工一、化學(xué)鍍二、化學(xué)蝕刻三、電鍍與電鑄四、化學(xué)拋光與電解拋光五、電解加工科苑導(dǎo)讀:抗菌不銹鋼科苑導(dǎo)讀:神奇的金屬玻璃網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:探訪研究材料的科研機(jī)構(gòu)思考題與習(xí)題第六章 非金屬元素與無機(jī)非金屬材料第一節(jié) 非金屬元素概述一、周期系中的非金屬元素二、非金屬元素單質(zhì)的物理性質(zhì)三、非金屬元素單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)第二節(jié) 非金屬元素的重要化合物一、鹵化物二、氧化物三、含氧酸及其鹽第三節(jié) 耐火、保溫與陶瓷材料一、耐火、保溫材料二、陶瓷材料第四節(jié) 新型無機(jī)非金屬材料一、半導(dǎo)體材料二、超導(dǎo)材料三、激光材料四、光導(dǎo)材料科苑導(dǎo)讀:“化害為利”還是“昭雪沉冤”?——硝酸鹽與NO研究的新發(fā)現(xiàn)科苑導(dǎo)讀:鹽可能是天然的抗抑郁劑?網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:通向?qū)＠谋丬嚨阑瘜W(xué)技術(shù):基于分子振動轉(zhuǎn)動的技術(shù)——紅外吸收光譜法思考題與習(xí)題第七章 有機(jī)高分子化合物及高分子材料第一節(jié) 高分子化合物的基本概念一、高分子化合物二、高分子化合物的制備三、高聚物的性能第二節(jié) 有機(jī)高分子材料一、塑料二、合成橡膠三、合成纖維四、功能高分子五、復(fù)合材料六、高分子材料的老化與防老化科苑導(dǎo)讀:納米立體微電池科苑導(dǎo)讀:第三代橡膠網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:進(jìn)入材料科學(xué)大世界思考題與習(xí)題第八章 化學(xué)與能源第一節(jié) 能源概述一、能量的形態(tài)與能量的轉(zhuǎn)換二、能源的概念與分類第二節(jié) 燃料能源一、燃料概述二、幾種常見的傳統(tǒng)燃料第三節(jié) 化學(xué)電源一、原電池二、蓄電池三、燃料電池第四節(jié) 新能源一、氫能二、核能三、太陽能四、生物質(zhì)能科苑導(dǎo)讀:糖取代石油?科苑導(dǎo)讀:可以發(fā)電的公路網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:能源發(fā)展的目標(biāo)化學(xué)技術(shù):基于元素質(zhì)荷比的分析技術(shù)——質(zhì)譜法思考題與習(xí)題第九章 化學(xué)與環(huán)境保護(hù)第一節(jié) 人類與環(huán)境一、環(huán)境二、人類與環(huán)境的關(guān)系第二節(jié) 環(huán)境污染一、大氣污染二、水污染三、土壤污染第三節(jié) 環(huán)境污染的防治一、大氣污染的防治二、水污染的防治三、土壤污染的防治第四節(jié) 廢棄物的綜合利用一、煙塵的綜合利用二、廢氣的綜合利用三、廢水的綜合利用四、垃圾的綜合利用五、廢渣的綜合利用科苑導(dǎo)讀:氣候變暖與低碳生活科苑導(dǎo)讀:臭氧是有益氣體還是健康殺手?網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:關(guān)心我們的環(huán)境思考題與習(xí)題第十章 化學(xué)與生命第一節(jié) 核酸、DNA與遺傳一、核酸二、DNA的結(jié)構(gòu)三、DNA的復(fù)制第二節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與合成一、蛋白質(zhì)的構(gòu)成二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的合成四、酶第三節(jié) 人類基因組計劃一、人類基因組計劃簡介二、人類基因組計劃的進(jìn)程三、人類基因組計劃的主要發(fā)現(xiàn)四、人類基因組計劃對人類的重要意義第四節(jié) 基因工程一、基因工程的應(yīng)用范圍二、DNA的重組技術(shù)——克隆三、轉(zhuǎn)基因作物與食品四、基因診斷與基因療法科苑導(dǎo)讀:DNA測序技術(shù)科苑導(dǎo)讀:合成生命——“合成生物學(xué)”科苑導(dǎo)讀:了解生命科學(xué)的最新進(jìn)展化學(xué)技術(shù):基于質(zhì)子自旋磁矩的技術(shù)——核磁共振波譜法思考題與習(xí)題第十一章 化學(xué)與生活第一節(jié) 膳食營養(yǎng)一、六大營養(yǎng)素二、膳食營養(yǎng)平衡三、食品添加劑第二節(jié) 安全用藥一、藥物的一般概念二、常用藥物舉例三、處方藥和非處方藥第三節(jié) 常用化學(xué)品一、表面活性劑二、洗滌劑三、牙膏第四節(jié) 常用油品一、車用汽油的使用性能二、車用柴油的使用性能三、潤滑油(脂)科苑導(dǎo)讀:小心身邊的“反營養(yǎng)物質(zhì)”科苑導(dǎo)讀:開啟血腦屏障的藥物載體網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:五彩繽紛的化學(xué)網(wǎng)站思考題與習(xí)題第十二章 化學(xué)與國防第一節(jié) 火藥和“軍事四彈”一、火藥與炸藥二、“軍事四彈”第二節(jié) 化學(xué)武器一、化學(xué)武器及其危害二、化學(xué)武器的特點(diǎn)三、化學(xué)武器的防護(hù)四、禁止化學(xué)武器公約第三節(jié) 核武器一、核武器的主要?dú)蛩囟?、原子彈三、氫彈四、中子彈第四?jié) 現(xiàn)代武器裝備與化學(xué)一、高能炸藥二、反裝備武器三、軍用新材料科苑導(dǎo)讀:未來的軍服網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航:國防高科技與化學(xué)思考題與習(xí)題部分習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)附錄附錄一 100.000kPa時一些物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)附錄二 一些弱電解質(zhì)的解離常數(shù)附錄三 配離子的穩(wěn)定常數(shù)附錄四 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢附錄五 一些物質(zhì)的溶度積附錄六 常用符號表

章節(jié)摘錄

第一章  化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律（BasicPrinciplesofChemicalReactions）研究化學(xué)反應(yīng)（化學(xué)變化）主要是要研究反應(yīng)過程中物質(zhì)性質(zhì)的改變、物質(zhì)間量的變化、能量的交換和傳遞等方面的問題。在生活和生產(chǎn)實(shí)踐中，人們更關(guān)心物質(zhì)發(fā)生變化的可能性和現(xiàn)實(shí)性。事實(shí)上，雖然化學(xué)變化紛繁復(fù)雜，但是其基本規(guī)律是十分簡單而清晰的。掌握這些最基本的規(guī)律，許多化學(xué)反應(yīng)都是可以認(rèn)識、利用，甚至是可以控制和設(shè)計的。本章介紹了幾個基本規(guī)律，包括反應(yīng)的質(zhì)量和能量守恒、反應(yīng)的方向、限度和速率。這些基本規(guī)律在一些重要反應(yīng)（如離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、有機(jī)高分子反應(yīng)等）中的應(yīng)用，將在后面的章節(jié)中陸續(xù)介紹。第一節(jié)  幾個基本概念（SomeFundamentalConcepts）為了便于討論，先介紹幾個基本概念。一、系統(tǒng)和環(huán)境化學(xué)是研究物質(zhì)變化的科學(xué)。物質(zhì)世界是無限的，物質(zhì)之間又是相互聯(lián)系的。為了研究的方便，我們把作為研究對象的那一部分物質(zhì)稱為系統(tǒng)（system）。例如，研究燒杯中鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，燒杯中的鹽酸和氫氧化鈉溶液以及反應(yīng)產(chǎn)物就可作為一個系統(tǒng)。人們把系統(tǒng)之外與系統(tǒng)有密切聯(lián)系的其他物質(zhì)稱為環(huán)境（surroundings）。系統(tǒng)和環(huán)境之間常進(jìn)行著物質(zhì)或能量的交換，按交換的情況不同，熱力學(xué)系統(tǒng)可分為三類：敞開系統(tǒng)  系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質(zhì)的交換，又有能量的交換；封閉系統(tǒng)  系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有物質(zhì)的交換，只有能量的交換；孤立系統(tǒng)  系統(tǒng)與環(huán)境之間既沒有物質(zhì)的交換，也沒有能量的交換。例如，把一個盛有一定量熱水的廣口瓶選作系統(tǒng)，則此系統(tǒng)為敞開系統(tǒng)。因?yàn)檫@時在瓶內(nèi)外除有熱量交換外，還不斷產(chǎn)生水的蒸發(fā)和氣體的溶解。如果在廣口瓶上加上一個塞子，此系統(tǒng)就成為封閉系統(tǒng)，因?yàn)檫@時系統(tǒng)與環(huán)境只有能量的交換。如果再把廣口瓶改為保溫瓶，則此系統(tǒng)就接近是孤立系統(tǒng)了。當(dāng)然，絕對的孤立系統(tǒng)是不存在的。二、相系統(tǒng)中的任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的部分稱為相（phase）。相與相之間有明確的界面，常以此為特征來區(qū)分不同的相。對于相這個概念，要分清以下幾種情況：（1）一個相不一定是一種物質(zhì)。例如，氣體混合物是由幾種物質(zhì)混合成的，各成分都是以分子狀態(tài)均勻分布的，沒有界面存在。這樣的系統(tǒng)只有一個相，稱均勻系統(tǒng)或單相系統(tǒng)（homogenoussystem）。溶液和氣體混合物都是單相系統(tǒng)。（2）要注意“相”和“態(tài)”的區(qū)別。聚集狀態(tài)相同的物質(zhì)在一起，并不一定是單相系統(tǒng)。例如，一個油水分層的系統(tǒng)，雖然都是液態(tài)，但含有兩個相（油相和水相），油-水界面是很清楚的。又如，鐵粉和石墨粉混合在一起的固態(tài)混合物，即使肉眼看來很均勻，但在顯微鏡下還是可以觀察到相的界面，這樣的系統(tǒng)就有兩個相。含有兩個相或多于兩個相的系統(tǒng)稱不均勻系統(tǒng)或多相系統(tǒng)（heterogeneoussystem）。（3）同一種物質(zhì)可因聚集狀態(tài)不同而形成多相系統(tǒng)。例如，水和水面上的水蒸氣就是兩個相。如果系統(tǒng)中還有冰存在，就構(gòu)成了三相系統(tǒng)。第二節(jié)  化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量守恒和能量守恒（LawofConservationofMatterandEnergyinChemicalReactions）通過化學(xué)反應(yīng)可以獲得不同性質(zhì)的產(chǎn)物并提供能量?；瘜W(xué)反應(yīng)中新物質(zhì)的生成總是伴隨著能量的變化。本節(jié)只討論化學(xué)反應(yīng)中所遵循的兩個基本定律，即質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，這對于科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐具有重要指導(dǎo)意義。一、化學(xué)反應(yīng)質(zhì)量守恒定律1748年，羅蒙諾索夫（M．B．Ломоносов，俄）首先提出了物質(zhì)的質(zhì)量守恒定律（lawofconservationofmatter）：“參加反應(yīng)的全部物質(zhì)的質(zhì)量等于全部反應(yīng)生成物的質(zhì)量。”這就是說，在化學(xué)變化中，物質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生了改變，但其總質(zhì)量不會改變。他的結(jié)論后來被拉瓦錫（A．L．Lavoisier，法）通過一系列實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。這個定律也可表述為物質(zhì)不滅定律：“在化學(xué)反應(yīng)中，質(zhì)量既不能創(chuàng)造，也不能毀滅，只能由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。”以合成氨的反應(yīng)為例：N2+3H22NH3此反應(yīng)方程式表述了反應(yīng)物與生成物之間的原子數(shù)目和質(zhì)量的平衡關(guān)系，稱為化學(xué)反應(yīng)計量方程式（stoichiometricequation）。它是質(zhì)量守恒定律在化學(xué)變化中的具體體現(xiàn)。在化學(xué)計量方程式中，各物質(zhì)的化學(xué)式前的系數(shù)稱為化學(xué)計量數(shù)（stoichiometricnumber），用符號νB表示，是量綱為1的量。根據(jù)反應(yīng)式所描述的變化，將反應(yīng)物（如N2、H2）的計量數(shù)定為負(fù)值，而生成物（如NH3）的計量數(shù)定為正值。若以B表示物質(zhì)（反應(yīng)物或生成物），則化學(xué)計量方程式即可表示為如下的通式：0＝∑BνBB（1-1）按式（1-1），合成氨的反應(yīng)可寫為0＝（+2）NH3+（-1）N2+（-3）H2即0＝2NH3-N2-3H2通常的寫法是N2+3H22NH3二、熱力學(xué)第一定律人們經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明：在任何過程中，能量既不能創(chuàng)造，也不能消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。在轉(zhuǎn)化過程中，能量的總值不變。這個規(guī)律稱為熱力學(xué)第一定律（firstlawofthermodynamics），也稱為能量守恒定律（lawofenergyconservation）。要理解熱力學(xué)第一定律，必須先掌握狀態(tài)、狀態(tài)函數(shù)和熱力學(xué)能的概念以及系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行能量交換的兩種形式――熱和功。1.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)要研究系統(tǒng)的能量變化，就要確定它的狀態(tài)。系統(tǒng)的狀態(tài)是由它的性質(zhì)確定的。例如，要描述一系統(tǒng)中二氧化碳?xì)怏w的狀態(tài)，通?？捎媒o定的壓力p、體積V、溫度T和物質(zhì)的量n來描述。這些性質(zhì)都有確定值時，二氧化碳?xì)怏w的“狀態(tài)”就確定了。所謂系統(tǒng)的狀態(tài)（state），就是指用來描述這個系統(tǒng)的性質(zhì)（如壓力、體積、溫度、物質(zhì)的量等）的綜合?？梢姡到y(tǒng)的性質(zhì)確定，其狀態(tài)也就確定了。反過來，系統(tǒng)的狀態(tài)確定，其性質(zhì)也就有確定的量值。如果系統(tǒng)中某一個或幾個性質(zhì)發(fā)生了變化，系統(tǒng)的狀態(tài)也就隨之發(fā)生變化。當(dāng)然，如果一個系統(tǒng)前后處于兩種狀態(tài)，則其性質(zhì)必有所不同。這些用于確定系統(tǒng)狀態(tài)性質(zhì)的物理量，如壓力、體積、溫度、物質(zhì)的量等都稱為狀態(tài)函數(shù)（statefunction）。系統(tǒng)的各個狀態(tài)函數(shù)之間是互相制約的。例如，對于理想氣體來說，如果知道了它的壓力、體積、溫度、物質(zhì)的量這四個狀態(tài)函數(shù)中的任意三個，就能用理想氣體狀態(tài)方程式（pV＝nRT）確定第四個狀態(tài)函數(shù)。狀態(tài)函數(shù)有兩個主要性質(zhì)：（1）系統(tǒng)的狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)就具有確定值。（2）當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，狀態(tài)函數(shù)的改變量只取決于系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的途徑無關(guān)?，F(xiàn)以水的狀態(tài)變化為例。它由始態(tài)（298K，0.1MPa）變成終態(tài)（308K，0.1MPa），可以有兩種不同的途徑，如圖1-1所示。然而，不管是直接加熱一步達(dá)到終態(tài)，還是經(jīng)過冷卻先到中間態(tài)（283K，0.1MPa），然后再加熱，經(jīng)兩步達(dá)到終態(tài)，只要始態(tài)和終態(tài)一定，則其狀態(tài)函數(shù)（如溫度T）的改變量（ΔT）就是定值，即ΔT1＝T2?T1＝308K?298K＝10KΔT2＝（T2?T′）+（T′?T1）＝（308?283）K+（283?298）K＝10K圖1-1  水的狀態(tài)變化掌握狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)和特點(diǎn)，對于學(xué)習(xí)化學(xué)熱力學(xué)是很重要的。因?yàn)?，狀態(tài)函數(shù)的特性是熱力學(xué)研究問題的重要基礎(chǔ)，也是進(jìn)行熱力學(xué)計算的依據(jù)。2.熱力學(xué)能（thermodynamicenergy）是系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和，用符號U表示。系統(tǒng)的熱力學(xué)能包括系統(tǒng)內(nèi)部各種物質(zhì)的分子平動能、分子轉(zhuǎn)動能、分子振動能、電子運(yùn)動能、核能等（不包括系統(tǒng)整體運(yùn)動時的動能和系統(tǒng)整體處于外力場中具有的勢能）。在一定條件下，系統(tǒng)的熱力學(xué)能與系統(tǒng)中物質(zhì)的量成正比，即熱力學(xué)能具有加和性。熱力學(xué)能是一個狀態(tài)函數(shù)，系統(tǒng)處于一定狀態(tài)時，熱力學(xué)能具有一定的值。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時，其熱力學(xué)能也就必然發(fā)生改變。此時，熱力學(xué)能的改變量只取決于系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)，而與其變化的途徑無關(guān)。由于系統(tǒng)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動及相互作用很復(fù)雜，所以無法知道一個系統(tǒng)熱力學(xué)能的絕對數(shù)值。但系統(tǒng)狀態(tài)變化時，熱力學(xué)能的改變量（ΔU）可以從過程中系統(tǒng)和環(huán)境所交換的熱和功的數(shù)值來確定。在化學(xué)變化中，只要知道熱力學(xué)能的改變量就可以了，無需追究它的絕對數(shù)值。3.熱和功系統(tǒng)處于一定狀態(tài)時，具有一定的熱力學(xué)能。在狀態(tài)變化過程中，系統(tǒng)與環(huán)境之間可能發(fā)生能量的交換，使系統(tǒng)和環(huán)境的熱力學(xué)能發(fā)生改變。這種能量的交換通常有熱和功兩種形式。熱（heat）  當(dāng)兩個溫度不同的物體相互接觸時，高溫物體溫度下降，低溫物體溫度上升。在兩者之間發(fā)生了能量的交換，最后達(dá)到溫度一致。這種由于溫度不同而在系統(tǒng)與環(huán)境之間傳遞的能量就稱為熱。在許多過程中都能看到熱的吸收或放出：熱的水蒸氣冷凝時會放出相變潛熱，化學(xué)反應(yīng)過程中也常伴有熱的交換。熱用符號Q來表示。一般規(guī)定，系統(tǒng)吸收熱，Q為正值；系統(tǒng)放出熱，Q為負(fù)值。功（work）  是系統(tǒng)與環(huán)境交換能量的另一種形式。當(dāng)一個物體受到力F的作用，沿著F的方向移動了Δl的距離，該力對物體就做了F?Δl的功。此外，功的種類還有很多，如電池在電動勢的作用下輸送了電荷，就做了電功（electricalwork）；使氣體發(fā)生膨脹或壓縮，就做了體積功（expansionvolumework）等?；瘜W(xué)反應(yīng)往往也伴隨著做功。在一般條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)只做體積功。體積功以外的功，稱為非體積功（如電功）。體積功用W表示。非體積功又稱為有用功（availablework），用W′表示。在熱力學(xué)中，體積功是一個重要的概念。設(shè)有一熱源，加熱氣缸里的氣體（圖1-2），推動面積A的活塞移動距離l，氣體的體積由V1膨脹到V2，反抗恒定的外力F做功。恒定外力來自外界大氣壓力p，則FF ·l -Wp ＝＝ ＝AA?lV2-V1所以，體積功為W＝-p（V2-V1）＝-pΔV（1-2）式（1-2）是計算體積功的基本公式。壓力的單位為Pa，體積的單位為m3，體積功的單位為J＝Pa?m3。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，系統(tǒng)對環(huán)境做功，W為負(fù)值；環(huán)境對系統(tǒng)做功，W為正值。系統(tǒng)只有在發(fā)生狀態(tài)變化時才能與環(huán)境發(fā)生能量的交換，所以熱和功不是系統(tǒng)的性質(zhì)。當(dāng)系統(tǒng)與環(huán)境發(fā)生能量交換時，經(jīng)歷的途徑不同，熱和功的數(shù)值就不同，因而熱和功都不是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)。熱和功的單位均為能量單位。按法定計量單位，以J（焦）或kJ（千焦）表示。4.熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式有一封閉系統(tǒng)（圖1-3），它處于狀態(tài)Ⅰ時，具有一定的熱力學(xué)能U1。從環(huán)境吸收一定量的熱Q，并對環(huán)境做了體積功W，過渡到狀態(tài)Ⅱ，此時具有熱力學(xué)能U2。對于封閉系統(tǒng)，根據(jù)能量守恒定律：U2-U1＝Q+W或ΔU＝Q+W（1-3）式中：ΔU為熱力學(xué)能的改變量。式（1-3）是熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。下面舉例說明其應(yīng)用。例題1-1  能量狀態(tài)為U1的系統(tǒng)，吸收600J的熱，又對環(huán)境做了450J的功。求系統(tǒng)的能量變化和終態(tài)能量U2。解  由題意得知，Q＝600J，W＝-450J所以ΔU＝Q+W＝600J-450J＝150J又因U2-U1＝ΔU所以U2＝U1+ΔU＝U1+150J答  系統(tǒng)的能量變化為150J；終態(tài)能量為U1+150J。例題1-2  與例題1-1相同的系統(tǒng)，開始能量狀態(tài)為U1，系統(tǒng)放出100J的熱，環(huán)境對系統(tǒng)做了250J的功。求系統(tǒng)的能量變化和終態(tài)能量U2。解  由題意得知，Q＝-100J，W＝+250J所以ΔU＝Q+W＝-100J+250J＝150JU2＝U1+ΔU＝U1+150J答  系統(tǒng)的能量變化是150J；終態(tài)能量是U1+150J。從上述兩個例題可清楚看到，系統(tǒng)的始態(tài)（U1）和終態(tài)（U2＝U1+150J）確定時，雖然變化途徑不同（Q和W不同），熱力學(xué)能的改變量（ΔU＝150J）卻是相同的。三、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)與環(huán)境進(jìn)行能量交換的主要形式是熱。通常把只做體積功，且始態(tài)和終態(tài)具有相同溫度時，系統(tǒng)吸收或放出的熱量稱為反應(yīng)熱（heatofreaction）或反應(yīng)熱效應(yīng)。按反應(yīng)條件的不同，反應(yīng)熱又可分為：定容過程反應(yīng)熱與定壓過程反應(yīng)熱。1.定容過程反應(yīng)熱在密閉容器中進(jìn)行的反應(yīng)，體積保持不變，就是定容（恒容）過程。這一過程ΔV＝0，由于系統(tǒng)只做體積功，則W＝0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律：ΔU＝Q+W＝QV（1-4）式中：QV表示定容（constantvolume）反應(yīng)熱，右下角字母V表示定容過程。式（1-4）的意義是：在定容條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)熱等于該系統(tǒng)中熱力學(xué)能的改變量。2.定壓過程反應(yīng)熱――焓變……

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　　《普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材：新大學(xué)化學(xué)（第3版）》仍然是12章，即：前4章屬于化學(xué)原理，是本書的基礎(chǔ)部分；第五～七章的內(nèi)容歸屬于材料化學(xué)范疇；第八～十二章是化學(xué)與一些既重大又貼近我們生活的內(nèi)容，屬于社會文明的幾個獨(dú)立的專題。這一次，我們對于各章做了全面的修改、增刪，仍然盡可能地向讀者提供最新的科菝信息和21世紀(jì)以來的主要成果。

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