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出版者:高等教育出版社

作者:高盘良 编

出品人:

页数:452

译者:

出版时间:2002-10

价格:35.90元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040111699

丛书系列:

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化学热力学基础：从微观到宏观的探究之旅 内容提要： 本书旨在为学习化学热力学的初学者提供一套全面、深入且富有启发性的入门指南。我们专注于构建坚实的理论基础，引导读者清晰地理解热力学定律的物理本质及其在化学过程中的应用。全书内容紧密围绕化学热力学的核心概念展开，从宏观的热力学状态和过程描述入手，逐步深入到能量、熵、吉布斯自由能等关键函数。我们避免了过多复杂的数学推导，而是侧重于概念的清晰阐述、直观的物理图像的建立，以及如何运用这些工具来预测和解释化学反应的方向性与平衡状态。 第一部分：热力学的基础语言与概念 第一章：系统、环境与状态函数 本章首先界定了化学热力学研究的基本单元——系统与环境，并详细阐述了纯净物质与混合物的基本热力学描述方法。我们引入了“状态”的概念，区分了宏观可测量的热力学变量（如压力、体积、温度）与路径依赖的量。核心内容聚焦于状态函数（State Functions）的定义、特性及其在热力学分析中的重要性。通过大量的实例，读者将学会如何识别哪些量是状态函数，以及它们如何提供描述系统变化路径无关性的关键信息。此外，本章还深入探讨了热力学平衡的意义，包括热平衡、力学平衡和化学平衡的初步概念。 第二章：热与功——能量的两种表现形式 能量是化学系统变化的核心驱动力。本章详细解析了热（Heat, $q$）和功（Work, $w$）这两个能量的传递形式。我们清晰地区分了“热”与“内能”在概念上的差异，并详细介绍了功的各种形式，包括体积功（膨胀功、压缩功）和非体积功（如电功）。本章的重点在于对第一定律（能量守恒定律）的深刻理解，即 $Delta U = q + w$。我们通过一系列实际的化学过程（如等温、等压、等容过程）的计算实例，帮助读者掌握计算过程功和系统内能变化的方法，并强调了符号约定的重要性，这是避免计算错误的关键。 第二部分：深入理解能量与熵 第三章：焓——恒压过程的能量度量 在实际的化学实验室中，大多数反应在恒定压力下进行。本章引入了焓（Enthalpy, $H$）的概念，将其定义为 $H = U + pV$。我们详细解释了焓变 ($Delta H$) 在恒压过程中的物理意义，即系统吸收或放出的热量。随后，本章致力于反应热的测量与计算。内容涵盖了标准焓（如标准生成焓 $Delta_f H^circ$ 和标准燃烧焓 $Delta_c H^circ$），并系统地介绍了如何利用赫斯定律（Hess's Law）进行间接热化学计算，从而绕过难以直接测量的复杂反应路径。 第四章：热化学与键能 本章将热力学与物质结构联系起来。我们探讨了键能（Bond Energy）的概念，解释了平均键能和键解离能的区别。读者将学习如何利用键能的数据库来估算化学反应的焓变。此外，本章还讨论了溶解、相变（熔化、汽化）过程中的焓变，并介绍了量热学的基础知识——如何设计和操作简易量热计来精确测量反应热。 第五章：熵与第二定律——过程的自发性方向 熵（Entropy, $S$）是热力学中最微妙但也最核心的概念之一。本章首先从统计力学（宏观角度仅作引入）的角度解释熵的微观意义——无序度或微观状态数的度量。随后，我们正式引入第二定律，即孤立系统的熵永不减小 ($Delta S_{univ} geq 0$)，这是判定化学反应自发性的根本判据。本章详细讨论了熵的计算方法，包括纯物质的标准摩尔熵和第三定律的应用。通过计算系统、环境和宇宙的总熵变，读者将能够准确判断一个过程是否可能自发进行。 第三部分：化学反应的驱动力与平衡 第六章：吉布斯自由能——化学反应的终极判据 将第一定律（能量）和第二定律（熵）统一起来，是化学热力学的伟大成就。本章的核心是吉布斯自由能（Gibbs Free Energy, $G$）的引入：$G = H - TS$。我们阐述了在恒温恒压条件下，$Delta G$ 如何直接指示反应的自发性（$Delta G < 0$ 意味着自发）。本章详细分析了温度对反应方向的影响，并通过 $Delta G$ 与 $Delta H$ 和 $Delta S$ 的关系图，帮助读者建立直观的图像。 第七章：化学平衡——吉布斯自由能的零点 本章将热力学与化学平衡常数紧密联系起来。我们推导了吉布斯自由能变与平衡常数 ($K$) 之间的基本关系式：$Delta G^circ = -RT ln K$。读者将学习如何利用标准自由能变来计算反应的平衡常数，并理解平衡常数的大小如何反映反应的程度。此外，本章还将探讨非标准条件下的自由能变 $Delta G$，以及勒夏特列原理在热力学框架下的微观解释。 第八章：相平衡与相图 化学系统远非总是单一纯净物。本章关注物质在不同相态（固、液、气）之间的相互转化和共存。我们利用热力学原理推导了克劳修斯-克拉佩龙方程（Clausius-Clapeyron Equation），用于描述饱和蒸汽压随温度的变化。本章的重点内容是单组分相图的解读，包括三相点、临界点和升华、凝华、熔化、汽化过程的稳定区域。通过对相图的分析，读者可以预测物质在不同温度和压力下的稳定形态。 第九章：溶液的热力学 本章将热力学工具应用于溶液系统。内容包括理想溶液的概念、拉乌尔定律（Raoult's Law）在稀溶液中的应用。我们详细讨论了依数性（Colligative Properties）——蒸汽压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压——并用热力学方法解释了这些现象背后的驱动力。最后，本章引入了溶液的化学势概念，为后续学习化学反应在溶液中进行平衡分析打下基础。 结语：连接宏观与微观的桥梁 本书旨在向读者展示化学热力学不仅仅是抽象的公式集合，而是描述自然界中一切物质变化趋势的强大语言。通过对能量流动、熵增原理和自由能最小化原理的深入掌握，学习者将能够以一种更深刻、更精确的方式理解化学反应的“为什么”和“能走多远”。我们相信，扎实的理论基础是未来深入学习统计物理和化学动力学的坚实阶梯。

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这本书的包装实在是太吸引人了，封面上那种深邃的蓝色和银色的字体搭配，一下子就让人感觉里面装满了知识的宝藏。我抱着极大的期待打开了它，首先映入眼帘的是扉页的设计，简洁而不失庄重，让人立刻进入一种学习的状态。内页的纸张质感也出乎意料地好，摸上去滑滑的，而且油墨印刷得非常清晰，即使是那些复杂的公式和图表，看起来也丝毫不费力气。我特别喜欢它在章节开头的引言部分，通常会用一段富有哲理的话来点题，瞬间拔高了整章内容的立意，不像有些教材那样干巴巴地直接堆砌知识点。阅读过程中，我注意到作者在处理一些核心概念时，总是能找到非常巧妙的比喻，这些比喻生动形象，把抽象的物理化学原理一下子拉到了我们日常生活的层面，极大地降低了初学者的理解门槛。比如，在讲解热力学第二定律时，作者竟然用了一个关于“房间整理”的有趣类比，让我瞬间茅塞顿开。这种行文风格，流畅得如同散文，读起来毫无压力，完全不像是在啃一本硬邦邦的专业书籍。它似乎在轻声细语地引导你，而不是生硬地灌输，这种体验真是太棒了。

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这本书的叙事逻辑和知识串联能力，简直达到了炉火纯青的地步，读起来有一种“原来如此，原来如此”的豁然开朗感。很多化学学科的书籍，往往是把理论知识点孤立地摆在那里，让人感觉它们是漂浮着的碎片，很难形成完整的知识体系。但这本书的作者显然是一位深谙教学之道的大家，他似乎总能在我即将感到困惑的临界点，巧妙地引入一个过渡性的概念或者一个历史背景的小故事，从而自然而然地将前后知识点连接起来。比如，在讲解量子理论的基础时，它并没有直接跳到薛定谔方程，而是花了一整节的篇幅，细致地回顾了经典物理学在解释黑体辐射和光电效应时所遭遇的困境，这种“铺垫”的手法，极大地增强了读者对新理论诞生的必要性的理解和认同感。读完这一部分，我不再觉得量子力学是凭空出现的“怪谈”，而是人类理性思维在面对实验反常时不得不迈出的关键一步。这种叙事节奏的把握，使得学习过程充满了探索的乐趣，而不是枯燥的记忆，它教的不仅是知识本身，更是一种科学思维的建构过程。

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这本书的语言风格我只能用“精准而富于韵律”来形容，它在保持学术严谨性的同时，展现出了一种近乎文学性的流畅美感。很多专业书籍的译文或者原著，常常因为过于追求术语的对等性，导致句子结构晦涩难懂，读起来像是在啃一块坚硬的石头。然而，这本书的行文，无论是阐述复杂的数学推导过程，还是描述物质在微观层面的行为，都做到了清晰、准确，并且节奏感十足。作者似乎非常懂得如何利用句子的长短变化来控制读者的注意力焦点。在描述一个快速变化的物理过程时，句子会变得短促有力，充满动感；而在解释一个需要深入沉思的平衡状态时，则会采用更长、更具包容性的结构，引导读者进入冥想式的思考。这种对语言节奏的精妙控制，使得长篇幅的阅读也变得轻松愉悦，甚至让我产生了一种“欲罢不能”的感觉。我发现，当我带着享受的心情去阅读时，我对知识的吸收效率也大大提高了，这本书无疑是学术著作中难得的艺术品。

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这本书对于实践应用层面的引导，做得非常到位，它远超出了纯理论的范畴，真正体现了“工具书”的价值。我尤其欣赏它在每一个主要章节末尾设置的“实验设计启示录”部分。这个部分不是那种照本宣科的标准实验步骤，而是提供了一些典型的实验场景，引导读者思考：如果要验证这个理论，我们应该设计什么样的装置？需要控制哪些变量？可能遇到的主要误差来源是什么？这种开放式的引导，极大地激发了我的批判性思维和工程实践的兴趣。我记得有一次我在研究溶液的依数性时，书中没有直接给出计算结果，而是引导我们去设想一个使用冰点下降法测定摩尔质量的虚拟实验流程，并要求我们讨论温度计的精度对最终结果影响的权重。这种将理论与实际操作的每一个环节都紧密耦合的编排方式，使得我能够更深刻地理解理论公式背后的物理意义和局限性。它让你感觉自己不仅仅是在阅读知识，而是在和一位经验丰富的导师进行一场高水平的学术对话，这种互动性是很多传统教材难以企及的。

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这本书的排版布局简直是教科书级别的典范，处处体现着设计者对读者友好度的极致追求。我过去读过一些专业书籍，常常因为字体过小、行距过密或者图表与文字脱节而感到头疼，但这本读起来完全没有这种困扰。每一段文字都给予了足够的呼吸空间，段落之间的留白恰到好处，让眼睛得以休息，也方便我在阅读时随时插入自己的笔记和批注。尤其值得称赞的是，它对重点和难点的处理方式非常高明。它不是简单地用粗体标出关键词，而是设计了一套独特的“思考窗”模块，将那些最容易混淆的知识点或易错的地方集中展示，并配以精炼的解析和对比表格。这种结构性的梳理，极大地提升了我系统性掌握知识的效率。我发现，以往需要反复阅读好几遍才能勉强理解的知识点，在经过这个“思考窗”的点拨后，瞬间变得清晰明了。而且，书中的插图质量高得惊人，色彩搭配和谐，线条精准，每一个示意图都不是单纯的装饰，而是紧密服务于概念的阐释，真正做到了“一图胜千言”。整体来看，这本书在视觉传达上所下的功夫，绝对是市面上同类书籍中的佼佼者，让人在学习之余，也能享受到一种视觉上的愉悦。

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