物理化学例题与习题 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:北京化工大学

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页数:270

译者:

出版时间:2006-8

价格:26.00元

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isbn号码:9787502589110

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《量子化学导论》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的量子化学学习体验，从基础概念的建立到复杂体系的理论推导，循序渐进地引导读者掌握量子化学的核心思想和方法。本书内容严谨，逻辑清晰，同时兼顾了理论的深度与应用的广度，力求让读者不仅理解“是什么”，更能理解“为什么”和“如何做”。 第一章 量子力学基本概念回顾与引入 本章首先简要回顾经典物理学在描述微观粒子行为上的局限性，例如黑体辐射、光电效应、原子光谱的离散性等，从而引出量子力学诞生的必然性。接着，我们将系统介绍量子力学的几个核心概念： 波粒二象性： 深入探讨德布罗意的物质波理论，介绍电子衍射等实验证据，并解释波函数 $psi(x, t)$ 的概率解释（玻恩法则）。我们将详细阐述 $|psi(x, t)|^2$ 在单位体积内找到粒子的概率密度，以及波函数的归一化条件。 量子态与算符： 介绍量子态由波函数描述，以及量子力学中物理量（可观测量）与线性厄米算符的对应关系。我们将给出常见算符的定义，如位置算符 $hat{x}$、动量算符 $hat{p}_x$、能量算符（哈密顿算符）$hat{H}$ 等，并解释算符的本征值方程 $hat{A}psi = apsi$ 的意义，其中 $a$ 是可观测量 $hat{A}$ 的可能测量值（本征值），$psi$ 是对应的本征函数。 不确定性原理： 详细阐述海森堡不确定性原理，例如位置和动量之间的不确定性关系 $Delta x Delta p_x ge hbar/2$。我们将通过数学推导和物理图像解释其内在含义，说明微观粒子运动的固有随机性和不可精确测量性。 薛定谔方程： 介绍定态薛定谔方程 $hat{H}psi = Epsi$ 和含时薛定谔方程 $ihbar frac{partial psi}{partial t} = hat{H}psi$。我们将强调定态薛定谔方程在求解能量本征值和对应的本征函数（定态波函数）中的核心作用，以及含时薛定谔方程描述量子态随时间演化的重要性。 第二章 一维量子力学模型 本章通过分析几个简单的一维模型，帮助读者理解薛定谔方程的应用和量子力学解的特性： 无限深势阱： 详细求解无限深势阱中粒子的薛定谔方程，推导出能量量子化公式 $E_n = frac{n^2 h^2}{8mL^2}$ 和对应的归一化波函数 $psi_n(x) = sqrt{frac{2}{L}} sin(frac{npi x}{L})$。我们将讨论不同能级下的波函数形状、概率密度分布，以及能量的不连续性（量子化）现象。 有限深势阱： 分析有限深势阱模型，重点讨论束缚态和散射态的区别。我们将介绍在势阱壁两侧的波函数衰减特性，并解释为什么有限深势阱也存在能量量子化，但能量范围比无限深势阱更复杂。 谐振子模型： 求解一维谐振子模型，推导出其能量量子化公式 $E_n = (n + frac{1}{2})hbaromega$。我们将介绍产生谐振子波函数的生成算符和湮灭算符方法，以及其在化学键振动等方面的应用。 隧道效应： 解释粒子穿过经典力学不允许的高度势垒的隧道效应。我们将通过求解粒子在势垒中的波函数，展示波函数在势垒内的非零概率，并讨论其在放射性衰变、扫描隧道显微镜等现象中的应用。 第三章 三维量子力学与角动量 本章将量子力学推广到三维空间，并重点讨论角动量的量子化： 三维薛定谔方程： 介绍三维情况下的薛定谔方程，以及在球坐标系下处理中心力场问题（如原子核外电子）的优势。 角动量算符： 定义并推导三维空间中的轨道角动量算符 $hat{L}^2$ 和 $hat{L}_z$。我们将介绍它们的对易关系 $[hat{L}^2, hat{L}_z] = 0$ 和 $[hat{L}_x, hat{L}_y] = ihbar hat{L}_z$（以及其他轴的轮换）。 角动量量子化： 求解角动量算符的本征值方程，推导出角动量大小的本征值为 $l(l+1)hbar^2$ 和角动量z分量的本征值为 $m_lhbar$，其中 $l$ 是方位量子数（非负整数），$m_l$ 是磁量子数（从 $-l$ 到 $+l$ 的整数）。我们将解释这些量子数如何描述粒子的运动状态。 氢原子模型： 详细求解氢原子（一个质子一个电子）的薛定谔方程。我们将介绍径向方程和角向方程的分离，推导出与能量、角动量相关的量子数 $n$（主量子数）、$l$（方位量子数）、$m_l$（磁量子数）。我们将给出氢原子能级公式 $E_n = -frac{Z^2 e^2}{8piepsilon_0 a_0 n^2}$，以及原子轨道的概念（如s、p、d、f轨道），并展示其概率密度分布。 第四章 电子自旋与全同粒子 本章引入电子的内在属性——自旋，并讨论多电子体系中全同粒子的性质： 电子自旋： 介绍电子的自旋角动量，以及自旋算符 $hat{S}^2$ 和 $hat{S}_z$ 的本征值。我们将引入自旋量子数 $s=1/2$ 和磁自旋量子数 $m_s = pm 1/2$，并解释自旋在描述电子状态中的作用。 泡利不相容原理： 阐述泡利不相容原理，即在任何一个原子或分子中，不可能有两个电子具有完全相同的四个量子数（n, l, $m_l$, $m_s$）。我们将解释该原理如何决定了多电子原子的电子排布，以及元素周期表的结构。 全同粒子波函数对称性： 讨论全同粒子（如电子、质子、中子）的波函数在粒子交换下的对称性。对于玻色子（自旋为整数的粒子），波函数是对称的；对于费米子（自旋为半整数的粒子），波函数是反对称的。我们将强调泡利不相容原理源于费米子的反对称波函数。 第五章 近似方法 由于精确求解多粒子体系薛定谔方程的困难，本章介绍几种重要的近似方法： 微扰理论： 介绍定态微扰理论，用于处理哈密顿算符中存在一个小扰动的情况。我们将推导一阶和二阶能量修正公式，以及能量本征函数的一阶修正公式。我们将展示微扰理论在处理原子中电子壳层劈裂、 Stark 效应等问题上的应用。 变分法： 介绍变分原理，即任何试探波函数与真实基态波函数的能量期望值相比，都大于或等于基态能量。我们将给出变分法的基本步骤，以及如何通过选择合适的试探波函数来逼近真实的基态能量。 电子结构计算方法初步： 简要介绍一些基于量子力学原理的电子结构计算方法，如： Hartree-Fock (HF) 方法： 介绍自洽场（SCF）的概念，以及如何通过近似处理多体相互作用，将多电子问题转化为单电子问题。我们将说明 HF 方法得到的平均场能级和轨道。 组态相互作用 (CI) 方法： 介绍 CI 方法如何通过包含电子激发态的 Slater 展开来修正 HF 方法的不足，从而更准确地描述电子关联。 密度泛函理论 (DFT)： 介绍 DFT 的基本思想，即电子体系的基态能量和所有其他基态性质都可以由电子密度唯一确定。我们将介绍 Kohn-Sham 方程，并简要提及常用的交换-关联泛函。 第六章 分子键合理论 本章将量子力学应用于解释分子形成和键合的本质： Born-Oppenheimer 近似： 介绍 Born-Oppenheimer 近似，即由于电子质量远小于原子核质量，可以认为电子运动相对于原子核的运动是瞬时的，从而将电子和原子核的运动方程解耦。 价键理论 (VB)： 介绍价键理论的基本思想，即共价键是由两个原子轨道上的未成对电子自旋相反地重叠形成的。我们将讨论单键、双键、三键的形成，以及共振的概念。 分子轨道理论 (MO)： 介绍分子轨道理论，即电子在整个分子范围内处于分子轨道中。我们将介绍线性组合法 (LCAO) 来构建分子轨道，并讨论成键轨道、反键轨道和非键轨道的概念。我们将通过构建简单分子的 MO 图，解释分子的稳定性和键级。 HOMO-LUMO 能级： 介绍最高占据分子轨道 (HOMO) 和最低未占据分子轨道 (LUMO) 的概念，以及它们在描述分子反应活性、光谱性质等方面的作用。 分子对称性与光谱： 探讨分子对称性在理解分子轨道、简化计算和解释光谱（如红外光谱、紫外-可见光谱）中的作用。 第七章 量子化学在化学中的应用 本章将理论知识与实际化学问题相结合，展示量子化学在解决实际化学问题中的强大能力： 分子结构与性质预测： 介绍如何利用量子化学计算来预测分子的几何构型、键长、键角、分子偶极矩、极化率等性质。 反应机理研究： 阐述量子化学如何用于研究化学反应的过渡态、反应能垒、活化能，从而揭示反应机理。 光谱性质计算： 讨论如何计算分子的振动光谱（IR、Raman）、电子光谱（UV-Vis、荧光）以及核磁共振（NMR）谱，辅助实验表征和谱图解析。 材料科学中的应用： 简要介绍量子化学在设计和理解新型材料（如半导体、催化剂、光电器件）中的作用。 计算化学软件介绍： 简要提及一些常用的量子化学计算软件（如Gaussian, NWChem, VASP等），并说明其基本功能和应用范围。 本书力求以清晰的思路和丰富的例子，引导读者深入理解量子化学的理论精髓，并为进一步深入学习和应用打下坚实的基础。 目标读者 本书适合化学、物理、材料科学、药学等相关专业的高年级本科生、研究生，以及对量子化学感兴趣的科研人员。 学习建议 本书内容涵盖了量子化学的多个重要方面，建议读者在学习过程中，结合相关的数学知识（线性代数、微分方程、复变函数等），并尝试利用计算软件进行辅助计算，以加深理解和掌握。每一章的最后都附带了相应的例题和思考题，旨在帮助读者巩固所学内容。

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这本书的讲解风格，可以说是将“严谨”与“人性化”拿捏得恰到好处。我最喜欢的是那些详细的“解题思路剖析”部分。很多时候，我们并非不知道公式，而是卡在了如何“选择正确公式”和“构建物理模型”的关键一步。这本书的解析没有直接跳到数字运算，而是先用清晰的逻辑语言阐述了该题考察的核心概念，并分析了常见的思维误区，这比直接给出答案要高明得多。比如在处理化学反应速率常数随温度变化的问题时，它会对比阿累尼乌斯模型与过渡态理论在不同温度区间的适用性差异，这种深层次的辨析，极大地提升了对理论的内化程度。即便是最复杂的数学推导，作者也力求保持步骤的完整性，没有那种“读者应该心知肚明”的跳跃感，对于非数学背景出身的读者来说，这种体贴入微的引导无疑是学习路上的指路明灯。

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这本《物理化学例题与习题》的装帧设计着实让人眼前一亮，那种略带磨砂质感的封面，搭配上深邃的蓝绿色调，让人一上手就有种沉稳扎实的感觉。我尤其欣赏它在细节上的处理，比如章节标题的字体选择，既保持了学术书籍的严谨性，又避免了过度死板。内页的纸张质量也相当不错，即使用荧光笔做了大量的标记，油墨也不会渗透到下一页，这对于需要反复研读的教材来说，无疑是一个巨大的加分项。更别提那精巧的开本设计，拿在手里既有分量感，又方便携带，即便是装在背包里进行通勤阅读，也不会觉得过于笨重。整体来看，从视觉到触觉，这本习题集都传递出一种“高质量学习工具”的信号，让人对即将投入的脑力劳动充满了积极的预期，感觉自己买的不是一堆试题，而是一个精心打磨的解题伴侣。这种对物理实体细节的关注，往往预示着内容本身的编排也会是经过深思熟虑的，这对于我们这些需要长期面对复杂公式和抽象概念的学生来说，是一种无声的支持和鼓舞。

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从一个长期与物理化学搏斗的考生的角度来看，这本书最宝贵的价值在于其对“工程思维”的潜在培养。它所选取的许多例题背景，都明显脱胎于真实的实验室或工业过程模拟，而非纯粹的数学构造。例如，关于电化学部分的习题，不仅仅停留在能斯特方程的应用，而是延伸到了燃料电池的效率计算和腐蚀电位的预测，这让理论知识立刻拥有了鲜活的生命力。当我们面对这些带有实际场景限制条件的题目时，自然而然就会开始权衡理想模型与现实环境的差距，这正是从“学生思维”向“科研或工程思维”转变的关键一步。这种将抽象的热力学势能、动力学活化能与实际的能量转化、反应速率控制挂钩的训练，让学习不再是孤立的公式堆砌，而是成为理解世界运行机制的一种强大工具，极大地提升了学习的内在驱动力。

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初次翻阅目录时，我被其内容的广度和覆盖深度所震撼。它并非仅仅停留在基础的热力学和动力学层面，而是巧妙地将前沿的量子化学概念融入到后半部分的习题设计中，显示出编者与时俱进的学术视野。例如，关于相平衡那一章，例题的设置不再是简单的克拉珀龙方程应用，而是引入了多组分体系的非理想溶液模型计算，这迫使我们必须跳出教科书的传统框架，真正去理解热力学第二定律在复杂体系中的实际意义。更值得称赞的是，有些习题并非孤立存在，而是设计成了一个“小型研究项目”，需要运用前几章学到的多个知识点进行综合分析，这种串联式的学习路径极大地锻炼了学生的系统思维能力。相比我过去使用的其他习题集，这里的习题难度梯度设置得非常科学合理，从热身到挑战极限，过渡自然，让人在解决难题后，会有一种豁然开朗的成就感，而不是单纯的挫败感。

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坦率地说，我最看重一本习题集的是它对“错误引导”的处理能力，而这本《物理化学例题与习题》在这方面做得尤为出色。它似乎非常懂得学生在解题过程中容易犯的那些细微错误，并在专门的“易错点辨析”栏目中进行了集中火力打击。这些辨析不是空泛的警告，而是通过构造一个“陷阱例题”——一个看似正确但最终结果会出错的解法——来反衬出正确理解的必要性。比如，在计算熵变时，对标准态选择的敏感性讨论，通过具体的例子展示了如果混淆了“纯物质”和“标准条件”的概念，最终答案会产生多大的偏差。这种通过“展示错误”来加深理解的教学策略，比单纯强调“注意”二字要有效百倍。它训练的不仅仅是计算能力，更是一种对物理化学基本假设的“警惕心”和“审慎态度”，这才是真正学术训练的核心价值所在。

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