3小时读通化学热力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　化学热力学因为会用到许多算式，所以总让人头大。

　　但本书则几乎不用任何算式，希望即使不用数学也能轻松愉快地解释学问！

　　不论是一般大众或化学系学生，只要觉得化学热力学艰涩难懂，就请先放下课本，看看本书。之后再回头翻开课本时，一定会觉得简单不少！

　　从侧面来窥探能量各种各样的知识吧！

　　所谓的「化学热力学」指的就是利用热力学来解析化学反应的学问。

　　因为需利用到的数学算式又多又难，所以常让人敬而远之。

　　但其实我们可以不必与这些算式正面交锋，而能从侧面去了解这些重要的能量学问。

　　本书从热力学第一、第二、第三法则的定义开始到触媒、熵、焓为止的讲解，全都不使用算式，希冀能以轻松、好懂得方式来介绍这门极为重要的学问。

　　以简单易懂的方式，配上图案说明来解说化学热力学。书中内容多事简单的基础知识，而且完全不涉及对数学算式的讨论。对于一看到数字或公式符号就头痛的人来说，是本相当简单的入门书。

作者简介

斋藤胜裕

　　1945年5月3日生，1974年修毕东北大学研究所理学研究系博士课程。现任名古屋市立大学特聘教授，爱知学院大学客座教授，金城学院大学客座教授，名古屋工业大学荣誉教授等等。理学博士。专业领域为有机化学，物理化学，光化学，超分子化学。主要着作有《神奇的金属》《是毒还是药：医生没说的毒与药的祕密》（远足文化出版）《恐怖有毒物质就在你身边》（瑞昇出版）《3小时读通有机化学》《3小时读通稀有金属》《3小时读通能源》《3小时读通太阳能电池》（以上世茂出版），等等。

译者简介

李汉庭

　　1979年生，毕业于国立海洋大学电机系，自学日文小成。2003年进入专利事务所开始从事翻译工作，2006年底开始从事书本翻译。领域从电机专利文件乃至于小常识、生活医学、科技等等的中日对译，乐于在工作中吸收新知识。目前尝试将触角延伸到特殊造型与影像创作，有各方面之作品。往后仍希望能接触更多领域，增加知识广度，同时磨练文笔。译有《图解风力发电入门》《3小时读通有机化学》、《桑子老师教你1.2.3.解物理》、《3小时读通太阳能电池》等（以上世茂出版）。

深入探索物质的能量世界：化学热力学基础与应用 作者：[此处填写作者姓名，若无则留空] 出版社：[此处填写出版社名称] ISBN：[此处填写ISBN，若无则留空] --- 内容简介：超越表象，洞悉化学反应的驱动力 本书旨在为读者构建一个坚实而全面的化学热力学知识体系。我们摒弃了繁复冗余的叙述，力求用最清晰、逻辑性最强的结构，将这门看似深奥的学科变得触手可及。化学热力学是连接微观粒子行为与宏观物质变化的桥梁，是理解所有化学过程、物理变化乃至生物系统能量转换的核心工具。本书将引导您从最基本的概念出发，逐步深入到复杂的应用领域。 第一部分：基石——概念的建立与数学的严谨性 本部分奠定了整个热力学学习的基石，强调精确定义和数学描述的重要性。 第一章：热力学的基本概念与系统边界的界定 我们首先探讨热力学的核心元素：系统、环境与边界的明确划分。我们将详尽阐述宏观变量（如温度、压力、体积）与状态函数的本质区别。状态函数（State Functions）——路径独立性是热力学的精髓之一，我们将通过清晰的实例，如功与热量的路径依赖性，与内能、焓、熵的路径无关性进行对比，帮助读者理解为何只有状态函数的改变量才具有实际的物理意义。此外，我们将介绍热力学第一定律——能量守恒定律，并以微积分的形式严谨地表述 $Delta U = q + w$，为后续的定量计算做好铺垫。 第二章：功、热与第一定律的深入应用 本章聚焦于热力学第一定律在实际过程中的应用。我们将区分可逆过程与不可逆过程，这是理解热力学效率和最大做功能力的关键。对于气体系统，我们将详细推导等温、等压、等容及绝热过程中的功（$w$）和热（$q$）的计算方法。特别地，对理想气体的可逆膨胀和压缩过程，将使用自然对数和积分形式进行精确的数学推导，展示玻尔兹曼常数在其中的作用。 第三章：焓：过程中的能量补偿机制 焓（$H$）的引入是为了简化恒压条件下的能量计算。本章将系统阐述焓的定义（$H = U + PV$），并重点讲解标准生成焓（$Delta_f H^circ$）的概念及其应用。读者将学习如何利用赫斯定律（Hess’s Law）——热化学计算的核心工具，通过已知反应的热效应推算出未知反应的热效应，无论该反应是如何实现的。我们还会深入探讨键焓（Bond Enthalpy）在估算分子稳定性和反应热中的应用与局限性。 第二部分：方向的抉择——熵、吉布斯自由能与自发性 热力学的第一定律告诉我们能量如何转换，但它无法告诉我们反应的方向。本部分是热力学最富洞察力的部分，它引入了熵和自由能的概念，揭示了宇宙万物运动的内在趋势。 第四章：熵：无序度与概率的量化 熵（$S$）是第二定律的核心。本章将从统计力学的角度（$S = k ln W$）解释熵的微观本质，即系统微观状态数的多少，并将其与宏观的热力学定义（$Delta S = int frac{dq_{ ext{rev}}}{T}$）联系起来。我们将详细分析熵增原理（孤立系统的总熵永不减小），并探讨熵在相变过程（如熔化、蒸发）中的计算方法。 第五章：第二定律与第三定律：不可逆性的统治 本章将热力学第二定律提升到普适性的高度，阐明了其对所有自然过程方向的决定性作用。第三定律——绝对零度下，完美晶体的熵为零——为我们确定任何物质的绝对熵值提供了参考点。基于此，我们将精确计算各种物质的标准摩尔熵（$S^circ$）。 第六章：吉布斯自由能：化学反应的判据 吉布斯自由能（$G$）的引入是化学热力学最伟大的成就之一。它将能量、温度和熵综合起来，提供了一个在恒温恒压条件下判断过程自发性的通用标准：$Delta G = Delta H - TDelta S$。我们将详尽解析 $Delta G$ 符号与过程方向之间的对应关系（负值代表自发、正值代表非自发、零值代表平衡）。 第三部分：动态平衡——自由能与平衡常数的耦合 化学的本质在于反应的平衡状态。本部分将自由能的概念延伸至化学平衡，实现了从能量学到平衡态的完美过渡。 第七章：化学平衡的自由能驱动力 本章解释了化学势的概念，并推导出在任意条件下（非标准状态）反应的吉布斯自由能变化（$Delta G$）与标准吉布斯自由能变化（$Delta G^circ$）之间的关系：$Delta G = Delta G^circ + RT ln Q$。这个方程揭示了反应商 $Q$ 如何驱动体系向平衡状态 $Q=K$ 演化。 第八章：平衡常数与热力学 我们将系统地推导范特霍夫等温方程（Van’t Hoff Equation），该方程是连接平衡常数 $K$ 与温度 $T$ 的关键。通过对平衡常数的温度依赖性的分析，读者将能够预测温度变化对反应转化率的影响，并能利用实验数据拟合出反应的焓变和熵变。我们还将探讨压力和浓度变化如何通过影响反应商 $Q$ 来影响平衡位置，并结合勒夏特列原理进行深入的阐释。 第四部分：相平衡与多组分系统 热力学不仅支配着分子的反应，也支配着物质的相态变化和混合物的性质。 第九章：单组分相平衡与克劳修斯-克拉佩龙方程 本章关注物质在不同相态之间的平衡。我们将推导并应用克劳修斯-克拉佩龙方程，用于描述液体-蒸汽、固体-蒸汽之间的平衡关系，精确计算汽化热和升华热。随后，我们将使用吉布斯相律（$F = C - P + 2$）来分析纯物质系统（如水）的三相点、临界点以及相图的结构，理解为何只有特定条件下才能实现三种相态的共存。 第十章：多组分系统的热力学概览 本章将热力学的视野扩展到混合物。我们将引入逸度（Fugacity）的概念，作为处理真实气体和非理想溶液中“有效压力”或“有效浓度”的工具。我们将探讨溶液中溶剂和溶质的化学势，并简要介绍拉乌尔定律（Raoult’s Law）和亨利定律（Henry’s Law）的推导及其在稀溶液中的应用，为更深入的电化学和胶体化学打下理论基础。 --- 本书的特点与目标读者 详尽的数学推导： 本书不回避复杂公式，而是将每一定理和定律的数学推导过程以清晰的步骤呈现，确保读者能够理解结论背后的逻辑严密性。 注重物理图像： 我们努力将抽象的数学概念（如熵、化学势）与可感知的物理图像（如微观混乱度、相界斜率）相结合，避免纯粹的符号游戏。 广泛的工程与科学联系： 书中穿插了大量实例，涵盖了从工业合成过程的热效率计算到环境化学中自发污染扩散过程的分析，展示了热力学在现代科学与工程中的不可替代性。 目标读者： 大学化学、化工、材料、物理学本科生及研究生。 需要系统回顾或深入理解化学热力学基本原理的科研人员和工程师。 对物质能量转化规律有浓厚兴趣的自学者。 通过本书的学习，读者将不仅仅是记住公式，而是真正掌握如何利用能量和熵的语言来预测和解释任何宏观化学现象的发生方向和最终状态。

前言…3

第1章  能量是什么？…9
1-1  能量是什么？…10
1-2  何谓量子化？…12
1-3  原子的电子能…14
1-4  分子键结能…16
1-5  反应与能量…18
1-6  能量与焓…20
1-7  杂乱度与熵…22
1-8  反应方向与自由能…24
第1章  练习题…26

第2章  量子论与能量…27
2-1  形成物质的东西…28
2-2  原子的构造与大小…30
2-3  海森堡的测不准原理…32
2-4  能量与电子云…34
2-5  能量的量子化…36
2-6  量子化与量子数…38
2-7  光子与其能量…40
第2章  练习题…42

第3章  原子的能量…43
3-1  原子与原子核…44
3-2  同位素与其变化…46
3-3  原子核的能量…48
3-4  电子壳层与能量…50
3-5  能量的表现…52
3-6  电子组态与电子能量…54
3-7  离子化能量与电负度…56
3-8  原子与光能…58
3-9  电子能量与频谱…60
3-10  宇宙的范围…62
第3章  练习题…64

第4章  分子的能量…65
4-1  分子会反映物质…66
4-2  键结的种类…68
4-3  离子键与金属键的能量…70
4-4  原子振动与传导度…72
4-5  共价键的能量…74
4-6  键结轨道与最反键结轨道…76
4-7  轨道能量与键结能量…78
4-8  氦分子的键结能…80
4-9  不同分子的能量…82
4-10  激发态的能量…84
4-11  分子间作用力的能量…86
4-12  不同键结的能量差异…88
第4章  练习题…90

第5章  反应的能量…91
5-1  化学反应与能量…92
5-2  内能…94
5-3  内能与位能…96
5-4  振动能与旋转能…98
5-5  反应能与内能…100
5-6  溶解、溶媒与能量…102
5-7  溶解的能量…104
5-8  能量的释放形式…106
5-9  发光与色彩…108
5-10  光吸收与发光…110
5-11  光吸收与色彩…112
第5章  练习题…114

第6章  反应速度、触媒、能量…115
6-1  化学反应的速度…116
6-2  活化能…118
6-3  活化能与触媒反应…120
6-4  触媒反应的反应架构…122
6-5  反应速度式…124
6-6  速度常数的意义…126
6-7  多段反应与中间体…128
6-8  可逆反应与不可逆反应…130
6-9  可逆反应与平衡反应…132
第6章  练习题…134

第7章  能量与焓…135
7-1  反应系统与外界…136
7-2  热力学第一定律…138
7-3  气体分子的飞行速度…140
7-4  气体分子的动能…142
7-5  各种变化…144
7-6  定压变化与定容变化…146
7-7  焓…148
7-8  莫耳热容量…150
7-9  热化学方程式…152
7-10  状态量与赫斯定律…154
7-11  赫斯定律的应用…156
第7章  练习题…158

第8章  熵...159
8-1  整齐状态与杂乱状态…160
8-2  杂乱度与熵…162
8-3  热力学第二、第三定律…164
8-4  变化与熵变化…166
8-5  熵与分子构造…168
8-6  熵与能量…170
8-7  熵与热…172
8-8  体积、温度的变化与熵…174
第8章  练习题…176

第9章  吉布斯自由能…177
9-1  决定反应方向的关键…178
9-2  吉布斯自由能的定义…180
9-3  反应方向与吉布斯自由能…182
9-4  吉布斯自由能与平衡…184
9-5  平衡状态与恆常状态…186
9-6  勒沙特列定律—浓度变化…188
9-7  勒沙特列定律—全压，温度变化…190
第9章  练习题…192

第10章  状态变化的能量…193
10-1  固体、液体、气体…194
10-2  状态变化…196
10-3  状态变化与吉布斯自由能…198
10-4  状态图…200
10-5  超临界状态…202
10-6  蒸气压…204
10-7  溶液的蒸气压降低…206
10-8  沸点上升与凝结点下降…208
10-9  热与环境…210
10-10  能量与环境…212
第10章  练习题…214

练习题/解答…215
第1章~第4章…216
第5章~第7章…217
第8章~第10章…218

索引…220

2-3 海森堡的测不准原理
量子化学专门讨论像原子那样小的粒子。量子化学所支配的世界，会发生许多神奇现象。

1 量子化学
我们所居住的世界，可以透过牛顿在十七世纪末所建立的牛顿力学来理解。
但是原子、分子等极小物质的行为，并不包含在牛顿力学之中。于是有了取代牛顿力学的另一门学问：量子力学。然而量子力学与牛顿力学并不互相冲突。只是探讨的系统大小不同而已。

如果用量子力学探讨我们这个世界里的物质，也会得到与牛顿力学相同的结果。用渔网来比喻应该可以理解吧？量子力学网的网眼较小，牛顿力学网的网眼较大。而将量子力学套用在化学上所形成的理论体系，就是量子化学。

2 海森堡的测不准原理
量子化学的大前提，是德国科学家海森堡所发现的海森堡测不准原理。
该原理指出在原子与分子的世界中，假设有两个量形成一组，若掌握其中一个量，便无法掌握另一个量。这样不太好懂吧？所以我们再举个例子。
假设我们正在瑞士的马特洪峰底下拍照留念。使用旧型的牛顿相机，山峰跟人物都能一併对焦，只是不是很清楚。但若使用新型的量子相机，对焦在山头上，连雪花都能拍得一清二楚。不过人物会煳成一团，连拍的是谁都看不出来。反之，若对焦在人脸上，连胡渣都根根分明，而山头则不清不楚，连是不是山都不确定。这就是测不准原理。

评分☆☆☆☆☆

我刚拿到《3小时读通化学热力学》这本书的时候，第一反应是：“真的假的？3小时？这得多精简啊！”要知道，化学热力学在我印象里，简直就是物理和化学的混合体，里面充满了各种让人眼花缭乱的符号和公式，什么焓、熵、自由能，还有各种积分、偏导数，光是看着就有点发晕。所以，当我看到“3小时读通”这个宣传语，我有点怀疑，它会不会像快餐一样，虽然快，但营养却不够？或者，它会不会是那种只讲皮毛，让你感觉好像懂了，但一遇到实际问题就抓瞎的书？我最担心的，是它会不会省略太多重要的推导过程，或者用过于简化的模型来解释一些精妙的原理，导致我们看到的只是一个“残缺”的热力学。我希望这本书能够找到一个绝佳的平衡点：既要足够精炼，能够浓缩核心知识，又要足够严谨，不会为了追求速度而牺牲科学的准确性。我更希望它能提供一些“捷径”，比如一些非常巧妙的记忆方法，或者一些能够快速把握概念精髓的视角。毕竟，如果真的能在3小时内建立起对热力学基本框架的认识，那将是一种非常高效的学习体验。

评分☆☆☆☆☆

当我在书店看到《3小时读通化学热力学》这本书时，我的第一反应是，这绝对是一本“扫盲”或者“快速入门”的书。化学热力学，听起来就让人觉得那是大学化学系学生的“噩梦”，充斥着各种抽象的概念和复杂的数学公式。而“3小时读通”这个标签，无疑是在向我这样的“小白”招手，表示“别怕，这里有捷径！”我脑海里想象着，这本书会不会像一个高效的“知识胶囊”，把最精华、最核心的化学热力学原理，浓缩成易于理解的内容。也许它会用非常生动的类比，把能量、熵、焓等概念解释得像我们日常生活中熟悉的事物一样。我特别希望它能解答我长久以来的疑惑，比如，为什么有些化学反应会自发进行，而有些则需要外部能量的输入？这本书会不会提供一些“一眼洞穿”的技巧，让我能够迅速把握热力学反应的驱动力？而且，我期待它能够引导我理解，这些看似枯燥的理论，在现实世界中是如何发挥作用的，从能源的利用到材料的设计，甚至是我们身体的运作，都离不开热力学原理。

评分☆☆☆☆☆

《3小时读通化学热力学》这个书名，一开始就抓住了我的注意力，因为它承诺了一个看似不可能的任务——在如此短的时间内掌握一门复杂的科学分支。这让我很好奇，它到底用了什么“魔法”？是像一些“速成班”那样，只讲考试技巧，忽略了深度的理解？还是它真的找到了一个能够触及化学热力学本质的“秘密通道”？我猜，这本书一定不会像传统的教科书那样，铺陈大量的背景知识和数学推导，而是会直奔主题，用最精炼的语言，最核心的公式，以及最能说明问题的例子，来构建起一个清晰的知识体系。我非常期待它能够提供一些“顿悟”的瞬间，那种“啊，原来如此！”的感受，能够帮助我彻底理解那些曾经让我困惑不解的概念，比如为什么能量守恒，为什么一切都倾向于混乱（熵增）。而且，我希望这本书能够教会我如何将这些理论应用于实际问题，比如预测化学反应的可行性，或者计算反应的能量变化。如果它能让我感觉，化学热力学不再是遥不可及的象牙塔，而是我手中的一个实用工具，那就太棒了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就很有吸引力——《3小时读通化学热力学》。化学热力学，这个词本身就带着点“高冷”和“难度”，好多人一听到就头疼，感觉是那种需要啃半本书才能勉强理解的学科。但“3小时读通”这个承诺，就像一束光照亮了迷茫的角落。我特别好奇，它到底是怎么做到能在这么短的时间内，让一个人对这个复杂领域有一个清晰的认识的？是不是用了什么独特的讲解方式？是不是把那些冗长、枯燥的公式和概念，用非常形象的比喻或者生活化的例子给串联起来了？我期待着这本书能够像一位经验丰富的向导，带领我穿梭在能量、熵、吉布斯自由能这些概念的森林里，而且还不是那种慢悠悠地逛，而是像疾驰的列车，嗖嗖地把关键信息塞进我的脑子里。我猜它一定不会像大学教材那样，上来就甩一堆定义和定理，而是会从最基本、最容易理解的点出发，比如我们每天接触到的烧水、吃饭、开车这些现象，都蕴含着热力学的原理，然后循序渐进地引出更深层次的概念。我特别想知道，这本书会不会强调“理解”而不是“死记硬背”，能不能让我真正明白“为什么”是这样，而不是仅仅记住“是什么”。毕竟，学懂了原理，才能灵活运用，才能真正把知识内化。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开《3小时读通化学热力学》这本书，我的脑海里立即浮现出一个场景：我坐在书桌前，一杯咖啡，一段宁静的午后时光，然后，3个小时后，我仿佛“打通了任督二脉”，对化学热力学有了豁然开朗的理解。这本书的名字设定了一个非常明确的“目标交付期”，这让我对其内容产生了很多猜测。它一定不是一本“百科全书式”的书，更像是一份“精华浓缩包”。我猜它会聚焦于那些最核心、最关键的知识点，比如热力学第一定律、第二定律、第三定律，以及它们在实际化学反应中的应用。会不会有一些非常直观的图示，能够帮助我们理解能量的传递和转化？或者，会用一些生动的故事来解释熵增的概念，让抽象的理论变得触手可及？我非常期待它能够提供一些“解题技巧”或者“思维模型”，帮助我们在面对复杂的计算和分析时，能够快速找到切入点。要知道，很多时候，困扰我们的并不是知识本身有多难，而是不知道从何入手，不知道如何去思考。如果这本书能够教会我“怎么想”，而不是仅仅“想什么”，那它的价值就太大了。