高中化學競賽物理化學精講與實用題典（簡體書）

編者的話

國際化學奧林匹克競賽（ICHO）是世界上規模最大、影響最深的全世界中學生化學學科的競賽活動。從1968年在捷克斯洛伐克舉行的第一屆國際化學奧林匹克競賽以來（除1971年停賽外），每年一次，至今已舉辦了53屆。從第一屆只有捷克斯洛伐克、波蘭、匈牙利3個國家參加發展至今已有80多個國家和地區參加，成為國際上最重要的中學生競賽賽事之一。

在國內，從1984年起由中國化學會組織舉辦了一年一度的“全國高中學生化學競賽”（包括初賽和決賽），至今已舉辦了34屆。30多年來，化學競賽受到了廣大青少年學生的廣泛關注和積極參與，不僅使他們更深刻地認識到作為自然科學核心學科的化學學科在科學技術、國民經濟和人民生活中的重要意義和作用，還極大地激發了青少年學生學習化學的熱情，培養起他們對化學學科的濃厚興趣。化學競賽是中學生的課外業余學習活動，是化學課堂學習的延伸和繼續，是在教師指導下的研究性的自主學習過程。中學生在參加化學競賽全過程中不僅可以學到更多的化學知識，接觸到化學學科發展的前沿領域，還能了解我國老一輩化學家兢兢業業、勤勤懇懇、堅持不懈為化學事業奮斗的精神，學習他們嚴謹的思維方法和工作態度。幾十年來，化學競賽為我國培養、造就化學優秀人才起到了良好作用。除此之外我國的“全國高中學生化學競賽”還承擔著為我國選拔參加國際化學奧林匹克競賽選手的任務。從1987年我國首次派出4名選手參加了第19屆國際化學奧林匹克競賽至今，我國已派出136名優秀選手參加了共34屆國際化學奧林匹克競賽，奪得了金牌103枚、銀牌29枚、銅牌4枚，取得了可喜的成績，為我國爭得了榮譽。

化學競賽涉及的化學知識內容十分廣泛，除了中學的化學基礎知識外還涉及大量大學化學的知識內容，包括無機化學、分析化學、有機化學、結構化學和物理化學的知識內容。其中物理化學是化學競賽（包括初賽、決賽和國際化學奧林匹克競賽）的主要內容之一。物理化學的內容在中學化學教材中介紹不多，目前這部分內容還沒有一本適合中學生化學競賽的培訓教材，同學們只能閱讀大學物理化學的原本教材，這些原本教材內容多、難度大，不容易自學。20多年來編者在指導中學生化學競賽中積累了大量的教學經驗，根據中國化學會化學競賽大綱要求編寫了本書。編者力圖將物理化學的基本原理和方法簡明扼要、通俗易懂地介紹給大家，使同學們能在最短的時間內掌握物理化學的基本內容，輕鬆地參加化學競賽，取得良好成績。本書包括五章： 第1章化學熱力學基礎、第2章溶液和相平衡、第3章化學平衡、第4章電化學基礎、第5章化學動力學。本書每章之後都精選了大量化學奧賽試題，對每題都進行了詳細解答。此外，還對每一試題進行了分析，指出試題考查的化學知識內容、重點、難點、解題思路和解題方法，以幫助同學們提高分析問題解決問題的能力。

化學競賽試題大多來源於化工生產實際和化學科學研究內容，有的有較大的難度和深度，涉及數學、物理、生物等多學科的知識，有很高的靈活性和技巧性，要完成這些試題要求同學們不僅要具有扎實的化學基礎知識、熟練地進行分析計算，而且還應有數學、物理、生物等綜合基礎知識以及健康的心理素質和創造性的思維能力。只有那些不畏艱難險阻、刻苦努力的優秀學生才可能在化學競賽中脫穎而出。

希望本書對同學們備戰化學競賽有所幫助。

編著者

2021年11月

目 錄

第1章化學熱力學基礎

1.1熱力學第一定律

1.1.1一些基本概念

1.1.2熱力學第一定律的表述

1.1.3體積功及可逆過程的概念

1.1.4焓H

1.1.5熱容關於熱的計算

1.1.6理想氣體的熱力學能和焓

1.2熱化學——化學反應的熱效應

1.2.1定容反應熱和定壓反應熱

1.2.2物質的熱力學標準態

1.2.3蓋斯定律

1.2.4物質的生成焓和燃燒焓

1.2.5鍵焓

1.2.6反應焓與溫度的關係——基爾霍夫定律

1.2.7絕熱反應

*1.2.8狀態函數的數學特徵

1.3熱力學第二定律及過程自發進行方向的判據

1.3.1熱力學第二定律的表述

1.3.2熵及熵判據

1.3.3熵變ΔS的計算

1.4吉布斯函數及吉布斯函數判據

1.4.1吉布斯函數的定義

1.4.2吉布斯函數判據

1.4.3吉布斯函數改變值ΔG的計算

1.4.4吉布斯函數隨溫度的變化

1.4.5吉布斯函數隨壓力的變化

*1.5封閉體系熱力學基本關係式

1.5.1定義式

1.5.2熱力學基本關係式

1.5.3麥克斯韋關係式

1.5.4幾個重要的含熵偏導數

試題分析解答

第2章溶液和相平衡

2.1溶液

2.1.1溶液組成的表示方法

2.1.2稀溶液中兩個經驗定律

2.1.3理想溶液的熱力學特徵

2.1.4稀溶液的依數性

2.2相平衡

2.2.1相和相律

2.2.2單組分體系相圖

2.2.3單組分體系的兩相平衡——克拉佩龍方程

2.2.4水蒸氣蒸餾

試題分析解答

第3章化學平衡

3.1化學反應自發進行的方向和限度

3.1.1化學反應的等溫方程式

3.1.2平衡常數表達式

3.2平衡常數的計算

3.2.1平衡常數計算的依據

3.2.2由標準摩爾生成吉布斯函數求算

3.2.3由物質的標準摩爾生成焓ΔfHm和標準熵Sm求算

3.2.4由標準電池電動勢E求算

3.2.5由相關反應的平衡常數求算

3.3各種因素對化學平衡的影響

3.3.1濃度或分壓對平衡的影響

3.3.2溫度對化學平衡的影響

3.3.3總壓對理想氣體反應平衡的影響

3.3.4惰性氣體對平衡的影響

3.4同時平衡

試題分析解答

第4章電化學基礎

4.1電解質溶液的導電機理和法拉第定律

4.1.1電解質溶液的導電機理

4.1.2法拉第定律

4.2可逆電池電動勢

4.2.1可逆電池與不可逆電池

4.2.2對消法測定可逆電池電動勢標準電池

4.2.3電池表達式及電池電動勢E的符號規約

4.2.4可逆電池電動勢E與各物質活度aB的關係——電池電動勢的能斯特方程

4.3可逆電極

4.3.1還原電極電勢標準氫電極

4.3.2電極電勢的能斯特方程

4.3.3可逆電極的分類

4.3.4電池電動勢的計算

4.4可逆電池熱力學電池電動勢測定的應用

4.4.1求電池反應的ΔrGm

4.4.2求電池反應的標準平衡常數K

4.4.3由電池電動勢的溫度系數 求電池反應的ΔrSm和ΔrHm

4.4.4求電池可逆放電時的熱效應QR

4.4.5溶液pH的測定

4.4.6將反應設計為可逆電池

4.5電解時的電極反應

4.5.1電極的極化和超電勢

4.5.2陰極反應——金屬的析出和氫的超電勢

4.5.3陽極反應

試題分析解答

第5章化學動力學

5.1化學反應的速率

5.1.1化學反應速率的表示方法

5.1.2反應速率方程式

5.1.3基元反應和複雜反應

5.1.4基元反應的質量作用定律

5.2具有簡單級數反應的動力學方程式

5.2.1一級反應

5.2.2二級反應

*5.2.3三級反應

5.2.4零級反應

5.3反應級數的測定方法

5.3.1積分法

5.3.2微分法

5.3.3半衰期法

5.3.4孤立法

5.4溫度對反應速率的影響

5.4.1範托夫經驗規則

5.4.2阿倫尼烏斯公式

5.4.3活化能及其測定

5.4.4由鍵焓估算基元反應的活化能

5.5複雜反應

5.5.1對峙反應

5.5.2平行反應

5.5.3連串反應

5.5.4複雜反應的近似處理

*5.6溶液中的快速對峙反應——弛豫法簡介

*5.7氣-固多相催化反應動力學

5.7.1氣體在固體表面上的吸附——朗繆爾吸附等溫式

5.7.2催化劑的活性和選擇性

5.7.3表面質量作用定律

5.7.4氣-固多相催化反應動力學

試題分析解答