本書由緒論、物理化學(xué)測量技術(shù)與方法、基本實驗、研究型實驗和附錄幾部分組成。緒論包括物理化學(xué)實驗的目的和要求、實驗室安全知識和數(shù)據(jù)記錄與處理;物理化學(xué)測量技術(shù)與方法主要介紹了本書涉及的實驗方法和技術(shù)以及儀器的使用方法;35個實驗涵蓋了熱力學(xué)、化學(xué)平衡、化學(xué)動力學(xué)、電化學(xué)、表面化學(xué)與膠體化學(xué)等方面的物理化學(xué)內(nèi)容;附錄列出了22個物理化學(xué)實驗常用數(shù)據(jù)表。
化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。實驗是化學(xué)的靈魂,是展現(xiàn)化學(xué)魅力和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的主要源泉,更是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力的重要方法和手段。在化學(xué)的分支學(xué)科中,物理化學(xué)是一門從物理學(xué)方法和角度分析物質(zhì)體系化學(xué)行為的原理、規(guī)律和方法的學(xué)科,構(gòu)成了近代化學(xué)的原理根基。物理化學(xué)實驗是與物理化學(xué)課程緊密依存的一門獨立開設(shè)的重要實驗課程,即利用物理儀器和表征手段間接獲取化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中所涉及的有關(guān)量的變化,從而解決化學(xué)反應(yīng)涉及的方向、限度、能量轉(zhuǎn)化以及反應(yīng)速率等問題,并最終將其應(yīng)用于化學(xué)化工科研以及生產(chǎn)的單元操作實際。物理化學(xué)實驗是一門集理論性、實踐性、綜合性和研究性于一體的課程,是理論知識向應(yīng)用過渡的重要階段,是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法、實驗技能、綜合實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新研究能力的重要環(huán)節(jié),是學(xué)生獲得物理化學(xué)知識和相關(guān)專業(yè)技能,從實踐中來到實踐中去的重要橋梁,對學(xué)生的知識、能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)與提高起著至關(guān)重要的作用,在化學(xué)、化工、制藥、生命、材料、環(huán)境、航空航天等專業(yè)的人才培養(yǎng)中占有重要的地位。
物理化學(xué)實驗課程是化學(xué)、材料、環(huán)境等專業(yè)重點建設(shè)的核心基礎(chǔ)課程。因此,將物理化學(xué)實驗課程打造為具有“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”特征的一流課程,對培養(yǎng)一流創(chuàng)新性研究型綜合人才具有重要的意義。其中,適合高校人才培養(yǎng)要求的教材是實現(xiàn)一流課程建設(shè),將價值引領(lǐng)、知識傳授、能力培養(yǎng)和人格形成有機結(jié)合的重要條件。目前,被廣泛使用的通用經(jīng)典教材,在內(nèi)容的設(shè)置上偏于經(jīng)典實驗,對學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力培養(yǎng)的重視程度有所不足。
在新時代不斷教學(xué)改革中,將本學(xué)科特點和已有基礎(chǔ)與科學(xué)前沿相結(jié)合,并將最新特色研究成果融入實驗教學(xué),編寫特色物理化學(xué)實驗教材,是化學(xué)類相關(guān)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)和當前物理化學(xué)實驗課程改革的一項緊迫任務(wù)。
本書以北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院胡學(xué)寅編寫的《物理化學(xué)實驗》講義為基礎(chǔ),通過瞄準國家科技領(lǐng)域發(fā)展的重大需求,將物理化學(xué)實驗知識和空天特色、科研成果與現(xiàn)代化工緊密結(jié)合,增加了物理化學(xué)測量技術(shù)與方法,調(diào)整了基礎(chǔ)實驗內(nèi)容,新增了綜合、研究和特色實驗,旨在通過加強科研反哺教學(xué),讓學(xué)生體驗知識被重新發(fā)現(xiàn)的過程,引導(dǎo)學(xué)生聚焦科學(xué)重大問題,激發(fā)學(xué)生學(xué)術(shù)志趣和內(nèi)在動力,提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力;同時,將物理化學(xué)實驗知識與科學(xué)發(fā)展史、辯證唯物主義等相結(jié)合,使學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀,增強其國家使命擔(dān)當意識。
本書中實驗內(nèi)容涵蓋了熱力學(xué)、化學(xué)平衡、化學(xué)動力學(xué)、電化學(xué)、表面化學(xué)與膠體化學(xué)等方面,采取遞進式教學(xué)內(nèi)容設(shè)計模式,根據(jù)實驗中增加自主設(shè)計的比例、增設(shè)設(shè)計題目等形式,分為基礎(chǔ)、綜合、研究和特色實驗四個層次。其目的是通過對學(xué)生進行層層遞進的物理化學(xué)實驗內(nèi)容的訓(xùn)練,加強學(xué)生對物理化學(xué)實驗基本原理、方法和基本操作能力的掌握,同時培養(yǎng)學(xué)生分析、深度認知所學(xué)基礎(chǔ)理論,以及獨立思考并解決復(fù)雜問題的創(chuàng)新思維和綜合創(chuàng)新能力,培養(yǎng)具有家國情懷、能夠勇攀世界科學(xué)高峰的拔尖創(chuàng)新人才。
本書由田東亮編著,包括編寫大綱,編撰各章節(jié)內(nèi)容,統(tǒng)稿和定稿等全過程。本書編撰過程中應(yīng)用了張秋雅、李燕、李玉梁、閆玉鳳、王富萍、孫振寧、張春雨等的科研成果,張孝芳、張秋雅、李燕、李珂、李玉梁、李路、陳蕊、曹正宇、魏辛宇、鄒文韜、李林洋等對本書實驗條件進行了探究和校對,在此對以上優(yōu)秀教師、博士、碩士表示感謝;同時,也參考了大量國內(nèi)外文獻資料和兄弟院校的有關(guān)教材,在此對原作者表示感謝。
本書可作為理工科院校開設(shè)物理化學(xué)實驗課程的教材,也可供相關(guān)的研究開發(fā)人員設(shè)計實驗方案和處理實驗數(shù)據(jù)時參考
第一部分 緒論
一、物理化學(xué)實驗的目的和要求
二、物理化學(xué)實驗室安全知識
三、物理化學(xué)實驗的數(shù)據(jù)記錄與處理
第二部分 物理化學(xué)測量技術(shù)與方法
一、溫度及其控制技術(shù)
二、壓力及其測量技術(shù)
三、熱化學(xué)測量技術(shù)
四、電化學(xué)測量技術(shù)
五、光學(xué)測量技術(shù)
第三部分 基本實驗
第一章 化學(xué)熱力學(xué)實驗
實驗一 氧彈量熱法測定物質(zhì)的燃燒熱
實驗二 靜態(tài)法測定液體的飽和蒸氣壓
實驗三 分配系數(shù)和平衡常數(shù)的測定
實驗四 分解反應(yīng)平衡常數(shù)及熱力學(xué)函數(shù)的測定
實驗五 回流冷凝法繪制雙液體系氣液平衡相圖
實驗六 二組分固液相圖的繪制
實驗七 凝固點降低法測摩爾質(zhì)量
第二章 電化學(xué)實驗
實驗八 原電池電動勢及溫度系數(shù)的測定
實驗九 希托夫法測定離子遷移數(shù)
實驗十 電勢-pH曲線的測定
第三章 化學(xué)動力學(xué)實驗
實驗十一 旋光法測定蔗糖水解速率常數(shù)
實驗十二 電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)和活化能
實驗十三 BZ振蕩反應(yīng)
第四章 膠體化學(xué)和界面化學(xué)實驗
實驗十四 固體和溶液界面上的吸附
實驗十五 最大泡壓法測定溶液的表面張力
實驗十六 表面活性劑膠束形成過程中熱效應(yīng)的測定
實驗十七 粘度法測定高聚物的摩爾質(zhì)量
實驗十八 膠體電泳速度的測定
實驗十九 電滲
實驗二十 碳鋼在碳酸銨溶液中的鈍化行為與極化曲線的測定
第四部分 研究型實驗
實驗二十一 固體熱分解動力學(xué)的熱分析法研究
實驗二十二 納米二氧化鈦光催化材料的制備及其性質(zhì)研究
實驗二十三 氧化鋅納米陣列制備中的熱力學(xué)和動力學(xué)問題研究
實驗二十四 循環(huán)伏安法電化學(xué)測量結(jié)果的影響因素研究
實驗二十五 Zeta電位法測定膠原及其降解物的等電點
實驗二十六 特殊浸潤表面材料的制備及其性質(zhì)研究
實驗二十七 電場驅(qū)動液態(tài)金屬潤濕及多級結(jié)構(gòu)的制備研究
實驗二十八 電場驅(qū)動梯度微結(jié)構(gòu)材料表面水下油滴快速收集研究
實驗二十九 電場響應(yīng)超疏水彈性材料表面液體浸潤和粘附研究
實驗三十 鎖油微結(jié)構(gòu)陣列彈性表面防污性能研究
實驗三十一 溫度調(diào)控非對稱微納米結(jié)構(gòu)表面液體各向異性浸潤研究
實驗三十二 非對稱多孔膜表面可控液體鋪展與滲透研究
實驗三十三 各向異性鱗片表面的設(shè)計制備及其表面液滴輸運研究
實驗三十四 各向異性微結(jié)構(gòu)導(dǎo)流氣泡提升電解水性能研究
實驗三十五 磁場可控液/孔復(fù)合界面流體滲透研究
附錄 物理化學(xué)實驗常用數(shù)據(jù)表
參考文獻