本书由绪论、物理化学测量技术与方法、基本实验、研究型实验和附录几部分组成。绪论包括物理化学实验的目的和要求、实验室安全知识和数据记录与处理;物理化学测量技术与方法主要介绍了本书涉及的实验方法和技术以及仪器的使用方法;35个实验涵盖了热力学、化学平衡、化学动力学、电化学、表面化学与胶体化学等方面的物理化学内容;附录列出了22个物理化学实验常用数据表。
化学是一门以实验为基础的自然科学。实验是化学的灵魂,是展现化学魅力和激发学生学习兴趣的主要源泉,更是培养和发展学生科学思维能力和创新能力的重要方法和手段。在化学的分支学科中,物理化学是一门从物理学方法和角度分析物质体系化学行为的原理、规律和方法的学科,构成了近代化学的原理根基。物理化学实验是与物理化学课程紧密依存的一门独立开设的重要实验课程,即利用物理仪器和表征手段间接获取化学反应系统中所涉及的有关量的变化,从而解决化学反应涉及的方向、限度、能量转化以及反应速率等问题,并最终将其应用于化学化工科研以及生产的单元操作实际。物理化学实验是一门集理论性、实践性、综合性和研究性于一体的课程,是理论知识向应用过渡的重要阶段,是培养学生科学的思维方法、实验技能、综合实验能力和创新研究能力的重要环节,是学生获得物理化学知识和相关专业技能,从实践中来到实践中去的重要桥梁,对学生的知识、能力和综合素质的培养与提高起着至关重要的作用,在化学、化工、制药、生命、材料、环境、航空航天等专业的人才培养中占有重要的地位。
物理化学实验课程是化学、材料、环境等专业重点建设的核心基础课程。因此,将物理化学实验课程打造为具有“高阶性、创新性、挑战度”特征的一流课程,对培养一流创新性研究型综合人才具有重要的意义。其中,适合高校人才培养要求的教材是实现一流课程建设,将价值引领、知识传授、能力培养和人格形成有机结合的重要条件。目前,被广泛使用的通用经典教材,在内容的设置上偏于经典实验,对学生的创新思维和能力培养的重视程度有所不足。
在新时代不断教学改革中,将本学科特点和已有基础与科学前沿相结合,并将最新特色研究成果融入实验教学,编写特色物理化学实验教材,是化学类相关专业学生培养和当前物理化学实验课程改革的一项紧迫任务。
本书以北京航空航天大学化学学院胡学寅编写的《物理化学实验》讲义为基础,通过瞄准国家科技领域发展的重大需求,将物理化学实验知识和空天特色、科研成果与现代化工紧密结合,增加了物理化学测量技术与方法,调整了基础实验内容,新增了综合、研究和特色实验,旨在通过加强科研反哺教学,让学生体验知识被重新发现的过程,引导学生聚焦科学重大问题,激发学生学术志趣和内在动力,提高学生的创新思维和创新能力;同时,将物理化学实验知识与科学发展史、辩证唯物主义等相结合,使学生树立正确的世界观、人生观和价值观,增强其国家使命担当意识。
本书中实验内容涵盖了热力学、化学平衡、化学动力学、电化学、表面化学与胶体化学等方面,采取递进式教学内容设计模式,根据实验中增加自主设计的比例、增设设计题目等形式,分为基础、综合、研究和特色实验四个层次。其目的是通过对学生进行层层递进的物理化学实验内容的训练,加强学生对物理化学实验基本原理、方法和基本操作能力的掌握,同时培养学生分析、深度认知所学基础理论,以及独立思考并解决复杂问题的创新思维和综合创新能力,培养具有家国情怀、能够勇攀世界科学高峰的拔尖创新人才。
本书由田东亮编著,包括编写大纲,编撰各章节内容,统稿和定稿等全过程。本书编撰过程中应用了张秋雅、李燕、李玉梁、闫玉凤、王富萍、孙振宁、张春雨等的科研成果,张孝芳、张秋雅、李燕、李珂、李玉梁、李路、陈蕊、曹正宇、魏辛宇、邹文韬、李林洋等对本书实验条件进行了探究和校对,在此对以上优秀教师、博士、硕士表示感谢;同时,也参考了大量国内外文献资料和兄弟院校的有关教材,在此对原作者表示感谢。
本书可作为理工科院校开设物理化学实验课程的教材,也可供相关的研究开发人员设计实验方案和处理实验数据时参考
第一部分 绪论
一、物理化学实验的目的和要求
二、物理化学实验室安全知识
三、物理化学实验的数据记录与处理
第二部分 物理化学测量技术与方法
一、温度及其控制技术
二、压力及其测量技术
三、热化学测量技术
四、电化学测量技术
五、光学测量技术
第三部分 基本实验
第一章 化学热力学实验
实验一 氧弹量热法测定物质的燃烧热
实验二 静态法测定液体的饱和蒸气压
实验三 分配系数和平衡常数的测定
实验四 分解反应平衡常数及热力学函数的测定
实验五 回流冷凝法绘制双液体系气液平衡相图
实验六 二组分固液相图的绘制
实验七 凝固点降低法测摩尔质量
第二章 电化学实验
实验八 原电池电动势及温度系数的测定
实验九 希托夫法测定离子迁移数
实验十 电势-pH曲线的测定
第三章 化学动力学实验
实验十一 旋光法测定蔗糖水解速率常数
实验十二 电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数和活化能
实验十三 BZ振荡反应
第四章 胶体化学和界面化学实验
实验十四 固体和溶液界面上的吸附
实验十五 最大泡压法测定溶液的表面张力
实验十六 表面活性剂胶束形成过程中热效应的测定
实验十七 粘度法测定高聚物的摩尔质量
实验十八 胶体电泳速度的测定
实验十九 电渗
实验二十 碳钢在碳酸铵溶液中的钝化行为与极化曲线的测定
第四部分 研究型实验
实验二十一 固体热分解动力学的热分析法研究
实验二十二 纳米二氧化钛光催化材料的制备及其性质研究
实验二十三 氧化锌纳米阵列制备中的热力学和动力学问题研究
实验二十四 循环伏安法电化学测量结果的影响因素研究
实验二十五 Zeta电位法测定胶原及其降解物的等电点
实验二十六 特殊浸润表面材料的制备及其性质研究
实验二十七 电场驱动液态金属润湿及多级结构的制备研究
实验二十八 电场驱动梯度微结构材料表面水下油滴快速收集研究
实验二十九 电场响应超疏水弹性材料表面液体浸润和粘附研究
实验三十 锁油微结构阵列弹性表面防污性能研究
实验三十一 温度调控非对称微纳米结构表面液体各向异性浸润研究
实验三十二 非对称多孔膜表面可控液体铺展与渗透研究
实验三十三 各向异性鳞片表面的设计制备及其表面液滴输运研究
实验三十四 各向异性微结构导流气泡提升电解水性能研究
实验三十五 磁场可控液/孔复合界面流体渗透研究
附录 物理化学实验常用数据表
参考文献