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上篇 化学原理 1

第一章 原子结构和元素周期系 1

1-1 原子结构理论的发展概况 2

1.1.1 原子的含核模型 2

1.1.2 原子的玻尔模型 3

1-2 原子的量子力学模型 6

1.2.1 微观粒子的波粒二象性 7

1.2.2 核外电子运动状态的近代描述 9

1.2.3 原子轨道和电子云的图像 16

1-3 原子的电子结构与元素周期系 20

1.3.1 多电子原子的能级 20

1.3.2 核外电子排布的规则 23

1.3.3 原子的电子结构和元素周期系 24

1-4 原子结构与元素性质的关系 31

1.4.1 原子参数 31

1.4.2 元素的金属性和非金属性 40

1.4.3 氧化值 40

科学家卢瑟福 42

复习思考题和习题 43

参考书目 46

第二章 分子结构和分子间力、氢键 47

2-1 价键理论 49

2.1.1 共价键的本质 49

2.1.2 共价键的特征 50

2.1.3 共价键的类型 51

2.1.4 键参数 53

2-2 杂化轨道理论 55

2.2.1 杂化轨道概念及其理论要点 55

2.2.2 s和p原子轨道杂化 56

2.2.3 等性杂化和不等性杂化轨道 58

2-3 分子轨道理论 61

2.3.1 分子轨道的形成及基本要点 61

2.3.2 分子轨道的能级顺序 63

2.3.3 分子轨道理论的应用 65

2-4 分子间力和氢键 70

2.4.1 分子间力 70

2.4.2 氢键 76

科学家路易斯 79

复习思考题和习题 80

参考书目 82

第三章 固体结构和固体的性能 83

3-1 晶体的结构和类型 84

3.1.1 晶格与晶胞 84

3.1.2 晶体的类型 86

3-2 离子晶体 87

3.2.1 几种典型的离子晶体 87

3.2.2 离子半径和配位比 90

3.2.3 晶格能 92

3.2.4 离子的极化和变形 94

3-3 原子晶体和分子晶体 96

3.3.1 原子晶体 96

3.3.2 分子晶体 97

3-4 金属晶体 97

3.4.1 金属晶体的改性共价键理论 97

3.4.2 金属晶体的紧密堆积结构 98

3-5 混合型晶体 100

3-6 晶体的缺陷 102

3.6.1 点缺陷 102

3.6.2 线缺陷 104

3.6.3 面缺陷 104

3-7 非化学计量化合物 105

3-8 非晶体的结构 108

3.8.1 玻璃的结构理论 109

3.8.2 新型非晶体 110

3-9 固体的结构与性能 110

3.9.1 固体的电性 111

3.9.2 固体的磁性 114

3.9.3 固体的光学性质 115

科学家布拉格父子 117

复习思考题和习题 119

参考书目 120

第四章 配合物结构和新型配合物 121

4-1 配合物的基本概念 122

4.1.1 配合物的组成 122

4.1.2 配合物的命名 125

4.1.3 螯合物 125

4.1.4 配合物的几何异构现象 126

4-2 配合物结构的价键理论 128

4.2.1 杂化轨道和空间构型 129

4.2.2 外轨型配合物和内轨型配合物 132

4-3 配合物结构的晶体场理论 133

4.3.1 晶体场理论的基本要点和d轨道的分裂 133

4.3.2 分裂能 135

4.3.3 晶体场理论的应用 137

4-4 配合物结构的分子轨道理论 142

4.4.1 形成σ键配合物的分子轨道 143

4.4.2 形成π键配合物的分子轨道 144

4-5 新型配合物 145

科学家维尔纳 149

复习思考题和习题 150

参考书目 152

第五章 物质的聚集状态 153

5-1 理想气体 154

5.1.1 理想气体定律 154

5.1.2 气体分子运动论 159

5-2 实际气体 160

5.2.1 实际气体与理想气体的偏差 161

5.2.2 理想气体状态方程的修正 162

5-3 液体和溶液 165

5.3.1 液体的蒸发和蒸气压 165

5.3.2 溶液的一般概念和浓度表示法 168

5.3.3 稀溶液的性质 169

5-4 相变化和相图 177

5.4.1 相变化的基本类型 177

5.4.2 相图 178

5-5 等离子体 181

科学家范特霍夫 184

复习思考题和习题 185

参考书目 187

第六章 热力学第一定律和热化学 188

6-1 化学反应中的能量关系 189

6.1.1 系统和环境 189

6.1.2 系统的状态 190

6.1.3 状态函数 191

6.1.4 功和热 193

6.1.5 过程 194

6-2 热力学第一定律 195

6.2.1 热力学能 196

6.2.2 能量的单位 196

6.2.3 热力学第一定律的数学表达式 197

6-3 一般化学反应的过程特征 198

6.3.1 恒容过程 198

6.3.2 恒压过程 198

6-4 化学反应热效应 200

6.4.1 反应进度 201

6.4.2 热化学标准状态 202

6.4.3 盖斯定律 203

6.4.4 热化学方程式 204

6-5 生成焓和燃烧焓 205

6.5.1 标准摩尔生成焓 205

6.5.2 标准摩尔燃烧焓 207

6-6 热容和相变焓 209

6.6.1 热容 209

6.6.2 相变焓 210

6-7 化学反应热的计算 211

科学家焦耳 215

复习思考题和习题 216

参考书目 218

第七章 热力学第二、第三定律和化学平衡 219

7-1 与化学反应方向有关的问题 220

7.1.1 化学反应方向与化学反应热 220

7.1.2 化学反应方向与系统的混乱度 221

7.1.3 熵 222

7-2 热力学第二定律 222

7.2.1 热力学第二定律 222

7.2.2 理想热机与卡诺定理 223

7.2.3 克劳修斯不等式 225

7-3 热力学第三定律 227

7-4 吉氏函数和化学反应的方向 230

7.4.1 摩尔反应吉氏函数 230

7.4.2 标准摩尔反应吉氏函数 230

7.4.3 标准摩尔生成吉氏函数 231

7-5 化学反应的限度——化学平衡 231

7.5.1 化学平衡 232

7.5.2 平衡常数 233

7.5.3 同时平衡规则 237

7.5.4 化学平衡的计算 237

7.5.5 化学反应等温方程式 239

7-6 化学平衡的移动 240

7.6.1 浓度对化学平衡的影响 240

7.6.2 压力对化学平衡的影响 240

7.6.3 温度对化学平衡的影响 242

7.6.4 平衡移动的总规律 243

科学家吉布斯 243

复习思考题和习题 244

参考书目 247

第八章 化学反应速率和反应机理 248

8-1 化学反应速率 249

8-2 化学反应速率方程 251

8.2.1 化学反应速率方程的基本形式 251

8.2.2 反应速率常数 253

8.2.3 反应级数 253

8-3 浓度对反应速率的影响 254

8-4 温度对反应速率的影响 258

8-5 催化剂对反应速率的影响 261

8-6 影响多相化学反应速率的因素 263

8-7 反应速率理论 264

8.7.1 简单碰撞理论 264

8.7.2 过渡状态理论 266

8.7.3 反应速率与活化能的关系 268

8-8 化学反应的机理 269

8.8.1 质量作用定律和基元反应 269

8.8.2 链反应 272

科学家李远哲 275

复习思考题和习题 276

参考书目 279

第九章 酸碱和离子平衡 280

9-1 酸碱质子理论 281

9.1.1 酸碱定义 282

9.1.2 酸碱强弱和酸碱解离常数 284

9-2 弱酸和弱碱的解离平衡计算 287

9.2.1 一元弱酸弱碱的解离平衡 287

9.2.2 多元弱酸弱碱的解离平衡 291

9.2.3 酸碱平衡的移动——同离子效应 292

9-3 缓冲溶液 295

9-4 酸碱中和反应 300

9-5 沉淀-溶解平衡 302

9.5.1 溶度积 302

9.5.2 溶度积规则 304

9-6 沉淀的生成和溶解 305

9.6.1 沉淀的生成 305

9.6.2 沉淀的溶解 307

9.6.3 沉淀转化 311

9-7 分步沉淀 312

科学家阿仑尼乌斯 313

复习思考题和习题 314

参考书目 318

第十章 电化学基础和氧化还原平衡 319

10-1 氧化还原反应与方程式的配平 321

10.1.1 氧化还原反应 321

10.1.2 氧化还原反应方程式的配平 323

10-2 电解质溶液的导电机理 326

10.2.1 电解质离子的定向迁移与电极反应 326

10.2.2 法拉第定律 327

10-3 原电池和电极反应的标准电势 328

10.3.1 原电池 328

10.3.2 电极反应的电势 331

10-4 能斯特方程和电极反应的电势 336

10-5 电极反应的电势的应用 339

10-6 电动势与△rGm及K？的关系 343

10.6.1 电动势与摩尔反应吉氏函数的关系 343

10.6.2 标准电动势与标准平衡常数的关系 344

10-7 元素电势图及其应用 344

科学家法拉第 347

复习思考题和习题 348

参考书目 351

第十一章 配合物在溶液中的稳定性和配位平衡 352

11-1 配合物的稳定常数和配位平衡 353

11.1.1 稳定常数的表示方法 353

11.1.2 配离子平衡浓度的计算 355

11-2 影响配离子在溶液中稳定性的因素 356

11.2.1 中心离子的性质对配离子稳定性的影响 357

11.2.2 配体性质对配合物稳定性的影响 357

11.2.3 配位原子和中心离子的关系对配合物稳定性的影响 359

11-3 配位平衡的移动 360

11.3.1 配离子之间的平衡 360

11.3.2 配位平衡与沉淀溶解平衡 360

11.3.3 配位平衡与氧化还原平衡 362

11.3.4 配位平衡与酸碱平衡 364

11-4 配位平衡的应用 365

科学家鲍林 367

复习思考题和习题 368

参考书目 370

下篇 现代化学概论 371

第十二章 非金属元素通论和氮、硼、稀有气体 371

12-1 元素的发现、分类及其在自然界的存在 372

12.1.1 元素的发现和分类 372

12.1.2 元素在地壳、海洋和大气中的分布 373

12-2 非金属元素通论 374

12.2.1 非金属单质的结构和性质 375

12.2.2 非金属元素的氢化物 379

12.2.3 非金属含氧酸及其盐 381

12.2.4 非金属单质的一般制备方法 384

12-3 氮及其化合物 386

12.3.1 氮 386

12.3.2 氨 387

12.3.3 氨的衍生物 389

12.3.4 氮的氧化物 389

12.3.5 亚硝酸及其盐 392

12.3.6 硝酸及其盐 393

12.3.7 重要的氮化物 398

12-4 硼及其化合物 399

12.4.1 硼的成键特征 400

12.4.2 硼的氢化物 401

12.4.3 硼的重要化合物 402

12.4.4 新型硼化物 403

12-5 稀有气体 404

12.5.1 稀有气体的发现 404

12.5.2 稀有气体的性质和用途 406

12.5.3 稀有气体的存在和分离 407

12.5.4 稀有气体的化合物 407

科学家利普斯科姆 409

复习思考题和习题 410

参考书目 412

第十三章 金属元素通论和铬、锰、稀土元素 413

13-1 金属元素通论 414

13.1.1 从矿石中提取金属的一般方法 414

13.1.2 主族金属元素 418

13.1.3 过渡金属元素 425

13.1.4 金属的腐蚀和防腐 429

13-2 铬及其化合物 432

13.2.1 Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的存在形式及酸碱性转化 433

13.2.2 Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的氧化还原转化 434

13.2.3 铬的配合物 436

13.2.4 铬及其化合物的应用 437

13-3 锰及其化合物 438

13.3.1 锰的常见氧化值及其氧化还原性 438

13.3.2 电势、酸度和试剂用量对锰化合物氧化还原产物的影响 441

13.3.3 锰及其化合物的应用 443

13-4 稀土元素及其化合物 444

13.4.1 稀土元素的性质 444

13.4.2 稀土元素的重要化合物 447

13.4.3 稀土元素的分离 448

13.4.4 稀土金属的制备 449

13.4.5 新技术中的稀土元素及其化合物 450

科学家戴维 452

复习思考题和习题 453

参考书目 455

第十四章 碳及有机化合物 456

14-1 碳的单质和重要无机化合物 457

14.1.1 单质 457

14.1.2 二氧化碳和碳酸 458

14.1.3 碳酸盐和碳酸氢盐 459

14.1.4 一氧化碳 460

14-2 有机化合物的分类和特性 461

14.2.1 有机化合物的分类 461

14.2.2 有机化合物的特性 464

14-3 有机化合物的结构特征 465

14.3.1 有机化合物的分子结构 465

14.3.2 有机分子的构象、手性与旋光性 467

14-4 有机化合物的反应类型 469

14.4.1 取代反应 469

14.4.2 加成反应 472

14.4.3 氧化还原反应 474

14-5 部分官能团的特点和活性 477

14.5.1 醇、酚、醚 477

14.5.2 卤代烃 481

14.5.3 醛和酮 483

14.5.4 羧酸及其衍生物 483

14.5.5 胺 485

科学家伍德沃德 486

复习思考题和习题 487

参考书目 489

第十五章 聚合物 490

15-1 聚合物与社会进步 491

15-2 有机聚合物 492

15.2.1 有机聚合物的基本概念 492

15.2.2 有机聚合物的命名与分类 493

15.2.3 有机聚合物的合成 494

15.2.4 有机聚合物的特性 495

15.2.5 重要的有机聚合物 500

15.2.6 新型有机聚合物 503

15-3 无机聚合物 506

15.3.1 一般无机聚合物 506

15.3.2 新型无机聚合物 509

15-4 金属配位聚合物 511

科学家齐格勒，纳塔 512

复习思考题和习题 514

参考书目 514

第十六章 环境与化学 515

16-1 环境污染与人类的关系 516

16.1.1 环境污染与社会公害 516

16.1.2 环境污染与人体健康 517

16.1.3 环境污染与化学工业 518

16.1.4 环境保护与清洁生产 519

16-2 大气污染及防治 521

16.2.1 大气中化学污染物及危害 522

16.2.2 几种综合性的大气污染 524

16.2.3 大气污染的防治 526

16-3 水污染及防治 527

16.3.1 水体污染物及危害 528

16.3.2 污水的化学净化 529

16-4 土壤污染及防治 531

16.4.1 土壤污染及危害 532

16.4.2 土壤污染的防治 532

科学家侯德榜 534

复习思考题和习题 535

参考书目 535

第十七章 材料与化学 536

17-1 材料与社会进步 537

17-2 超细颗粒材料 539

17.2.1 超细颗粒的特性和合成方法 539

17.2.2 超细颗粒材料的种类 542

17-3 先进陶瓷材料 543

17.3.1 结构陶瓷材料 544

17.3.2 功能陶瓷材料 545

17-4 新型薄膜材料 546

17-5 液晶材料 548

17.5.1 液晶的结构 549

17.5.2 液晶的性质 551

17.5.3 液晶与现代科技 554

科学家吕·查德里 556

复习思考题和习题 556

参考书目 557

第十八章 信息与化学 558

18-1 信息技术与化学 559

18-2 半导体 561

18.2.1 半导体的分类和导电性 561

18.2.2 硅半导体材料的制备 565

18.2.3 砷化镓半导体材料的制备 567

18-3 光导纤维 568

18.3.1 光导纤维的种类和特性 569

18.3.2 光导纤维的制备 570

18-4 传感器 572

18.4.1 传感器的定义和功能 572

18.4.2 化学传感器 573

科学家能斯特 574

复习思考题和习题 575

参考书目 576

第十九章 能源与化学 577

19-1 能源与社会进步 578

19.1.1 能源的分类 578

19.1.2 能量和能量利用 579

19-2 能量的化学转换 580

19.2.1 利用热化学反应的能量化学转换 580

19.2.2 利用电化学反应的能量化学转换 582

19.2.3 利用光化学反应的能量化学转换 583

19-3 节能技术 585

19.3.1 提高燃料的利用率 586

19.3.2 化工生产过程中减少能耗 586

19-4 现代新能源 588

19.4.1 太阳能 588

19.4.2 氢能 590

19.4.3 生物质能和绿色电池 592

科学家哈柏 594

复习思考题和习题 595

参考书目 596

第二十章 生命与化学 597

20-1 生命的元素 598

20.1.1 构成生物高分子结构的主要元素 599

20.1.2 细胞膜与离子泵 599

20.1.3 与酶的辅因子有关的元素 603

20-2 生物分子的多样性 604

20.2.1 生物分子的多样性 604

20.2.2 蛋白质结构的多层次 605

20-3 生物化学——关于生命的化学 607

20.3.1 生命的物质基础——生物高分子 607

20.3.2 新陈代谢 612

20.3.3 生命系统的热力学和动力学 616

20-4 生物工程 618

科学家霍奇金 621

复习思考题和习题 622

参考书目 623

第二十一章 核化学 624

21-1 原子核 625

21.1.1 原子核的一些基本概念 625

21.1.2 核的稳定性 626

21.1.3 原子核的结合能 627

21-2 核反应 629

21.2.1 核衰变和放射性 630

21.2.2 人工核反应 633

21.2.3 合成元素的发展方向 635

21-3 放射性核素和核技术的应用 636

21-4 核能和核能利用 637

21.4.1 核裂变和核裂变能的利用 637

21.4.2 核聚变和核聚变能的利用 640

21.4.3 核辐射与核污染 641

科学家居里夫妇 643

复习思考题和习题 644

参考书目 645

附录 646

附录一 部分气体自25℃至某温度的平均定压热容 646

附录二 物质的标准摩尔燃烧焓 646

附录三 一些单质和化合物的△fH？m,△rG?m,S?m数据(298K) 647

附录四 一些弱电解质的解离常数(298K) 652

附录五 溶度积常数(298K) 653

附录六 电极上电极反应的标准电势(298K) 655

附录七 配离子的标准稳定常数(298K) 659

附录八 国际单位制(SI) 661

索引 663