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上篇 原理·结构 2

第1章 化学热力学基础 2

1.1 基本概念和术语 2

1.1.1 体系和环境 2

1.1.2 状态和状态函数 3

1.1.3 热、功和热力学能 4

1.1.4 过程和途径 5

1.1.5 热化学方程式和反应进度 5

1.2 化学反应热和反应焓变 6

1.2.1 热力学第一定律 7

1.2.2 定容反应热 7

1.2.3 定压反应热与反应的焓变 8

1.2.4 Qp与Qv的关系 8

1.2.5 热力学标准条件与标准摩尔生成焓 9

1.3 化学反应热的热力学计算 11

1.3.1 由标准摩尔生成焓计算反应热 11

1.3.2 由标准摩尔燃烧焓计算反应热 12

1.3.3 由盖斯定律计算反应热 13

1.3.4 由键焓（能）估算反应热 14

1.4 化学反应的方向 15

1.4.1 化学反应的自发性 15

1.4.2 熵、熵变及规律 16

1.4.3 吉布斯自由能变和化学反应的方向 17

1.4.4 标准吉布斯自由能变的计算 18

综合性思考题 21

复习思考题 21

习题 23

第2章 化学动力学基础 27

2.1 化学反应速率的基本概念 27

2.1.1 化学反应速率的表示方法 27

2.1.2 基元反应与反应机理 28

2.2 化学反应速率理论 29

2.2.1 分子碰撞理论简介 29

2.2.2 过渡状态理论简介 30

2.2.3 活化能与反应热的关系 31

2.3 浓度对化学反应速率的影响 32

2.3.1 速率方程与反应级数 32

2.3.2 质量作用定律 33

2.3.3 浓度与时间的定量关系 34

2.4 温度对反应速率的影响 35

2.4.1 阿伦尼乌斯公式 36

2.4.2 阿伦尼乌斯公式的应用 37

2.5 催化剂对反应速率的影响 37

2.5.1 催化剂的基本特征 37

2.5.2 均相催化和多相催化 38

2.5.3 酶催化 39

综合性思考题 39

复习思考题 40

习题 41

第3章 化学平衡原理 44

3.1 化学平衡系统 44

3.1.1 实验平衡常数 44

3.1.2 标准平衡常数 45

3.1.3 多重平衡规则 46

3.1.4 反应商Q 47

3.2 化学平衡与吉布斯自由能变 47

3.2.1 化学等温方程与反应商判据 47

3.2.2 范特霍夫方程 49

3.3 化学平衡的移动 50

3.3.1 浓度对化学平衡移动的影响 50

3.3.2 压力对化学平衡移动的影响 51

3.3.3 温度对化学平衡移动的影响 52

3.4 化学平衡的计算 53

3.4.1 气体定律 53

3.4.2 平衡组成的计算 54

综合性思考题 57

复习思考题 57

习题 58

第4章 酸碱平衡 62

4.1 酸碱质子理论 62

4.1.1 酸碱的定义与共轭酸碱对 62

4.1.2 酸碱反应 63

4.1.3 共轭酸碱对K？与K？的关系 63

4.2 弱电解质的解离平衡 64

4.2.1 一元弱酸弱碱的解离平衡 64

4.2.2 多元弱电解质的解离平衡 67

4.2.3 盐溶液中的解离平衡 68

4.2.4 酸碱平衡移动 72

4.3 缓冲溶液 74

4.3.1 缓冲作用原理 74

4.3.2 缓冲溶液pH值的计算 75

4.3.3 缓冲容量及缓冲范围 76

4.3.4 缓冲对的选择及缓冲溶液的配制 78

4.3.5 缓冲溶液的生物学意义 78

4.4 溶液的浓度 79

4.4.1 摩尔浓度 79

4.4.2 质量摩尔浓度 79

4.4.3 摩尔分数 79

4.5 强电解质溶液 80

阅读材料 人血液的pH值 81

综合性思考题 82

复习思考题 83

习题 83

第5章 沉淀溶解平衡 86

5.1 溶度积原理 86

5.1.1 溶度积常数 86

5.1.2 溶度积与溶解度 87

5.1.3 溶度积常数与自由能变 88

5.2 沉淀的生成与溶解 88

5.2.1 溶度积规则 88

5.2.2 沉淀的生成 89

5.2.3 分步沉淀 91

5.2.4 沉淀的溶解 92

5.2.5 沉淀的转化 96

综合性思考题 96

复习思考题 97

习题 97

第6章 氧化还原反应 101

6.1 氧化还原反应方程式的配平 101

6.1.1 氧化数 101

6.1.2 离子-电子法配平反应方程式 102

6.2 原电池与电极电势 104

6.2.1 原电池构造 104

6.2.2 电解与法拉第定律 105

6.2.3 电极电势的产生与测定 106

6.3 影响电极电势的因素 109

6.3.1 能斯特方程 109

6.3.2 浓度对电极电势的影响 109

6.3.3 酸度对电极电势的影响 110

6.3.4 生成沉淀对电极电势的影响 110

6.3.5 生成配合物对电极电势的影响 112

6.4 电极电势的应用 112

6.4.1 判断原电池正负极和书写原电池符号 112

6.4.2 比较氧化剂和还原剂的相对强弱 113

6.4.3 选择合适的氧化剂和还原剂 113

6.4.4 判断氧化还原反应的方向 114

6.4.5 判断氧化还原反应进行的程度 115

6.4.6 计算难溶电解质的溶度积 115

6.4.7 元素电势图及其应用 116

阅读材料 化学电源实例 118

综合性思考题 121

复习思考题 122

习题 122

第7章 配位化合物 126

7.1 配合物的基本概念 126

7.1.1 配合物的定义 126

7.1.2 配合物的组成 127

7.1.3 配合物的化学式及命名 128

7.2 配位平衡 129

7.2.1 配位平衡常数 129

7.2.2 配位平衡与酸碱平衡 131

7.2.3 配位平衡与沉淀溶解平衡 132

7.2.4 配位平衡与氧化还原平衡 134

7.2.5 配位平衡间的相互转化 136

7.3 配合物的分类 136

7.3.1 简单配合物 136

7.3.2 螯合物 137

7.3.3 特殊配合物 138

综合性思考题 139

复习思考题 139

习题 140

第8章 原子结构 141

8.1 原子结构理论的发展 141

8.2 量子力学原子模型 143

8.2.1 核外电子运动的特征 143

8.2.2 核外电子运动状态的描述 144

8.2.3 量子数、原子轨道和电子运动状态 148

8.3 原子核外电子排布与元素周期律 151

8.3.1 基态原子中电子排布原理 151

8.3.2 多电子原子的电子排布 152

8.3.3 原子的电子层结构与元素周期律 156

8.4 元素性质的周期性 157

8.4.1 原子半径 157

8.4.2 电离能（I） 159

8.4.3 电子亲和能（A） 160

8.4.4 电负性（x） 161

阅读材料 中子星知多少？ 162

复习思考题 162

习题 163

第9章 化学键与分子结构 165

9.1 离子键理论 165

9.1.1 离子键的理论要点 165

9.1.2 离子键的强度 166

9.2 价键理论（VB法） 167

9.2.1 共价键理论的发展 167

9.2.2 价键理论要点 167

9.2.3 共价键的类型 168

9.2.4 共价键的强度 170

9.3 杂化轨道理论 171

9.3.1 杂化轨道理论的建立 171

9.3.2 杂化轨道类型与分子空间构型的关系 171

9.4 配合物中的化学键理论 175

9.4.1 价键理论的要点 175

9.4.2 配合物的几何构型 176

9.5 分子轨道理论 179

9.5.1 分子轨道理论要点 180

9.5.2 分子轨道能级及应用 181

9.6 分子间力和氢键 184

9.6.1 分子的极性和变形性 184

9.6.2 分子间力 186

9.6.3 分子间力对物质物理性质的影响 188

9.6.4 氢键 189

阅读材料 富勒烯 190

复习思考题 191

习题 192

第10章 固体结构与性质 194

10.1 晶体及内部结构 194

10.1.1 晶体结构的特征 194

10.1.2 晶体的内部结构 196

10.1.3 单晶体、多晶体和非晶体 198

10.1.4 晶体类型 200

10.2 金属晶体 200

10.2.1 金属晶体的结构 200

10.2.2 金属键理论 202

10.3 离子晶体 204

10.3.1 常见的晶体类型 204

10.3.2 半径比规则 205

10.3.3 晶格能 207

10.3.4 离子极化 209

10.4 分子晶体和原子晶体 211

10.4.1 分子晶体 211

10.4.2 原子晶体 211

10.4.3 层状晶体 212

阅读材料 红宝石与蓝宝石 213

复习思考题 214

习题 214

下篇 元素化学 217

第11章 氢、稀有气体 217

11.1 氢 217

11.1.1 氢的自然资源 217

11.1.2 氢的成键特征 218

11.1.3 氢的结构性质和用途 218

11.1.4 氢的制备 221

11.1.5 氢化物 222

11.1.6 氢能源 223

11.2 稀有气体 224

11.2.1 稀有气体的发现 224

11.2.2 稀有气体的性质和用途 225

11.2.3 稀有气体化合物 227

复习思考题 228

习题 228

第12章 s区元素 230

12.1 s区元素概述 230

12.1.1 s区元素的存在 230

12.1.2 s区元素的通性 230

12.2 s区元素的单质及其化合物 232

12.2.1 单质的特性 232

12.2.2 氢化物 232

12.2.3 氧化物 233

12.2.4 氢氧化物 234

12.2.5 重要盐类及其性质 234

12.2.6 K＋，Na＋，Mg2＋，Ca2＋，Ba2＋的鉴定 235

12.3 锂、铍的特殊性及s区元素的对角线关系 236

12.3.1 锂的特殊性 236

12.3.2 铍的特殊性 236

12.3.3 对角线关系 236

12.3.4 对角线规则 237

复习思考题 237

习题 237

第13章 p区元素（一） 239

13.1 p区元素概述 240

13.1.1 p区的组成元素 240

13.1.2 价电子结构特征 240

13.1.3 氧化态及惰性电子对效应 241

13.1.4 电负性变化规律 241

13.1.5 半径变化规律 241

13.1.6 元素性质变化的反常性、异样性、相似性、二次周期性 242

13.2 硼族元素（ⅢA） 244

13.2.1 硼族元素的通性 244

13.2.2 硼及其重要化合物 245

13.2.3 铝及其重要化合物 253

13.3 碳族元素 257

13.3.1 碳族元素的通性 257

13.3.2 碳及其重要化合物 258

13.3.3 硅及其重要化合物 262

13.3.4 锡、铅及其重要化合物 266

阅读材料 化学新知识——新型碳、硅、锡材料 271

复习思考题 272

习题 272

第14章 p区元素（二） 275

14.1 氮族元素的通性 275

14.2 氮及其重要化合物 276

14.2.1 氮气的制备及其特性 276

14.2.2 氨和铵盐 277

14.2.3 氮的氧化物、含氧酸及其盐 279

14.3 磷及其重要化合物 284

14.3.1 磷的同素异形体 284

14.3.2 磷的氢化物 284

14.3.3 磷的氧化物、含氧酸及其盐 285

14.3.4 磷的卤化物 289

14.4 砷、锑、铋及其重要化合物 290

14.4.1 砷、锑、铋的单质 290

14.4.2 砷、锑、铋的氢化物 290

14.4.3 砷、锑、铋的氧化物、氢氧化物及含氧酸 291

14.4.4 砷、锑、铋的盐类 292

复习思考题 293

习题 293

第15章 p区元素（三） 295

15.1 氧族元素 295

15.1.1 氧族元素的通性 295

15.1.2 氧及其化合物 297

15.1.3 硫及其化合物 300

15.2 卤素 310

15.2.1 卤素元素的通性 310

15.2.2 卤素单质 311

15.2.3 卤化氢和氢卤酸 314

15.2.4 卤化物 316

15.2.5 卤素含氧酸及其盐 317

15.2.6 拟卤素 320

阅读材料 单质氟的制备 321

复习思考题 322

习题 322

第16章 d区元素（一） 325

16.1 d区元素的通性 325

16.1.1 d区元素原子的价电子结构 325

16.1.2 d区元素的原子半径 325

16.1.3 d区元素的氧化态 325

16.1.4 d区元素的物理性质 326

16.1.5 d区元素的化学性质 326

16.1.6 d区元素的离子颜色 327

16.2 钛及其重要化合物 327

16.2.1 钛的性质和用途 327

16.2.2 钛的重要化合物 328

16.3 钒及其重要化合物 329

16.3.1 五氧化二钒 329

16.3.2 钒酸及其盐 329

16.4 铬、钼、钨及其重要化合物 330

16.4.1 铬、钼、钨的性质和用途 330

16.4.2 铬的重要化合物 330

16.4.3 钼和钨的重要化合物 333

16.5 锰及其重要化合物 333

16.5.1 锰的性质和用途 333

16.5.2 锰的重要化合物 333

16.6 铁、钴、镍及其重要化合物 335

16.6.1 铁、钴、镍的性质和用途 335

16.6.2 铁、钴、镍的氧化物和氢氧化物 336

16.6.3 铁、钴、镍的盐类 336

16.6.4 铁、钴、镍的配合物 337

阅读材料 具有抗癌活性的金属茂配合物 339

复习思考题 340

习题 340

第17章 d区元素（二） 343

17.1 铜、锌族元素的通性 343

17.2 铜、锌族元素单质的性质和用途 344

17.2.1 铜族元素单质的性质和用途 344

17.2.2 锌族元素单质的性质和用途 345

17.3 铜和银的重要化合物 346

17.3.1 氧化物和氢氧化物 346

17.3.2 盐类 347

17.3.3 配合物 349

17.3.4 Cu（Ⅰ）和Cu（Ⅱ）的相互转化 351

17.4 锌族元素的重要化合物 352

17.4.1 氧化物和氢氧化物 352

17.4.2 盐类 353

17.4.3 配合物 355

17.4.4 Hg（Ⅰ）和Hg（Ⅱ）的相互转化 356

阅读材料 汞的危害机理 356

复习思考题 357

习题 357

第18章 f区元素 360

18.1 镧系元素 360

18.1.1 稀土元素通性 360

18.1.2 镧系元素通性 361

18.1.3 镧系元素的重要化合物 364

18.2 锕系元素 369

18.2.1 锕系元素的通性 369

18.2.2 钍和铀的重要化合物 371

18.3 核化学简介 373

18.3.1 核结构 373

18.3.2 核反应 377

18.3.3 核能的利用 378

阅读材料 钍基熔盐堆核能系统——把钍变废为宝转化成为核燃料 381

复习思考题 382

习题 382

附录 383

附录A 基本物理常数表 383

附录B 单位换算 383

附录C 弱酸、弱碱的解离常数（298.15 K） 384

附录D 难溶化合物的溶度积常数（291～298K） 384

附录E 一些物质的标准摩尔生成焓、标准生成自由能和标准熵（298.15 K，100kPa） 386

附录F 水合离子的标准生成焓、标准生成自由能和标准熵 389

附录G 标准电极电势（298.15 K） 390

附录H 常见配离子的稳定常数（298.15 K） 392

参考文献 394