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绪论 化学的昨天、今天和明天 1

第一篇 能源篇 33

第一章 现代文明社会的动力 33

1.1 我们身边的能源 33

阅读1-1 能量的本质 33

1.2 能量在系统与环境之间的转换 35

阅读1-2 热力学第一定律 36

1.3 燃料中的能量藏在哪里 37

阅读1-3 化学反应的反应热 40

1.4 藏在化学键中的能量 41

1.5 化学反应的反应热的计算 43

阅读1-4 盖斯定律 45

1.6 什么样的化学反应可以自发进行 47

阅读1-5 热力学第二定律和第三定律 49

1.7 化学反应自发进行的判据 51

阅读1-6 非标准态下的吉布斯自由能变的求解 56

1.8 化学反应的决定因素之一——反应能垒 57

阅读1-7 活化能和化学反应速率 59

第二章 可以转化成电能的化学能 61

2.1 电池的来历 61

2.2 能做电功的化学反应——氧化还原反应 62

2.3 怎样设计一个电池 63

2.4 原电池 65

2.4.1 原电池的基本组成 65

阅读2-1 原电池的表示方式——电池符号 66

2.4.2 原电池的电动势 67

2.4.3 标准态及标准态下的电池电动势 68

阅读2-2 标准氢电极与标准电极电势 68

2.4.4 标准电动势与氧化还原反应的标准平衡常数的关系 70

2.5 生活中常见的电池 71

2.5.1 干电池和液体电池 71

阅读2-3 非标准态下原电池电动势的计算——能斯特方程 72

2.5.2 可充电电池 75

2.5.3 燃料电池 76

2.6 实用的电化学工艺 77

2.6.1 电解 78

2.6.2 电镀 80

2.7 不希望发生的电化学反应 82

2.7.1 腐蚀 82

2.7.2 防腐 83

第三章 取之不尽、用之不竭的新能源 86

3.1 太阳能利用的现状和展望 86

3.2 核能 91

3.2.1 核裂变发电 91

阅读3-1 化学反应的机理与速率 93

阅读3-2 化学反应速率方程 95

3.2.2 核聚变能发电 96

3.3 其他能源 98

能源篇习题 103

第二篇 材料篇 117

第四章 千姿百态的金属及其合金材料 117

4.1 金属的通性 117

4.1.1 金属的钝化 118

4.1.2 合金及其性质 118

阅读4-1 合金的性质 119

4.2 航天材料铝和钛 120

4.2.1 铝及铝合金 120

阅读4-2 金属键理论和金属性质的关系 122

4.2.2 航天领域的“新宠”——钛及钛合金 123

4.3 探究铝原子和钛原子的原子结构 126

4.3.1 原子的组成 126

4.3.2 核外电子的运动方式 127

4.3.3 微观粒子的波粒二象性 129

4.3.4 核外电子的运动方式及波函数 130

阅读4-3 描述核外电子运动的四个量子数 131

4.3.5 核外电子的排布 133

4.4 金属元素的通论 136

4.4.1 核外电子排布和周期律 137

阅读4-4 原子参数的周期性变化规律 138

4.4.2 金属的存在和分类 143

4.5 对元素周期表的再思考 152

4.6 自然界中金属的存在形式及主要原因 153

4.6.1 钠和氯怎样结合在一起 154

阅读4-5 金属离子与非金属离子的“黏合剂”——离子键 155

4.6.2 离子晶体的特点 156

阅读4-6 简单离子晶体中离子的排布方式与离子半径的关系 157

第五章 古老而又充满生机的无机非金属材料 159

5.1 利用太阳能的材料——硅 159

5.1.1 共价键是如何形成的 161

阅读5-1 共价键的成键要素 163

5.1.2 硅为什么是半导体 165

阅读5-2 金属键的能带理论 166

5.2 古老又年轻的碳材料 167

阅读5-3 杂化轨道的组成与分子空间结构的关系 172

5.3 非金属的性质 175

5.3.1 非金属的化学性质 175

5.3.2 性质特殊的氢 176

5.4 无机非金属材料简介 178

5.4.1 用途广泛的陶瓷材料 178

5.4.2 吸光材料 181

阅读5-4 研究晶体结构的基本方法——X射线衍射（XRD）原理简介 183

5.5 材料的尺度和特殊性质——纳米材料 184

第六章 生活在聚合物的世界里 188

6.1 棉和丝给人们的启示 188

阅读6-1 纤维素的结构 189

阅读6-2 分子间作用力 191

6.2 你认识这些聚合物吗 194

阅读6-3 聚合反应的机理 197

6.3 聚合物从哪里来 199

6.4 聚合物的性质与功能 203

6.4.1 聚合物的分子链 203

6.4.2 橡胶的弹性从哪里来 205

6.4.3 塑料的性质 207

6.5 在聚合物的世界里创造低碳生活 210

材料篇习题 213

第三篇 生活篇 223

第七章 生存依赖饮食 223

7.1 食品中的能量 223

7.1.1 糖类 223

阅读7-1 淀粉的化学结构 224

7.1.2 糖类的甜味 225

7.2 美味的菜肴和水果的作用 228

7.2.1 从蛋白质到氨基酸 228

阅读7-2 酶的催化机理简介 228

阅读7-3 蛋白质的结构 231

7.2.2 脂类 233

阅读7-4 从油脂到肥皂 236

7.2.3 无机盐 236

阅读7-5 血红蛋白的作用机理 237

7.2.4 维生素 240

阅读7-6 视觉的起点 244

7.3 食品添加剂 247

7.3.1 食品用色素 247

7.3.2 甜味剂 249

阅读7-7 产生甜味的沙氏理论 249

7.3.3 怎样使我们的食品保存得更久些 250

7.3.4 咖啡伴侣 251

阅读7-8 烯烃的结构和亲电加成机理 252

7.4 化学与农业 254

7.4.1 农药 254

7.4.2 植物生长调节剂 258

7.4.3 农药和植物生长调节剂的危害 260

第八章 健康需要药物支持 262

8.1 药物的作用方式 262

8.1.1 特异性药物 262

8.1.2 非特异性药物 264

8.2 药物的发展 265

8.2.1 天然药物 265

8.2.2 微生物发酵药物 267

8.2.3 合成药物 269

阅读8-1 酯化反应 271

8.2.4 转基因药物 272

8.3 直接作用于基因的新型药物举例 273

8.3.1 限制逆转录药物 273

阅读8-2 核酸的结构及生理作用 275

8.3.2 反义药物 280

8.3.3 癌症治疗和基因导向药物 280

阅读8-3 一级反应及其药物的代谢 282

8.4 药物滥用的危害 284

阅读8-4 分子的异构问题 285

8.4.1 滥用抗生素 288

8.4.2 毒品 288

阅读8-5 化学与精神生活 292

8.4.3 兴奋剂 294

阅读8-6 固醇类分子介绍 295

第九章 锦上添花的日用品 299

9.1 给你一个干净的世界 299

9.1.1 衣物洗涤剂 299

阅读9-1 表面活性剂的结构和性质 301

9.1.2 厨房洗涤剂 303

9.1.3 洗发用品 303

9.2 满足感官的护肤品和化妆品 304

9.2.1 护肤品 304

9.2.2 毛发用化妆品 305

9.3 满足视觉的色彩 307

阅读9-2 有机化合物的颜色与结构 309

9.4 满足嗅觉的香味 312

阅读9-3 有机化合物的官能团及重要性 318

9.5 美化居室而不是作茧自缚 320

阅读9-4 芳香类化合物的亲电取代 321

第十章 神奇的水与生命、生活 324

10.1 生命离不开水 324

10.1.1 水的特殊结构 324

10.1.2 水为生命提供了温和舒适的生存环境 325

10.1.3 水为生命温暖过冬提供了条件 325

阅读10-1 不同温度下水的密度 326

10.1.4 水是良好的溶剂 327

阅读10-2 酸碱缓冲溶液以及缓冲原理 328

10.2 水与生活 330

10.2.1 植物叶子的自净化作用 330

阅读10-3 表面张力和润湿现象 331

阅读10-4 表面活性剂的润湿和增溶作用 331

10.2.2 生活中常见的毛细现象 332

阅读10-5 毛细现象 332

10.2.3 天气预报里的化学问题 333

10.2.4 水的饱和蒸气压 334

10.2.5 在青藏高原上煮鸡蛋 335

阅读10-6 水的相图 336

10.2.6 稀溶液的依数性——沸点升高，凝固点降低 337

阅读10-7 稀溶液的蒸气压 338

10.2.7 稀溶液的依数性——渗透压 338

生活篇习题 342

第四篇 环境篇 353

第十一章 我们天天沐浴的大气 353

11.1 光化学烟雾 353

11.2 臭氧空洞 356

11.2.1 大气层的构造 356

阅读11-1 等离子 357

11.2.2 臭氧空洞的形成机制 358

11.2.3 物质的“量”的重要性 360

阅读11-2 定量分析 361

11.3 酸雨 362

11.3.1 我国的酸雨状况 362

11.3.2 酸雨的形成机制 364

11.3.3 物质的酸碱性 364

阅读11-3 酸碱溶液pH的计算 366

11.4 温室效应 368

阅读11-4 光的激发、跃迁波长与能量 369

11.5 汽车尾气及其治理 370

阅读11-5 催化剂及催化原理 371

阅读11-6 均相催化与多相催化 374

第十二章 水与我们的生存及环境 377

12.1 天然水的组成和水质特征 377

12.1.1 天然水的组成 377

12.1.2 水质与水质指标 378

阅读12-1 水溶液及分散体系 378

12.2 水体富营养化 380

12.3 我国淡水资源以及饮用水的状况 381

12.4 水体的金属离子污染 382

12.4.1 镉污染 382

12.4.2 汞污染 383

12.4.3 铅污染 383

12.4.4 铬污染 384

12.5 金属与水体中其他物质的作用 385

阅读12-2 配位化合物 386

12.6 水体的有机物污染 390

12.7 还地球清澈的水环境 392

12.7.1 污水的治理 392

阅读12-3 沉淀和沉淀平衡及移动 395

12.7.2 水的净化方法 400

阅读12-4 软硬酸碱理论 404

第十三章 大地与人类的渊源 406

13.1 土壤的特点 407

阅读 胶体的性质、电荷和结构 407

13.1.1 土壤中的胶体物质对环境的影响 409

13.1.2 土壤环境中的化学平衡体系 410

13.2 土壤的重金属污染 413

13.2.1 土壤重金属污染的基本特征 413

13.2.2 重金属镉、铅中毒事件 414

13.3 土壤农药污染事件 416

13.4 土壤污染及治理 417

13.4.1 土壤重金属污染的防治 417

13.4.2 土壤化学农药污染的防治 420

环境篇习题 425

附录 431

附录1 常用重要的物理常数 431

附录2 常用的单位换算关系 431

附录3 常见物质的△fH？、△fG？和S？（298.15 K） 432

附录4 弱酸和弱碱在水中的解离常数 437

附录5 常见难溶电解质的溶度积Ksp（291.15 K） 439

附录6 标准电极电势（298.15 K） 440

附录7 常见配离子的稳定常数Kf 443

附录8 常见阳离子系统分析 443

附录9 诺贝尔化学奖统计 445

参考文献 450