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第1篇 化学反应的基本规律 1

1 化学热力学 1

1.1 基本概念 2

1.1.1 体系与环境 2

1.1.2 体系的性质 3

1.1.3 体系的状态与状态函数 3

1.2 热化学和焓 4

1.2.1 热力学第一定律 4

1.2.2 焓与化学反应的热效应 6

1.3 化学反应的方向 15

1.3.1 自发过程 16

1.3.2 吉布斯自由能 17

1.3.3 熵的初步概念 19

1.3.4 吉布斯—赫姆霍兹公式及其应用 22

科学家吉布斯 27

习题 27

2 化学反应速率 31

2.1 化学反应速率及其表示方法 31

2.2 反应速率理论 33

2.2.1 碰撞理论 33

2.2.2 过渡状态理论 34

2.2.3 化学的反应机理 35

2.3 影响化学反应速率的因素 36

2.3.1 浓度与化学反应速率的关系 36

2.3.2 温度与化学反应速率的关系 38

2.3.3 催化作用 42

2.4 几种类型的反应 43

2.4.1 多相反应 43

2.4.2 链反应 44

2.4.3 光化反应 46

飞秒化学先驱泽维尔 47

习题 48

3 化学平衡 51

3.1 平衡常数 51

3.1.1 分压定律 51

3.1.2 平衡常数 53

3.1.3 标准平衡常数K？与△rG？的关系 57

3.1.4 标准平衡常数K？与温度的关系 59

3.2 弱电解质的电离平衡 61

3.2.1 一元弱酸、弱碱的电离平衡 61

3.2.2 多元弱酸的电离平衡 62

3.2.3 缓冲溶液 64

3.2.4 酸碱质子理论 66

3.3 沉淀——溶解平衡 68

3.3.1 溶度积 68

3.3.2 溶度积规则 70

3.4 配离子的离解平衡 72

3.4.1 配合物的基本概念 72

3.4.2 配离子的离解平衡 74

3.4.3 配合物的应用 76

阿伦尼乌斯——1903年诺贝尔化学奖获得者 77

习题 78

4 电化学原理及其应用 81

4.1 原电池 81

4.1.1 原电池 81

4.1.2 电极类型 82

4.2 电极电势 83

4.2.1 电极电势的产生 83

4.2.2 电极电势的测量 84

4.2.3 影响电极电势的因素 85

4.2.4 电动势与吉布斯自由能变的关系 88

4.2.5 电极电势的应用 88

4.3 化学电源 90

4.3.1 蓄电池 91

4.3.2 燃料电池 91

4.3.3 其他类型电池 94

4.4 电解 97

4.4.1 电解现象 97

4.4.2 电镀 100

4.4.3 电抛光及电解加工 100

4.4.4 阳极氧化 101

4.5 金属的腐蚀与防护 102

4.5.1 化学腐蚀与电化学腐蚀 102

4.5.2 金属腐蚀的防护 104

4.5.3 混凝土的腐蚀与防护 106

著名物理化学家能斯特 108

习题 109

第2篇 物质结构 112

5 原子结构与周期系 112

5.1 氢原子结构的近代概念 112

5.1.1 核外电子运动的特征 112

5.1.2 波函数 114

5.1.3 电子云 119

5.1.4 电子运动状态的完全描述与4个量子数 123

5.2 多电子原子中的电子分布和周期系 125

5.2.1 核外电子的分布 125

5.2.2 原子结构和元素周期表 129

5.3 元素基本性质的周期性 132

5.3.1 有效核电荷数 132

5.3.2 原子半径 133

5.3.3 电离能、电子亲合能和电负性 136

科学家德布罗意 140

习题 141

6 化学键与分子结构 144

6.1 离子键与离子的结构 144

6.1.1 离子键的形成与特性 144

6.1.2 离子的电子层结构 145

6.2 共价键与分子结构 145

6.2.1 价键理论 146

6.2.2 杂化轨道与分子的空间构型 151

6.2.3 分子轨道理论 155

6.3 配位键与配位化合物 160

6.3.1 配合物的主要类型 160

6.3.2 配合物的价键理论 162

6.3.3 新型配合物 167

6.4 分子间力和氢键 169

6.4.1 分子的极性 169

6.4.2 分子间力 171

6.4.3 氢键 172

6.5 超分子 174

二度诺贝尔奖获得者鲍林 176

习题 177

7 晶体结构 180

7.1 晶体的特征 180

7.1.1 晶体的基本特征 180

7.1.2 点阵（晶格） 181

7.2 晶体的基本类型 183

7.2.1 离子晶体 183

7.2.2 原子晶体 185

7.2.3 分子晶体 186

7.2.4 金属晶体 187

7.2.5 混合键型晶体 190

7.3 单质的晶体结构及其物理性质的周期性 192

7.3.1 单质的晶体结构 192

7.3.2 单质的物理性质 195

7.4 晶体的缺陷 200

7.4.1 晶体缺陷的种类 200

7.4.2 杂质缺陷和信息材料 202

7.5 液晶 204

7.5.1 液晶的结构 204

7.5.2 液晶的性质 205

布拉格父子——1915年诺贝尔物理学奖获得者 207

习题 208

第3篇 化学与工程技术·人类·社会 210

8 环境与化学 210

8.1 环境污染 210

8.1.1 环境与环境污染 210

8.1.2 环境保护与可持续发展 211

8.2 大气污染及其防治 212

8.2.1 我国大气污染概况 212

8.2.2 大气圈的组成与结构 215

8.2.3 大气的主要污染物 217

8.2.4 综合性大气污染现象 219

8.2.5 大气污染的防治对策与治理技术 226

8.3 水污染及其治理 229

8.3.1 评价水质的指标 230

8.3.2 水的污染 234

8.3.3 工业废水、生活污水的处理原则与方法 237

8.3.4 膜分离技术及其在水处理中的应用 242

8.4 固体废物的利用与处置 246

8.4.1 固体废物的综合利用 247

8.4.2 固体废物的最终处置 249

8.5 清洁生产与绿色化学 250

8.5.1 清洁生产 250

8.5.2 绿色化学 251

1995年诺贝尔化学奖获得者莫利纳、罗兰、克鲁岑 253

习题 254

9 能源与化学 256

9.1 能源概述 256

9.1.1 能源的分类 256

9.1.2 能源利用概况 257

9.1.3 能源与可持续发展 259

9.2 常规能源——煤、石油和天然气 260

9.2.1 煤 260

9.2.2 石油和天然气 266

9.3 核能 269

9.3.1 原子核的组成和结合能 269

9.3.2 核裂变 271

9.3.3 核聚变 273

9.3.4 核能的和平利用 273

9.4 新型清洁能源 274

9.4.1 太阳能和地热能 274

9.4.2 氢能 276

9.4.3 生物质能 279

1931年诺贝尔化学奖获得者伯吉尤斯 281

习题 281

10 材料与化学 283

10.1 重要金属及合金材料 283

10.1.1 铝及铝合金 283

10.1.2 钛及钛合金 284

10.1.3 钒及钒的应用 285

10.1.4 铜及铜合金 287

10.1.5 稀土金属及应用 288

10.2 新型无机材料 290

10.2.1 先进陶瓷材料 290

10.2.2 纳米材料 294

10.2.3 磁性材料 296

10.2.4 光导纤维与激光材料 298

10.3 有机高分子材料 300

10.3.1 高分子化合物概述 300

10.3.2 高分子化合物的结构 303

10.3.3 高分子化合物的性能 308

10.3.4 重要的高分子材料 311

10.4 复合材料 321

10.4.1 增强材料和基体材料 321

10.4.2 重要复合材料及应用 323

10.5 润滑油 325

10.5.1 润滑油的组成 325

10.5.2 润滑油的主要性能和工业质量要求 329

10.6 建筑用胶凝材料 331

10.6.1 石膏 331

10.6.2 水玻璃 333

10.6.3 水泥 334

高分子化学奠基人施陶丁格 336

习题 337

11 生命与化学 339

11.1 组成生命的基本物质 339

11.1.1 蛋白质 340

11.1.2 核酸 347

11.2 生命活动的基本规律 351

11.2.1 分子生物学的中心法则 351

11.2.2 DNA的复制 352

11.2.3 蛋白质的生物合成 352

11.2.4 探索生命起源之谜 354

11.3 现代生物技术 355

11.3.1 基因工程 355

11.3.2 基因组研究 356

11.3.3 生物芯片 357

11.3.4 干细胞技术 357

11.4 微量元素与人体健康 358

11.4.1 人体的元素组成 358

11.4.2 微量元素的生理功能 359

11.4.3 微量元素的相互关系 360

分子生物学的奠基人沃森和克里克 361

习题 362

12 现代分析测试技术 365

12.1 色谱分析 365

12.1.1 气相色谱分析 366

12.1.2 高效液相色谱分析 369

12.2 原子发射及原子吸收光谱分析 370

12.2.1 原子发射光谱 370

12.2.2 原子吸收光谱 372

12.3 紫外—可见吸收光谱和红外吸收光谱分析 373

12.3.1 紫外—可见吸收光谱 374

12.3.2 红外吸收光谱 376

12.4 核磁共振波谱分析 378

12.4.1 核磁共振波谱分析原理 379

12.4.2 核磁共振波谱分析应用 381

12.5 质谱分析 381

12.5.1 质谱分析的原理 381

12.5.2 质谱分析的应用 383

12.6 现代显微镜技术 383

12.6.1 透射电子显微镜 384

12.6.2 扫描电子显微镜 384

12.6.3 扫描隧道显微镜 385

12.6.4 原子力显微镜 385

1985年诺贝尔化学奖获得者豪普特曼、卡尔勒 386

习题 387

附录 388

习题答案 401

参考文献 407

元素周期表 411