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绪论 1

1 原子结构与元素周期系 4

1.1 人类对原子结构的认识过程 4

1.1.1 经典核原子模型 4

1.1.2 氢原子结构的玻尔理论 5

1.2 核外电子运动的波粒二象性 6

1.3 核外电子运动状态的近代描述 7

1.3.1 原子轨道 7

1.3.2 电子云 11

1.3.3 四个子量子数 12

1.4 各种元素的原子核外电子排布 14

1.4.1 核外电子排布的原理 14

1.4.2 周期系中各元素原子的电子层结构 17

1.4.3 原子电子层结构与元素周期表的关系 22

1.5 原子结构与元素性质的关系 26

1.5.1 电离能 26

1.5.2 电子亲和能 28

1.5.3 电负性 29

1.5.4 氧化态 30

思考题 32

习题 32

2 分子结构 34

2.1 共价键的价键理论 34

2.1.1 共价键的形成 34

2.1.2 σ键和π键 36

2.1.4 键参数 38

2.1.3 配位键 38

2.2 杂化轨道和分子的几何构型 41

2.2.1 s-p杂化的类型 43

2.2.2 等性杂化与不等性杂化 45

2.3 分子间的作用力 48

2.3.1 分子的极性和偶极矩 48

2.3.2 范德华力 49

2.4 氢键 52

思考题 54

习题 55

3 晶体结构 56

3.1 晶体的宏观性质 56

3.2 晶体的微观结构 58

3.3.1 金属晶体 61

3.3 晶体的基本类型 61

3.3.2 离子晶体 63

3.3.3 原子晶体 64

3.3.4 分子晶体 64

3.3.5 混合晶体(层状和链状晶体) 65

3.4 液晶 66

3.5 晶体的缺陷 68

3.5.1 结构缺陷 68

3.5.2 化学缺陷 68

思考题 69

习题 69

4 化学反应的基本原理 70

4.1 化学反应进度 70

4.2.1 系统、环境和相的概念 72

4.2 化学反应能量守恒定律 72

4.2.2 状态函数和热力学能 73

4.2.3 化学反应中能量守恒定律的表达式 73

4.3 焓与反应焓变 74

4.3.1 焓的定义 74

4.3.2 标准摩尔反应焓变 74

4.3.3 标准摩尔生成焓 75

4.3.4 利用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变 76

4.4 化学反应速率 77

4.4.1 化学反应速率的概念 77

4.4.2 反应速率方程 78

4.4.3 温度对反应速率的影响 80

4.4.4 活化能 81

4.4.5 催化剂对化学反应速率的影响 83

4.4.6 影响多相反应速率的因素 84

4.5 化学平衡与反应的耦合 84

4.5.1 化学平衡 84

4.5.2 化学平衡常数 85

4.5.3 多重平衡规则——平衡常数组合 89

4.5.4 化学平衡的移动 90

4.5.5 反应的耦合 91

4.6 水溶液中的几种平衡 93

4.6.1 水的离解平衡和溶液的酸碱性 93

4.6.2 弱酸、弱碱的离解平衡 94

4.6.3 缓冲溶液 96

4.6.4 难溶电解质的溶解平衡 98

4.6.5 配位平衡 101

4.6.6 氧化还原反应 106

思考题 116

习题 117

5 化学与环境保护 120

5.1 人类生存的环境与环境问题 120

5.1.1 人类生存的环境 120

5.1.2 当今人类面临的主要环境问题 122

5.2 大气污染与防治 124

5.2.1 中国大气环境质量标准 124

5.2.2 典型的大气污染 126

5.2.3 大气污染防治 131

5.3 水污染及其控制 137

5.3.1 水的污染物 138

5.3.2 水质监控标准 139

5.3.3 水污染的防治 141

5.4 土壤与地下水的污染及其修复 145

5.4.1 土壤环境质量标准 146

5.4.2 土壤与地下水的修复 147

5.5 环境质量的评价及监测 155

5.5.1 环境质量的评价 155

5.5.2 环境监测 156

思考题 157

习题 157

6 化学与能源 159

6.1 能源的分类 159

6.2 化石燃料 160

6.2.1 石油 161

6.2.2 煤 163

6.2.4 天然气 165

6.2.3 油页岩 165

6.2.5 天然气水合物 166

6.3 核能 167

6.3.1 核裂变反应与核电站 167

6.3.2 核聚变与氢 170

6.4 化学电源 171

6.4.1 原电池 172

6.4.2 蓄电池 174

6.4.3 燃料电池 177

6.5 太阳能 179

6.5.1 光-热转换 179

6.5.2 光-电转换 179

6.6 生物质能 180

6.5.3 光能-化学能转换 180

6.7 氢能 182

6.7.1 氢的制取 182

6.7.2 氢的储存与运输 183

6.7.3 氢能的用途 184

思考题 185

习题 185

7 无机材料 186

7.1 材料的概述 186

7.1.1 材料的概念及其发展 186

7.1.2 材料的分类 188

7.2 金属材料 191

7.2.1 钢铁 191

7.2.2 钢铁的腐蚀和防腐 193

7.2.3 特种合金 196

7.3.1 传统陶瓷 201

7.3 陶瓷材料 201

7.3.2 新型结构陶瓷 202

7.4 无机功能材料 206

7.4.1 光电子信息材料 206

7.4.2 新能源材料 209

7.4.3 医用生物材料 211

7.4.4 智能材料 213

7.5 纳米材料 215

7.6 粉末冶金法——新材料的制备技术之一 217

思考题 218

习题 218

8.1.1 高分子化合物 219

8 有机高分子材料 219

8.1 高分子化合物的基本概念 219

8.1.2 加聚反应和缩聚反应 220

8.2 高聚物的结构与性能 222

8.2.1 结构特点 222

8.2.2 柔顺性 223

8.2.3 热性能 224

8.2.4 弹性和塑性 226

8.2.5 机械性能 227

8.2.6 绝缘性 227

8.2.7 化学稳定性 227

8.3 合成高分子材料——塑料、纤维、橡胶 228

8.3.1 塑料 229

8.3.2 合成纤维 230

8.3.3 合成橡胶 231

8.4 功能高分子材料 233

8.4.1 光敏性高分子 233

8.4.2 离子交换树脂 234

8.4.3 氧化还原高分子 235

8.4.4 导电高分子 235

8.5 复合材料 236

8.5.1 玻璃纤维增强塑料 237

8.5.2 碳纤维增强塑料 238

思考题 239

习题 239

9.1.1 糖类 240

9.1 生命体中重要的有机化合物 240

9 化学与生命 240

9.1.2 蛋白质和氨基酸 243

9.1.3 酶 248

9.2 DNA和遗传 249

9.2.1 核酸 250

9.2.2 DNA的结构 251

9.2.3 生物体的遗传 251

9.2.4 人类基因组计划和基因工程 255

9.3 食品与健康 256

9.3.1 糖类 257

9.3.2 蛋白质 258

9.3.3 脂肪 259

9.3.4 维生素 261

9.3.5 无机盐 264

9.3.6 水 267

9.3.7 绿色食品与转基因食品 269

9.4 药物与健康 270

9.4.1 药物的一般概念 270

9.4.2 常用药物举例 271

9.4.3 “对症下药”与基因药物 276

思考题 277

习题 277

10 化学研究的新领域 278

10.1 超分子化学 279

10.1.1 信息和信息传输 280

10.1.2 分子识别和位点识别 280

10.1.4 分子、超分子器件 282

10.1.3 自组装和自组织 282

10.2 纳米化学 284

10.3 组合化学 287

10.4 绿色化学 291

思考题 295

习题 295

附录 296

附录Ⅰ 有关计量单位 296

附录Ⅱ 某些物质的标准生成焓(25℃) 299

附录Ⅲ 一些弱电解质的解离常数(25℃) 301

附录Ⅳ 溶度积常数(25℃) 302

附录Ⅴ 一些配离子的不稳定常数(25℃) 304

附录Ⅵ 标准电极电势(25℃) 305

主要参考文献 311