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 16
1.3.1 自发过程 16
1.3.2 熵的初步概念 17
1.3.3 吉布斯自由能 20
1.3.4 吉布斯—赫姆霍兹公式及其应用 23
科学家吉布斯 28
习题 29
2 化学反应速率 32
2.1 化学反应速率及其表示方法 32
2.2 反应速率理论 34
2.2.1 碰撞理论 34
2.2.2 过渡状态理论 35
2.2.3 化学反应的机理 36
2.3 影响化学反应速率的因素 37
2.3.1 浓度与化学反应速率的关系 37
2.3.2 温度与化学反应速率的关系 40
2.3.3 催化作用 43
2.4 几种类型的反应 45
2.4.1 多相反应 45
2.4.2 链反应 47
2.4.3 光化反应 49
飞秒化学先驱泽维尔 50
习题 51
3 化学平衡 53
3.1 平衡常数 53
3.1.1 分压定律 53
3.1.2 平衡常数 55
3.1.3 标准平衡常数K？与△rG？的关系 58
3.1.4 化学平衡的移动 61
3.1.5 多重平衡 64
3.2 弱电解质的电离平衡 65
3.2.1 弱酸、弱碱的电离平衡 65
3.2.2 缓冲溶液 67
3.2.3 酸碱质子理论 69
3.3 沉淀—溶解平衡 71
3.3.1 溶度积 71
3.3.2 溶度积规则 72
3.3.3 沉淀的生成与溶解 73
3.3.4 分步沉淀 77
3.4 配离子的离解平衡 79
3.4.1 配合物的基本概念 79
3.4.2 配离子的离解平衡 81
3.4.3 配合物的应用 83
阿伦尼乌斯——1903年诺贝尔化学奖获得者 84
习题 85
4 溶液与胶体 88
4.1 水 88
4.1.1 水的结构 88
4.1.2 水的物理化学性质 90
4.1.3 水的相图 93
4.2 溶液 94
4.2.1 溶液的蒸气压下降 95
4.2.2 溶液的沸点升高和凝固点下降 96
4.2.3 溶液的渗透压 98
4.2.4 电解质溶液的性质 99
4.3 胶体 100
4.3.1 分散系 101
4.3.2 溶胶 102
4.3.3 高分子溶液 106
范特霍夫——第一个荣获诺贝尔化学奖的物理化学家 107
习题 108
5 电化学原理及其应用 111
5.1 原电池和电极电势 111
5.1.1 原电池 111
5.1.2 电极电势 113
5.1.3 电动势与吉布斯自由能变的关系 117
5.1.4 电极电势的应用 118
5.2 电解 120
5.2.1 电解现象 120
5.2.2 电解的应用 123
5.3 金属的腐蚀与防护 125
5.3.1 化学腐蚀与电化学腐蚀 125
5.3.2 金属腐蚀的防护 127
5.3.3 混凝土的腐蚀与防护 128
5.4 化学电源 130
5.4.1 蓄电池 130
5.4.2 燃料电池 131
5.4.3 其他类型电池 134
著名物理化学家能斯特 137
习题 138
第2篇 物质结构 141
6 原子结构与周期系 141
6.1 氢原子结构的近代概念 141
6.1.1 核外电子运动的特征 141
6.1.2 波函数 143
6.1.3 电子云 148
6.1.4 电子运动状态的完全描述与4个量子数 154
6.2 多电子原子中的电子分布和周期系 156
6.2.1 核外电子的分布 156
6.2.2 原子结构和元素周期表 160
6.3 元素基本性质的周期性 163
6.3.1 有效核电荷数 163
6.3.2 原子半径 164
6.3.3 电离能、电子亲合能和电负性 166
6.4 原子光谱 170
6.4.1 原子发射光谱法 170
6.4.2 原子吸收光谱 172
科学家德布罗意 173
习题 174
7 化学键与分子结构 177
7.1 离子键与离子的结构 177
7.1.1 离子键的形成与特性 177
7.1.2 离子的三大特征 178
7.2 共价键与分子结构 179
7.2.1 价键理论 179
7.2.2 杂化轨道与分子的空间构型 185
7.2.3 价层电子对互斥理论 190
7.2.4 分子轨道理论 193
7.3 配位键与配位化合物 198
7.3.1 配合物的主要类型 198
7.3.2 配合物的价键理论 200
7.3.3 新型配合物 206
7.4 分子间力和氢键 208
7.4.1 分子的极性 208
7.4.2 分子间力 211
7.4.3 氢键 212
7.5 弱相互作用与超分子 215
二度诺贝尔奖获得者鲍林 216
习题 217
8 晶体结构 220
8.1 晶体的特征 220
8.1.1 晶体的基本特征 220
8.1.2 晶体的微观结构 221
8.2 晶体的基本类型 226
8.2.1 离子晶体 226
8.2.2 原子晶体 228
8.2.3 分子晶体 229
8.2.4 金属晶体 230
8.2.5 混合键型晶体 233
8.3 单质的晶体结构及其物理性质的周期性 235
8.3.1 单质的晶体结构 235
8.3.2 单质的物理性质 238
8.4 晶体的缺陷 243
8.4.1 晶体缺陷的种类 243
8.4.2 杂质缺陷和信息材料 245
8.4.3 非化学计量化合物 247
8.5 液晶 248
8.5.1 液晶的结构 248
8.5.2 液晶的性质 250
8.6 晶体的X－射线衍射 251
8.6.1 X射线及其产生 251
8.6.2 晶体的X射线衍射及布拉格方程 252
8.6.3 多晶衍射法 253
布拉格父子——1915年诺贝尔物理学奖获得者 255
习题 256
第3篇 化学与工程技术·人类·社会 258
9 环境与化学 258
9.1 环境污染 258
9.1.1 环境与环境污染 258
9.1.2 环境保护与可持续发展 259
9.2 清洁生产与绿色化学 260
9.2.1 清洁生产 260
9.2.2 绿色化学 261
9.3 大气污染及其防治 263
9.3.1 我国大气污染概况 263
9.3.2 大气圈的组成与结构 268
9.3.3 大气的主要污染物 269
9.3.4 综合性大气污染现象 273
9.3.5 大气污染的防治对策与治理技术 281
9.4 水污染及其治理 284
9.4.1 评价水质的指标 285
9.4.2 水的污染 290
9.4.3 工业废水、生活污水的处理原则与方法 293
9.4.4 膜分离技术及其在水处理中的应用 298
9.5 土壤污染及其防治 303
9.5.1 土壤污染 303
9.5.2 土壤污染防治及改良 304
9.6 固体废物的利用与处置 304
9.6.1 固体废物的综合利用 305
9.6.2 固体废物的最终处置 308
9.7 相关分析测试技术 308
9.7.1 常见因子的国家标准测定方法 308
9.7.2 分析测试技术 310
1995年诺贝尔化学奖获得者莫利纳、罗兰、克鲁岑 316
习题 317
10 能源与化学 319
10.1 能源概述 319
10.1.1 能源的分类 319
10.1.2 能源利用概况 320
10.1.3 能源与可持续发展 322
10.2 常规能源——煤、石油和天然气 323
10.2.1 煤 323
10.2.2 石油和天然气 329
10.3 核能 332
10.3.1 原子核的组成和结合能 332
10.3.2 核裂变与核聚变 335
10.3.3 核能的和平利用 336
10.4 新型清洁能源 337
10.4.1 太阳能和地热能 337
10.4.2 氢能 339
10.4.3 生物质能 342
10.4.4 废弃物的资源化利用 343
1931年诺贝尔化学奖获得者——伯吉尤斯 344
习题 345
11 材料与化学 347
11.1 重要金属及合金材料 347
11.1.1 铝及铝合金 347
11.1.2 钛及钛合金 348
11.1.3 钒及钒的应用 350
11.1.4 铜及铜合金 351
11.1.5 稀土金属及应用 352
11.2 新型无机材料 354
11.2.1 先进陶瓷材料 354
11.2.2 纳米材料 358
11.2.3 磁性材料 360
11.2.4 光导纤维与激光材料 362
11.3 有机高分子材料 364
11.3.1 高分子化合物概述 364
11.3.2 高分子化合物的合成 367
11.3.3 高分子化合物的结构和性能 369
11.3.4 高分子化合物的老化与防老化 375
11.3.5 重要的高分子材料 377
11.4 复合材料 387
11.4.1 增强材料和基体材料 387
11.4.2 重要复合材料及应用 389
11.5 润滑油 391
11.5.1 润滑油的组成 391
11.5.2 润滑油的主要性能和工业质量要求 395
11.6 建筑用胶凝材料 397
11.6.1 石膏 397
11.6.2 水玻璃 399
11.6.3 水泥 400
11.7 重要材料分析测试技术简介 402
11.7.1 紫外—可见吸收光谱和红外吸收光谱分析 402
11.7.2 现代显微镜技术 408
高分子化学奠基人——施陶丁格 412
习题 413
12 生命与化学 415
12.1 组成生命的基本物质 415
12.1.1 蛋白质 416
12.1.2 核酸 423
12.2 生命活动的基本规律 427
12.2.1 分子生物学的中心法则 427
12.2.2 DNA的复制 428
12.2.3 蛋白质的生物合成 429
12.2.4 探索生命起源之谜 430
12.3 现代生物技术 431
12.3.1 基因工程 431
12.3.2 基因组研究 432
12.3.3 生物芯片 433
12.3.4 干细胞技术 433
12.4 微量元素与人体健康 434
12.4.1 人体的元素组成 434
12.4.2 微量元素的生理功能 435
12.4.3 微量元素的相互关系 436
分子生物学的奠基人沃森和克里克 437
习题 438
附录 441
习题答案 454
参考文献 461