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第一部分 化学原理 2

第1章 原子结构和元素周期系 2

1.1原子结构理论的发展概况 2

1.1.1原子的含核模型 3

1.1.2原子的玻尔模型 3

1.2原子的量子力学模型 6

1.2.1微观粒子的波粒二象性 6

1.2.2核外电子运动状态的现代描述 7

1.2.3原子轨道和电子云的图像 13

1.3原子的电子结构与元素周期系 15

1.3.1多电子原子的能级 15

1.3.2核外电子排布的规则 17

1.3.3原子的电子结构和元素周期系 18

1.4原子结构与元素性质的关系 22

1.4.1原子参数 22

1.4.2元素的金属性和非金属性 28

1.4.3氧化值 29

科学家卢瑟福 30

复习思考题 31

习题 31

参考书目 33

第2章 分子结构和分子间力 34

2.1价键理论 35

2.1.1共价键的本质 35

2.1.2共价键的特征 36

2.1.3共价键的类型 36

2.1.4键参数 37

2.2杂化轨道理论 39

2.2.1杂化轨道概念及其理论要点 39

2.2.2s和p原子轨道杂化 39

2.2.3等性杂化和不等性杂化轨道 41

2.3分子轨道理论 43

2.3.1分子轨道的形成及其基本要点 43

2.3.2分子轨道的能级顺序 44

2.3.3分子轨道理论的应用 45

2.4分子间力 48

2.4.1分子的极性和偶极矩 49

2.4.2分子的变形性和极化率 50

2.4.3分子间力 51

2.4.4氢键 53

2.4.5超分子化学 54

科学家路易斯 55

复习思考题 56

习题 56

参考书目 57

第3章 固体结构和固体性能 58

3.1晶体的结构和类型 59

3.1.1晶格与晶胞 59

3.1.2晶体的类型 59

3.2离子晶体 60

3.2.1几种典型的离子晶体 61

3.2.2离子半径和配位比 62

3.2.3晶格能 64

3.2.4离子的极化和变形 65

3.3原子晶体和分子晶体 66

3.3.1原子晶体 66

3.3.2分子晶体 67

3.4金属晶体 67

3.4.1金属晶体的改性共价键理论 67

3.4.2金属晶体的紧密堆积结构 67

3.5混合型晶体 69

3.6晶体缺陷和非化学计量化合物 70

3.6.1点缺陷 71

3.6.2线缺陷 71

3.6.3面缺陷 72

3.6.4非化学计量化合物 72

3.7非晶体 74

3.8固体的结构与性能 75

3.8.1固体的电性 75

3.8.2固体的磁性 78

3.8.3固体的光学性质 78

科学家布拉格父子 80

复习思考题 81

习题 82

参考书目 82

第4章 配合物结构和新型配合物 83

4.1配合物的基本概念 84

4.1.1配合物的组成 84

4.1.2配合物的命名 85

4.1.3螯合物 86

4.1.4配合物的几何异构现象 86

4.2配合物结构的价键理论 87

4.2.1杂化轨道和空间构型 87

4.2.2外轨型配合物和内轨型配合物 90

4.3配合物结构的晶体场理论 91

4.3.1晶体场理论的基本要点和d轨道的分裂 91

4.3.2影响分裂能大小的因素 93

4.3.3晶体场理论的应用 94

4.4配合物结构的分子轨道理论 98

4.4.1形成σ键配合物的分子轨道 98

4.4.2形成π键配合物的分子轨道 98

4.5新型配合物 100

科学家维尔纳 102

复习思考题 103

习题 103

参考书目 104

第5章 物质的聚集状态 105

5.1气体 106

5.1.1理想气体 106

5.1.2气体分子运动论 111

5.1.3实际气体 112

5.2液体和溶液 115

5.2.1液体 115

5.2.2溶液 117

5.3纯物质系统的相平衡和相图 118

5.3.1纯物质系统的相平衡 119

5.3.2纯物质系统的相图 119

5.4等离子体 121

5.4.1物质存在的第四种聚集状态 121

5.4.2等离子体的主要性质及产生方法 122

5.4.3等离子体的研究和应用 122

科学家范特霍夫 123

复习思考题 124

习题 124

参考书目 125

第6章 热力学第一定律和热化学 126

6.1化学反应中的能量关系 126

6.1.1系统和环境 127

6.1.2系统的状态 127

6.1.3状态函数 128

6.1.4功和热 129

6.1.5过程 129

6.2热力学第一定律 130

6.2.1热力学能 130

6.2.2能量的单位 131

6.2.3热力学第一定律的数学表达式 131

6.3一般化学反应的过程特征 132

6.3.1恒容过程 132

6.3.2恒压过程 132

6.4化学反应热效应 133

6.4.1反应进度 134

6.4.2热化学标准状态 135

6.4.3盖斯定律 135

6.4.4热化学方程式 136

6.5生成焓和燃烧焓 137

6.5.1标准摩尔生成焓 137

6.5.2标准摩尔燃烧焓 138

6.6相变焓 139

6.7化学反应热的计算 139

科学家焦耳 141

复习思考题 142

习题 142

参考书目 143

第7章 热力学第二、第三定律和化学平衡 144

7.1与化学反应方向有关的问题 145

7.1.1化学反应的方向与化学反应热 145

7.1.2化学反应方向与系统的混乱度 145

7.1.3熵 146

7.2热力学第二定律 146

7.2.1热力学第二定律 146

7.2.2化学反应的方向与限度 147

7.3热力学第三定律 147

7.4吉氏函数和化学反应的方向 149

7.4.1摩尔反应吉氏函数 149

7.4.2标准摩尔反应吉氏函数 149

7.4.3标准摩尔生成吉氏函数 149

7.5化学反应的限度——化学平衡 150

7.5.1化学平衡 150

7.5.2化学平衡常数 151

7.5.3同时平衡规则 153

7.5.4化学平衡的计算 154

7.5.5化学反应等温方程式 155

7.6化学平衡的移动 155

7.6.1浓度对化学平衡的影响 156

7.6.2压力对化学平衡的影响 156

7.6.3温度对化学平衡的影响 157

7.6.4平衡移动的总规律 158

科学家吉布斯 158

复习思考题 159

习题 159

参考书目 160

第8章 化学反应速率 161

8.1化学反应速率 162

8.2化学反应速率方程 163

8.2.1化学反应速率方程的基本形式 163

8.2.2反应速率常数 163

8.2.3反应级数 163

8.3浓度对反应速率的影响 163

8.4温度对反应速率的影响 166

8.5催化剂对反应速率的影响 167

8.6影响多相化学反应速率的因素 168

8.7反应速率理论 169

8.7.1简单碰撞理论 169

8.7.2过渡状态理论 171

8.7.3反应速率与活化能的关系 171

科学家李远哲 172

复习思考题 173

习题 173

参考书目 174

第9章 酸碱和离子平衡 175

9.1酸碱质子理论 175

9.1.1酸碱定义 176

9.1.2酸碱强弱和酸碱解离常数 177

9.2弱酸和弱碱的解离平衡计算 180

9.2.1一元弱酸弱碱的解离平衡 180

9.2.2多元弱酸弱碱的解离平衡 183

9.2.3酸碱平衡的移动——同离子效应 184

9.3缓冲溶液 186

9.4酸碱中和反应 190

9.5沉淀-溶解平衡 191

9.5.1溶度积 191

9.5.2溶度积规则 193

9.6沉淀的生成和溶解 193

9.6.1沉淀的生成 193

9.6.2沉淀的溶解 195

9.6.3沉淀转化 198

9.7分步沉淀 199

科学家阿仑尼乌斯 200

复习思考题 201

习题 201

参考书目 203

第10章 电化学基础和氧化还原平衡 204

10.1氧化还原反应与方程式的配平 205

10.1.1氧化还原反应 205

10.1.2氧化还原反应方程式的配平 206

10.2电解质溶液的导电与法拉第定律 209

10.3原电池和电极反应的标准电势 209

10.3.1原电池 209

10.3.2电极反应的电势 211

10.4能斯特方程和电极反应的电势 215

10.5电极反应的电势的应用 216

10.5.1判断原电池的正负极和计算电池的电动势E 216

10.5.2判断氧化还原反应进行的方向 217

10.5.3计算氧化还原反应的平衡常数 218

10.6电动势与△rGm及K？的关系 219

10.6.1电动势与摩尔反应吉氏函数的关系 219

10.6.2标准电动势与标准平衡常数的关系 220

10.7元素电势图及其应用 220

10.7.1判断歧化反应能否进行 221

10.7.2计算同一元素的不同氧化值物质电对的电极反应的标准电势 221

科学家法拉第 222

复习思考题 223

习题 223

参考书目 225

第11章 配合物在溶液中的稳定性和配位平衡 226

11.1配合物的稳定常数和配位平衡 226

11.1.1稳定常数的表示方法 226

11.1.2配离子平衡浓度的计算 228

11.2影响配离子在溶液中稳定性的因素 229

11.2.1中心离子的性质对配离子稳定性的影响 229

11.2.2配体性质对配合物稳定性的影响 230

11.2.3配位原子和中心离子的关系对配合物稳定性的影响 230

11.3配位平衡的移动 231

11.3.1配离子之间的平衡 231

11.3.2配位平衡与沉淀溶解平衡 232

11.3.3配位平衡与氧化还原平衡 233

11.3.4配位平衡与酸碱平衡 234

11.4配位平衡的应用 235

科学家鲍林 236

复习思考题 237

习题 237

参考书目 239

第二部分 化学概论 242

第12章 非金属元素通论和氮、硼、稀有气体 242

12.1元素的发现、分类及其在自然界的存在 242

12.1.1元素的发现和分类 242

12.1.2元素在地壳、海洋和大气中的分布 243

12.2非金属元素通论 244

12.2.1非金属单质的结构和通性 245

12.2.2非金属元素的氢化物 248

12.2.3非金属含氧酸及其盐 249

12.2.4非金属单质的一般制备方法 251

12.3氮及其化合物 253

12.3.1氮 253

12.3.2氨 254

12.3.3氨的衍生物 255

12.3.4氮的氧化物 255

12.3.5亚硝酸及其盐 257

12.3.6硝酸及其盐 257

12.3.7重要的氮化物 261

12.4硼及其化合物 262

12.4.1硼的成键特征 262

12.4.2硼的氢化物 263

12.4.3硼的重要化合物 264

12.4.4新型硼化物 265

12.5稀有气体 265

12.5.1稀有气体的发现 266

12.5.2稀有气体的性质和用途 267

12.5.3稀有气体的存在和分离 267

12.5.4稀有气体化合物 267

科学家利普斯科姆 269

复习思考题和习题 269

参考书目 271

第13章 金属元素通论和铬、锰、稀土元素 272

13.1金属元素通论 273

13.1.1从矿石中提取金属的一般方法 273

13.1.2主族金属元素 274

13.1.3过渡金属元素 280

13.1.4金属的腐蚀和防腐 282

13.2铬及其化合物 284

13.2.1 Cr（Ⅲ），Cr（Ⅵ）的存在形式及酸碱性转化 285

13.2.2 Cr（Ⅲ） , Cr（Ⅵ）的氧化还原转化 286

13.2.3铬的配合物 287

13.2.4铬及其化合物的应用 288

13.3锰及其化合物 288

13.3.1锰的常见氧化值及其氧化还原性 288

13.3.2电势、酸度和试剂用量对锰化合物氧化还原产物的影响 290

13.3.3锰及其化合物的应用 292

13.4稀土元素及其化合物 292

13.4.1稀土元素的性质 293

13.4.2稀土元素的重要化合物 294

13.4.3稀土元素的分离 295

13.4.4稀土金属的制备 296

13.4.5新技术中的稀土元素及其化合物 297

科学家戴维 298

复习思考题和习题 299

参考书目 300

第14章 碳及有机化合物 301

14.1碳的单质及其重要无机化合物 301

14.1.1单质 301

14.1.2二氧化碳和碳酸 302

14.1.3碳酸盐和碳酸氢盐 303

14.1.4一氧化碳 304

14.1.5金属型碳化物 304

14.2有机化合物的分类和命名 305

14.2.1有机化合物的分类 305

14.2.2有机化合物的命名 308

14.3有机化合物的结构特征 310

14.3.1有机化合物的分子结构 310

14.3.2有机分子的立体异构、手性与旋光性 311

14.4常见有机化合物的通性和反应类型 313

14.4.1烷烃的通性和自由基取代反应 314

14.4.2烯烃、炔烃的通性和亲电加成反应 315

14.4.3卤代烃、醇的通性和亲核取代反应 316

14.4.4芳烃的通性和亲电取代反应 317

14.4.5羰基化合物的通性和亲核加成反应 318

14.4.6常见有机化合物的氧化还原反应 319

科学家伍德沃德 321

复习思考题和习题 322

参考书目 323

第15章 聚合物 324

15.1聚合物与社会进步 325

15.2有机聚合物 326

15.2.1有机聚合物的基本概念 326

15.2.2有机聚合物的命名与分类 326

15.2.3有机聚合物的合成 327

15.2.4有机聚合物的特性 328

15.2.5重要有机聚合物 330

15.2.6新型有机聚合物 331

15.3无机聚合物 332

15.3.1一般无机聚合物 332

15.3.2新型无机聚合物 334

15.4金属配位聚合物 335

科学家齐格勒、纳塔 336

复习思考题和习题 337

参考书目 337

第16章 环境与化学 338

16.1环境污染与人类的关系 338

16.1.1环境污染与社会公害 338

16.1.2环境污染与人体健康 339

16.1.3环境污染与化学工业 339

16.1.4绿色化学与清洁生产 340

16.2大气污染及防治 341

16.2.1大气中化学污染物及危害 341

16.2.2几个综合性的大气污染 343

16.2.3大气污染的防治 344

16.3水污染及防治 345

16.3.1水体污染物及危害 346

16.3.2污水的化学净化 346

16.4土壤污染及防治 348

16.4.1土壤污染及危害 348

16.4.2土壤污染的防治 348

科学家侯德榜 349

复习思考题和习题 350

参考书目 350

第17章 材料与化学 351

17.1材料与社会进步 351

17.2纳米材料 352

17.2.1纳米材料的特性和制备 353

17.2.2纳米材料的应用 354

17.3先进陶瓷材料 355

17.3.1结构陶瓷材料 355

17.3.2功能陶瓷材料 356

17.4新型薄膜材料 357

17.5液晶材料 358

17.5.1液晶的结构与性质 359

17.5.2液晶与现代科技 360

科学家吕·查德里 361

复习思考题和习题 362

参考书目 362

第18章 信息与化学 363

18.1信息技术与化学 363

18.2半导体 364

18.2.1半导体的分类和导电性 365

18.2.2硅半导体材料的制备 367

18.2.3砷化镓半导体材料的制备 368

18.3光导纤维 369

18.3.1光导纤维的种类和特性 369

18.3.2光导纤维的制备 370

18.4传感器 371

18.4.1传感器的定义和功能 371

18.4.2化学传感器 372

科学家能斯特 373

复习思考题和习题 374

参考书目 374

第19章 能源与化学 375

19.1能源与可持续发展 375

19.2能量的化学转换 376

19.2.1利用热化学反应的能量化学转换 377

19.2.2利用电化学反应的能量化学转换 378

19.2.3利用光化学反应的能量化学转换 379

19.3节能技术 380

19.3.1提高燃料的利用率 380

19.3.2化工生产过程中减少能耗 380

19.4现代新能源 381

19.4.1太阳能 381

19.4.2氢能 383

19.4.3生物质能和绿色电池 385

科学家哈柏 386

复习思考题和习题 387

参考书目 387

第20章 生命与化学 388

20.1生命的元素 389

20.1.1构成生物高分子结构的主要元素 389

20.1.2细胞膜与离子泵 390

20.1.3与酶的辅因子有关的元素 391

20.2生物高分子 393

20.2.1糖类 393

20.2.2脂类 393

20.2.3蛋白质 394

20.2.4核酸 396

20.3新陈代谢 398

20.3.1新陈代谢的基本概念 398

20.3.2生命系统的热力学和动力学 400

20.4生命科学新进展 403

20.4.1生物工程基本概念 403

20.4.2人类基因组计划 405

20.4.3干细胞与iPS 405

科学家霍奇金 406

复习思考题和习题 406

参考书目 407

第21章 核化学 408

21.1原子核 408

21.1.1原子核的结构 408

21.1.2核的稳定性 409

21.1.3原子核的结合能 410

21.2核反应 412

21.2.1核衰变和放射性 412

21.2.2人工核反应 415

21.2.3合成元素的发展方向 416

21.3放射性核素和核技术的应用 417

21.4核能和核能利用 418

21.4.1核裂变和核裂变能的利用 418

21.4.2核聚变和核聚变能的利用 420

21.4.3核辐射与核污染 421

科学家居里夫妇 422

复习思考题和习题 423

参考书目 424

附录 425

附录一 部分气体自25℃至某温度的平均摩尔定压热容 425

附录二 物质的标准摩尔燃烧焓 425

附录三 一些单质和化合物的△fHm?、△fGm?、Sm?数据（298K） 426

附录四 一些弱电解质的解离常数（298K） 430

附录五 溶度积常数（298K） 431

附录六 电极上电极反应的标准电势（298K） 432

附录七 配离子的标准稳定常数（298K） 434

附录八 国际单位制（SI） 435

索引 437

元素周期表 441