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主篇 3

第1章原子结构和元素周期表 3

1.1亚原子粒子 3

1.2波粒二象性——赖以建立现代原子模型的量子力学概念 4

1.2.1经典物理学概念面临的窘境 5

1.2.2波的微粒性 6

1.2.3微粒的波动性 8

1.3氢原子结构的量子力学模型：玻尔模型 8

1.4原子结构的波动力学模型 11

1.4.1不确定原理和波动力学的轨道概念 11

1.4.2描述电子运动状态的四个量子数 12

1.4.3薛定谔方程和波函数 14

1.4.4波函数的图形描述 15

1.5多电子原子轨道的能级 16

1.5.1鲍林近似能级图 17

1.5.2科顿能级图 18

1.5.3屏蔽和钻穿 19

1.6基态原子的核外电子排布 20

1.7元素周期表 22

1.8原子参数 24

1.8.1原子半径 24

1.8.2电离能 27

1.8.3电子亲和能 28

1.8.4电负性 29

第2章化学键与分子结构 31

2.1化学键的定义 31

2.2离子键理论 33

2.2.1离子键及其特点 33

2.2.2离子的特征 35

2.3共价键的概念与路易斯结构式 37

2.3.1共价键的相关概念 37

2.3.2路易斯结构式 38

2.4价层电子对互斥理论 39

2.5价键理论：原子轨道的重叠 42

2.5.1共价作用力的本质和共价键的特点 42

2.5.2杂化轨道 45

2.6分子轨道理论 47

2.6.1H2和“He2”中的分子轨道 48

2.6.2第2周期元素双原子分子的分子轨道 49

2.6.3第2周期元素同核双原子分子的电子组态 50

2.6.4用分子轨道理论解释双原子物种的性质 51

2.6.5分子轨道理论与价键理论的比较 52

2.7金属键理论 53

2.8分子间作用力和氢键 55

2.8.1分子间作用力 55

2.8.2氢键 57

第3章化学热力学的初步概念与化学平衡 60

3.1热化学 60

3.1.1几个基础性概念 61

3.1.2热量计 64

3.1.3焓和焓变 66

3.1.4盖斯定律：利用标准摩尔反应焓进行的计算 70

3.2化学反应的自发性 73

3.2.1自发过程和非自发过程 73

3.2.2熵和熵变 74

3.2.3吉布斯自由能：反应自发性的最终判据 77

3.3平衡状态和标准平衡常数 80

3.3.1平衡状态 80

3.3.2标准平衡常数 82

3.3.3平衡移动 84

第4章化学反应速率与化学动力学的初步概念 87

4.1化学反应的平均速率和瞬时速率 87

4.1.1反应的平均速率 87

4.1.2反应的瞬时速率 88

4.2反应速率理论简介 89

4.2.1碰撞理论 89

4.2.2过渡态理论 90

4.2.3活化能 91

4.3影响化学反应速率的因素 92

4.3.1浓度对化学反应速率的影响：元反应的速率方程 92

4.3.2温度对化学反应速率的影响 94

4.3.3反应物之间的接触状况对反应速率的影响 95

4.3.4催化剂对反应速率的影响 96

4.4化学反应机理及其研究方法 99

4.4.1反应物（或产物）的浓度-时间图 99

4.4.2尝试法确定速率方程 99

4.4.3反应机理的设计 101

第5章酸、碱和酸碱反应 104

5.1布朗斯特酸碱 105

5.1.1定义 105

5.1.2共轭酸碱对 105

5.1.3布朗斯特平衡 106

5.1.4酸碱性强弱与分子结构的关系 109

5.2路易斯酸碱 113

5.2.1定义及相关概念 113

5.2.2软硬酸碱 114

5.2.3有代表性的路易斯酸 116

第6章氧化还原反应与电化学 119

6.1基本概念 119

6.1.1氧化与还原 119

6.1.2确定氧化数的规则 120

6.2氧化还原反应方程式的配平 121

6.2.1氧化数法 121

6.2.2半反应法 123

6.3电极电势 124

6.3.1电化学电池与氧化还原反应 124

6.3.2标准电极电势 126

6.3.3浓度对电势的影响 129

6.3.4拉蒂麦尔图 133

6.4影响氧化还原反应的动力学因素 135

6.4.1超电势 135

6.4.2水的稳定区 136

6.5应用电化学简介 138

6.5.1实用电池 138

6.5.2电解 140

第7章金属配位化合物 142

7.1相关的定义和命名 142

7.1.1相关的定义 142

7.1.2化学式书写和配合物命名原则 145

7.2配合物的化学键理论 145

7.2.1价键理论：外轨络合物和内轨络合物 146

7.2.2晶体场理论：高自旋络合物和低自旋络合物 147

7.3配位化合物的异构现象 152

7.3.1结构异构现象 153

7.3.2立体异构现象 154

第8章溶液的物理性质 156

8.1溶液的类型 156

8.2溶液的浓度 157

8.3溶液的依数性 159

8.3.1溶液的蒸气压下降 159

8.3.2溶液的沸点升高和凝固点降低 161

8.3.3溶液的渗透压 163

8.4电解质溶液及其活度 164

8.4.1阿伦尼乌斯电离理论 164

8.4.2德拜-休克尔强电解质溶液理论 164

8.4.3溶液的活度 166

8.5胶态分散体系 166

第9章酸碱平衡和酸碱滴定 169

9.1弱酸、弱碱水溶液中的质子转移平衡 169

9.1.1一元弱酸和弱碱的质子转移平衡 169

9.1.2二元弱酸的质子转移平衡 171

9.2计算溶液H3O＋浓度的精确式、近似式和最简式 172

9.3水解 174

9.3.1离子与水的作用：水解和水合 174

9.3.2盐的水解 175

9.3.3水解常数和盐溶液的pH 176

9.4缓冲溶液 179

9.5酸碱滴定原理 181

9.5.1酸碱指示剂 181

9.5.2滴定曲线 183

9.5.3酸性增强技术 188

9.6滴定方式和应用实例 188

9.6.1直接滴定法 189

9.6.2间接滴定法 189

9.7误差初步知识 190

9.7.1误差和偏差 190

9.7.2误差的分类 192

9.8有效数字 192

9.8.1相关概念 193

9.8.2相关规则 194

第10章沉淀-溶解平衡和沉淀滴定 196

10.1沉淀-溶解平衡 196

10.1.1溶度积常数和溶解度 196

10.1.2离子积：形成沉淀和沉淀溶解的判据 198

10.1.3沉淀-溶解平衡的移动 199

10.1.4影响难溶电解质溶解度的盐效应 202

10.2沉淀滴定法 203

10.2.1莫尔法 203

10.2.2佛尔哈德法 204

10.2.3法扬司法 205

10.2.4银量法的标准溶液 207

10.3重量分析中的沉淀 207

10.3.1影响沉淀溶解度的因素 207

10.3.2影响沉淀粒度的因素 208

10.3.3影响沉淀纯度的因素 209

10.3.4提高重量分析准确度的途径 210

第11章络合平衡和络合滴定 212

11.1水溶液中配位实体的稳定性 212

11.1.1形成常数、逐级形成常数和累积形成常数 212

11.1.2螯合效应和大环效应 214

11.1.3活泼络合物和不活泼络合物 214

11.1.4反位效应 215

11.2络合滴定 216

11.2.1EDTA：最重要的滴定剂 216

11.2.2条件稳定常数 217

11.2.3络合滴定原理 220

11.2.4滴定干扰的消除 222

11.2.5络合滴定方式 223

第12章条件电势和氧化还原滴定 226

12.1氧化还原反应的条件电势 226

12.1.1副反应对半反应电势的影响 226

12.1.2条件电势 227

12.2滴定曲线和指示剂 229

12.2.1氧化还原滴定曲线 229

12.2.2氧化还原滴定指示剂 230

12.3重要的氧化还原滴定法 231

12.3.1高锰酸钾法 231

12.3.2重铬酸钾法 232

12.3.3碘量法 233

12.4测定结果计算和滴定前的预处理 234

12.4.1测定结果的计算方法 234

12.4.2滴定前的预处理 235

第13章s区元素 236

13.1单质 236

13.1.1物理和化学性质 236

13.1.2矿物资源和金属单质制备 239

13.1.3用途概述 240

13.2化合物 241

13.2.1与氧形成的二元化合物 241

13.2.2氢氧化物 242

13.2.3盐类化合物 243

13.2.4大环配位化合物 245

第14章P区元素（一） 247

14.1第13族、第14族和第15族元素概述 247

14.2硼 249

14.2.1硼酸盐和硼酸 249

14.2.2硼的三卤化物 250

14.2.3硼氢化合物 250

14.3铝 251

14.3.1单质的提取、性质和用途 251

14.3.2化合物 253

14.4碳 254

14.4.1三种同素异形体 254

14.4.2电负性高于碳的元素与碳形成的某些无机化合物 255

14.4.3电负性低于碳的元素与碳形成的化合物：碳化物 258

14.5硅 260

14.5.1二氧化硅、硅酸盐和硅酸 260

14.5.2卤化物和氢化物 261

14.6氮 262

14.6.1存在、分离和用途 263

14.6.2负氧化态化合物 264

14.6.3正氧化态化合物 266

14.7磷 269

14.7.1单质 269

14.7.2氧化物、含氧酸和含氧酸盐 270

14.7.3卤化物 271

14.8长周期元素的重要化学现象和重要反应 272

14.8.1两个重要化学现象 272

14.8.2其他重要化合物和重要反应 274

第15章P区元素（二） 277

15.1第16族、第17族和第18族元素概述 277

15.2氧 278

15.2.1过氧化氢 278

15.2.2臭氧 279

15.3硫 280

15.3.1负氧化态二元化合物 280

15.3.2正氧化态二元化合物 281

15.3.3其他正氧化态化合物 283

15.4卤素 286

15.4.1存在、提取和用途 286

15.4.2单质的性质 288

15.4.3负氧化态化合物 290

15.4.4正氧化态化合物 291

15.4.5卤素间化合物 293

15.4.6拟卤素 294

15.5稀有气体 295

15.5.1存在、提取和用途 296

15.5.2稀有气体化合物 297

第16章d区元素 298

16.1通性 298

16.1.1单质的物理性质 299

16.1.2无机颜料和化合物的颜色 300

16.1.3氧化态 300

16.1.4形成配位化合物 302

16.1.5过渡金属与工业催化 302

16.2钛 303

16.2.1存在、提取和用途 303

16.2.2重要化合物 304

16.3铬 305

16.3.1存在、提取和用途 305

16.3.2重要化合物 305

16.4钼和钨 307

16.5锰 309

16.6铁、钴、镍 311

16.6.1氧化物和氢氧化物 312

16.6.2铁的氧化还原化学与高低氧化态转化的介质条件 313

16.6.3有代表性的盐 313

16.6.4有代表性的配位化合物 314

16.7铜 316

16.7.1金属的冶炼、性质和用途 316

16.7.2氧化态和某些氧化还原反应 316

16.7.3几种常见化合物 317

16.8贵金属元素的不活泼性和催化性能 318

16.9锌、镉、汞 320

16.9.1单质的工业提取方法 320

16.9.2重要化合物 320

16.10过渡元素与CO形成的化合物 322

16.10.1制备方法和性质简介 322

16.10.2金属羰基化合物的几何结构 323

16.10.3金属羰基化合物的成键作用 323

16.10.4 18电子规则 324

第17章f区元素 326

17.1镧系元素 326

17.1.1基本性质概述 326

17.1.2重要化合物 328

17.1.3稀土矿物、混合稀土生产工艺和稀土的应用 331

17.1.4稀土元素的相互分离 332

17.2锕系元素简介 334

第18章氢 337

18.1三种同位素 337

18.2天然资源和工业制备方法 339

18.3性质 339

18.4用途 340

18.5二元氢化合物 341

18.5.1分子型氢化合物 342

18.5.2似盐型氢化物 342

18.5.3金属型氢化物 343

第19章核化学简介 345

19.1放射性核素和放射性衰变 345

19.1.1放射性衰变和放射系 345

19.1.2核化学方程、半衰期和放射性活度 347

19.1.3放射性碳-14纪年 348

19.2核能和核能利用 349

19.2.1核素的平均结合能 349

19.2.2核裂变 350

19.2.3核聚变 352

19.3人工核反应和超铀元素的合成 353

19.3.1人工核反应 353

19.3.2超铀元素的合成 354

副篇 357

A化学原理 357

A01 2008年最难以置信的科学发现：首次拍摄到电子运动过程 357

A02化学元素符号是英文名称的缩写吗 358

A03单个原子的质量是怎样得到的，原子质量单位u是个什么样的概念 358

A04周期表中元素符号下方的原子质量是怎样得到的，为什么没有单位 358

A05为什么氟的相对原子质量[Ar（F）=18.9984032］有9位有效数字，而不少其他原子的有效数字位数少得多 359

A06化学元素的摩尔质量与元素的相对原子质量之间有何关系 359

A07您怀疑“不确定原理”的正确性吗 359

A08既然P轨道的两个波瓣间有个电子概率为零的节面，那么电子如何从一个波瓣到达另一个波瓣 360

A09对基态氢原子ls轨道而言，其电子概率从核到远离核的方向连续减小（图19）,怎样将这种图像与氢原子半径概念联系起来 361

A10离子半径是怎样确定的 362

A11引用离子半径解释化合物的性质时应该注意哪些问题 362

A12如果能够写出能量不同的两种或多种路易斯结构式，您将如何从中做选择 362

A13帮您走近共振杂化理论 363

A14书写路易斯结构式的重要例外 364

A15SF6分子中S原子3d轨道参与成键的观点受质疑 365

A16什么叫超价化合物 365

A17两特定原子间键级对键强度和键长的影响 365

A18两特定原子间三键和双键的强度分别是单键强度的3倍和2倍吗 366

A19为什么单质氮最稳定的形式是以三键结合的N2分子，而同族的磷则以单键结合的P4分子存在 366

A20功和热为什么不是状态函数 367

A21从汉字“焓”的构字看焓（H）的物理意义 367

A22为什么引入状态函数△rH表达恒压反应热Qp，却不用一个状态函数表达恒容反应热Qv 368

A23人类本身和人类的活动是否违反了热力学第二定律 368

A24术语“自由能”中“自由”一词的含义 369

A25如何从一个非自发反应获得你所需要的产物 369

A26从热力学角度解释“相似溶解”规则 370

A27使用标准平衡常数表达式时需要注意的问题 371

A28物理量取对数前为什么先要除以该物理量的单位 373

A29反应机理研究：动力学方法之外的其他方法 373

A30MOF捕获迄今最大的水合质子簇［H（H2O）28]+ 373

A31为什么无法由实验测得水溶液中强酸的Ka？值，表5.1中强酸的Ka？值是怎样得来的 375

A32鲍林规则及其对化学研究的指导价值 375

A33氧化还原体系与布朗斯特酸碱体系之间的关联 376

A34为什么电解池的阳极用（+）标记，而伏打电池的阳极却用（一）标记 377

A35电子是怎样由还原剂向氧化剂转移的 378

A36一种纽扣电池：银-锌电池 379

A37活性电极：电解法生产高纯金属 380

A38金属的电化学腐蚀和防腐 381

A39笔记本电脑中的锂离子电池是怎样工作的 382

A40维尔纳巧妙的化学思维：确定六配位络合物的几何构型 383

A41维尔纳与约尔更生：一场学术争论中的故事 383

A42红宝石和蓝宝石：光彩夺目的背后 385

A43六齿配体的故事：EDTA与金属离子的配位 387

A44利用络离子的形成掩蔽溶液中的金属离子 387

A45络合物稳定水中不稳定的氧化态 388

A46利用形成络合物原理完成定影程序 388

A47本教材为什么用术语“络合滴定”代替了“配位滴定” 389

A48测量溶液酸度的pH计是怎样工作的 389

A49盐效应为何导致难溶电解质溶解度增大 391

A50您听过“钠化钠”和“电子化钠”这样的化合物名称吗 391

A51碳的三种同素异形体的化学活泼性顺序 392

A52C60的笼结构是怎样确定的 393

A53奇妙的“穴柱”景观：徐霞客曾经走近 393

A54等电子系列 394

A55Pb3O4中Pb原子的氧化态：＋4和＋2还是＋8/3 395

A56卤化物形成哪些类型的化学键 396

A57H2O2为什么容易分解：金属离子的穿梭催化 396

A58经过了整整100年，化学法制备元素氟的努力终获成功 397

A59第一个稀有气体化合物的制备 398

A60化学家实现了氙与水的反应 398

A61铂系金属为什么是非均相催化过程的优良催化剂 399

A62水合物中的H2O分子是以什么样的方式存在的 400

A63无机颜料的颜色：过渡金属配合物的荷移跃迁和价层间跃迁 400

A64水溶液中Cu，Ag和Au氧化态的变化趋势为什么没有规律性 401

A65Mo和w的一类重要化合物：同多酸和杂多酸 401

A66如何界定镧系元素和锕系元素 403

A67氢的性质在哪些方面显得独一无二 403

A68氢键的方向性与VSEPR理论 404

A69分子内氢键 405

A70对称氢键可看做3c-2e键 405

A71氢键导致水的最大密度不出现在0℃ 406

A72氢键与包合水合物 406

A73氢键成全了红杉树全球第一的个头 407

A74氢键与DNA双螺旋结构 407

A75区分：（a）同位素与核素；（b）放射性同位素与放射性元素；（c）天然放射性元素和人工放射性元素 408

A76我国科学家在20世纪最后10年合成的新核素 408

A77放射性示踪剂用于研究化学反应机理和化合物的结构 409

A78什么叫反应的半衰期，一级反应的半衰期有什么特点 409

A79放射性碳-14测定古墓年代 409

B化学应用 411

B01低碳经济：能源评价的双指标体系即将到来吗 411

B02当今使用的化石燃料是怎样形成的 411

B03人类使用化石燃料面临哪些重大问题 412

B04可再生能源：新能源开发的方向 413

B05替代燃料：生物质乙醇 414

B06替代燃料：甲醇 417

B07替代燃料：生物柴油 418

B08煤制油机理 419

B09青海钻获天然气水合物（可燃冰）实物样品，有望成为未来能源的另一根重要支柱 419

B10天然气包合水合物 420

B11氢经济学 421

B12氢燃料电池 423

B13氙可能成为21世纪的太空燃料 424

B14长征-2F火箭使用何种推进剂 424

B15气候变暖问题：“末日之钟”和“350”集会 425

B16气候变暖问题：两种对立的观点 426

B17气候变暖问题：大气中CO2浓度的变化趋势 426

B18气候变暖问题：大量燃烧化石燃料导致大气中CO2浓度上升 427

B19气候变暖问题：大气“天窗”只能放行地表散发的部分热红外 428

B20气候变暖问题：水蒸气未列入温室气体黑名单 429

B21气候变暖问题：碳捕集与封存技术中的化学和物理分离方法 429

B22臭氧层问题：臭氧层对地球生命的保护作用 430

B23臭氧层问题：臭氧洞是怎样产生的 431

B24臭氧层问题：平流层臭氧浓度的完全恢复可能还需数十年时间 432

B25臭氧层问题：氯氟烃的替代品 433

B26SO2和SO3造成的环境问题 434

B27酸雨来袭：不分正义与邪恶，不分富有与贫穷 435

B28光化学烟雾：中国城市大气环境面临的新问题 436

B29铈氧化物用于汽车尾气的催化转化 437

B30磷酸盐造成的环境问题：富营养化 437

B31化学需氧量（COD）及其测定 438

B32辐射造成的生物效应 439

B33室内空气放射性氡超标是仅次于吸烟的肺癌致病因素 439

B34切尔诺贝利灾难 440

B35检测放射性的方法 440

B36 241Am电离室用作烟监测器 441

B37射线疗法 442

B38放射性示踪剂在医学中的应用 442

B39化学法杀灭饮用水中的毒菌：两害相权取其轻 443

B40随着四乙基铅的退出，“一统天下”的抗震爆添加剂不复存在 444

B41晶体材料：维数怎样确定 445

B42碳素材料：炭黑和活性炭 446

B43碳素材料：碳纤维 446

B44碳素材料：石墨烯 447

B45碳素材料：人工合成金刚石 448

B46陶瓷材料：简介 448

B47陶瓷材料：青花瓷与钴基陶瓷颜料 449

B48陶瓷材料：几种重要玻璃 450

B49陶瓷材料：玻璃制造工艺的化学原理 451

B50陶瓷材料：沸石 452

B51陶瓷材料：分子筛的功能和用途 453

B52陶瓷材料：高温超导陶瓷 453

B53陶瓷材料：溶胶-凝胶法减少结构缺陷 454

B54金属-有机骨架：配位化学和材料科学交叉的新方向 455

B55您每天活动所需的热能哪里来 456

B56牛奶消化与酶 457

B57血液的缓冲作用 458

B58血红素：血液输氧功能的核心基团 459

B59驱动心脏搏动的生物化学过程 460

B60牙齿珐琅质：口腔中的磷酸盐矿物 461

B61生物体内的磷酸盐 462

B62小肠怎样吸收脂肪性营养 462

B63腌、熏、晒、烤肉类食品的致癌风险来自亚硝胺类化合物 463

B64氯化钠注射液：细胞内液的等渗溶液 464

B65重金属急性中毒和螯合剂解毒 464

B66汞蒸气的毒性 465

B67是非NO：污染物、明星分子、伟哥、保命药物 465

B68叠氮化钠与安全气袋系统 465

B69硬水软化 466

B70常温常压固氮 467

B71氯碱工业 468

B72SO2催化转化为SO3的工业过程 469

B73尿素生产工艺流程 469

B74实验室怎样选择干燥剂 470

B75利用两相平衡原理创造恒定的低温实验环境 471

B76氮气干燥和氮气除氧的实验室方法 471

B77稀土资源：一夜间成为全球媒体关注的焦点 472

习题、词汇和附录 477

习题 477

Chapter1AtomicStructureandthePeriodicTable 477

Chapter2ChemicalBondingandMolecularStructure 478

Chapter3BasicConceptsofChemicalThermodynamicsandChemicalEquilibrium 480

Chapter4ReactionRatesandtheBasicConceptsofChemicalKinetics 482

Chapter5Acids，Bases，andAcid-BaseReaction 483

Chapter6RedoxReactionandElectrochemistry 484

Chapter7ChemistryofCoordinationCompounds 486

Chapter8PhysicalPropertiesofSolutions 487

Chapter9Acid-BaseEquilibriaandAcid-BaseTitration 488

Chapter10SolubilityEquilibriaandPrecipitationTitration 489

Chapter11ConditionalStabilityConstantandComplexometricTitration 490

Chapter12ConditionalPotentialandRedoxTitration 491

Chapter13s-BlockElements 492

Chapter14p-BlockElements（Ⅰ） 493

Chapter15p-BlockElements（Ⅱ） 495

Chapter16d-BlockElements 496

Chapter17f-BlockElements 497

Chapter18Hydrogen 498

Chapter19ABriefIntroductiontoNuclearChemistry 499

英文词汇 500

附录1索引 521

附录2数据表 530

表F-Ⅰ化学元素的名称和摩尔质量 530

表F-Ⅱ基态原子的电子组态 532

表F-ⅢSI基本量及其单位 534

表F-Ⅳ用于构成十进倍数和分数单位的词头 534

表F-Ⅴ常用换算表 534

化学元素周期表 535