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第一篇 基础3

1章 原子结构3

类氢原子的结构6

1.1 光谱信息7

1.2 量子力学的某些原理8

1.3 原子轨道9

多电子原子15

1.4 钻穿和屏蔽16

1.5 构造原理18

1.6 元素的分类20

1.7 原子性质22

延伸阅读资料31

练习题32

辅导性作业33

2章 分子结构和成键34

Lewis结构34

2.1 八隅律34

2.2 共振35

2.3 VSEPR模型36

价键理论39

2.4 氢分子39

2.5 同核双原子分子40

2.6 多原子分子41

分子轨道理论43

2.7 理论简介43

2.8 同核双原子分子45

2.9 异核双原子分子49

2.10 键的性质52

2.11 多原子分子54

2.12 计算方法59

结构和键的性质60

2.13 键长61

2.14 键强62

2.15 电负性和键焓63

2.16 氧化态64

延伸阅读资料65

练习题65

辅导性作业67

3章 简单固体的结构69

固体结构描述69

3.1 晶胞和晶体结构的描述70

3.2 球的密堆积73

3.3 密堆积结构中的空穴76

金属和合金的结构78

3.4 多型现象79

3.5 非密堆积结构79

3.6 金属的多晶现象80

3.7 金属的原子半径81

3.8 合金和填隙82

离子性固体86

3.9 离子性固体的特征结构87

3.10 结构的合理化95

离子性成键的能量关系98

3.11 晶格焓和Born-Haber循环99

3.12 晶格焓的计算99

3.13 实验值和理论值的比较102

3.14 Kapustinskii方程103

3.15 晶格焓导致的结果104

缺陷和非化学计量107

3.16 缺陷的由来和类型108

3.17 非化学计量化合物和固溶体112

固体的电子结构114

3.18 无机固体的电导率114

3.19 由原子轨道重叠形成的能带114

3.20 半导性118

补充信息 Born-Mayer方程120

延伸阅读资料121

练习题121

辅导性作业123

4章 酸和碱125

Brφnsted酸性125

4.1 水中的质子转移平衡126

Brφnsted酸的性质132

4.2 水合酸强度的周期性变化趋势133

4.3 简单氧合酸134

4.4 无水氧化物136

4.5 聚氧化合物的形成138

Lewis酸性139

4.6 Lewis酸碱实例140

4.7 Lewis酸的族性质141

Lewis酸碱的反应和性质145

4.8 反应的基本类型146

4.9 支配Lewis酸碱相互作用的因素147

4.10 热力学酸性参数150

非水溶剂150

4.11 溶剂的拉平效应151

4.12 酸碱的溶剂体系定义152

4.13 酸碱溶剂153

酸碱化学的应用157

4.14 超强酸和超强碱157

4.15 非均相酸碱反应157

延伸阅读资料158

练习题159

辅导性作业161

5章 氧化和还原162

还原电位163

5.1 氧化还原半反应163

5.2 标准电位与反应自发性164

5.3 标准电位的变化趋势167

5.4 电化学序列168

5.5 能斯特方程169

氧化还原稳定性171

5.6 pH的影响171

5.7 与水的反应171

5.8 被大气氧氧化173

5.9 歧化和反歧化174

5.10 络合作用的影响175

5.11 溶解度与标准电位之间的关系176

电位数据的图形表示177

5.12 Latimer图177

5.13 Frost图179

5.14 Pourbaix图183

5.15 环境化学中的应用：天然水体183

元素的化学提取185

5.16 化学还原185

5.17 化学氧化189

5.18 电化学提取189

延伸阅读资料190

练习题191

辅导性作业193

6章 分子的对称性195

对称性分析导论195

6.1 对称操作、对称元素和点群195

6.2 特征标表203

对称性的应用205

6.3 极性分子205

6.4 手性分子206

6.5 分子的振动207

分子轨道的对称性211

6.6 对称性匹配的线性组合211

6.7 构筑分子轨道213

6.8 振动类似215

表示方法216

6.9 表示的约化216

6.10 投影算符217

延伸阅读资料219

练习题219

辅导性作业219

7章 配位化合物导论221

配位化学用语222

7.1 代表性配体222

7.2 命名法225

组成方式和几何形状227

7.3 低配位数227

7.4 中间配位数227

7.5 高配位数230

7.6 多金属络合物232

异构现象和手性233

7.7 四方平面络合物234

7.8 四面体络合物235

7.9 三角双锥和四方锥络合物236

7.10 八面体络合物237

7.11 配体的手性241

络合物形成的热力学242

7.12 形成常数242

7.13 逐级形成常数的变化趋势244

7.14 螯合效应和大环效应245

7.15 空间效应和电子离域246

延伸阅读资料248

练习题249

辅导性作业250

8章 研究无机化学的物理方法252

衍射法252

8.1 X射线衍射法252

8.2 中子衍射法256

吸收光谱法和发射光谱法257

8.3 紫外-可见光谱法258

8.4 荧光或发射光谱法261

8.5 红外光谱法和Raman光谱法262

共振法266

8.6 核磁共振法266

8.7 电子顺磁共振法271

8.8 Mossbauer光谱法275

基于电离作用的方法276

8.9 光电子能谱法276

8.10 X射线吸收光谱法277

8.11 质谱分析法279

化学分析法281

8.12 原子吸收光谱法281

8.13 CHN分析法282

8.14 X射线荧光元素分析法283

8.15 热分析法283

磁量法和磁化率285

电化学技术286

显微技术288

8.16 扫描探针显微术288

8.17 电子显微镜术289

延伸阅读资料290

练习题290

辅导性作业292

第二篇 元素及其化合物295

9章 周期性变化趋势295

元素的周期性295

9.1 价电子组态295

9.2 原子参数295

9.3 存在301

9.4 金属性302

9.5 氧化态303

化合物的周期性306

9.6 配位数306

9.7 键焓306

9.8 二元化合物308

9.9 更广意义上的周期性变化趋势311

9.10 各族首个元素的反常性质314

延伸阅读资料315

练习题315

辅导性作业316

10章 氢317

A.基本面317

10.1 元素318

10.2 简单化合物320

B.详述323

10.3 核的性质323

10.4 H2的生产325

10.5 H2的反应327

10.6 氢的化合物329

10.7 合成二元氢化合物的一般方法342

延伸阅读资料343

练习题344

辅导性作业345

11章 第1族元素346

A.基本面346

11.1 元素346

11.2 简单化合物348

11.3 锂的不规则性质349

B.详述350

11.4 存在和提取350

11.5 元素和化合物的用途351

11.6 氢化物353

11.7 卤化物354

11.8 氧化物及相关化合物356

11.9 硫化物、硒化物和碲化物357

11.10 氢氧化物358

11.11 氧合酸的化合物358

11.12 氮化物和碳化物360

11.13 溶解度和水合作用361

11.14 液氨溶液361

11.15 含碱金属的Zintl相362

11.16 配位化合物363

11.17 金属有机化合物364

延伸阅读资料365

练习题365

辅导性作业366

12章 第2族元素367

A.基本面367

12.1 元素367

12.2 简单化合物368

12.3 铍的反常性质369

B.详述370

12.4 存在和提取370

12.5 元素和化合物的用途371

12.6 氢化物373

12.7 卤化物374

12.8 氧化物、硫化物和氢氧化物375

12.9 氮化物和碳化物377

12.10 氧合酸的盐378

12.11 溶解度、水合作用和铍酸盐381

12.12 配位化合物382

12.13 金属有机化合物383

延伸阅读资料384

练习题385

辅导性作业385

13章 第13族元素387

A.基本面387

13.1 元素387

13.2 化合物389

13.3 硼的簇化合物391

B.详述392

13.4 存在和提取392

13.5 元素及其化合物的用途393

13.6 硼的简单氢化物394

13.7 三卤化硼397

13.8 硼氧化合物398

13.9 硼与氮形成的化合物399

13.10 金属硼化物401

13.11 相对分子质量更高的硼烷和硼氢化物402

13.12 金属硼烷和碳硼烷409

13.13 铝和镓的氢化物411

13.14 铝、镓、铟、铊的三卤化物412

13.15 铝、镓、铟、铊的低氧化态卤化物413

13.16 铝、镓、铟、铊的氧化物414

13.17 铝、镓、铟、铊的硫化物414

13.18 与第15族元素形成的化合物415

13.19 Zintl相415

13.20 金属有机化合物416

延伸阅读资料417

练习题417

辅导性作业419

14章 第14族元素420

A.基本面420

14.1 元素420

14.2 简单化合物422

14.3 扩展的硅氧化合物423

B.详述424

14.4 存在和提取424

14.5 金刚石和石墨424

14.6 碳的其他形态426

14.7 氢化物430

14.8 与卤素形成的化合物431

14.9 碳与氧、硫形成的化合物434

14.10 硅与氧形成的简单化合物438

14.11 锗、锡和铅的氧化物439

14.12 与氮形成的化合物440

14.13 碳化物440

14.14 硅化物443

14.15 扩展的硅氧化合物443

14.16 有机硅和有机锗化合物447

14.17 金属有机化合物448

延伸阅读资料449

练习题449

辅导性作业451

15章 第15族元素452

A.基本面452

15.1 元素452

15.2 简单化合物454

15.3 氮的氧化物和氧合阴离子455

B.详述456

15.4 存在和提取456

15.5 用途457

15.6 氮的活化459

15.7 氮化物和叠氮化物460

15.8 磷化物461

15.9 砷化物、锑化物和铋化物461

15.10 氢化物462

15.11 卤化物465

15.12 氧卤化物466

15.13 氮的氧化物和含氧阴离子467

15.14 磷、砷、锑和铋的氧化物473

15.15 磷、砷、锑和铋的含氧阴离子473

15.16 缩聚磷酸盐475

15.17 磷氮烯476

15.18 砷、锑和铋的金属有机化合物477

延伸阅读资料479

练习题480

辅导性作业481

16章 第16族元素482

A.基本面482

16.1 元素482

16.2 简单化合物484

16.3 环状化合物和簇化合物486

B.详述486

16.4 氧486

16.5 氧的反应活性489

16.6 硫489

16.7 硒、碲和钋490

16.8 氢化物492

16.9 卤化物495

16.10 金属氧化物496

16.11 金属的硫化物、硒化物、碲化物和钋化物496

16.12 氧化物498

16.13 硫的氧合酸501

16.14 硫、硒和碲的聚阴离子505

16.15 硫、硒和碲的聚阳离子505

16.16 硫氮化合物506

延伸阅读资料507

练习题507

辅导性作业508

17章 第17族元素510

A.基本面510

17.1 元素510

17.2 简单化合物511

17.3 卤素互化物513

B.详述515

17.4 存在、提取和用途515

17.5 分子的结构和性质518

17.6 反应活性变化趋势520

17.7 拟卤素521

17.8 氟化合物的特殊性质522

17.9 卤化物的结构特征523

17.10 卤素互化物523

17.11 卤素氧化物528

17.12 含氧酸和氧合阴离子529

17.13 氧合阴离子氧化还原反应的热力学趋势530

17.14 氧合阴离子氧化还原反应速率的变化趋势531

17.15 各氧化态的氧化还原性质532

17.16 氟碳化合物534

延伸阅读资料535

练习题535

辅导性作业537

18章 第18族元素538

A.基本面538

18.1 元素538

18.2 简单化合物539

B.详述539

18.3 存在和提取540

18.4 用途540

18.5 氙的氟化物的合成和结构541

18.6 氙的氟化物的反应542

18.7 氙氧化合物543

18.8 氙的插入化合物544

18.9 有机氙化合物544

18.10 配位化合物545

18.11 稀有气体的其他化合物546

延伸阅读资料546

练习题546

辅导性作业547

19章 d区元素548

A.基本面548

19.1 存在和提取548

19.2 化学和物理性质549

B.详述551

19.3 第3族：钪、钇、镧551

19.4 第4族：钛、锆、铪553

19.5 第5族：钒、铌、钽555

19.6 第6族：铬、钼、钨559

19.7 第7族：锰、锝、铼565

19.8 第8族：铁、钌、锇567

19.9 第9族：钴、铑、铱569

19.10 第10族：镍、钯、铂571

19.11 第11族：铜、银、金572

19.12 第12族：锌、镉、汞574

延伸阅读资料578

练习题578

辅导性作业579

20章 d金属络合物：电子结构和性质580

电子结构580

20.1 晶体场理论580

20.2 配位场理论591

电子光谱596

20.3 原子的电子光谱596

20.4 络合物的电子光谱601

20.5 电荷转移带606

20.6 选律和谱带强度609

20.7 发光现象610

磁性612

20.8 协同磁性612

20.9 自旋交叉络合物614

延伸阅读资料615

练习题615

辅导性作业616

21章 配位化学：络合物的反应618

配体取代反应618

21.1 配体取代反应的速率618

21.2 反应机理的分类620

四方平面络合物的配体取代反应623

21.3 进入基团的亲核性623

21.4 过渡态的形状625

八面体络合物的配体取代反应628

21.5 速率方程及其解释628

21.6 八面体络合物的活化630

21.7 碱解634

21.8 立体化学635

21.9 异构化反应636

氧化还原反应637

21.10 氧化还原反应的分类637

21.11 内层机理637

21.12 外层机理640

光化学反应644

21.13 瞬发反应和缓发反应644

21.14 d-d跃迁和荷移反应645

21.15 金属-金属键体系的跃迁646

延伸阅读资料647

练习题647

辅导性作业649

22章 d区元素金属有机化学651

成键652

22.1 稳定的电子组态652

22.2 电子计数的选择654

22.3 电子计数和氧化态655

22.4 命名法657

配体658

22.5 一氧化碳658

22.6 膦660

22.7 氢化物络合物和氢分子络合物662

22.8 η1-烷基、η1-烯基、η1-炔基和η1-芳基配体663

22.9 η2-烯烃和η2-炔烃配体663

22.10 非共轭的二烯和多烯配体664

22.11 丁二烯、环丁二烯和环辛四烯665

22.12 苯和其他芳烯667

22.13 烯丙基配体668

22.14 环戊二烯和环庚三烯670

22.15 卡宾671

22.16 烷烃、抓氢和稀有气体672

22.17 二氮和一氧化氮673

化合物673

22.18 d区金属羰基化合物674

22.19 金属茂681

22.20 金属间的成键作用和金属簇化合物686

反应690

22.21 配体取代反应690

22.22 氧化加成和还原消除693

22.23 σ键复分解694

22.24 1，1-迁移插入反应694

22.25 1，2-插入和β-H消除696

22.26 α-，γ-δ-H消除和环金属化696

延伸阅读资料697

练习题697

辅导性作业699

23章 f区元素701

元素701

23.1 价轨道701

23.2 存在和提取702

23.3 物理性质和应用704

镧系元素化学704

23.4 一般变化趋势705

23.5 电子性质、光学性质和磁性质709

23.6 二元离子型化合物713

23.7 三元氧化物和复杂氧化物715

23.8 配位化合物716

23.9 金属有机化合物718

锕系元素化学721

23.10 一般变化趋势721

23.11 锕系元素的电子光谱726

23.12 钍和铀726

23.13 镎、钚和镅728

延伸阅读资料729

练习题730

辅导性作业730

第三篇 前沿735

24章 材料化学和纳米材料735

材料的合成735

24.1 材料的形成735

缺陷和离子迁移738

24.2 扩展缺陷738

24.3 原子和离子扩散739

24.4 固体电解质740

金属氧化物、氮化物及氟化物745

24.5 3 d金属的一氧化物745

24.6 高等氧化物和复合氧化物747

24.7 氧化物玻璃760

24.8 氮化物、氟化物和混合阴离子相762

硫化物、嵌入化合物和富金属相764

24.9 层状MS2化合物和嵌入764

24.10 Chevrel相和硫属化物热电材料768

框架结构769

24.11 以四面体氧合阴离子为基础的结构769

24.12 以连接起来的八面体和四面体中心为基础而形成的结构773

氢化物和储氢材料778

24.13 金属氢化物778

24.14 其他无机储氢材料780

无机材料的光学性质781

24.15 有色固体782

24.16 白色和黑色颜料783

24.17 光催化剂784

半导体化学785

24.18 第14族半导体785

24.19 与硅等电子的半导体体系787

分子材料和富勒化物787

24.20 富勒化物788

24.21 分子材料化学789

纳米材料792

24.22 术语和历史793

24.23 溶液法合成纳米粒子793

24.24 经由溶液或固体的纳米粒子的气相合成795

24.25 通过框架、载体和底物的纳米材料模板合成法796

24.26 使用显微技术表征和形成纳米材料797

纳米结构及其性质798

24.27 一维控制：碳纳米管和无机纳米线798

24.28 二维控制：石墨烯，量子阱，固态超晶格800

24.29 三维控制：介孔材料和复合材料803

24.30 纳米材料的特殊光学性质807

延伸阅读资料809

练习题811

辅导性作业812

25章 催化814

一般原理815

25.1 催化术语815

25.2 均相催化剂和非均相催化剂818

均相催化818

25.3 烯烃复分解819

25.4 烯烃加氢820

25.5 氢甲酰化822

25.6 Wacker法氧化烯烃824

25.7 不对称氧化825

25.8 钯催化的C—C键形成反应826

25.9 甲醇羰基化：乙酸的合成828

非均相催化828

25.10 非均相催化剂的性质829

25.11 加氢催化剂834

25.12 合成氨834

25.13 SO2的氧化835

25.14 沸石催化芳香化合物的裂解和相互转化835

25.15 Fischer-Tropsch合成837

25.16 电催化和光催化838

25.17 非均相催化剂研究的新动向839

非均相化的均相与杂化催化840

25.18 齐聚和多聚840

25.19 被系留的催化剂845

25.20 两相体系845

延伸阅读资料846

练习题847

辅导性作业848

26章 生物无机化学849

细胞组织849

26.1 细胞物质的结构849

26.2 活体组织的无机成分850

输送、转移和转录859

26.3 钠和钾的输送859

26.4 钙信号蛋白861

26.5 转录作用中的锌862

26.6 铁的选择输送和储存863

26.7 氧的输送和储存866

26.8 电子转移870

催化过程877

26.9 酸碱催化877

26.10 涉及H2O2和O2的酶882

26.11 含Co酶的反应892

26.12 催化氧原子转移的钼酶和钨酶895

生物循环898

26.13 氮循环898

26.14 氢循环901

传感器902

26.15 作为传感器的铁蛋白902

26.16 感知Cu和Zn的蛋白905

生物矿石906

26.17 常见生物矿石实例906

展望907

26.18 各个元素的作用907

26.19 未来方向909

延伸阅读资料910

练习题911

辅导性作业912

27章 药物无机化学913

成药元素的化学913

27.1 治疗癌症的无机络合物914

27.2 治疗关节炎的药物918

27.3 含铋药物用于治疗胃溃疡919

27.4 锂用于治疗抑郁躁狂型抑郁症920

27.5 用于治疗疟疾的金属有机药物920

27.6 四氮杂环十四烷类化合物用做抗艾滋病病毒试剂921

27.7 缓慢释放CO的无机药物：应对术后紧张感的药剂922

27.8 螯合疗法922

27.9 造影剂924

27.10 展望926

延伸阅读资料926

练习题927

辅导性作业927

资源节928

资源节1 离子半径选录928

资源节2 元素的电子性质931

资源节3 标准电位933

资源节4 特征标表946

资源节5 对称性匹配的轨道951

资源节6 Tanabe-Sugano图955

索引958