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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E216

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iPS405

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