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第1章 物质的状态及其变化1

1-1 理想气体状态方程1

1-2 实际气体和van der waals(范德华)方程3

1-3 气体分压定律5

1-4 气体分子动理论7

1-5 分子的速率分布和能量分布9

1-6 凝聚态——液体、固体和液晶11

1-7 气体的液化·临界现象14

1-8 液体的蒸发·蒸气压15

1-9 液体的凝固·固体的熔化17

小结18

思考题19

习题19

第2章 化学热力学21

2.1.2 状态和状态函数22

2.1.1 系统和环境22

2-1 热力学的一些基本概念22

2.1.3 过程和途径23

2-2 热力学第一定律24

2.2.1 热力学能、热和功24

2.2.2 热力学第一定律及其数学表达式25

2-3 功与过程26

2.3.1 体积功26

2.3.2 可逆过程28

2-4 热与焓30

2.4.1 简单变温过程30

2.4.2 相变过程30

2.4.3 焓31

2-5 热力学第一定律对理想气体的应用32

2.5.1 理想气体的热力学能和焓——Gay·Lussac-Joule(盖·吕萨克-焦耳)实验32

2.5.2 理想气体的Cp和Cv之差33

2.6.1 化学反应的热效应34

2-6 热化学34

2.6.2 反应进度35

2.6.3 热化学方程式36

2-7 Hess(盖斯)定律38

2-8 几种热效应39

2.8.1 生成焓39

2.8.2 燃烧焓41

2-9 反应热与温度的关系——Kirchhoff(基尔霍夫)定律42

2-10 热力学第二定律43

2.10.1 自发变化的共同特征——不可逆性44

2.10.2 热力学第二定律的几种表述45

2.10.3 熵变的定义及其计算45

2-11 热力学第二定律的本质——熵的统计意义48

2.11.1 熵与热力学概率48

2.11.2 熵增加原理49

2.12.2 标准熵51

2-12 热力学第三定律和标准熵51

2.12.1 热力学第三定律51

2.12.3 化学反应标准熵变的计算52

2-13 Gibbs(吉布斯)自由能与Helmholtz(亥姆霍兹)自由能53

2-14 热力学函数之间的一些重要关系式54

2.14.1 封闭系统的热力学基本公式54

2.14.2 对应系数关系式55

2-15 △G的计算56

2.15.1 等温简单状态变化过程的△G56

2.15.2 等温等压下相变过程的△G57

2.15.3 混合过程的△G57

2.15.4 化学反应的△G57

2-16 温度和压力对△G的影响58

2.16.1 温度对△G的影响——Gibbs-Helmholtz公式58

2-17 耗散结构简介60

2.16.2 压力对△G的影响60

2.17.1 自然科学中的自组织现象61

2.17.2 耗散结构形成的条件62

2.17.3 应用63

小结64

参考文献65

思考题65

习题65

第3章 溶液与相平衡68

3-1 溶液68

3.1.1 溶液的浓度68

3.1.2 溶解度70

3-2 偏摩尔量71

3.2.1 偏摩尔量的定义72

3.2.2 偏摩尔量的集合公式73

3.3.2 化学势在相平衡中的应用74

3.3.1 化学势的定义74

3-3 化学势74

3.3.3 化学势与温度、压力的关系75

3-4 理想气体的化学势75

3-5 理想溶液各组分的化学势76

3.5.1 Raoult(拉乌尔)定律及理想溶液的定义76

3.5.2 理想溶液各组分的化学势77

3-6 稀溶液及其各组分的化学势78

3.6.1 Henry(亨利)定律与稀溶液78

3.6.2 稀溶液中各组分的化学势80

3-7 稀溶液的依数性81

3.7.1 蒸气压降低82

3.7.2 凝固点降低82

3.7.3 沸点升高84

3.7.4 渗透压85

3-8 非理想溶液及其各组分的化学势88

3.7.5 生物体内的渗透功88

3.8.1 非理想溶液中溶剂的化学势89

3.8.2 非理想溶液中溶质的化学势89

3-9 电解质溶液91

3.9.1 Arrhenius的电离学说91

3.9.2 强电解质的活度与活度系数92

3.9.3 离子平均活度系数的理论计算94

3-10 大分子溶液及其渗透压95

3.10.1 大分子溶液95

3.10.2 大分子溶液的渗透压96

3.10.3 Donnan(陶南)平衡97

3-11 相律98

3.11.1 相平衡中的几个重要概念99

3.11.2 相律的推导100

3.12.1 Clapeyron方程101

3-12 单组分系统的相平衡101

3.12.2 单组分系统的相图103

3-13 二组分系统的相图及其应用105

3.13.1 二组分理想系统的p-x图和T-x图105

3.13.2 二组分非理想系统的p-x图和T-x图107

小结108

参考文献109

思考题109

习题109

第4章 化学平衡112

4-1 化学反应的方向和限度112

4.1.1 化学势在化学变化中的应用112

4.1.2 化学反应等温式114

4-2 化学反应平衡常数表示式116

4.2.1 气相反应116

4.2.2 溶液反应117

4.2.3 复相反应119

4.2.4 平衡常数的测定120

4.2.5 平衡常数的应用122

4-3 标准生成Gibbs自由能123

4.3.1 标准状态下反应Gibbs自由能的变化值123

4.3.2 标准生成Gibbs自由能125

4.3.3 溶液中物质的标准生成Gibbs自由能125

4-4 化学平衡的移动127

4.4.1 浓度(或分压)对化学平衡的影响127

4.4.2 温度对平衡常数的影响128

4-5 多重平衡130

4-6 多结合位的平衡131

4-7 反应的偶联133

参考文献134

小结134

思考题135

习题135

第5章 酸碱平衡与酸碱滴定137

5-1 酸碱质子理论137

5.1.1 酸碱的定义137

5.1.2 酸碱的强弱138

5.1.3 水的自偶解离平衡139

5.1.4 共轭酸碱对的Ka与Kb的关系140

5-2 弱酸、弱碱水溶液中H+浓度的计算140

5.2.1 弱酸、弱碱水溶液pH的计算140

5.2.2 两性物质溶液pH的计算141

5.2.3 混合酸、混合碱溶液pH的计算143

5-3 酸度对弱酸、弱碱形体分布的影响144

5.3.1 一元弱酸溶液中各种形体的分布144

5.3.2 多元酸溶液中的形体分布146

5.3.3 复杂体系溶液中的形体分布147

5-4 缓冲溶液148

5.4.1 弱酸(碱)与它的共轭碱(酸)共存时溶液pH的计算148

5.4.2 缓冲溶液的缓冲能力和缓冲范围149

5.4.3 缓冲溶液的选择和配制149

5-5 酸碱滴定曲线和指示剂的选择151

5.5.1 强酸、强碱的滴定151

5.5.2 一元弱酸、弱碱的滴定155

5.5.3 一元弱酸与强酸或一元弱碱与强碱混合体系的滴定158

5.5.4 多元酸、多元碱的滴定158

5-6 终点误差159

5.6.1 强酸、强碱滴定的终点误差160

5.6.2 弱酸、弱碱滴定的终点误差160

5.6.3 终点误差公式161

5-7 酸碱滴定法的应用162

5.7.1 酸碱标准溶液的配制与标定162

5.7.2 酸碱滴定法应用示例164

5-8 非水溶剂中的酸碱滴定简介165

5.8.1 非水溶剂的性质与作用165

5.8.2 非水滴定的应用166

小结167

参考文献167

思考题168

习题168

第6章 配位平衡与络合滴定170

6-1 配位化合物的组成与命名170

6.1.1 配位化合物的组成170

6.1.2 简单配合物与螯合物172

6.1.3 配位化合物的命名174

6-2 配位化合物的异构现象175

6.2.1 结构异构175

6.2.2 空间异构176

6-3 配位平衡及其移动177

6-4 络合滴定的基本原理180

6.4.1 氨羧配位剂与EDTA180

6.4.2 配合物的副反应系数与条件(稳定)常数181

6.4.3 金属指示剂186

6.4.4 滴定曲线与终点误差187

6-5 混合离子的选择性滴定190

6.5.1 控制酸度进行分步滴定190

6.5.2 使用掩蔽剂提高滴定的选择性192

6-6 络合滴定法的应用194

6.6.1 络合滴定中缓冲剂的应用194

6.6.2 滴定方式及应用195

6.6.3 标准溶液的配制和标定197

6-7 配位化合物在生化、医药中的应用198

小结199

思考题199

习题200

第7章 沉淀溶解平衡及其分析应用202

7-1 沉淀溶解平衡202

7.1.1 沉淀溶解平衡常数——溶度积202

7.1.2 溶度积与溶解度203

7-2 沉淀溶解平衡的移动205

7.2.1 沉淀的生成205

7.2.2 沉淀的溶解207

7-3 分步沉淀211

7.3.1 分步沉淀的可能性211

7.3.2 分步沉淀的控制212

7-4 沉淀滴定法213

7.4.1 Mohr(莫尔)法——铬酸钾作指示剂213

7.4.2 Volhard(佛尔哈德)法——铁铵矾作指示剂214

7.4.3 Fajans(法扬司)法——吸附指示剂215

7-5 重量分析法215

7.5.2 沉淀的形成216

7.5.1 沉淀重量法的分析过程216

7.5.3 沉淀的纯度217

7.5.4 沉淀的条件和称量形的获得218

小结219

思考题219

习题220

第8章 氧化还原与电化学基础222

8-1 氧化还原反应222

8.1.1 氧化还原的基本概念222

8.1.2 氧化数223

8.1.3 氧化还原方程式的配平224

8-2 电解质溶液的导电性质225

8.2.1 电解质溶液的电导225

8.2.2 离子的迁移228

8.2.3 电导测定的应用230

8.3.1 化学电池232

8-3 电池的电动势和电极电势232

8.3.2 化学电池的热力学235

8.3.3 电极电势237

8-4 电动势与电极电势的应用244

8.4.1 判断氧化还原反应的方向和进行的程度244

8.4.2 元素标准电极电势图的应用247

8.4.3 电池电动势的计算248

8.4.4 求难溶盐类的溶度积250

8.4.5 电解质活度系数的测定250

8-5 电势分析法251

8.5.1 参比电极与指示电极251

8.5.2 直接电势法253

8-6 氧化还原滴定254

8.6.1 条件电势及其影响因素254

8.6.2 氧化还原滴定曲线与指示剂的选择255

8.6.4 氧化还原滴定方法257

8.6.3 氧化还原滴定前的预处理257

8-7 生物电化学262

8.7.1 生物氧化263

8.7.2 细胞膜电势264

小结265

参考文献266

思考题266

习题267

第9章 原子结构270

9-1 氢原子光谱与Bohr理论270

9-2 微观粒子运动的波粒二象性273

9.2.1 光的波粒二象性273

9.2.2 De Broglie假说与实物微粒的波粒二象性273

9.2.3 微观粒子波动性的统计解释274

9-3 Schr？dinger方程275

9.4.1 单电子原子的Schr？dinger方程276

9-4 单电子原子体系276

9.4.2 氢原子的波函数和电子云图像278

9.4.3 四个量子数285

9-5 多电子原子的结构与周期律288

9.5.1 屏蔽效应288

9.5.2 钻穿效应288

9.5.3 核外电子的排布290

9.5.4 元素周期表291

9-6 元素基本性质的周期性变化规律294

9-7 原子光谱298

小结298

参考文献299

思考题299

习题300

10.1.1 氢分子离子(H+ 2)的结构301

第10章 分子结构301

10-1 双原子分子的结构301

10.1.2 分子轨道理论303

10.1.3 H2分子的结构311

10.1.4 Lewis结构和价键理论313

10-2 多原子分子的结构315

10.2.1 价电子对互斥理论316

10.2.2 杂化轨道理论319

10-3 离域π键与共轭分子的性质324

10-4 配合物的结构326

10.4.1 配合物的价键理论326

10.4.2 晶体场理论329

10.4.3 配合物的颜色与吸收光谱331

10.4.4 生物体内的配合物333

10.5.1 van der Waals力337

10-5 分子间作用力337

10.5.2 氢键338

10.5.3 疏水基团相互作用339

小结340

参考文献340

思考题341

习题341

第11章 晶体结构342

11-1 晶体结构的周期性与点阵342

11-2 晶体结构的对称性345

11.2.1 晶体的对称元素与对称操作345

11.2.2 晶胞与晶胞参数347

11.2.3 晶系与空间点阵型式349

11.2.4 晶面指标与晶面间距349

11.2.5 晶体的点群与空间群351

11.3.1 X射线的产生352

11-3 晶体的X射线衍射效应352

11.3.2 Bragg(布拉格)方程353

11.3.3 衍射强度与晶胞中原子的分布355

11-4 单晶结构测定简介355

11.4.1 衍射强度的收集355

11.4.2 电子密度函数357

11.4.3 结构生物学简介358

11-5 晶体化学概述358

11.5.1 晶体的基本类型358

11.5.2 离子极化与键型变异361

小结363

参考文献364

思考题364

习题364

第12章 分子光谱366

12.1.1 多原子分子的紫外-可见光谱367

12-1 紫外-可见光谱367

12.1.2 应用369

12-2 红外光谱372

12.2.1 红外光谱的基本原理373

12.2.2 影响红外吸收峰位置的因素376

12.2.3 红外光谱的应用378

12-3 Raman(拉曼)光谱378

12-4 荧光光谱381

12.4.1 基本原理382

12.4.2 荧光与分子结构的关系383

12.4.3 应用383

12-5 旋光色散与圆二色性384

12.5.1 旋光色散384

12.5.2 圆二色性384

12.5.3 旋光产生的分子基础385

12-6 核磁共振(NMR)与电子自旋共振(ESR)386

12.6.1 核磁共振387

12.6.2 电子自旋共振389

小结391

参考文献392

思考题392

习题393

第13章 元素化合物及定性分析395

13-1 s区元素396

13.1.1 钾、钠、钙、镁在生物体内的某些功能396

13.1.2 单质的物理化学性质396

13.1.3 氢氧化物397

13.1.4 盐类398

13.1.5 锂、铍的特性398

13.1.6 s区常见阳离子及NH+ 4的分离与鉴定399

13.2.1 铜、锌在生物体内的某些功能400

13-2 ds区元素400

13.2.2 单质的物理化学性质401

13.2.3 重要化合物401

13.2.4 铜、汞不同氧化态的稳定性及相互转化407

13.2.5 ds区常见阳离子的分离与鉴定410

13-3 p区非金属元素410

13.3.1 卤素及硒在生物体内的某些功能411

13.3.2 卤素及其化合物411

13.3.3 氧、硫及其化合物420

13.3.4 氮、磷及其化合物431

13.3.5 碳、硅、硼及其化合物440

13.3.6 p区非金属元素的氢化物、含氧酸及含氧酸盐的某些通性447

13-4 p区金属元素449

13.4.1 金属的活泼性449

13.4.2 氧化物和氢氧化物450

13.4.3 盐451

13.4.4 Bi(Ⅴ)、Pb(Ⅳ)的氧化性与Sb(Ⅲ)、Sn(Ⅱ)的还原性454

13.4.6 p区元素与环境污染455

13.4.5 Pb2+、Bi3+、Al3+的分离与鉴定455

13-5 过渡元素456

13.5.1 生物体内钒等d区元素的某些功能456

13.5.2 d区元素通性457

13.5.3 铬及其化合物457

13.5.4 锰及其化合物460

13.5.5 铁、钴、镍及其化合物463

13.5.6 Fe3+、Cr3+、Al3+等金属离子的性质比较与分离鉴定468

13.5.7 稀土和镧系元素469

13-6 常见离子与常用试剂的反应471

13-7 分析化学中常用的分离方法475

13.7.1 沉淀分离法475

13.7.2 溶剂萃取分离法475

13.7.3 离子交换分离法477

13.7.4 色谱法478

13.7.5 挥发与蒸馏分离法481

小结481

参考文献481

思考题482

习题483

第14章 化学动力学488

14-1 化学反应速率方程488

14.1.1 化学反应速率表示法488

14.1.2 化学反应的速率方程489

14-2 具有简单级数反应的速率公式491

14.2.1 一级反应491

14.2.2 二级反应493

14.2.3 三级反应494

14.2.4 零级反应495

14.2.5 反应级数的测定496

14-3 复杂反应498

14.3.1 对峙反应499

14.3.2 平行反应500

14.3.3 连续反应501

14.3.4 稳态近似和决速步骤502

14-4 反应速率与温度的关系504

14.4.1 Arrhenius(阿累尼乌斯)公式504

14.4.2 活化能的概念及从实验求活化能505

14-5 基元反应速率理论507

14.5.1 碰撞理论507

14.5.2 过渡态理论509

14-6 溶液中的反应512

14.6.1 扩散控制反应512

14.6.2 溶剂对反应速率的影响513

14.6.3 离子强度的影响(原盐效应)513

14.7.1 催化作用及其特征514

14-7 催化反应514

14.7.2 酶催化515

14.7.3 酸碱催化517

14-8 光化学518

14.8.1 光化学基本定律519

14.8.2 光合作用519

14.8.3 空气光化学520

小结521

参考文献521

思考题522

习题522

第15章 胶体与界面化学525

15-1 胶体分散体系525

15.1.1 分散体系的分类及特性525

15.1.2 质点的形状与大小526

15.1.3 表面与界面527

15.2.1 气-液界面530

15-2 界面吸附530

15.2.2 固-气界面533

15.2.3 固-液界面536

15-3 表面活性剂及其作用537

15.3.1 表面活性剂的结构及其溶液的物化性质537

15.3.2 润湿作用540

15.3.3 乳化作用541

15.3.4 增溶作用541

15-4 两亲分子的有序组合体543

15.4.1 不溶性表面膜543

15.4.2 囊泡与脂质体545

15.4.3 溶致液晶546

15-5 胶体分散体系的性质546

15.5.1 胶体的动力性质547

15.5.2 胶体的光学性质550

15.5.3 胶体的流变性质551

15.5.4 胶体的电学性质553

15-6 胶体的稳定性558

15.6.1 胶体的稳定性理论558

15.6.2 溶胶的聚沉560

15.6.3 大分子化合物的保护作用与敏化作用561

小结562

参考文献562

思考题563

习题563

第16章 化学测量的误差与数据处理566

16-1 测量误差的产生与表征566

16.1.1 误差的产生及减免办法566

16.1.2 误差的表征567

16-2 分析数据的统计处理569

16.2.1 随机误差的分布569

16.2.2 平均值的置信区间570

16.2.3 显著性检验572

16-3 有效数字及分析结果的表示574

16.2.4 异常值的检验574

小结576

思考题576

习题577

习题答案578

附录584

Ⅰ 数学复习584

Ⅰ-1 对数584

Ⅰ-2 线性方程584

Ⅰ-3 函数展开式584

Ⅰ-4 微分585

Ⅰ-5 积分587

Ⅱ-1 SI基本单位和常用的导出单位588

Ⅱ-2 SI单位制的词头588

Ⅱ 单位和换算因子588

Ⅱ-3 一些非推荐单位、导出单位与SI单位的换算589

Ⅲ 一些常用的物理化学常数589

Ⅳ 常见物质的△fH？、△fG？和S？590

Ⅴ 一些物质的相关常数594

Ⅴ-1 弱酸、弱碱在水溶液中的解离常数(25℃)594

Ⅴ-2 金属配合物的稳定常数596

Ⅴ-3 难溶化合物的溶度积(25℃)598

Ⅵ-1 原子半径r599

Ⅵ599

Ⅵ-2 元素的电负性x600

Ⅵ-3 元素的第一电离能I1601

Ⅵ-4 主族元素的第一电子亲和能Eea1602

Ⅵ-5 Goldschmidt离子半径和Pauling离子半径602

Ⅵ-6 有效离子半径re603

外国人名译音表604

索引606