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上篇 化学原理1

第一章 原子结构和元素周期系1

1-1 原子结构理论的发展概况2

1.1.1 原子的含核模型2

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7

1.2.2 核外电子运动状态的近代描述9

1.2.3 原子轨道和电子云的图像16

1-3 原子的电子结构与元素周期系20

1.3.1 多电子原子的能级20

1.3.2 核外电子排布的规则23

1.3.3 原子的电子结构和元素周期系24

1-4 原子结构与元素性质的关系31

1.4.1 原子参数31

1.4.2 元素的金属性和非金属性40

1.4.3 氧化值40

科学家卢瑟福42

复习思考题和习题43

参考书目46

第二章 分子结构和分子间力、氢键47

2-1 价键理论49

2.1.1 共价键的本质49

2.1.2 共价键的特征50

2.1.3 共价键的类型51

2.1.4 键参数53

2-2 杂化轨道理论55

2.2.1 杂化轨道概念及其理论要点55

2.2.2 s和p原子轨道杂化56

2.2.3 等性杂化和不等性杂化轨道58

2-3 分子轨道理论61

2.3.1 分子轨道的形成及基本要点61

2.3.2 分子轨道的能级顺序63

2.3.3 分子轨道理论的应用65

2-4 分子间力和氢键70

2.4.1 分子间力70

2.4.2 氢键76

科学家路易斯79

复习思考题和习题80

参考书目82

第三章 固体结构和固体的性能83

3-1 晶体的结构和类型84

3.1.1 晶格与晶胞84

3.1.2 晶体的类型86

3-2 离子晶体87

3.2.1 几种典型的离子晶体87

3.2.2 离子半径和配位比90

3.2.3 晶格能92

3.2.4 离子的极化和变形94

3-3 原子晶体和分子晶体96

3.3.1 原子晶体96

3.3.2 分子晶体97

3-4 金属晶体97

3.4.1 金属晶体的改性共价键理论97

3.4.2 金属晶体的紧密堆积结构98

3-5 混合型晶体100

3-6 晶体的缺陷102

3.6.1 点缺陷102

3.6.2 线缺陷104

3.6.3 面缺陷104

3-7 非化学计量化合物105

3-8 非晶体的结构108

3.8.1 玻璃的结构理论109

3.8.2 新型非晶体110

3-9 固体的结构与性能110

3.9.1 固体的电性111

3.9.2 固体的磁性114

3.9.3 固体的光学性质115

科学家布拉格父子117

复习思考题和习题119

参考书目120

第四章 配合物结构和新型配合物121

4-1 配合物的基本概念122

4.1.1 配合物的组成122

4.1.2 配合物的命名125

4.1.3 螯合物125

4.1.4 配合物的几何异构现象126

4-2 配合物结构的价键理论128

4.2.1 杂化轨道和空间构型129

4.2.2 外轨型配合物和内轨型配合物132

4-3 配合物结构的晶体场理论133

4.3.1 晶体场理论的基本要点和d轨道的分裂133

4.3.2 分裂能135

4.3.3 晶体场理论的应用137

4-4 配合物结构的分子轨道理论142

4.4.1 形成σ键配合物的分子轨道143

4.4.2 形成π键配合物的分子轨道144

4-5 新型配合物145

科学家维尔纳149

复习思考题和习题150

参考书目152

第五章 物质的聚集状态153

5-1 理想气体154

5.1.1 理想气体定律154

5.1.2 气体分子运动论159

5-2 实际气体160

5.2.1 实际气体与理想气体的偏差161

5.2.2 理想气体状态方程的修正162

5-3 液体和溶液165

5.3.1 液体的蒸发和蒸气压165

5.3.2 溶液的一般概念和浓度表示法168

5.3.3 稀溶液的性质169

5-4 相变化和相图177

5.4.1 相变化的基本类型177

5.4.2 相图178

5-5 等离子体181

科学家范特霍夫184

复习思考题和习题185

参考书目187

第六章 热力学第一定律和热化学188

6-1 化学反应中的能量关系189

6.1.1 系统和环境189

6.1.2 系统的状态190

6.1.3 状态函数191

6.1.4 功和热193

6.1.5 过程194

6-2 热力学第一定律195

6.2.1 热力学能196

6.2.2 能量的单位196

6.2.3 热力学第一定律的数学表达式197

6-3 一般化学反应的过程特征198

6.3.1 恒容过程198

6.3.2 恒压过程198

6-4 化学反应热效应200

6.4.1 反应进度201

6.4.2 热化学标准状态202

6.4.3 盖斯定律203

6.4.4 热化学方程式204

6-5 生成焓和燃烧焓205

6.5.1 标准摩尔生成焓205

6.5.2 标准摩尔燃烧焓207

6-6 热容和相变焓209

6.6.1 热容209

6.6.2 相变焓210

6-7 化学反应热的计算211

科学家焦耳215

复习思考题和习题216

参考书目218

第七章 热力学第二、第三定律和化学平衡219

7-1 与化学反应方向有关的问题220

7.1.1 化学反应方向与化学反应热220

7.1.2 化学反应方向与系统的混乱度221

7.1.3 熵222

7-2 热力学第二定律222

7.2.1 热力学第二定律222

7.2.2 理想热机与卡诺定理223

7.2.3 克劳修斯不等式225

7-3 热力学第三定律227

7-4 吉氏函数和化学反应的方向230

7.4.1 摩尔反应吉氏函数230

7.4.2 标准摩尔反应吉氏函数230

7.4.3 标准摩尔生成吉氏函数231

7-5 化学反应的限度——化学平衡231

7.5.1 化学平衡232

7.5.2 平衡常数233

7.5.3 同时平衡规则237

7.5.4 化学平衡的计算237

7.5.5 化学反应等温方程式239

7-6 化学平衡的移动240

7.6.1 浓度对化学平衡的影响240

7.6.2 压力对化学平衡的影响240

7.6.3 温度对化学平衡的影响242

7.6.4 平衡移动的总规律243

科学家吉布斯243

复习思考题和习题244

参考书目247

第八章 化学反应速率和反应机理248

8-1 化学反应速率249

8-2 化学反应速率方程251

8.2.1 化学反应速率方程的基本形式251

8.2.2 反应速率常数253

8.2.3 反应级数253

8-3 浓度对反应速率的影响254

8-4 温度对反应速率的影响258

8-5 催化剂对反应速率的影响261

8-6 影响多相化学反应速率的因素263

8-7 反应速率理论264

8.7.1 简单碰撞理论264

8.7.2 过渡状态理论266

8.7.3 反应速率与活化能的关系268

8-8 化学反应的机理269

8.8.1 质量作用定律和基元反应269

8.8.2 链反应272

科学家李远哲275

复习思考题和习题276

参考书目279

第九章 酸碱和离子平衡280

9-1 酸碱质子理论281

9.1.1 酸碱定义282

9.1.2 酸碱强弱和酸碱解离常数284

9-2 弱酸和弱碱的解离平衡计算287

9.2.1 一元弱酸弱碱的解离平衡287

9.2.2 多元弱酸弱碱的解离平衡291

9.2.3 酸碱平衡的移动——同离子效应292

9-3 缓冲溶液295

9-4 酸碱中和反应300

9-5 沉淀-溶解平衡302

9.5.1 溶度积302

9.5.2 溶度积规则304

9-6 沉淀的生成和溶解305

9.6.1 沉淀的生成305

9.6.2 沉淀的溶解307

9.6.3 沉淀转化311

9-7 分步沉淀312

科学家阿仑尼乌斯313

复习思考题和习题314

参考书目318

第十章 电化学基础和氧化还原平衡319

10-1 氧化还原反应与方程式的配平321

10.1.1 氧化还原反应321

10.1.2 氧化还原反应方程式的配平323

10-2 电解质溶液的导电机理326

10.2.1 电解质离子的定向迁移与电极反应326

10.2.2 法拉第定律327

10-3 原电池和电极反应的标准电势328

10.3.1 原电池328

10.3.2 电极反应的电势331

10-4 能斯特方程和电极反应的电势336

10-5 电极反应的电势的应用339

10-6 电动势与△rGm及K？的关系343

10.6.1 电动势与摩尔反应吉氏函数的关系343

10.6.2 标准电动势与标准平衡常数的关系344

10-7 元素电势图及其应用344

科学家法拉第347

复习思考题和习题348

参考书目351

第十一章 配合物在溶液中的稳定性和配位平衡352

11-1 配合物的稳定常数和配位平衡353

11.1.1 稳定常数的表示方法353

11.1.2 配离子平衡浓度的计算355

11-2 影响配离子在溶液中稳定性的因素356

11.2.1 中心离子的性质对配离子稳定性的影响357

11.2.2 配体性质对配合物稳定性的影响357

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359

11-3 配位平衡的移动360

11.3.1 配离子之间的平衡360

11.3.2 配位平衡与沉淀溶解平衡360

11.3.3 配位平衡与氧化还原平衡362

11.3.4 配位平衡与酸碱平衡364

11-4 配位平衡的应用365

科学家鲍林367

复习思考题和习题368

参考书目370

下篇 现代化学概论371

第十二章 非金属元素通论和氮、硼、稀有气体371

12-1 元素的发现、分类及其在自然界的存在372

12.1.1 元素的发现和分类372

12.1.2 元素在地壳、海洋和大气中的分布373

12-2 非金属元素通论374

12.2.1 非金属单质的结构和性质375

12.2.2 非金属元素的氢化物379

12.2.3 非金属含氧酸及其盐381

12.2.4 非金属单质的一般制备方法384

12-3 氮及其化合物386

12.3.1 氮386

12.3.2 氨387

12.3.3 氨的衍生物389

12.3.4 氮的氧化物389

12.3.5 亚硝酸及其盐392

12.3.6 硝酸及其盐393

12.3.7 重要的氮化物398

12-4 硼及其化合物399

12.4.1 硼的成键特征400

12.4.2 硼的氢化物401

12.4.3 硼的重要化合物402

12.4.4 新型硼化物403

12-5 稀有气体404

12.5.1 稀有气体的发现404

12.5.2 稀有气体的性质和用途406

12.5.3 稀有气体的存在和分离407

12.5.4 稀有气体的化合物407

科学家利普斯科姆409

复习思考题和习题410

参考书目412

第十三章 金属元素通论和铬、锰、稀土元素413

13-1 金属元素通论414

13.1.1 从矿石中提取金属的一般方法414

13.1.2 主族金属元素418

13.1.3 过渡金属元素425

13.1.4 金属的腐蚀和防腐429

13-2 铬及其化合物432

13.2.1 Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的存在形式及酸碱性转化433

13.2.2 Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的氧化还原转化434

13.2.3 铬的配合物436

13.2.4 铬及其化合物的应用437

13-3 锰及其化合物438

13.3.1 锰的常见氧化值及其氧化还原性438

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441

13.3.3 锰及其化合物的应用443

13-4 稀土元素及其化合物444

13.4.1 稀土元素的性质444

13.4.2 稀土元素的重要化合物447

13.4.3 稀土元素的分离448

13.4.4 稀土金属的制备449

13.4.5 新技术中的稀土元素及其化合物450

科学家戴维452

复习思考题和习题453

参考书目455

第十四章 碳及有机化合物456

14-1 碳的单质和重要无机化合物457

14.1.1 单质457

14.1.2 二氧化碳和碳酸458

14.1.3 碳酸盐和碳酸氢盐459

14.1.4 一氧化碳460

14-2 有机化合物的分类和特性461

14.2.1 有机化合物的分类461

14.2.2 有机化合物的特性464

14-3 有机化合物的结构特征465

14.3.1 有机化合物的分子结构465

14.3.2 有机分子的构象、手性与旋光性467

14-4 有机化合物的反应类型469

14.4.1 取代反应469

14.4.2 加成反应472

14.4.3 氧化还原反应474

14-5 部分官能团的特点和活性477

14.5.1 醇、酚、醚477

14.5.2 卤代烃481

14.5.3 醛和酮483

14.5.4 羧酸及其衍生物483

14.5.5 胺485

科学家伍德沃德486

复习思考题和习题487

参考书目489

第十五章 聚合物490

15-1 聚合物与社会进步491

15-2 有机聚合物492

15.2.1 有机聚合物的基本概念492

15.2.2 有机聚合物的命名与分类493

15.2.3 有机聚合物的合成494

15.2.4 有机聚合物的特性495

15.2.5 重要的有机聚合物500

15.2.6 新型有机聚合物503

15-3 无机聚合物506

15.3.1 一般无机聚合物506

15.3.2 新型无机聚合物509

15-4 金属配位聚合物511

科学家齐格勒，纳塔512

复习思考题和习题514

参考书目514

第十六章 环境与化学515

16-1 环境污染与人类的关系516

16.1.1 环境污染与社会公害516

16.1.2 环境污染与人体健康517

16.1.3 环境污染与化学工业518

16.1.4 环境保护与清洁生产519

16-2 大气污染及防治521

16.2.1 大气中化学污染物及危害522

16.2.2 几种综合性的大气污染524

16.2.3 大气污染的防治526

16-3 水污染及防治527

16.3.1 水体污染物及危害528

16.3.2 污水的化学净化529

16-4 土壤污染及防治531

16.4.1 土壤污染及危害532

16.4.2 土壤污染的防治532

科学家侯德榜534

复习思考题和习题535

参考书目535

第十七章 材料与化学536

17-1 材料与社会进步537

17-2 超细颗粒材料539

17.2.1 超细颗粒的特性和合成方法539

17.2.2 超细颗粒材料的种类542

17-3 先进陶瓷材料543

17.3.1 结构陶瓷材料544

17.3.2 功能陶瓷材料545

17-4 新型薄膜材料546

17-5 液晶材料548

17.5.1 液晶的结构549

17.5.2 液晶的性质551

17.5.3 液晶与现代科技554

科学家吕·查德里556

复习思考题和习题556

参考书目557

第十八章 信息与化学558

18-1 信息技术与化学559

18-2 半导体561

18.2.1 半导体的分类和导电性561

18.2.2 硅半导体材料的制备565

18.2.3 砷化镓半导体材料的制备567

18-3 光导纤维568

18.3.1 光导纤维的种类和特性569

18.3.2 光导纤维的制备570

18-4 传感器572

18.4.1 传感器的定义和功能572

18.4.2 化学传感器573

科学家能斯特574

复习思考题和习题575

参考书目576

第十九章 能源与化学577

19-1 能源与社会进步578

19.1.1 能源的分类578

19.1.2 能量和能量利用579

19-2 能量的化学转换580

19.2.1 利用热化学反应的能量化学转换580

19.2.2 利用电化学反应的能量化学转换582

19.2.3 利用光化学反应的能量化学转换583

19-3 节能技术585

19.3.1 提高燃料的利用率586

19.3.2 化工生产过程中减少能耗586

19-4 现代新能源588

19.4.1 太阳能588

19.4.2 氢能590

19.4.3 生物质能和绿色电池592

科学家哈柏594

复习思考题和习题595

参考书目596

第二十章 生命与化学597

20-1 生命的元素598

20.1.1 构成生物高分子结构的主要元素599

20.1.2 细胞膜与离子泵599

20.1.3 与酶的辅因子有关的元素603

20-2 生物分子的多样性604

20.2.1 生物分子的多样性604

20.2.2 蛋白质结构的多层次605

20-3 生物化学——关于生命的化学607

20.3.1 生命的物质基础——生物高分子607

20.3.2 新陈代谢612

20.3.3 生命系统的热力学和动力学616

20-4 生物工程618

科学家霍奇金621

复习思考题和习题622

参考书目623

第二十一章 核化学624

21-1 原子核625

21.1.1 原子核的一些基本概念625

21.1.2 核的稳定性626

21.1.3 原子核的结合能627

21-2 核反应629

21.2.1 核衰变和放射性630

21.2.2 人工核反应633

21.2.3 合成元素的发展方向635

21-3 放射性核素和核技术的应用636

21-4 核能和核能利用637

21.4.1 核裂变和核裂变能的利用637

21.4.2 核聚变和核聚变能的利用640

21.4.3 核辐射与核污染641

科学家居里夫妇643

复习思考题和习题644

参考书目645

附录646

附录一 部分气体自25℃至某温度的平均定压热容646

附录二 物质的标准摩尔燃烧焓646

附录三 一些单质和化合物的△fH？m,△rG?m,S?m数据(298K)647

附录四 一些弱电解质的解离常数(298K)652

附录五 溶度积常数(298K)653

附录六 电极上电极反应的标准电势(298K)655

附录七 配离子的标准稳定常数(298K)659

附录八 国际单位制(SI)661

索引663