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大学化学教程 - 张小林、屈芸、金明 主编
出版日期:2006年8月
21世纪是我国经济、科技、文化及社会发展的迅猛时期，随着科学技术与人文文化的相互渗透，人们对高等教育的目的、高等教育的人才培养有了新的认识。为了满足社会对综合性人才的需求，高校的人才培养，已经从过去的以专业为中心、从对口性单一知识结构的传授，向着适应性、宽口径的专业教育转变，并逐步进入到知识、能力、素质有机统一的教育阶段。重视全面的素质教育，已经成为当代高等教育人才培养的一个主题。
化学与人们的日常生活息息相关，是一门基础学科，是促进人类文明、推动社会进步的一门关键学科，是现代人才知识结构和科学素质培养不可缺少的一部分。它与数学、物理、文学等均为素质教育的基础课程，是高级科技人才知识结构和能力的必要组成部分，其主要原因是:
首先，化学与社会主义现代化密切相关。现代化建设的关键是科学技术现代化，而化学是整个科学技术的重要组成部分，在现代科技的三大支柱之一的材料科学运用过程中，新材料制备、新工艺研究和新技术开发都离不开化学。
其次，化学是21世纪的中心科学。随着科技的日益发展，化学研究的范围已从宏观扩展到微观，从天体到人类社会的每一个领域，并形成众多的对21世纪有着重大影响的交叉边缘学科(如环境化学、能源化学、材料化学、生命化学等)。
再次，化学能满足社会各方面的需要，它与国民经济、人类社会的生存、文化及生活质量的提高有着密切的关系。当前出现的众多社会问题，如人口问题、粮食问题、环保问题、能源问题等，都是化学研究的重要课题。
现在许多普通工科院校非化工专业均已恢复大学化学课，都充分认识到化学素质教育是大多数工科学生全面素质教育的重要组成部分。大学化学课程作为高等教育中实施化学教育的基础课程，对完善学生的知识能力结构，实施素质教育具有重要作用。它是整个化学学科的导论，目的在于使学生掌握现代化学的基本知识和理论，了解化学在社会发展和科技进步中的作用，了解化学在其发展过程中与其他学科相互渗透的特色，培养学生用现代化学的观点去观察和分析工程技术上可能遇到的化学问题，全面提高学生的科学素养，培养基础扎实、知识面宽、具有开拓创新能力的新世纪人才。它是高等工科院校工程技术专业必修的一门基础课，也是培养跨世纪人才所必备的现代化学教材。
在我国非化学专业化学基础课程的教学内容和课程体系改革中，将无机化学和分析化学两门课程并称为大学化学一门课程，这是一种有益的尝试。因此我们在教材编写的过程中，注意了化学学科自身的系统性和完整性，在侧重学科特色同时，不脱离化学与实际生活、社会的联系，并努力做到理论联系实际。与此同时我们还注意遵守以下原则：优化和重组教学内容，删去那些陈旧、过时或能被新理论所涵盖替代的内容，突出重点，准确、简明地阐述最基本、最通用的高等层次的化学基本原理和规律，使学生能够有效地掌握教学内容，增添与现代化学及应用有关的最新成果内容，使化学教学跟上现代科技发展的步伐。
本教材首先从宏观上介绍化学反应的基本原理（能量变化、反应速率、反应方向、反应的平衡移动），进而从微观上介绍物质结构（原子、分子）的基本知识，在介绍了三大反应（酸碱反应、氧化还原反应、配位反应）之后，对化学元素做了简单扼要的介绍，然后简述定量化学分析的基础知识，论述溶液中各种类型的化学平衡以及滴定分析中的应用，并对最常用的几种仪器分析法作了简介。最后介绍重要元素和复杂物质的分离和富集。
本教材的特色是：
① 教材内容符合教学大纲的要求，覆盖面广，可适用于不同院校、不同专业的教学计划的要求。
② 准确、简明地阐述最基本、最通用的高等教育层次的化学基本原理、规律，使学生理解化学学科的框架并适当降低理论要求。
③ 全套教材严格贯彻中华人民共和国法定计量单位，并采用我国国家标准局1994年7月实施的国家标准所规定的符号和单位。
本教材由张小林、屈芸、金明主编，各章执笔人分别为金明（第一章、第二章、第三章），屈芸（第四章、第五章、第七章），徐飞高（第六章、第十章、第十一章），田建文（第八章），金明、罗赛珍（第九章），彭在姜（第十二章、第十三章、第十六章），冯宇川（第十四章、第十五章），张小林、屈芸负责参考文献和附录的数据收集和整理工作。
限于编者水平，书中疏漏之处在所难免，敬请读者和专家批评指正。
编者2006年2月于南昌 第一章化学热力学与能源1
第一节热力学基本概念1
一、体系和环境1
二、状态和状态函数1
三、化学计量数和反应进度1
四、热和功2
五、热力学能3
第二节反应热3
一、热力学第一定律3
二、化学反应的反应热与焓3
三、反应标准摩尔焓变的计算5
第三节能源6
一、世界能源的结构与能源危机6
二、洁净煤技术7
三、核能8
四、新型能源9
五、合理用能的基本原则10
本章小结10
复习思考题10
习题11
第二章化学反应的基本原理13
第一节化学反应的方向和吉布斯函数变13
一、影响反应方向的因素13
二、反应自发性的判断15
三、反应的标准摩尔吉布斯函数变的
计算及应用17
第二节化学反应进行的程度和化学平衡19
一、反应限度的判据与化学平衡19
二、平衡常数与多重平衡规则19
三、化学平衡的有关计算21
四、化学平衡的移动及温度对平衡常数
的影响23
第三节化学反应速率24
一、浓度的影响和反应级数24
二、温度的影响和阿伦尼乌斯公式25
三、反应的活化能和催化剂26
四、链反应和光化反应26
本章小结27
复习思考题28
习题29
第三章酸碱反应31
第一节溶液的通性31
一、非电解质溶液的通性31
二、电解质溶液的通性34
第二节酸碱理论概述34
一、酸碱的电离理论35
二、酸碱的溶剂理论35
三、酸碱的质子理论36
四、酸碱的电子理论37
五、软硬酸碱理论38
第三节酸碱平衡中有关的计算39
一、溶液的pH值39
二、酸碱平衡中有关的计算39
第四节缓冲溶液41
一、同离子效应41
二、缓冲溶液41
第五节沉淀反应43
一、难溶电解质的溶度积和溶解度44
二、沉淀的生成和溶解46
三、沉淀反应的某些应用49
本章小结50
复习思考题51
习题52
第四章氧化还原反应和电化学54
第一节氧化还原反应的基本概念54
一、氧化数54
二、氧化还原反应的本质55
第二节氧化还原反应方程式的配平55
一、氧化数法55
二、离子电子法56
第三节电极电势58
一、原电池58
二、标准电极电势60
三、电极电势公式63
第四节氧化还原反应的方向和程度65
一、氧化还原反应的方向65
二、氧化还原反应的程度67
三、氧化还原反应的速度68
第五节元素电势图及其应用69
一、元素标准电极电势图及其应用69
二、ΔfGmN图71
第六节电解71
一、分解电压和超电势72
二、电解池中两极的电解产物73
三、电解的应用73
第七节金属腐蚀及防护74
一、腐蚀的分类74
二、腐蚀电池的非平衡电势和腐蚀速率75
三、金属腐蚀的防护76
第八节化学电源77
一、锌锰干电池77
二、蓄电池78
三、微型电池78
四、燃料电池79
本章小结79
复习思考题80
习题82
第五章原子结构与元素周期表85
第一节原子结构的近代概念85
一、波函数85
二、电子云87
三、量子数89
第二节多电子原子结构和元素周期表90
一、基态原子中电子分布原理90
二、多电子原子轨道的能级90
三、基态原子中的电子分布91
四、简单基态阳离子的电子分布93
五、元素周期表与核外电子分布的关系93
六、元素周期表94
第三节原子性质的周期性94
一、原子半径94
二、电离能和电子亲和能96
三、电负性97
四、元素的氧化数98
五、元素的金属性和非金属性98
本章小结99
复习思考题99
习题100
第六章分子结构102
第一节化学键参数102
一、键能102
二、键长102
三、键角103
第二节价键理论103
一、共价键103
二、离子键103
第三节分子的几何构型105
一、价键理论的局限性105
二、杂化轨道理论105
三、价层电子对互斥理论107
第四节分子轨道理论109
一、分子轨道的基本概念109
二、分子轨道的形成109
三、分子轨道的能级110
四、分子轨道的应用110
第五节分子间力和氢键111
一、分子的极性111
二、分子间力112
三、氢键113
第六节离子的极化113
一、离子的极化作用和变形性113
二、离子的附加极化作用114
第七节晶体的结构114
一、晶体的基本类型114
二、过渡型的晶体116
三、晶体的缺陷与非整比化合物116
本章小结117
复习思考题118
习题118
第七章配位化合物和配位反应119
第一节配位化合物的基本概念119
一、配位化合物的组成和结构119
二、配位化合物的命名121
第二节配位化合物的化学理论122
一、价键理论122
二、晶体场理论127
第三节螯合物130
一、螯合物的概念130
二、螯合剂131
三、生物学中的螯合物示例132
第四节配位化合物中的解离平衡132
一、配位化合物的稳定常数132
二、配位平衡的移动135
第五节配位化合物及配位化学的应用138
一、在分析、分离中的应用138
二、在冶金方面的应用138
三、在电镀方面的应用139
四、在生物和医药方面的应用139
本章小结139
复习思考题140
习题142
第八章s区和p区元素144
第一节s区元素144
一、s区元素概述144
二、碱金属和碱土金属的性质144
三、氧化物146
四、氢氧化物148
五、盐类150
六、配合物152
第二节p区元素152
一、卤族元素及其化合物152
二、氧族元素及其化合物163
本章小结177
复习思考题178
习题178
第九章d区、ds区和f区元素180
第一节过渡元素180
一、过渡元素原子的特征180
二、钛族、钒族元素及其化合物180
三、铬族元素及其化合物183
四、锰族元素及其化合物185
五、铁系、铂系元素及其化合物187
六、铜族元素及其化合物191
七、锌族元素及其化合物193
第二节镧系元素、锕系元素及其化
合物196
一、镧系元素、锕系元素概述196
二、稀土元素197
第三节生物无机化学简介198
本章小结198
复习思考题199
习题200
第十章定量分析化学导论202
一、分析化学的任务和作用202
二、分析方法的分类202
三、分析方法的进展203
四、定量分析的过程203
五、定量分析的误差204
六、有效数字及运算规则206
本章小结207
复习思考题207
习题208
第十一章滴定分析209
第一节滴定分析法概述209
一、滴定分析过程和分类209
二、滴定分析法对化学反应的要求和
滴定方式209
三、标准溶液的配制、基准物、基准
溶液210
四、滴定分析的计算210
第二节酸碱滴定法212
一、弱酸碱溶液中各物种的分布212
二、酸碱溶液中pH值的计算214
三、缓冲溶液219
四、酸碱指示剂220
五、酸碱滴定基本原理221
六、终点误差224
七、酸碱滴定法的应用226
八、非水溶液中酸碱滴定简介228
第三节配位分析法230
一、配位分析法概述230
二、氨羧配位剂与配位平衡231
三、配位滴定的基本原理235
四、终点误差237
五、金属离子指示剂239
六、配位滴定中酸度的控制241
七、提高配位滴定选择性途径243
八、配位滴定方式及其应用244
第四节氧化还原滴定法245
一、概述245
二、氧化还原滴定原理247
三、氧化还原滴定指示剂249
四、氧化还原滴定结果的计算250
五、终点误差250
六、氧化还原滴定的预处理252
七、氧化还原滴定法的应用252
本章小结255
复习思考题256
习题257
第十二章重量分析法和沉淀滴定法259
一、重量分析法概论259
二、沉淀重量法对沉淀形式和称量
形式的要求259
三、沉淀的溶解度及其影响因素260
四、沉淀的形成和沉淀的纯度261
五、沉淀条件的选择264
六、有机沉淀剂265
七、沉淀的过滤、洗涤、烘干或灼烧266
八、重量分析结果的计算266
九、沉淀滴定法267
本章小结270
复习思考题272
习题273
第十三章吸光光度法275
第一节概述275
一、光的基本性质275
二、分子吸收光谱的形成275
三、物质的颜色与光的关系276
四、目视比色法和吸光光度法的特点277
第二节光吸收的基本定律277
一、透射比和吸光度277
二、朗伯比耳定律278
三、摩尔吸收系数和桑德尔灵敏度278
第三节比色法和吸光光度法及其仪器279
一、目视比色法279
二、吸光光度法279
三、分光光度计及其基本部件279
第四节显色反应及显色条件的选择281
一、显色反应的选择281
二、显色条件的选择282
三、显色剂284
四、三元配合物的光度特性简介286
第五节光度法的误差及测量条件的
选择286
一、对朗伯比耳定律的偏离286
二、吸光度测量的误差及测量条件的
选择287
第六节吸光光度法的应用289
一、高含量组分的测定——示差吸光
光度法289
二、多组分分析290
三、光度滴定290
四、弱酸和弱碱解离常数的测定291
五、配合物组成的测定291
六、双波长分光光度法292
第七节紫外吸收分光光度法293
第八节红外吸收光谱法294
一、基本原理294
二、红外光谱图的表示方法294
三、红外光谱的特征吸收频率及其与
分子结构的关系294
四、红外光谱图图谱解析296
五、红外光谱法应用297
第九节分子荧光分析法299
一、原理299
二、激发光谱和发射光谱299
三、荧光分析仪301
四、溶液的荧光强度301
五、荧光分析法及其应用302
第十节流动注射分析303
一、概述303
二、分析过程及其原理303
三、仪器设备305
四、流动注射分析的应用306
本章小结307
复习思考题307
习题308
第十四章现代仪器分析法简介310
第一节原子吸收分光光度法311
一、概述311
二、基本原理311
三、原子吸收分光光度计312
四、定量分析方法313
五、特点及应用313
第二节电位分析法314
一、基本原理314
二、指示电极和参比电极314
三、离子选择性电极316
四、直接电位法318
五、电位滴定法319
第三节色谱分析法320
一、概论320
二、色谱分析法的原理320
三、色谱定性和定量分析323
四、气相色谱仪及气相色谱法的特点324
五、高效液相色谱仪及高效液相色谱法
的特点326
本章小结327
复习思考题327
习题328
第十五章分析化学中常用的分离与
富集方法329
第一节沉淀分离法329
一、常量组分的沉淀分离329
二、痕量组分的共沉淀分离和富集330
第二节液液萃取分离法330
一、萃取分离的基本原理330
二、重要的萃取类型333
第三节离子交换分离法334
一、离子交换剂的种类和性质334
二、离子交换的亲和力336
三、离子交换分离操作过程337
四、离子交换法应用示例337
第四节薄层色谱分离法337
一、方法原理338
二、薄层的制备和展开338
三、薄层色谱法的定性和定量分析339
第五节一些新的分离与富集方法简介339
一、超临界流体萃取分离法339
二、毛细管电泳分离340
三、膜分离341
本章小结341
复习思考题342
习题342
第十六章复杂物质的分析示例343
第一节硅酸盐分析343
一、硅酸盐系统分析方案343
二、硅酸盐试样的分解及测定344
第二节铜合金分析347
一、铜合金试样的分解347
二、铜锌的连续测定347
三、铅的测定347
四、铁和铝的测定(硫氰酸盐法和铝试
剂光度法)347
第三节废水试样分析348
一、金属元素的测定348
二、有机物污染综合指标的测定349
第四节中草药有效成分综合分析350
本章小结356
复习思考题356
习题356
附录357
附录1某些水合离子的标准生成焓、
标准生成吉布斯自由能和标准熵的
数据(298.15K)357
附录2标准热力学数据(298.15K，
100kPa)357
附录3解离常数(298.15K)358
附录4溶度积常数（298.15K）359
附录5常见配离子的稳定常数360
附录6标准电极电势（298.15K）360
附录7常用氧化剂、还原剂及其反应
产物362
附录8常见阳离子、阴离子的主要鉴定
方法363
附录9国际原子量表（以12C相对原子
质量=12为基准）367 本书全面采用国家法定单位制，各章后面均有小结、复习思考题及习题，书后附有附录及参考文献。本书可作为高等学校应化理科、化工及相关工科专业教材。
大学化学课程作为高等教育中实施化学教育的基础课程，对完善学生的知识结构，实施素质教育具有重要作用。它运用化学的理论、观点、方法审视公众关注的环境、能源、材料、生命科学等社会热点问题。把化学的理论方法与工程技术的观点结合起来，用化学的观点分析、认识工程技术、社会现象中的有关问题。
本书共分十六章，第一章至第四章及第七章，以化学反应基本原理及化学反应为主线，介绍化学热力学、化学动力学基本知识，论述化学反应的方向、限度及其与能量的关系；揭示物质微观结构与性质的内在联系，并以化学平衡为基础，讨论酸碱反应、沉淀反应、氧化还原反应和配位反应；同时穿插能源、化学电源及金属腐蚀。第五章、第六章以物质结构及物质性质为主线，运用化学理论从微观上介绍原子、分子、晶体的结构与特征及其与周期性的关系。第八章、第九章介绍元素化学，包括s区、p区、ds区、d区和f区元素。第十章至第十三章以定性分析和定量分析为主线，探讨分析过程中的误差及对分析结果进行正确评价，以化学分析为主，讨论酸碱滴定、配位滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定、重量分析以及吸光光度分析。第十四章选择性地介绍了部分现代仪器分析法，第十五章和第十六章介绍了分析化学中常见的分离和富集技术及复杂物质分析示例。
本书全面采用国家法定单位制，各章后面均有小结、复习思考题及习题，书后附有附录及参考文献。本书可作为高等学校应化理科、化工及相关工科专业教材。
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