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从化学的角度看世界 - 吴旦、刘萍、朱红

上一篇 / 下一篇 2008-04-25 12:10:34

出版日期:2006年1月
前言

化学与人类社会的发展和人类的现代文明有着非常深厚的渊源。可以说，现代生活中的衣、食、住、行处处都离不开化学。假如你是一个化学远源专业的学生，以往对化学的了解可能不是很多；若换位思考，从化学的角度、用化学的方法来看周围的世界，可能会发现一些与你原有的思维定式不同的东西，或许会让你对世界、对你所处的环境产生一种新的理解和感悟。过去的几十年里，化学——这门自然科学中的中心学科在理论和技术上如同其他科学技术一样，正在以前所未有的速度向着更广阔的新领域扩展。随着不同学科之间的交叉、渗透，可以相信，具有更广博的包括化学在内的知识是促使你成为高素质人才必不可少的一条途径。

目前，随着人们对如何建设可持续发展的和谐社会问题的关注，化学正越来越多地处于公众关注的焦点。例如，如何保护我们正在日益减少的自然资源？如何保护我们及我们的子孙赖以生存的环境？如何推进我们的医疗健康保险事业？怎样为我们日益增加的人口提供保质保量的衣、食、住、行？人类文明史的发展也证明，使用化学知识，人类已经发现和研制出许多化学药物医治疾病，提高了人类的健康状况，也延长了人类的寿命。农药和杀虫剂的研制和使用大大提高了谷物的产量，使得日益增多的人口有了充足的食物。塑料及其他人造高分子材料的发展为人类提供了更多更高性能的材料，用于发展和改善我们的生存环境和生活质量。当然，化学及其发展也是一把双刃剑，在促进科技发展、造福人类的同时，一些化学品的发明和使用也给我们的健康和环境带来了明显的和潜在的危害。这正是加强化学综合素质教育的目的所在，也是我们这本书的兴趣所在——提高所有专业在校大学生的基本科学素养，对科学和技术为我们的生活和世界带来的正面的和负面的影响有一个更全面深刻的认识和理解。

本教材分两大部分：化学的基本概念、基本原理及化学与其他学科之间的渗透和交融。本教材注意追踪现代科技的发展和学科之间的交叉融合，追求概念论述的清晰明了和深入浅出，并配有大量插图，以增加直观性和趣味性。本书每章之后均附有参考书目，以供学生自学及参考使用。

本教材由上海交通大学和北京交通大学联合编写。由上海交通大学的吴旦、刘萍任主编，北京交通大学的朱红、江红和上海交通大学的李梅、陈虹锦任副主编。第1章和第4章由刘萍编写，第2章、第11章、第12章由李梅编写，第3章、第5章和第10章由陈虹锦编写，第6章由李梅和朱红编写，第7章由黄孟娇和朱红编写，第8章和第9章由韩莉和江红编写。吴旦老师自始至终对教材的整体编排和构思提出了许多宝贵意见。教材的编写过程中，参考了许多已出版的相关教材，并引用了书中的一些图表和数据，主要参考书列于每一章书后，在编写书稿的过程中都是我们宝贵的参考资料，在此特向所有参考图书的编写者表示我们最诚挚的谢意。另外，谢少艾和姜述芹老师也提出了许多有价值的参考意见，在此也向他们表示真诚的感谢！感谢在教材的编写过程中给予帮助的上海交通大学化学化工学院的老师和同学们！

由于编写经验不足和水平所限，本教材难免有疏漏之处，欢迎各位读者批评指正！

编者

2005年8月于上海交通大学

从化学的角度看世界目录
目录

第1章从化学的角度看世界1

11如何研究化学1

12物质的分类2

13物质的性质4

14化学研究和检测所涉及的单位5

习题10

参考文献11

第2章化学元素和物质结构12

21原子结构12

211原子结构理论的初期发展12

212核外电子运动的特征13

22核外电子的运动状态15

221薛定谔方程和波函数15

222四个量子数16

223波函数的空间图像18

23原子的电子层结构与元素周期系22

231多电子原子的能级22

232核外电子排布与周期系的关系25

233元素性质的周期性27

24化学键与分子结构30

241离子键31

242共价键及分子构型33

243分子间力41

244氢键43

245疏水基团相互作用44

25晶体的结构45

251离子晶体46

252金属晶体48

253原子晶体48

254分子晶体49

255混合型晶体50

习题50

参考文献51

第3章化学反应概述52

31化学反应、化学反应方程式及计量关系52

311化学反应和化学变化52

312化学反应方程式52

313化学反应中有关量的研究——质量和能量53

314化学反应方程式中的计量关系——物质不灭的实质53

32化学反应进行的方向54

321化学热力学基本概念54

322热力学第一定律57

323化学反应的热效应57

324化学反应进行的方向62

33化学反应进行的程度66

331化学反应的可逆性和化学平衡67

332平衡的特点和平衡常数67

333标准平衡常数K与ΔrGm关系及化学反应的方向70

334化学平衡的移动72

34化学反应速率74

341化学反应速率的定义及其表示方法75

342反应速率理论简介76

343影响化学反应速率的因素78

344化学反应的类型83

35如何利用化学反应86

习题88

参考文献91

第4章奇妙的水分子和水资源92

41水分子的结构和冰92

42液态水的行为94

421液体的性质94

422毛细现象95

43水的相变96

431熔化和凝固96

432蒸发和凝聚97

433液体的蒸气压97

434相对湿度98

435沸点99

436升华和固态物质的蒸气压99

437水的相图100

44水溶液101

441溶液101

442溶剂化作用和溶解度103

45稀溶液的依数性106

451稀溶液的蒸气压下降106

452稀溶液的沸点升高107

453稀溶液的凝固点下降107

454稀溶液的渗透压109

46胶体111

461胶体的实质111

462胶体的性质112

习题112

参考文献113

第5章酸、碱和配合物及水溶液中的平衡114

51酸碱理论及其发展114

52配合物的性质117

521配合物的基本概念117

522影响配合物稳定性的主要因素122

53酸、碱、配合物在溶液中的行为123

531酸碱的电离平衡及其各组分的分布曲线123

532酸碱溶液pH值的计算125

533配合物在溶液中的行为128

54沉淀平衡及沉淀平衡的移动129

541溶度积和溶解度130

542沉淀溶解平衡131

543沉淀平衡与其他平衡的共存134

55缓冲溶液136

551缓冲溶液的定义及组成136

552生活中常见的缓冲体系和缓冲作用138

习题140

参考文献142

第6章氧化还原反应143

61氧化还原反应的基本原理143

611氧化数，氧化和还原143

612氧化还原反应方程式的配平144

62原电池与电极电势146

621原电池146

622电极电势147

63原电池的电动势与吉布斯自由能149

631原电池的电动势与吉布斯自由能的关系149

632原电池的电动势与氧化还原反应的平衡常数150

633元素电势图150

634电极电势的应用151

635浓度对电极电势和原电池电动势的影响152

64电化学的应用154

641电解及其应用154

642金属的腐蚀与防护158

643化学电源161

习题166

参考文献167

第7章有机化学168

71基本概念168

711有机化合物的特点168

712有机化合物的分类168

713有机化合物中的共价键169

714有机化学中的酸碱概念171

72饱和烃和不饱和脂肪烃171

721烷烃171

722烯烃176

723炔烃179

724二烯烃182

73烃类的衍生物183

731卤代烃183

732醇、酚、醚185

733醛酮192

734羧酸196

735酯和油脂197

736胺198

737酰胺200

74芳香烃和杂环化合物200

741芳香烃200

742杂环化合物205

75立体化学207

习题209

参考文献211

第8章化学物质与生命212

81糖212

82脂215

83蛋白质216

831氨基酸216

832多肽217

833蛋白质218

834酶的催化机理简介219

84核酸220

841核苷酸220

842核酸的一级结构220

843核酸的二级结构——DNA双螺旋222

85食物中的主要成分和营养222

86有趣的生命过程226

861视觉的起点226

862有趣的嗅觉226

863生命中的色彩228

864情绪和毒品229

习题232

参考文献233

第9章化学物质与生活234

91药物234

911药物的作用方式234

912直接作用于基因的新型药物举例236

913药物的发展238

914药物滥用的危害243

92农业与化学243

921农药243

922植物生长调节剂245

923农药的危害246

93表面活性剂247

931表面活性剂的结构247

932表面活性剂的分类247

933表面活性剂的应用248

94日用品250

941洗涤剂250

942化妆品250

943香料和香精251

944食品添加剂的危害253

习题254

参考文献255

第10章化学与环境256

101环境的概念256

1011环境的定义256

1012环境与生活的关系256

102大气圈与空气污染的治理259

1021大气的组成与构造259

1022大气中各种物质的主要循环过程和平衡状态260

1023大气中的主要污染物及污染来源261

1024大气污染的防治271

103水体环境及水污染的治理274

1031天然水的组成和水质特征274

1032水体污染物及存在形态275

1033金属离子及有机物对水体的污染275

1034水体中的化学反应及与水体污染物迁移277

1035水污染的治理281

104土壤污染及防治284

1041土壤环境污染问题285

1042土壤污染的治理291

105固体废弃物的污染及防治298

1051固体废弃物的污染及危害298

1052固体废弃物的排放与处理298

习题300

参考文献300

第11章化学与材料301

111金属材料301

1111金属单质的物理和化学性质301

1112常用的金属及其合金材料306

1113新型金属材料308

112无机非金属材料310

1121玻璃和水泥310

1122陶瓷材料313

113高分子材料316

1131高分子化合物的基本概念316

1132高分子的合成317

1133高分子材料的结构与性能318

1134塑料、橡胶和纤维321

1135功能高分子材料326

114液晶328

1141液晶的性质328

1142液晶的类型与分子结构328

1143液晶显示器原理330

115纳米材料331

1151纳米材料331

1152纳米复合材料332

1153纳米材料和纳米复合材料的应用333

1154碳纳米管334

习题335

参考文献336

第12章化学与能源337

121化石燃料337

1211煤338

1212石油344

1213天然气346

122燃料电池346

123核能350

1231核裂变350

1232核聚变351

1233核能的开发和应用352

124清洁能源354

1241太阳能354

1242氢能357

1243风能359

1244潮汐能361

1245地热能362

习题364

参考文献365

附录366

附表 1常用重要的物理常数366

附表 2常用的单位换算关系366

附表 3一些物质的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成吉布斯自由能及

标准摩尔熵（29815K）366

附表 4某些有机化合物的标准摩尔燃烧焓（29815K）368

附表 5一些弱酸、弱碱的解离常数369

附表 6标准电极电势370

附表 7一些物质的溶度积372

本书以拓宽学生知识面为指导思想，使理工科非化学化工类和文管类各专业学生了解化学与我们现代生活的紧密联系，提高学生整体的科学素养和综合能力。

从化学的角度看世界内容介绍:
本书是普通化学（为适应化学的素质教育而编写的面向化学远源专业同学学习的化学）教材。本书共分十二章，前七章为化学基本原理介绍，在内容的编排上尽量与现实生活紧密结合，使学生更容易接受和理解化学的基本概念和原理。后五章的内容是相对比较独立的篇章，更详细深入地介绍了化学在我们当今日常生活中的重要地位，以方便学生了解化学与其他相关学科的相互交叉、渗透和融合。基本内容包括：化学的基本概念，化学元素和物质结构，化学的基本规律和基本原理，水资源及其特性，酸、碱和配合物，氧化还原反应，有机化学，化学物质与生命，化学物质与生活，化学与环境，化学与材料和化学与能源。本书以拓宽学生知识面为指导思想，使理工科非化学化工类和文管类各专业学生了解化学与我们现代生活的紧密联系，提高学生整体的科学素养和综合能力。

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