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大学化学原理及应用(上.下册)(第二版) - 樊行雪、方国女编

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出版日期:2004年7月
21世纪将是一个全新的时代，知识的信息量将空前增大，学科间的交叉渗透进一步加强，一个崭新的大学科观正在逐步形成、发展并成熟，从而促使新的领域不断被开拓，科学技术发展将进一步向综合化和整体化方向进展，科技成果转化的周期必将迅速加快。化学学科也正面临着新的挑战。如何加速各种化学过程的开发和反应理论的研究，以寻求最佳的反应途径；如何将物质结构理论进一步上升至新的水平，以便充分利用结构与性能的关系，寻求或设计出最佳的化合物；如何依靠计算机技术寻求新的分析测试方法等，将成为化学学科发展的主要动向。同时化学学科与其他学科间的相互渗透和交叉的趋势也促使人们对化学学科的进一步研究给予了足够的重视。如在生命科学中的众多问题，已成了化学和生物学共同研究的对象；化学在新能源的探索和环境保护的研究方面所起的作用也已成了目前以至将来的研究热点；层出不穷的新材料，如纳米材料、分子超导材料和分子光学材料等的研究和开发，也充分体现出化学学科举足轻重的地位。
凡此种种，可充分体会到科技发展将对化学学科发展以及化学人才培养提出了更高的要求。要求化学工作者的科研和思维方法必须从原来重分析、演绎、推理等向重归纳、分析、渗透和综合方向发展。高等学校作为创造新的科学、文化和培养高级人才的园地，不仅要适应新世纪的要求，更要为之起到促进和催生的作用。然而高校原有的培养模式和课程设置，远远不能满足上述要求，因而制定新的培养目标和规格，设置新的课程体系，编写新的教材成了当务之急。为此，我们在多年教改实践的基础上，编写了“大学化学原理及应用”教材。本教材属“21世纪理科应用化学专业化学系列课程改革”的配套教材，供应用化学专业本科一年级学生使用。
一、编写基础
我校自1985年就开始了对课程体系改革的探索工作，打破了原无机化学和分析化学的界域，将原分析化学理论部分内容归入化学原理，将具体方法作为理论的应用，从而建立了“无机和分析化学”课程的新体系。该体系经历了十余年的教改实践，不仅减少了学时，而且在培养学生学以致用、综合知识能力方面具有独特的优势。改革的圆满成功为设计面向新世纪的课程体系提供了理论依据和实践基础。
二、编写特点
1本教材的编写以新世纪对化学人才的知识、能力和素质培养需求为总体目标，并与应化专业系列课程的设计方案相符合。既考虑了应化专业学科知识的系统性，又力图符合社会对人才素质和能力的需求，并顾及学生的兴趣和认知规律。内容的选取围绕四会的基本要求重新组织和设计，使教材能体现重视科技知识教育的同时，进行科学精神和科学方法论的教育，使学生通过学习能初步获取可持续发展的知识基础和继续学习的能力，并初步激活学生的创新思想。
2打破课程界域，重组教材内容。在对社会发展需求及国内外各层次教学现状和发展调研的基础上，进一步研究了原四大化学课程内容的内在联系，科学地打破了原化学课程的界域，按认知规律，综合化的课程观和方法论确定了编写内容的起点、深度和广度。
3按大学科观精选内容，在考虑知识系统性和适应性的同时，也注意了先进性和应用性。
根据学科发展的特点--相互交叉、渗透和新学科的不断涌现，本教材编写中注意了用理论联系实际的方法，早期渗入了应用意识，在适当拓展化学学科本身的前沿知识的同时，适度地加强了化学与其他学科间的联系，为其他学科提供源于学科基本知识的支持，如引入了生命科学、新能源、新材料、环境保护等相关知识，从而为后继课程学习形成一个较为全面和坚实的化学基础知识的格局。
4具体内容安排选择特点
a本教材在无机和分析化学合并实践的基础上，进一步打破学科界限，融合了分散在原四门化学基础课程中的一些化学基础知识，经整体化后形成了新的知识结构框架。
引入了化学热力学基础知识(包括热力学第一定律和第二、第三定律的定性内容，相图、相变和胶体知识等概念)、化学动力学知识(包括动力学方程式建立的初步方法、反应级数等)，使之与原无机化学中相关内容一气呵成。加强了有机化学中所需的结构的初步知识，如离域π键、有机物的杂化类型、异构体、立体化学等。
b教材中适当增加了新型配合物、等离子体、计量化学初步知识、各种新型功能材料、新能源及重大环境问题等化学发展的前沿知识。
c确立了元素及化合物性质在本教材中的重要地位，并作了如下处理。
从学习者认知方式出发，采用归并、比较方法重设章节。本书将元素及化合物分成五个章节分述，即：非金属元素、主族金属元素、过渡元素(一)、过渡元素(二)及镧系锕系元素。
精选有实用价值的重要元素及化合物进行简明叙述。
根据元素及化合物内在联系，从结构着手注重通性及变化规律的讨论，用归纳、类比等方式帮助学生掌握共性，同时，加强了重要元素及化合物特性的阐述。
加强了元素部分内容的实用性，使学生在掌握元素及化合物知识的同时，学会初步运用知识解决实际问题，拓展知识面提高学生运用知识的能力。
三、编写说明
1教材采用SI单位制，数据摘自“CRC Handbook of chemistry and physics$quot$ (1996～1997)、1998年《物理化学简明手册》和1997年《分析化学手册》第一分册。
2本教材由樊行雪、方国女主编；参加编写工作的还有王燕、李芝香、陈娅如、金云云、胡军、许学敏、周其镇；张敏负责全书的附录收集整理工作，王燕整理了全书的图片资料；王娟、黄永民、魏清莲、王磊、付利英等同志也参加了打印编排工作。
3本教材承复旦大学谢高阳教授，南开大学廖代正教授和华东师范大学范杰教授审阅，并提出宝贵意见，对此表示衷心感谢。
本教材编写过程中得到华东理工大学教务处及校教材建设委员会的大力支持和鼓励；华东理工大学朱明华教授、冯仰婕教授、荣国斌教授和吕瑞东教授对本教材有关部分进行了审阅、指导和帮助，在此一并致谢。
4本教材虽为应化理科学生编写的，但经适当舍取也可适用于应用理科和工科选读“无机与化学分析”的学生使用。应用化学专业的参考学时为144学时，经教学手段和方法改革可压缩至128学时。
本教材已经过三届学生试用。在试用的基础上又作了多次修改，但限于作者水平，错误和不足在所难免，恳请读者批评指正。

编者
1999年12月大学化学原理及应用(上.下册)(第二版)目录
第1章物质的聚集状态1
11 气态1
111 气体的通性1
112 气体定律1
113 气体的液化10
12 液态12
121 液体的性质12
122 溶液14
123 胶体分散系27
13 固态31
131 晶体和非晶体31
132 晶体的外形特征和结构32
133 晶体的类型35
14 等离子态36
141 概述36
142 等离子体的特征37
143 等离子体的形成方法37
144 等离子体的应用38
习题38
第2章化学热力学基础41
21 热力学第一定律与热化学41
211 基本概念与术语41
212 热力学第一定律43
213 焓45
214 化学反应热效应47
215 几种反应的摩尔焓变51
22 热力学第二定律与化学反应方向56
221 热力学第二定律56
222 熵增大原理58
223 化学反应熵变的计算59
224 化学反应方向61
23 化学平衡66
231 可逆反应与化学平衡67
232 平衡常数67
233 多重平衡规则72
234 标准平衡常数与摩尔反应吉氏函数73
235 化学平衡的移动75
习题81
第3章化学动力学基础85
31 化学反应速率的表示方法85
311 平均速率85
312 瞬时速率87
32 反应速率理论88
321 有效碰撞理论88
322 过渡状态理论89
33 浓度对反应速率的影响89
331 动力学方程90
332 质量作用定律91
34 简单级数反应动力学方程的建立92
341 简单级数反应的动力学方程92
342 动力学方程的建立95
35 温度对反应速率的影响98
36 催化剂对反应速率的影响101
37 化学平衡和化学反应速率原理的应用103
习题104
第4章酸碱平衡108
41 电解质溶液108
411 强电解质和弱电解质108
412 强电解质的活度和活度系数108
413 离子强度109
42 酸碱理论110
421 酸碱质子理论110
422 酸碱路易斯电子理论112
423 软硬酸碱理论113
43 溶剂114
431 溶剂的分类114
432 溶剂对溶质酸碱性的影响115
433 溶剂的选择116
44 水溶液中的酸碱平衡117
441 酸和碱的离解常数117
442 Ka、Kb与Kw的关系118
443 中和常数119
45 溶液的pH值121
451 一元酸碱溶液pH值的近似计算122
452 多元酸碱溶液pH值的计算124
453 溶液pH值的精确计算法126
454 溶液pH值的测试方法137
46 同离子效应对酸碱平衡体系的影响140
47 同离子效应的应用--缓冲溶液141
471 缓冲溶液的组成141
472 缓冲原理141
473 缓冲溶液的计算142
474 缓冲范围和缓冲容量143
475 缓冲溶液的选择143
476 生理缓冲溶液144
习题144
第5章酸碱平衡原理在分析化学中的应用--酸碱滴定法148
51 滴定曲线法148
511 酸碱滴定曲线148
512 指示剂法155
513 间接滴定法157
514 非水溶液中的酸碱滴定157
52 滴定直线法158
521 单元酸的线性函数公式及数据处理159
*522 两元酸和混合酸的线性函数公式及数据处理160
523 线性滴定法的应用162
53 酸、碱标准溶液的配制和标定164
54 酸碱滴定法的结果计算166
习题168
第6章沉淀平衡171
61 沉淀平衡的特征171
611 溶度积常数171
612 溶度积和溶解度172
62 影响沉淀平衡的因素173
621 同离子效应173
622 盐效应174
623 酸效应174
624 配合效应175
63 溶度积规则176
64 溶度积规则的应用176
641 判断沉淀的生成176
642 沉淀的溶解178
643 分步沉淀179
644 沉淀的转化181
习题181
第7章沉淀平衡原理在分析化学中的应用--重量分析法184
71 沉淀法的基本原理184
711 沉淀的形成与重量分析对沉淀的要求184
712 影响沉淀完全的因素186
713 影响沉淀纯净的因素187
714 沉淀条件的选择189
715 沉淀的过滤、洗涤、烘干和灼烧194
72 重量分析的结果计算196
73 重量分析应用实例197
731 钢铁中Ni2+的测定197
732 动物胶重量法测定二氧化硅198
733 8-羟基喹啉沉淀法测定铝198
734 电重量法测定污水中的铜199
习题199
第8章氧化还原平衡及电化学基础201
81 基本概念201
811 氧化还原反应201
812 氧化数203
813 氧化还原反应的方程式配平204
82 原电池和还原电势206
821 原电池206
822 还原电势208
823 式量电势213
83 电池电动势与反应吉布斯函数的关系215
84 电池的电动势与电极电势的应用216
841 选择合适的氧化剂和还原剂216
842 判断电池的正负极，计算原电池的电动势E217
843 判断氧化还原反应的自发性217
844 确定氧化还原反应进行的程度219
845 溶液中离子浓度的测定221
85 电势数据的图示法222
851 拉蒂麦尔(Latimer)图222
852 弗洛斯特(Frost)图223
853 泡佩克斯(Pourbaix)图224
86 氧化-还原过程的机理227
87 电解228
871 电解池228
872 电解定律229
88 基础电化学知识的实际应用230
881 工业化学品生产230
882 化学电池230
883 金属腐蚀与防腐蚀233
习题234
第9章氧化还原平衡原理在分析化学中的应用--氧化
还原滴定法238
91 氧化还原滴定法的滴定条件238
911 反应的完全程度238
912 反应的定量关系240
913 反应速率242
914 判断终点的方法243
92 氧化还原滴定法的应用248
921 高锰酸钾法248
922 碘法251
923 其他氧化还原滴定法255
93 氧化还原滴定结果的计算257
习题259
第10章氧化还原平衡原理在分析化学中的应用--电化
学分析法262
101 电位分析法262
1011 概述262
1012 电极263
1013 直接电位法及其应用271
1014 电位滴定275
102 库仑滴定法--恒电流库仑滴定法278
1021 恒电流间接库仑滴定法的原理及装置278
1022 库仑滴定法的应用280
习题281
第11章原子结构283
111 概述283
1111 电磁辐射283
1112 普朗克量子论284
1113 氢原子光谱285
112 原子模型286
1121 原子结构理论的发展简史286
1122 原子的玻尔模型287
1123 原子的量子力学模型288
113 多电子原子的能级299
1131 屏蔽效应299
1132 钻穿效应300
1133 轨道的能量300
114 多电子原子的核外电子排布规律302
1141 鲍林近似能级图302
1142 科顿原子轨道能级图303
1143 多电子原子核外电子排布规律304
115 原子的电子构型和周期律306
1151 原子的电子构型与周期表中行的关系307
1152 原子的电子构型与周期表中列的关系308
1153 原子的电子构型与周期表中分区的关系309
116 主要的原子参数及其变化规律310
1161 原子半径310
1162 电离能312
1163 电子亲和能314
1164 电负性315
习题316
附录319
附录1 元素及化合物在标准状态下的热力学数据319
附录2 水合离子在标准状态下的热力学数据321
附录3 298K时酸的标准酸常数321
附录4 298K时碱的标准碱常数322
附录5 常用缓冲溶液323
附录6 难溶化合物的溶度积323
附录7 标准还原电势324
附录8 式量电势327
附录9 原子参数329
第12章分子结构1
121 离子键和离子晶体1
1211 离子键理论1
1212 离子晶体5
122 共价键和原子晶体12
1221 现代价键理论13
1222 共价分子的空间构型19
1223 分子轨道理论31
1224 原子晶体39
123 分子间力、氢键和分子晶体41
1231 分子的极性和分子的极化41
1232 分子间作用力43
1233 氢键45
1234 分子晶体47
124 金属键和金属晶体48
1241 金属键理论48
1242 金属晶体52
1243 晶体缺陷54
习题55
第13章配位化合物58
131 基本概念58
1311 定义58
1312 组成59
1313 命名61
132 配位化合物的化学键理论62
1321 价键理论62
1322 晶体场理论67
133 配合物的异构现象73
1331 几何异构现象73
1332 旋光异构现象75
134 配合物的稳定性76
1341 配合平衡的稳定常数和不稳定常数76
1342 配合平衡的移动78
135 螯合物82
1351 螯合物的组成82
1352 螯合物的特性82
1353 螯合物在周期表中的分布83
136 新型配合物83
1361 金属羰基配合物84
1362 夹心型配合物85
1363 簇状配合物86
1364 冠醚配合物86
137 配合物的应用87
1371 在生命科学中的应用87
1372 在物质分析和分离中的应用87
1373 在冶金工业中的应用88
1374 在催化工业中的应用89
1375 在电镀工业中的应用89
习题89
第14章配合平衡原理在分析化学中的应用--配合滴定法92
141 配合滴定的条件92
1411 配合反应的定量关系92
1412 配合反应的完全程度及其影响因素95
1413 配合反应的速率101
1414 指示终点的方法101
142 配合滴定的方式和应用107
1421 单组分含量的测定107
1422 混合物中各组分含量的测定109
习题113
第15章配合平衡原理在分析化学中的应用--吸光光度法115
151 概述115
152 吸光光度法原理115
1521 物质的颜色和对光的选择性吸收115
1522 光吸收的基本定律117
153 吸光光度法的测定方法和仪器121
1531 目视比色法121
1532 分光光度法121
154 显色反应124
1541 显色剂的选择125
1542 影响显色反应的因素125
1543 显色剂127
1544 提高光度测定灵敏度和选择性的途径128
155 测量误差和测量条件的选择129
1551 光度测量的误差129
1552 测量条件的选择131
156 吸光光度法的应用131
1561 组分含量的测定131
1562 示差分光光度法133
1563 配合物组成的测定134
1564 光度滴定法134
1565 双波长分光光度法135
习题136
第16章非金属元素138
161 非金属元素的单质、氢化物和卤化物138
1611 概述138
1612 硼、碳和硅140
1613 氮和磷148
1614 氧和硫154
1615 卤素162
1616 氢168
1617 稀有气体172
162 非金属元素的氧化物、含氧酸及其盐176
1621 概述176
1622 硼的氧化物、含氧酸及其盐178
1623 碳硅的氧化物、含氧酸及其盐181
1624 氮的氧化物、含氧酸及其盐185
1625 磷的氧化物、含氧酸及其盐191
1626 硫的氧化物、含氧酸及其盐194
1627 卤素的氧化物、含氧酸及其盐200
163 非金属元素的生理功能207
1631 氮、磷、碳的生理功能207
1632 氟的生理功能207
1633 氯的生理功能207
1634 碘的生理功能207
习题208
第17章主族金属元素211
171 金属通论211
1711 金属的通性和分类211
1712 金属的冶炼211
172 主族金属元素的基本性质215
173 碱金属、碱土金属216
1731 单质216
1732 化合物220
1733 对角线规则225
174 铝226
1741 单质226
1742 化合物227
1743 铝和铍的对角线规则229
175 锡、铅230
1751 单质230
1752 化合物231
176 砷、锑、铋234
1761 单质234
1762 化合物235
177 主族金属元素的应用239
1771 主族金属元素的生理功能239
1772 铅、砷和环境污染240
1773 主族金属元素在材料中的应用241
习题242
第18章过渡元素(一)244
181 过渡元素的通性244
1811 d区元素的电子层结构244
1812 d区元素的通性245
182 钛和钒251
1821 钛251
1822 锆和铪的化合物256
1823 钒257
1824 铌和钽的化合物261
183 铬262
1831 单质262
1832 化合物263
1833 钼和钨的化合物272
184 锰274
1841 单质274
1842 化合物275
1843 锝和铼的化合物281
185 铁、钴、镍282
1851 单质282
1852 化合物284
1853 铂系元素294
186 过渡元素(一)和新型材料296
1861 合金296
1862 功能陶瓷297
1863 超导材料299
187 过渡元素(一)的生理功能299
1871 铬的生理功能300
1872 锰和钼的生理功能300
1873 铁、钴、镍的生理功能300
习题301
第19章过渡元素(二)304
191 铜族元素304
1911 通性304
1912 单质305
1913 化合物308
192 锌族元素319
1921 通性319
1922 单质320
1923 化合物323
193 过渡元素(二)的生理功能329
1931 铜酶和锌酶330
1932 镉、汞的毒性和防治332
习题334
第20章镧系元素和锕系元素336
201 镧系元素336
2011 通性336
2012 化合物341
2013 提取和分离347
2014 稀土元素的应用349
202 锕系元素351
2021 通性351
2022 钍和铀的化合物353
习题356
第21章常用的分离技术357
211 溶剂萃取分离法357
2111 溶剂萃取的基本概念357
2112 萃取体系分类及萃取条件选择359
2113 萃取分离的应用364
212 色谱分析法366
2121 柱色谱法367
2122 纸色谱法369
2123 薄层色谱法372
213 离子交换分离法374
2131 树脂的结构和种类374
2132 树脂的性质376
2133 离子交换分离法的基本技术377
习题380
第22章气相色谱分析法382
221 气相色谱分析法概述382
2211 气相色谱分析法的工作流程382
2212 气相色谱分析法的有关名词和术语383
222 气相色谱分析法的基本理论385
2221 气相色谱分析法的分离原理385
2222 气相色谱分析法的基本理论386
223 气相色谱分析法分离条件的选择389
2231 固定相及其选择389
2232 分离操作条件的选择391
224 气相色谱仪的检测器392
2241 热导池检测器393
2242 氢火焰离子化检测器395
225 气相色谱分析法的定量方法396
2251 峰面积的测量397
2252 定量校正因子的计算398
2253 几种常用的定量分析方法398
226 气相色谱分析法的应用401
习题403
附录405
附录10 一些常见配位化合物的稳定常数405
参考文献406 本书为高等院校应用化学专业一年级学生基础课教材，还可作为相关专业的基础化学课程教材。大学化学原理及应用(上.下册)(第二版)内容介绍:
《大学化学原理及应用》是在多年无机化学和分析化学合并和教学改革实践的基础上，按教育部颁布的化学与应用化学专业教学大纲及学时数规定，为高等院校应用化学专业一年级学生编写的基础课教材。本书融合了原四大化学中的化学基础知识，按认知规律编排。在考虑知识的系统性和适应性的同时，还注重先进性和应用性。为了更加符合应用化学专业和工科化学专业的教学要求，本次修订在保持原有特色的基础上，增加了电化学分析法、吸光光度法、气相色谱分析法三章仪器分析的内容。本书仍分上、下册，内容包括物质的聚集状态、化学热力学基础知识（热力学第一定律及第二、第三定律的定性内容）、化学动力学；四大平衡（酸碱平衡、氧化还原平衡、沉淀溶解平衡、配合平衡）及其应用（酸碱滴定法、氧化还原滴定法、配合滴定法、重量分析法、电化学分析法、吸光光度法、气相色谱分析法）；原子结构、分子结构基础；元素（非金属元素、主族金属元素、过渡元素等，按周期表分区叙述）及化合物的性质及应用；适当增加了新型配合物、等离子体、计量化学初步知识、各种新型材料、新能源及重大环境问题等化学发展的前沿知识。
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