本书将物质结构基础部分置于第1章,旨在强化学生的微观概念,使学生在整个课程的学习中都能够在原子分子层次上以微观的概念思考化学问题。第2~4章是化学反应基本原理的介绍。与前几版相比,在这4章内容的处理上,我们尽量淡化繁杂的数学处理,以帮助学生建立化学原理和概念为主要目的。前4章是本书的主体部分。后3章主要介绍了在材料、能源和环境保护三个与化学科学密切相关的学科领域的基本化学问题和最新进展,属于一般性的知识介绍,可以作为学生的阅读材料。

第1章 物质结构基础1

1.1 原子的电子结构………………… 2

1.1.1 氢原子的量子力学模型…… 2

1.1.2 多电子原子的电子结构…… 7

1.1.3 元素周期律………………… 9

1.2 化学键与分子结构……………… 16

1.2.1 共价键的价键理论………… 16

1.2.2 配合物的价键理论………… 22

1.2.3 价层电子对互斥理论……… 26

1.2.4 分子轨道理论……………… 29

1.2.5 离子键……………………… 32

1.2.6 金属键……………………… 34

1.3 分子间力与氢键………………… 35

1.3.1 分子的电偶极矩和

极化率……………………… 36

1.3.2 分子间力…………………… 37

1.3.3 氢 键……………………… 39

1.4 晶体结构和晶体缺陷…………… 41

1.4.1 晶体结构…………………… 41

1.4.2 晶体缺陷…………………… 47

思考题………………………………… 50

习 题………………………………… 51

第2章 化学反应的基本原理55

2.1 化学反应中的能量变化………… 55

2.1.1 几个基本概念……………… 55

2.1.2 焓变与反应热……………… 57

2.2 化学反应的方向………………… 63

2.2.1 自发过程的方向性………… 64

2.2.2 熵定与化学反应方向……… 64

2.2.3 吉布斯函数变与化学反应方向

……………………………………… 65

2.3 化学反应的程度———化学

平衡……………………………… 73

2.3.1 标准平衡常数……………… 73

2.3.2 反应商判据与化学平衡的

移动………………………… 75

2.3.3 标准平衡常数与反应进

行的程度…………………… 76

2.4 化学反应速率…………………… 77

2.4.1 化学反应速率的表示

方法………………………… 77

2.4.2 化学反应速率的测定……… 78

2.4.3 反应速率理论与活化能…… 79

2.4.4 反应速率与浓度的关系…… 82

2.4.5 反应速率与温度的关系———

阿仑尼乌斯公式…………… 83

2.4.6 催化剂对反应速率的

影响………………………… 85

思考题………………………………… 88

习 题………………………………… 89

第3章 溶 液95

3.1 溶液的通性……………………… 95

3.1.1 溶液的蒸气压下降………… 95

3.1.2 溶液的沸点上升与凝固点

下降………………………… 96

3.1.3 溶液的渗透压……………… 98

3.2 单相离子平衡………………… 100

3.2.1 酸碱平衡………………… 100

3.2.2 同离子效应与缓冲溶液… 103

3.2.3 配位平衡………………… 107

3.3 多相离子平衡………………… 112

3.3.1 溶度积和溶解度………… 112

3.3.2 溶度积规则及其应用…… 114

思考题………………………………… 116

习 题………………………………… 117

第4章 电化学原理及应用120

4.1 氧化还原反应及氧化数……… 120

4.2 原电池与电极电势…………… 122

4.2.1 原电池…………………… 122

4.2.2 电极电势………………… 123

4.2.3 原电池的电动势与吉布斯函数

变的关系………………… 126

4.2.4 非标准状态下的电极电势———

能斯特方程……………… 127

4.3 电极电势的应用……………… 129

4.3.1 判断氧化剂和还原剂的相对

强弱……………………… 129

4.3.2 判断氧化还原反应进行的

方向……………………… 130

4.3.3 估算氧化还原反应进行的

程度……………………… 132

4.4 电解及其应用………………… 135

4.4.1 电解的基本原理………… 135

4.4.2 分解电压………………… 136

4.4.3 超电压…………………… 137

4.4.4 电解产物的判断………… 138

4.4.5 电解原理在工程实际中的

应用……………………… 140

4.5 金属的电化学腐蚀及其防护… 143

4.5.1 金属的电化学腐蚀……… 144

4.5.2 影响金属的电化学腐蚀的

因素……………………… 146

4.5.3 金属腐蚀的防护………… 147

思考题………………………………… 151

习 题………………………………… 152

第5章 化学与材料157

5.1 化学与金属材料……………… 157

5.1.1 金属材料概论…………… 157

5.1.2 合 金…………………… 158

5.1.3 稀土金属………………… 160

5.1.4 新型金属材料…………… 161

5.2 化学与无机非金属材料……… 166

5.2.1 传统无机材料…………… 166

5.2.2 新型无机材料…………… 167

5.3 化学与有机高分子材料……… 175

5.3.1 有机高分子化合物概论… 175

5.3.2 高分子化合物的结构和

性能……………………… 177

5.3.3 重要的高分子材料……… 180

5.4 化学复合材料………………… 188

5.4.1 复合材料概论…………… 188

5.4.2 复合材料的技术性能…… 189

5.4.3 重要的复合材料………… 190

习 题………………………………… 191

第6章 化学与能源193

6.1 能源概述……………………… 193

6.1.1 能源的分类和能量的

转化……………………… 193

6.1.2 人类利用能源的历史、现状及

前景展望………………… 195

6.1.3 中国能源现状及面临的

挑战……………………… 196

6.2 化石燃料……………………… 201

6.2.1 煤炭与洁净煤技术……… 202

6.2.2 石油和天然气…………… 205

6.3 核 能………………………… 208

6.3.1 原子核的一些基本概念… 209

6.3.2 核裂变反应和核裂变能的

利用……………………… 209

6.3.3 核聚变反应和核聚变能的

利用……………………… 213

6.4 化学电源……………………… 215

6.4.1 原电池…………………… 215

6.4.2 蓄电池…………………… 217

6.4.3 燃料电池………………… 219

6.5 新型清洁能源………………… 220

6.5.1 太阳能…………………… 220

6.5.2 氢 能…………………… 222

6.5.3 生物质能………………… 224

习 题………………………………… 225

第7章 化学与环境保护227

7.1 环境与环境保护……………… 227

7.1.1 人类与环境……………… 227

7.1.2 环境污染与环境保护…… 228

7.2 大气的污染与防治…………… 230

7.2.1 大气的结构和组成……… 231

7.2.2 大气污染及危害………… 233

7.2.3 大气污染的防治………… 242

7.3 水体的污染与防治…………… 244

7.3.1 水资源及水体污染……… 245

7.3.2 水质指标………………… 246

7.3.3 水体的主要污染物及

危害……………………… 248

7.3.4 水体污染的治理………… 251

习 题………………………………… 254

参考文献256

附 录258

附录1 酸、碱的解离常数………… 258

附录2 溶度积常数………………… 259

附录3 配离子的稳定常数………… 259

附录4 标准电极电势……………… 260

附录5 常见的无机物和C1、C2 有机

物的热力学性质…………… 262

附录6 元素的原子半径…………… 269

附录7 元素的第一电离能………… 269

附录8 主族元素的电子亲和能…… 270

附录9 元素的电负性……………… 270