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大學化學 版權信息
- ISBN：9787030579454
- 條形碼：9787030579454 ; 978-7-03-057945-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
大學化學 內容簡介
本書是普通高等學校本科非化學、化工類理工科重要的公共化學基礎課程教材。全書共分九章，包括原子結構、分子結構、宏觀物質及其聚集狀態、化學熱力學基礎、化學反應平衡、水溶液中的離子平衡、電化學基礎、化學反應速率和表面現象與膠體。本書在編寫過程當中，力求使學生掌握更寬的知識面，以適應學科的相互滲透和交叉融合，達到基礎性，科學性，邏輯性與應用性各方面的統一。在內容呈現上深入淺出、循序漸進。注重化學的基本原理和化學與各學科的緊密聯系。
大學化學 目錄
目錄
緒論 1
**章 原子結構 5
1.1 近代原子結構發展歷程 6
1.2 現代原子結構模型 12
1.3 多電子原子軌道能級與周期性 21
思考題 32
習題 32
第二章 分子結構 34
2.1 離子鍵 34
2.2 共價鍵與分子構型 38
2.3 配位鍵與配位化合物 55
2.4 金屬鍵 58
思考題 61
習題 61
第三章 宏觀物質及其聚集狀態 63
3.1 分子間作用力與氫鍵 63
3.2 氣體 68
3.3 液體 74
3.4 溶液 78
3.5 晶體與非晶體 85
思考題 95
習題 95
第四章 化學熱力學基礎 96
4.1 熱力學的基本概念 96
4.2 熱力學**定律 99
4.3 焓與蓋斯定律 102
4.4 熱力學第二定律 115
4.5 吉布斯函數與化學反應自發性的判據 121
思考題 130
習題 131
第五章 化學反應平衡 133
5.1 化學平衡 133
5.2 標準平衡常數概述 135
5.3 非標態下反應的吉布斯函數變 137
5.4 標準平衡常數的應用 143
5.5 化學平衡的移動 147
思考題 151
習題 151
第六章 水溶液中的離子平衡 154
6.1 強電解質溶液理論 154
6.2 酸堿理論簡介 157
6.3 單相離子平衡——弱酸、弱堿解離平衡 161
6.4 難溶電解質的沉淀溶解平衡 174
6.5 配位平衡 181
6.6 氧化還原平衡 187
思考題 192
習題 192
第七章 電化學基礎 194
7.1 電化學簡介 194
7.2 原電池 195
7.3 電極電勢 197
7.4 原電池熱力學 201
7.5 電極電勢的影響因素 204
7.6 電極電勢的應用 207
7.7 常用電池 211
7.8 電解與電化學技術 214
7.9 金屬的腐蝕與防護 217
思考題 219
習題 220
第八章 化學反應速率 222
8.1 概述 222
8.2 濃度對化學反應速率的影響 224
8.3 溫度對化學反應速率的影響 233
8.4 催化劑對化學反應速率的影響 234
8.5 幾種特殊的化學反應 240
思考題 241
習題 242
第九章 表面現象與膠體 245
9.1 表面張力和表面吉布斯函數 245
9.2 常見的一些界面現象 247
9.3 溶液表面的吸附與表面活性物質 252
9.4 膠體 256
思考題 263
習題 263
參考資料 264
附錄 265
附錄Ⅰ 基本常數 265
附錄Ⅱ 一些物質的標準熱力學數據(298K) 265
附錄Ⅲ 弱酸、弱堿在水中的解離常數(298K) 267
附錄Ⅳ 一些難溶化合物的溶度積(291～298K) 269
附錄Ⅴ 金屬配合物的穩定常數 270
附錄Ⅵ 標準電極電勢表(298K，水溶液中) 272
緒論 1
**章 原子結構 5
1.1 近代原子結構發展歷程 6
1.2 現代原子結構模型 12
1.3 多電子原子軌道能級與周期性 21
思考題 32
習題 32
第二章 分子結構 34
2.1 離子鍵 34
2.2 共價鍵與分子構型 38
2.3 配位鍵與配位化合物 55
2.4 金屬鍵 58
思考題 61
習題 61
第三章 宏觀物質及其聚集狀態 63
3.1 分子間作用力與氫鍵 63
3.2 氣體 68
3.3 液體 74
3.4 溶液 78
3.5 晶體與非晶體 85
思考題 95
習題 95
第四章 化學熱力學基礎 96
4.1 熱力學的基本概念 96
4.2 熱力學**定律 99
4.3 焓與蓋斯定律 102
4.4 熱力學第二定律 115
4.5 吉布斯函數與化學反應自發性的判據 121
思考題 130
習題 131
第五章 化學反應平衡 133
5.1 化學平衡 133
5.2 標準平衡常數概述 135
5.3 非標態下反應的吉布斯函數變 137
5.4 標準平衡常數的應用 143
5.5 化學平衡的移動 147
思考題 151
習題 151
第六章 水溶液中的離子平衡 154
6.1 強電解質溶液理論 154
6.2 酸堿理論簡介 157
6.3 單相離子平衡——弱酸、弱堿解離平衡 161
6.4 難溶電解質的沉淀溶解平衡 174
6.5 配位平衡 181
6.6 氧化還原平衡 187
思考題 192
習題 192
第七章 電化學基礎 194
7.1 電化學簡介 194
7.2 原電池 195
7.3 電極電勢 197
7.4 原電池熱力學 201
7.5 電極電勢的影響因素 204
7.6 電極電勢的應用 207
7.7 常用電池 211
7.8 電解與電化學技術 214
7.9 金屬的腐蝕與防護 217
思考題 219
習題 220
第八章 化學反應速率 222
8.1 概述 222
8.2 濃度對化學反應速率的影響 224
8.3 溫度對化學反應速率的影響 233
8.4 催化劑對化學反應速率的影響 234
8.5 幾種特殊的化學反應 240
思考題 241
習題 242
第九章 表面現象與膠體 245
9.1 表面張力和表面吉布斯函數 245
9.2 常見的一些界面現象 247
9.3 溶液表面的吸附與表面活性物質 252
9.4 膠體 256
思考題 263
習題 263
參考資料 264
附錄 265
附錄Ⅰ 基本常數 265
附錄Ⅱ 一些物質的標準熱力學數據(298K) 265
附錄Ⅲ 弱酸、弱堿在水中的解離常數(298K) 267
附錄Ⅳ 一些難溶化合物的溶度積(291～298K) 269
附錄Ⅴ 金屬配合物的穩定常數 270
附錄Ⅵ 標準電極電勢表(298K，水溶液中) 272
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大學化學 節選
緒論 化學是一門在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性能、應用及物質之間相互轉化規律、創造新物質的科學。世界由物質組成，化學則是人類用以認識和改造物質世界的主要方法和手段之一。它是一門歷史悠久而又富有活力的學科，它的成就是社會文明的重要標志。從開始用火的原始社會，到使用各種人造物質的現代社會，人類都在享用化學成果。人類的生活能夠不斷提高和改善，化學的貢獻在其中起了重要的作用。2008年12月30日，第63屆聯合國大會通過決議，將2011年作為聯合國“國際化學年”，主題是“我們的生活，我們的未來”，以紀念化學學科所取得的巨大成就及對人類文明做出的重要貢獻。 一、化學的發展歷程 從古至今，化學知識的形成和發展經歷了漫長而曲折的道路。它伴隨著人類社會進步的各個重要階段，也是人類社會發展的必然結果；瘜W的發展主要經歷以下幾個時期。 1. 萌芽時期 在公元前1500年之前，人類在日常生活中學會了用黏土燒制陶器、從礦石中燒出金屬，學會了從谷物釀造出酒、給絲麻等織物染色，這些都是在實踐經驗的啟發下經過長期摸索而得出來的*原始的化學工藝。原始人類為了生存，在與自然界的抗爭中，發現和學會了使用火。原始人類也由野蠻時代進入文明時代，同時也開啟了用化學方法認識和改造自然界的篇章。這一時期，化學的萌芽由火的使用開始，但系統的化學知識尚未形成。 2. 煉丹術和醫藥化學時期 公元前1500年到公元1650年的3000多年，煉丹術士和煉金術士們，開始了*早的化學實驗，并對各種煉丹術的實驗結果進行記載和總結。雖然這一時期的煉丹術、煉金術被證明是極其荒唐的，但是，這些活動積累了許多物質間的化學變化規律，為化學的進一步發展準備了豐富的素材。而且，化學方法在醫藥和冶金方面得到了很大發展。在歐洲文藝復興時期，一些有關化學的書籍開始出版，且**次有了“化學”這個名詞，F今，英語的chemistry即起源于alchemy(煉金術)一詞。而chemist至今還保留著兩個相關的含義：化學家和藥劑師。 3. 燃素化學時期 從1650年到1775年，隨著冶金工業和大量實驗經驗的積累，人們通過總結感性知識，認為可燃物能夠燃燒是因為它含有燃素，燃燒的過程也就是可燃物中燃素釋放的過程。在這一百多年間，化學家為解釋各種現象，做了大量的實驗，發現多種氣體的存在，積累了更多關于物質轉化的新知識。特別是燃素說認為化學反應是一種物質轉移到另一種物質的過程，以及化學反應中物質守恒，這些觀點奠定了近代化學思維的基礎。這一時期，不僅從科學實踐上，還從思想上為近代化學的發展做了充分準備，成為近代化學的孕育時期。 4. 定量化學時期 即近代化學時期。1775年前后，拉瓦錫用定量化學實驗闡述了燃燒的氧化學說，開創了定量化學時代。這一時期建立了包括氧化理論、質量守恒定律、定比定律、倍比定律和化合定律等不少基本定律，并提出了與古代原子論有重要區別的原子學說，發現了元素周期律，發展了有機結構理論。不僅初步形成了無機化學的體系，并與原子分子學說一起形成化學理論體系。尤其是19世紀下半葉，熱力學等物理學理論引入化學之后，不僅澄清了化學平衡和反應速率的概念，而且可以定量地判斷化學反應中物質轉化的方向和條件。相繼建立了溶液理論、電離理論、電化學和化學動力學的理論基礎。物理化學的誕生，把化學從理論上提高到一個新的水平。這一切為現代化學的發展奠定了堅實的基礎。 5. 科學相互滲透時期 即現代化學時期。進入20世紀后，由于受到自然科學其他學科發展的影響，并廣泛地應用了當代科學的理論、技術和方法，化學在認識物質的組成、結構、合成和測試等方面都有了長足的進展，而且在理論方面取得了許多重要成果。在無機化學、分析化學、有機化學和物理化學四大分支學科的基礎上產生了新的化學分支學科。近代物理的理論和技術、數學方法及計算機技術在化學中的應用，對現代化學的發展起了很大的推動作用。19世紀末，電子、X線和放射性的發現為化學在20世紀的重大進展創造了條件。尤其是量子論的發展使化學和物理學有了共同的語言，解決了化學上許多懸而未決的問題，也使得化學取得突破性進展。與此同時，化學學科也由原來的四大化學衍生出更多新的學科分支。近年來，一些新興學科如化學生物學、分子科學與工程等正在快速崛起，標志著人類對化學物質的操控更多向分子、原子尺度延伸。20世紀以來，化學發展的趨勢可以歸納為：由宏觀向微觀、由定性向定量、由穩定態向亞穩定態發展，由經驗逐漸上升到理論，再用于指導設計和開拓創新的研究。一方面，為生產和技術部門提供盡可能多的新物質、新材料；另一方面，在與其他自然科學相互滲透的進程中不斷產生新學科，如生物化學、高分子化學、配位化學、材料化學和金屬有機化學等，并向探索生命科學和宇宙起源的方向發展，使蛋白質、酶的結構問題得到逐步的解決。 二、化學的作用 化學是自然科學三門核心基礎學科之一，即中心科學，這是因為眾多科學分支的發展都與化學密切相關。它促進了現代科學如生命科學、環境科學、材料科學、醫學，甚至機械工程、電氣工程等的飛速發展。 化學學科往往被看作是承上啟下的中心學科，上可聯系物理、數學、計算機與信息科學等研究對象簡單、抽象的上游學科；下可延伸解決諸如工程科學、生命科學、材料科學等研究對象具體、復雜的下游學科。尤其是進入21世紀以后，學科交叉越來越厲害，學科與學科之間的界限越來越模糊，而在這諸多學科中化學扮演著一個非常重要的“移上游科學之花，接下游科學之木”的作用，這也使得其在這些學科的交叉中碰撞產生出更多的突破性成就。以化學生物學為例，它是研究生命過程中化學基礎的科學。通過用化學的理論和方法研究生命現象和生命過程，通過探索干預和調整疾病發生發展的途徑和機制，為新藥發現提供必不可少的理論依據。通過向這些領域的不斷延伸和滲透，必將為解決基因組工程、蛋白質工程中的問題及理解大腦的功能和記憶等人類自身的重大科學問題做出卓越貢獻。 在推動其他學科發展的同時，化學學科本身也取得了長足的發展。化學家通過不斷汲取數學、物理和其他學科的*新理論和方法，將其用于解決化學中多元復雜體系的研究，如非線性理論和混沌理論。為了解決在化學物質的制備和化學反應過程中產生的大量環境污染問題，近年來綠色化學取得了長足發展，立足于使用清潔、綠色的生產技術，以可回收利用的液體如水作為反應介質，根除對環境的污染。 化學在國民經濟占據舉足輕重的地位。在諸多工業部門中，基本化學工業和塑料、合成纖維、石油、橡膠、藥劑、染料工業等均基于化學學科；瘜W工業是國民經濟基礎產業之一，在國民經濟中是工業革命的助手，為工農業生產提供重要的原料保障，其質量、數量及價格上的相對穩定，對農業生產的穩定與發展至關重要；瘜W工業還肩負著為國防生產配套高技術材料的任務，并提供常規戰略物資，與衣、食、住、行密切相關。為農業提供化肥、農藥、塑料薄膜、飼料添加劑、生物促進劑等產品，反過來又以農副產品為原料，如淀粉、糖蜜、油脂、纖維素及天然香料、色素、生物藥材等制造工農業所需要的化工產品，形成良性循環；瘜W工業還為化學藥品的合成和提取提供新方法、新工藝、新原料，為人類健康和醫療事業提供物質基礎，為冶金、建筑等工業提供新原料、冶煉工藝、生產新技術。 三、化學的未來 化學未來的發展趨勢有四點：化學將向更廣度、更深層次的方向延伸；新工具的不斷創造和應用促進化學創新發展；綠色化學將引起化學化工生產方式的變革；化學在解決戰略性、全局性、前瞻性重大問題當中將繼續發揮更大的作用。 1. 化學向更廣度、更深層次的方向延伸 對原子、分子的認識將更為深入，多層次分子研究更為系統，在創造新分子、新材料的基礎上更加注重功能性。超分子是一個分子結構與宏觀性能的關鍵紐帶，是產生更高級結構的基礎。如何設計超分子結構和材料，對復雜生命體系的理解和模擬及調控都是前沿的課題。這是化學向更深層次、更復雜拓展的延伸。在材料化學方面，要設計鑄造分子；生命科學方面，要研究生命起源、調控機制、疾病發生機制和藥物的作用機制；在腦科學和認知科學方面，要在生物分子的水平上認識結構；瘜W在這些研究方面都有十分重要的作用。 2. 新工具的不斷創造和應用會促進化學創新發展 隨著技術能力和儀器設備的不斷進步，空前準確和靈敏的儀器不斷被創造和應用，科學家不僅能在原子、分子甚至電子層次觀察并研究微觀世界的性質，而且能夠對其物質結構和能量過程進行操控。同步輻射及各種實驗方法和技術的改進，使同步輻射光源在化學研究領域中發揮重要的作用，如真空紫外輻射光可以在量的水平上觀察化學共振態、原位氣固反應X線吸收精細結構譜實驗新方法，各種應用促進了化學向更深層次的發展。 3. 綠色化學將引起化學化工生產方式的變革 綠色化學不僅是對現有過程的改進和新過程的研究，未來化學的研究將更加注重綠色產品設計的理念。考慮從原子經濟學、計算化學、綠色化學的結合、合成方法學的角度上進行綠色化學的研究。如何通過發展新型的高穩定性高效催化劑，并且在制造的過程中對環境無害，使用的過程中可以回收再利用，使催化劑不污染環境這也是一個非常重要的方面。采用綠色的溶劑，如二氧化碳做溶劑，離子液體、聚乙二醇等使之更加清潔和可持續。把引起氣候變暖的二氧化碳轉化利用，通過開發新的技術進行轉化應用。將秸稈、樹木、藻類轉化為燃料，重要化學品核材料，木質素、纖維素為原料的新化學反應，黏土等天然無毒原料在材料科學中的應用，不僅是創造新一代的可持續的化學產品，如何變廢為寶這是下一步發展的重要方面。 4. 化學在解決戰略性、全局性、前瞻性重大問題當中將繼續發揮更大的作用 社會的發展不斷對化學發展提出新的需求，如能源危機要求我們如何像光合作用那樣高效地利用太陽能。仿造樹葉的光合作用來高效利用太陽能。環境保護方面如何控制降解驅除污染，資源利用方面必須做到合理高效地利用資源，*大限度地利用資源，材料方面綠色化及智能化，可再生循環利用。 化學引導著發現與創造，是*具有創新性的一個學科，是唯一一個能夠合成新的物質和穩定存在新物質的學科；瘜W是帶來重大發明創造的學科，支撐了人類社會可持續發展，引領了科學與技術進步，化學將向更廣度深度的方向延伸，必將促進能源、環境、材料、生命等戰略領域的發展；瘜W的發展是無限的，人類的認知創造能力是無限的。 四、大學化學的培養目標 “大學化學”課程簡明反映了化學學科的基本原理，以無機化學、物理化學內容為主，包括了一部分結構化學和分析化學的內容，是高等院校不可或缺的一門重要基礎課，是研究型大學各專業學生科學文化素養教育的重要環節，在化學與能源、材料、生命、藥學、食品、環境、航天、機械、化工等學科之間起到橋梁的作用。通過本課程的學習，使學生在中學化學的基礎上，對物質本性及其變化規律有一個比較全面的認識，明確物質結構、組成、性能及它們之間相互作用的機制，在新物質制備合成中的指導作用，為后續專業課程的學習與研究打下堅實的化學基礎。 實驗是本課程的重要組成部分，是擴大和加深所學大學化學基本理論和基本知識，使學生掌握大學化學實驗的基本技術、手段和研究方法，學會重要的大學化學實驗技能和基本實驗儀器的使用，培養學生操作、觀察、記錄、分析、歸納、撰寫報告等方面多種能力，使其具備基本的科研素養，嚴謹的、實事求是的工作作風。 (張志成) **章 原子結構 學習要求 1. 理解原子結構的近代概念。 2. 掌握核外電子運動的特點。 3. 掌握原子核外電子的運動規律和排布原則。 4. 學會用量子數描述核外電子的運動狀態。 5. 熟悉原子的電子構型與電離能、電子親和能、原子半徑、電負性、氧化數的變化的關系。 幾千年來，人類對于所處的自然環境中各種物質組成的認知和探索從未停止過。古希臘的哲學家*早認為物質是由一種或者多種基本物質(或基本元素
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