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第一篇 基础理论1

第1章 化学热力学基础1

1.1 基本概念1

1.1.1 基本概念1

1.1.2 热力学第一定律2

1.1.3 化学反应的热效应3

1.1.4 反应进度4

1.1.5 热化学方程式5

1.2 化学反应热效应的求算5

1.2.1 利用盖斯定律求算反应热效应5

1.2.2 用标准摩尔生成热求算反应热效应6

1.2.3 用燃烧热求反应热效应7

1.2.4 从键能估算反应热效应7

阅读材料 光子筛与空间望远镜7

1.3 化学反应进行的方向8

1.3.1 自发过程与方向性8

1.3.2 混乱度与熵9

1.3.3 吉布斯自由能与化学反应自发性的判据10

阅读材料 物质的六种状态12

1.4 化学平衡13

1.4.1 平衡常数13

1.4.2 标准平衡常数KΘ与自由能△rG？的关系15

1.4.3 化学平衡移动16

阅读材料 化学家盖斯18

热寂论与经典热力学的局限性18

思考题19

习题19

第2章 化学反应速率22

2.1 化学反应速率表达式及基本理论22

2.1.1 化学反应速率的定义及其表示方法22

2.1.2 化学反应速率基本理论23

阅读材料 微蒸发器研究晶体结晶24

2.2 影响化学反应速率的因素25

2.2.1 浓度的影响25

阅读材料 一级反应的特征28

二级反应的特征28

宇宙大爆炸理论29

2.2.2 温度对化学反应的影响30

2.2.3 催化剂对化学反应的影响30

网络查阅资料（1）通过网络查找标准数据31

2.3 链反应32

2.3.1 链反应32

2.3.2 爆炸反应33

阅读材料 化学动力学和催化理论奠基人之一：奥斯特瓦尔德33

快速反应动力学和分子反应动力学34

思考题35

习题36

第3章 溶液与水溶液中的离子平衡38

3.1 溶液及其浓度的表示方法38

3.1.1 溶液38

3.1.2 溶液浓度的表示方法38

3.2 分配定律与萃取分离39

3.2.1 分配定律39

3.2.2 萃取率39

3.3 非电解质稀溶液的依数性40

3.3.1 蒸气压下降——拉乌尔定律41

3.3.2 溶液的沸点升高42

3.3.3 溶液凝固点下降42

3.3.4 渗透压43

3.3.5 依数性的应用43

3.4 水溶液中离子平衡45

3.4.1 水的离子积和水溶液的pH45

3.4.2 弱酸弱碱的电离平衡45

阅读材料 超硬干冰47

3.4.3 缓冲溶液49

3.4.4 盐的水解51

阅读材料 分子电子学的重大进展54

酸碱理论简介55

3.4.5 难溶电解质的沉淀溶解平衡57

阅读材料 电离学说创始人——阿伦尼乌斯60

迟到的诺贝尔奖61

思考题61

习题62

第4章 原子结构和化学键基础64

4.1 核外电子运动状态的描述64

4.1.1 玻尔氢原子模型64

4.1.2 微观粒子的运动特点65

阅读材料 奇特的镜子使光波中的磁场分量反向67

4.1.3 核外电子运动状态的描述68

4.2 原子轨道与电子云的图像70

4.2.1 原子轨道角度分布图71

4.2.2 电子云的角度分布图71

4.2.3 电子云的径向分布图72

4.3 核外电子排布和元素周期系72

4.3.1 鲍林原子轨道近似能级图72

阅读材料 屏蔽常数和轨道能量的计算73

4.3.2 核外电子排布75

4.3.3 元素周期表和原子的电子层结构76

4.3.4 元素性质的周期性77

4.4 化学键与分子结构80

4.4.1 离子键理论80

4.4.2 共价键理论Ⅰ——价键理论83

4.4.3 共价键理论Ⅱ——杂化轨道理论与分子的空间构型85

阅读材料 价层电子对互斥理论87

4.4.4 共价键理论Ⅲ——分子轨道理论89

4.4.5 金属键理论91

阅读材料 让光线穿透金属93

4.4.6 分子间力和氢键94

阅读材料 化学家——莱纳斯·卡尔·鲍林96

小镇医生与诺贝尔生理学或医学奖97

思考题98

习题99

第5章 配位化学基础100

5.1 配位化合物的定义、组成和命名100

5.1.1 配位化合物的定义100

5.1.2 配位化合物的组成100

5.1.3 配合物化学式的书写及命名102

阅读材料 金属纳米体系的自组装103

5.2 配合物的化学键理论104

5.2.1 价键理论104

5.2.2 晶体场理论108

阅读材料 BCS超导理论112

5.3 配位平衡113

5.3.1 配合物在水溶液中的稳定性113

5.3.2 配位平衡移动113

5.4 配合物的应用115

5.4.1 在分析化学中的应用115

5.4.2 在电镀中的应用116

5.4.3 在冶金中的应用116

5.4.4 在生物医学中的应用117

阅读材料 化学晶体管118

配位化学理论奠基人——维尔纳118

思考题119

习题120

第6章 电化学原理及其应用121

6.1 氧化还原反应121

6.1.1 氧化还原反应基本概念121

6.1.2 氧化还原反应的配平122

阅读材料 科学启蒙源于从小爱科学123

6.2 原电池124

6.2.1 原电池基本概念124

6.2.2 原电池图示表示125

6.3 电动势与电极电势126

6.3.1 电极电势的产生126

6.3.2 电动势与电功126

6.3.3 标准电动势和标准电极电势126

6.4 标准电极电势的应用127

6.4.1 判断氧化剂和还原剂的强度127

6.4.2 判断氧化还原反应的方向128

6.4.3 计算氧化还原反应（即电池反应）的平衡常数128

阅读材料 新型太阳能电池129

6.5 影响电极电势的因素129

6.5.1 Nernst方程129

6.5.2 影响电极电势的因素130

阅读材料 燃料电池132

6.6 电解及应用133

6.6.1 电解的基本原理133

6.6.2 电解的应用135

阅读材料 电化学理论创始人——能斯特137

硬盘的“三明治”革命137

思考题138

习题139

第7章 高分子化学基础142

7.1 基本概念142

7.1.1 高分子化合物142

7.1.2 高分子化合物的结构143

7.1.3 高分子化合物的特性143

7.2 高分子化合物的分类和命名145

7.2.1 高分子化合物的分类145

7.2.2 高分子化合物的命名146

阅读材料 硅蜘蛛丝纳米合成材料147

7.3 高分子化合物的合成方法148

7.3.1 加聚反应148

7.3.2 缩聚反应148

7.3.3 自由基聚合150

7.3.4 离子聚合150

7.3.5 配位聚合152

7.3.6 聚合方式152

7.4 高分子化合物降解反应153

7.4.1 水解和化学降解153

7.4.2 力化学降解153

7.4.3 热降解154

阅读材料 吸波涂料与隐形战机154

7.5 重要的合成高分子化合物155

7.5.1 塑料155

7.5.2 合成纤维158

7.5.3 合成橡胶159

7.5.4 功能材料161

阅读材料 高分子领域的开拓人——施陶丁格与弗洛里163

富勒烯163

思考题164

第二篇 应用与拓展166

第8章 化学与材料166

8.1 金属及其材料166

8.1.1 金属元素概论166

8.1.2 合金的结构类型168

8.1.3 几种重要的合金材料169

阅读材料 金属疲劳171

8.2 非金属及其材料172

8.2.1 非金属元素概论172

8.2.2 重要的非金属化合物173

8.2.3 重要无机非金属材料175

阅读材料 天然宝石177

8.3 陶瓷材料179

8.3.1 陶瓷材料的结构179

8.3.2 传统陶瓷180

8.3.3 特种陶瓷180

阅读材料 新型超导材料182

8.4 建筑材料182

8.4.1 水泥183

8.4.2 玻璃183

8.4.3 石膏184

8.4.4 石灰185

8.4.5 水玻璃186

8.5 纳米材料187

8.5.1 纳米材料的特性187

8.5.2 纳米微粒的制备方法187

8.5.3 纳米材料的应用188

阅读材料 DNA纳米分子计算机189

8.6 液晶材料190

8.6.1 液晶材料的概念与分类190

8.6.2 液晶材料的应用191

8.7 新材料的发展趋势192

8.7.1 材料的复合化192

8.7.2 材料的智能化192

8.7.3 材料的低维化193

8.7.4 信息材料的多功能集成化193

阅读材料 纳米武器193

思考题194

第9章 化学与日常生活用品196

9.1 合成洗涤剂196

9.1.1 表面活性剂196

9.1.2 助洗剂197

9.1.3 漂白剂197

9.1.4 荧光增白剂198

9.1.5 泡沫稳定剂198

9.1.6 污垢悬浮剂198

9.1.7 酶198

9.1.8 填充剂198

阅读材料 吸烟为什么会危害健康198

9.2 化妆品199

9.2.1 概述199

9.2.2 膏霜类化妆品202

9.2.3 香水类化妆品204

阅读材料 防腐剂与健康205

9.2.4 香粉类化妆品207

9.2.5 面膜207

9.2.6 毛发用化妆品208

9.3 口腔卫生用品211

9.3.1 牙膏类211

9.3.2 牙粉类212

9.3.3 含漱水类212

阅读材料 胃的化学作用212

情急之下发明了肥皂213

思考题214

第10章 化学与能源215

10.1 能源的概念和分类215

10.2 化石燃料能源216

10.2.1 石油和天然气216

10.2.2 煤217

阅读材料 可燃冰218

10.3 化学电源219

10.3.1 一次电池219

10.3.2 蓄电池219

10.3.3 燃料电池220

10.4 氢能源221

10.4.1 氢能源的特点221

10.4.2 解决氢能源的关键问题222

10.5 核能源223

10.5.1 核能的释放223

10.5.2 核能源的应用224

阅读材料 热中子反应堆与快中子反应堆224

10.6 太阳能225

10.6.1 太阳能225

10.6.2 太阳能的利用226

10.7 生物能227

10.7.1 生物能的概念227

10.7.2 生物能的利用227

阅读材料 太阳能电池原理228

思考题231

第11章 化学与环境232

11.1 环境污染概论232

11.1.1 全球环境面临的问题232

11.1.2 产生环境污染的主要原因233

11.1.3 人类对待污染的对策235

11.2 大气的污染与防治235

11.2.1 大气中主要污染物及其危害235

11.2.2 大气污染的控制与防治237

11.3 水体污染与防治237

11.3.1 水中的主要污染物及危害238

阅读材料 臭氧洞的形成原因239

11.3.2 废水防治240

11.4 固体废物的处理与利用242

11.4.1 固体废物242

11.4.2 固体废物的处理242

11.5 绿色化学化工及其发展的趋势242

11.5.1 从化学原理和工艺消除化学品对环境的污染243

11.5.2 化工污染治理243

11.5.3 绿色化学化工技术及发展的趋势243

思考题245

第12章 化学与生命247

12.1 氨基酸247

阅读材料 人造血液249

12.2 蛋白质250

12.2.1 蛋白质的元素组成250

12.2.2 蛋白质的分子组成250

12.2.3 蛋白质的结构250

12.2.4 与蛋白质空间结构有关的化学键251

12.2.5 蛋白质的变性作用252

12.3 糖253

阅读材料 玉米的退化与“卡介苗”254

动物世界里的“化学战”254

12.4 酶255

12.4.1 酶的化学本质255

12.4.2 酶的命名与分类256

12.4.3 酶的活性中心与特性257

12.4.4 影响酶促反应的因素257

12.4.5 金属离子与酶258

阅读材料 人兽混合胚胎258

12.5 核酸258

12.5.1 核酸的结构与组成258

12.5.2 核酸与基因的遗传信息传递260

12.6 化学元素与生命260

12.6.1 生物体中的化学元素260

12.6.2 几种必需元素的主要功能261

12.6.3 微量元素与人体健康262

12.7 基因工程简介263

12.7.1 DNA的重组技术——克隆263

12.7.2 转基因食品263

12.7.3 基因疗法264

阅读材料 2007年诺贝尔生理学或医学奖——利用干细胞改造基因264

CT扫描仪264

思考题265

第三篇 基础化学实验一、怎样做好化学实验266

二、常用的化学实验仪器271

三、实验内容271

（一）化学物质制备271

实验一 由废铁屑制备硫酸亚铁铵271

实验二 由废铜屑制备硫酸铜273

实验三 由废铝箔制备聚碱式氯化铝274

（二）化学物质的提纯与分离275

实验四 氯化钠的提纯275

实验五 离子交换法制纯水277

阅读材料 量子效应测量重力279

（三）化学物质分析测定280

实验六 溶液的配制和酸碱滴定280

实验七 水总硬度的测定282

实验八 分光光度法测定Fe（Ⅱ）含量283

（四）科研创新训练实验284

实验九 抗紫外纳米涂料的制备284

网络查阅资料（2）利用网络检索与查阅资料290

实验十 废锌锰干电池的回收利用290

实验十一 由硫铁矿废渣制备聚合硫酸铁294

实验十二 由石灰石制备过氧化钙295

网络查阅资料（3）利用网络查阅专利数据296

实验十三 太阳能集热涂料的制备296

附录299

附录1 普通物理常数299

附录2 一些常用非推荐单位、导出单位与国际单位制（SI）的换算299

附录3 某些难溶电解质溶度积常数（298.15K）300

附录4 常见物质在298.15K的热力学数据301

附录5 弱酸、弱碱的解离常数（298.15K）304

附录6 某些配离子的标准稳定常数（298.15K）306

附录7 一些常见物质的标准电极电势（298.15K）306

附录8 一些化学资料查阅的常见网站309

参考文献310

元素周期表312