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绪论1

1 原子结构与元素周期系4

1.1 人类对原子结构的认识过程4

1.1.1 经典核原子模型4

1.1.2 氢原子结构的玻尔理论5

1.2 核外电子运动的波粒二象性6

1.3 核外电子运动状态的近代描述7

1.3.1 原子轨道7

1.3.2 电子云11

1.3.3 四个子量子数12

1.4 各种元素的原子核外电子排布14

1.4.1 核外电子排布的原理14

1.4.2 周期系中各元素原子的电子层结构17

1.4.3 原子电子层结构与元素周期表的关系22

1.5 原子结构与元素性质的关系26

1.5.1 电离能26

1.5.2 电子亲和能28

1.5.3 电负性29

1.5.4 氧化态30

思考题32

习题32

2 分子结构34

2.1 共价键的价键理论34

2.1.1 共价键的形成34

2.1.2 σ键和π键36

2.1.4 键参数38

2.1.3 配位键38

2.2 杂化轨道和分子的几何构型41

2.2.1 s-p杂化的类型43

2.2.2 等性杂化与不等性杂化45

2.3 分子间的作用力48

2.3.1 分子的极性和偶极矩48

2.3.2 范德华力49

2.4 氢键52

思考题54

习题55

3 晶体结构56

3.1 晶体的宏观性质56

3.2 晶体的微观结构58

3.3.1 金属晶体61

3.3 晶体的基本类型61

3.3.2 离子晶体63

3.3.3 原子晶体64

3.3.4 分子晶体64

3.3.5 混合晶体(层状和链状晶体)65

3.4 液晶66

3.5 晶体的缺陷68

3.5.1 结构缺陷68

3.5.2 化学缺陷68

思考题69

习题69

4 化学反应的基本原理70

4.1 化学反应进度70

4.2.1 系统、环境和相的概念72

4.2 化学反应能量守恒定律72

4.2.2 状态函数和热力学能73

4.2.3 化学反应中能量守恒定律的表达式73

4.3 焓与反应焓变74

4.3.1 焓的定义74

4.3.2 标准摩尔反应焓变74

4.3.3 标准摩尔生成焓75

4.3.4 利用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变76

4.4 化学反应速率77

4.4.1 化学反应速率的概念77

4.4.2 反应速率方程78

4.4.3 温度对反应速率的影响80

4.4.4 活化能81

4.4.5 催化剂对化学反应速率的影响83

4.4.6 影响多相反应速率的因素84

4.5 化学平衡与反应的耦合84

4.5.1 化学平衡84

4.5.2 化学平衡常数85

4.5.3 多重平衡规则——平衡常数组合89

4.5.4 化学平衡的移动90

4.5.5 反应的耦合91

4.6 水溶液中的几种平衡93

4.6.1 水的离解平衡和溶液的酸碱性93

4.6.2 弱酸、弱碱的离解平衡94

4.6.3 缓冲溶液96

4.6.4 难溶电解质的溶解平衡98

4.6.5 配位平衡101

4.6.6 氧化还原反应106

思考题116

习题117

5 化学与环境保护120

5.1 人类生存的环境与环境问题120

5.1.1 人类生存的环境120

5.1.2 当今人类面临的主要环境问题122

5.2 大气污染与防治124

5.2.1 中国大气环境质量标准124

5.2.2 典型的大气污染126

5.2.3 大气污染防治131

5.3 水污染及其控制137

5.3.1 水的污染物138

5.3.2 水质监控标准139

5.3.3 水污染的防治141

5.4 土壤与地下水的污染及其修复145

5.4.1 土壤环境质量标准146

5.4.2 土壤与地下水的修复147

5.5 环境质量的评价及监测155

5.5.1 环境质量的评价155

5.5.2 环境监测156

思考题157

习题157

6 化学与能源159

6.1 能源的分类159

6.2 化石燃料160

6.2.1 石油161

6.2.2 煤163

6.2.4 天然气165

6.2.3 油页岩165

6.2.5 天然气水合物166

6.3 核能167

6.3.1 核裂变反应与核电站167

6.3.2 核聚变与氢170

6.4 化学电源171

6.4.1 原电池172

6.4.2 蓄电池174

6.4.3 燃料电池177

6.5 太阳能179

6.5.1 光-热转换179

6.5.2 光-电转换179

6.6 生物质能180

6.5.3 光能-化学能转换180

6.7 氢能182

6.7.1 氢的制取182

6.7.2 氢的储存与运输183

6.7.3 氢能的用途184

思考题185

习题185

7 无机材料186

7.1 材料的概述186

7.1.1 材料的概念及其发展186

7.1.2 材料的分类188

7.2 金属材料191

7.2.1 钢铁191

7.2.2 钢铁的腐蚀和防腐193

7.2.3 特种合金196

7.3.1 传统陶瓷201

7.3 陶瓷材料201

7.3.2 新型结构陶瓷202

7.4 无机功能材料206

7.4.1 光电子信息材料206

7.4.2 新能源材料209

7.4.3 医用生物材料211

7.4.4 智能材料213

7.5 纳米材料215

7.6 粉末冶金法——新材料的制备技术之一217

思考题218

习题218

8.1.1 高分子化合物219

8 有机高分子材料219

8.1 高分子化合物的基本概念219

8.1.2 加聚反应和缩聚反应220

8.2 高聚物的结构与性能222

8.2.1 结构特点222

8.2.2 柔顺性223

8.2.3 热性能224

8.2.4 弹性和塑性226

8.2.5 机械性能227

8.2.6 绝缘性227

8.2.7 化学稳定性227

8.3 合成高分子材料——塑料、纤维、橡胶228

8.3.1 塑料229

8.3.2 合成纤维230

8.3.3 合成橡胶231

8.4 功能高分子材料233

8.4.1 光敏性高分子233

8.4.2 离子交换树脂234

8.4.3 氧化还原高分子235

8.4.4 导电高分子235

8.5 复合材料236

8.5.1 玻璃纤维增强塑料237

8.5.2 碳纤维增强塑料238

思考题239

习题239

9.1.1 糖类240

9.1 生命体中重要的有机化合物240

9 化学与生命240

9.1.2 蛋白质和氨基酸243

9.1.3 酶248

9.2 DNA和遗传249

9.2.1 核酸250

9.2.2 DNA的结构251

9.2.3 生物体的遗传251

9.2.4 人类基因组计划和基因工程255

9.3 食品与健康256

9.3.1 糖类257

9.3.2 蛋白质258

9.3.3 脂肪259

9.3.4 维生素261

9.3.5 无机盐264

9.3.6 水267

9.3.7 绿色食品与转基因食品269

9.4 药物与健康270

9.4.1 药物的一般概念270

9.4.2 常用药物举例271

9.4.3 “对症下药”与基因药物276

思考题277

习题277

10 化学研究的新领域278

10.1 超分子化学279

10.1.1 信息和信息传输280

10.1.2 分子识别和位点识别280

10.1.4 分子、超分子器件282

10.1.3 自组装和自组织282

10.2 纳米化学284

10.3 组合化学287

10.4 绿色化学291

思考题295

习题295

附录296

附录Ⅰ 有关计量单位296

附录Ⅱ 某些物质的标准生成焓(25℃)299

附录Ⅲ 一些弱电解质的解离常数(25℃)301

附录Ⅳ 溶度积常数(25℃)302

附录Ⅴ 一些配离子的不稳定常数(25℃)304

附录Ⅵ 标准电极电势(25℃)305

主要参考文献311