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第1篇 化学反应的基本规律1

1 化学热力学1

1.1 基本概念2

1.1.1 体系与环境2

1.1.2 体系的性质3

1.1.3 体系的状态与状态函数3

1.2 热化学和焓4

1.2.1 热力学第一定律4

1.2.2 焓与化学反应的热效应6

1.3 化学反应的方向16

1.3.1 自发过程16

1.3.2 熵的初步概念17

1.3.3 吉布斯自由能20

1.3.4 吉布斯—赫姆霍兹公式及其应用23

科学家吉布斯28

习题29

2 化学反应速率32

2.1 化学反应速率及其表示方法32

2.2 反应速率理论34

2.2.1 碰撞理论34

2.2.2 过渡状态理论35

2.2.3 化学反应的机理36

2.3 影响化学反应速率的因素37

2.3.1 浓度与化学反应速率的关系37

2.3.2 温度与化学反应速率的关系40

2.3.3 催化作用43

2.4 几种类型的反应45

2.4.1 多相反应45

2.4.2 链反应47

2.4.3 光化反应49

飞秒化学先驱泽维尔50

习题51

3 化学平衡53

3.1 平衡常数53

3.1.1 分压定律53

3.1.2 平衡常数55

3.1.3 标准平衡常数K？与△rG？的关系58

3.1.4 化学平衡的移动61

3.1.5 多重平衡64

3.2 弱电解质的电离平衡65

3.2.1 弱酸、弱碱的电离平衡65

3.2.2 缓冲溶液67

3.2.3 酸碱质子理论69

3.3 沉淀—溶解平衡71

3.3.1 溶度积71

3.3.2 溶度积规则72

3.3.3 沉淀的生成与溶解73

3.3.4 分步沉淀77

3.4 配离子的离解平衡79

3.4.1 配合物的基本概念79

3.4.2 配离子的离解平衡81

3.4.3 配合物的应用83

阿伦尼乌斯——1903年诺贝尔化学奖获得者84

习题85

4 溶液与胶体88

4.1 水88

4.1.1 水的结构88

4.1.2 水的物理化学性质90

4.1.3 水的相图93

4.2 溶液94

4.2.1 溶液的蒸气压下降95

4.2.2 溶液的沸点升高和凝固点下降96

4.2.3 溶液的渗透压98

4.2.4 电解质溶液的性质99

4.3 胶体100

4.3.1 分散系101

4.3.2 溶胶102

4.3.3 高分子溶液106

范特霍夫——第一个荣获诺贝尔化学奖的物理化学家107

习题108

5 电化学原理及其应用111

5.1 原电池和电极电势111

5.1.1 原电池111

5.1.2 电极电势113

5.1.3 电动势与吉布斯自由能变的关系117

5.1.4 电极电势的应用118

5.2 电解120

5.2.1 电解现象120

5.2.2 电解的应用123

5.3 金属的腐蚀与防护125

5.3.1 化学腐蚀与电化学腐蚀125

5.3.2 金属腐蚀的防护127

5.3.3 混凝土的腐蚀与防护128

5.4 化学电源130

5.4.1 蓄电池130

5.4.2 燃料电池131

5.4.3 其他类型电池134

著名物理化学家能斯特137

习题138

第2篇 物质结构141

6 原子结构与周期系141

6.1 氢原子结构的近代概念141

6.1.1 核外电子运动的特征141

6.1.2 波函数143

6.1.3 电子云148

6.1.4 电子运动状态的完全描述与4个量子数154

6.2 多电子原子中的电子分布和周期系156

6.2.1 核外电子的分布156

6.2.2 原子结构和元素周期表160

6.3 元素基本性质的周期性163

6.3.1 有效核电荷数163

6.3.2 原子半径164

6.3.3 电离能、电子亲合能和电负性166

6.4 原子光谱170

6.4.1 原子发射光谱法170

6.4.2 原子吸收光谱172

科学家德布罗意173

习题174

7 化学键与分子结构177

7.1 离子键与离子的结构177

7.1.1 离子键的形成与特性177

7.1.2 离子的三大特征178

7.2 共价键与分子结构179

7.2.1 价键理论179

7.2.2 杂化轨道与分子的空间构型185

7.2.3 价层电子对互斥理论190

7.2.4 分子轨道理论193

7.3 配位键与配位化合物198

7.3.1 配合物的主要类型198

7.3.2 配合物的价键理论200

7.3.3 新型配合物206

7.4 分子间力和氢键208

7.4.1 分子的极性208

7.4.2 分子间力211

7.4.3 氢键212

7.5 弱相互作用与超分子215

二度诺贝尔奖获得者鲍林216

习题217

8 晶体结构220

8.1 晶体的特征220

8.1.1 晶体的基本特征220

8.1.2 晶体的微观结构221

8.2 晶体的基本类型226

8.2.1 离子晶体226

8.2.2 原子晶体228

8.2.3 分子晶体229

8.2.4 金属晶体230

8.2.5 混合键型晶体233

8.3 单质的晶体结构及其物理性质的周期性235

8.3.1 单质的晶体结构235

8.3.2 单质的物理性质238

8.4 晶体的缺陷243

8.4.1 晶体缺陷的种类243

8.4.2 杂质缺陷和信息材料245

8.4.3 非化学计量化合物247

8.5 液晶248

8.5.1 液晶的结构248

8.5.2 液晶的性质250

8.6 晶体的X－射线衍射251

8.6.1 X射线及其产生251

8.6.2 晶体的X射线衍射及布拉格方程252

8.6.3 多晶衍射法253

布拉格父子——1915年诺贝尔物理学奖获得者255

习题256

第3篇 化学与工程技术·人类·社会258

9 环境与化学258

9.1 环境污染258

9.1.1 环境与环境污染258

9.1.2 环境保护与可持续发展259

9.2 清洁生产与绿色化学260

9.2.1 清洁生产260

9.2.2 绿色化学261

9.3 大气污染及其防治263

9.3.1 我国大气污染概况263

9.3.2 大气圈的组成与结构268

9.3.3 大气的主要污染物269

9.3.4 综合性大气污染现象273

9.3.5 大气污染的防治对策与治理技术281

9.4 水污染及其治理284

9.4.1 评价水质的指标285

9.4.2 水的污染290

9.4.3 工业废水、生活污水的处理原则与方法293

9.4.4 膜分离技术及其在水处理中的应用298

9.5 土壤污染及其防治303

9.5.1 土壤污染303

9.5.2 土壤污染防治及改良304

9.6 固体废物的利用与处置304

9.6.1 固体废物的综合利用305

9.6.2 固体废物的最终处置308

9.7 相关分析测试技术308

9.7.1 常见因子的国家标准测定方法308

9.7.2 分析测试技术310

1995年诺贝尔化学奖获得者莫利纳、罗兰、克鲁岑316

习题317

10 能源与化学319

10.1 能源概述319

10.1.1 能源的分类319

10.1.2 能源利用概况320

10.1.3 能源与可持续发展322

10.2 常规能源——煤、石油和天然气323

10.2.1 煤323

10.2.2 石油和天然气329

10.3 核能332

10.3.1 原子核的组成和结合能332

10.3.2 核裂变与核聚变335

10.3.3 核能的和平利用336

10.4 新型清洁能源337

10.4.1 太阳能和地热能337

10.4.2 氢能339

10.4.3 生物质能342

10.4.4 废弃物的资源化利用343

1931年诺贝尔化学奖获得者——伯吉尤斯344

习题345

11 材料与化学347

11.1 重要金属及合金材料347

11.1.1 铝及铝合金347

11.1.2 钛及钛合金348

11.1.3 钒及钒的应用350

11.1.4 铜及铜合金351

11.1.5 稀土金属及应用352

11.2 新型无机材料354

11.2.1 先进陶瓷材料354

11.2.2 纳米材料358

11.2.3 磁性材料360

11.2.4 光导纤维与激光材料362

11.3 有机高分子材料364

11.3.1 高分子化合物概述364

11.3.2 高分子化合物的合成367

11.3.3 高分子化合物的结构和性能369

11.3.4 高分子化合物的老化与防老化375

11.3.5 重要的高分子材料377

11.4 复合材料387

11.4.1 增强材料和基体材料387

11.4.2 重要复合材料及应用389

11.5 润滑油391

11.5.1 润滑油的组成391

11.5.2 润滑油的主要性能和工业质量要求395

11.6 建筑用胶凝材料397

11.6.1 石膏397

11.6.2 水玻璃399

11.6.3 水泥400

11.7 重要材料分析测试技术简介402

11.7.1 紫外—可见吸收光谱和红外吸收光谱分析402

11.7.2 现代显微镜技术408

高分子化学奠基人——施陶丁格412

习题413

12 生命与化学415

12.1 组成生命的基本物质415

12.1.1 蛋白质416

12.1.2 核酸423

12.2 生命活动的基本规律427

12.2.1 分子生物学的中心法则427

12.2.2 DNA的复制428

12.2.3 蛋白质的生物合成429

12.2.4 探索生命起源之谜430

12.3 现代生物技术431

12.3.1 基因工程431

12.3.2 基因组研究432

12.3.3 生物芯片433

12.3.4 干细胞技术433

12.4 微量元素与人体健康434

12.4.1 人体的元素组成434

12.4.2 微量元素的生理功能435

12.4.3 微量元素的相互关系436

分子生物学的奠基人沃森和克里克437

习题438

附录441

习题答案454

参考文献461