无机化学

本教材由物质结构、化学原理、元素化学和知识扩展4部分共12章组成。物质结构篇(1、2章)包括原子结构和元素周期系；化学键与物质结构。化学原理篇(3～6章)包括化学反应中的能量变化；化学反应的方向、速率和限度；溶液(稀溶液的依数性，酸碱理论，弱电解质溶液，缓冲溶液，难溶电解质溶液和配合物溶液)以及氧化还原反应。元素化学篇(7～10章)包括元素概述；s区和p区元素选述，d区和ds区元素选述，f区元素选述。知识扩展篇(11、12章)包括化学热点知识介绍（纳米技术简介，绿色化学，温室效应和臭氧层破坏，等离子体和离子液体，因特网与化学信息检索）；化学基础知识的延伸与应用（配位场理论简介，晶体的缺陷，酸碱溶剂、正负和软硬理论简介，水体污染及其处理，电解及其应用和金属的腐蚀与防护，物质的化学组成）. 本书可作为高等学校化工、应化、制药、环境、材料和轻化等与化学关系密切的各类专业少课时的无机化学课程教材。

前言

“无机化学”是化工、应化、制药、环境、材料和轻化等与化学关系密切的各类专业本科生的第一门基础课，也是大一学生实现从中学到大学在学习方法和思维方式方面的过渡和转变的桥梁。从这个意义上讲，无机化学课程既是学生学好大学阶段其他化学课程的基础，又是培养科学素质、提高创新能力的关键。因此，一部好的教材对学生而言尤为重要。本着教材的编写应当符合教学基本要求和遵循教学基本规律的原则，在教材编写中，力求做到在与中学教学内容妥善衔接的基础上，教材内容由浅入深、循序渐进、注重基础、突出重点，以利于大一学生的自学和创新能力的培养。

本教材将无机化学的知识体系进行了整合，这种整合既体现了编者的一贯思想，又纳入了某些新的创意，也是编者30年教学工作的总结。本教材由物质结构、化学原理、元素化学和知识扩展4部分共12章组成。

物质结构篇（1、2章）主要从微观角度讲述原子结构和元素周期系，化学键与物质结构。化学原理篇（3~6章）主要从宏观上讨论化学反应中的能量变化，化学反应的方向、速率和限度，溶液（稀溶液的依数性，酸碱理论，弱电解质溶液，缓冲溶液，难溶电解质溶液和配合物溶液）以及氧化还原反应。元素化学篇（7~10章）在元素概述的基础上，分别选述s区和p区、d区和ds区及f区元素及其重要化合物的性质和用途。知识扩展篇（11、12章）的化学热点知识简介和化学基础知识的延伸与应用是供学生选读的内容，有利于学生知识面的扩展和思路的拓宽。书中对涉及的化学名词和术语进行了英文标注，以营造一种学习外语的氛围。书后附录列有教材中提到的著名科学家的简介，包括所处年代、国籍和在各自研究领域中所取得的主要成就。

本书各章安排了适量的思考题和习题，帮助学生理解掌握基本概念、基本原理、基本知识和基本内容。有些章节还安排了一些知识面略宽、难度略大、综合性略强的题目，以便引导学生自学和因材施教。

本书由天津工业大学周旭光策划、主编，于洺、王翔、王凤勤、许金霞、宋立民和雒娅楠(按姓氏笔画排序)参编，并由周旭光统稿、定稿完成。

本书在编写过程中参考了已出版的高等学校的教材和有关著作，从中借鉴了许多有益的内容，在此向有关的作者和出版社表示感谢。

由于编者水平有限，书中内容难免有疏漏和不当之处，恳请使用本书的教师和学生提出宝贵意见。

编者

2012.03.30

目录

绪论1

物质结构篇

第1章 原子结构和元素周期系71.1 氢原子结构7

1.1.1 氢原子光谱和玻尔原子模型7

1.1.2 微观粒子运动的特殊性8

1.1.3 核外电子运动状态的描述10

1.2 多电子原子结构15

1.2.1 多电子原子的能级15

1.2.2 原子核外电子的排布17

1.2.3 元素周期表21

1.3 元素性质的周期性23

1.3.1 原子半径23

1.3.2 电离能和电子亲和能25

1.3.3 电负性26

1.3.4 元素的氧化数27

1.3.5 元素的金属性和非金属性28

思考题29

习题30

第2章 化学键与物质结构32

2.1 离子键与离子晶体32

2.1.1 离子键理论32

2.1.2 离子晶体36

2.1.3 离子极化及其对物质性质的影响40

2.2 共价键与共价晶体44

2.2.1 价键理论--电子配对理论(VB法)44

2.2.2 杂化轨道理论47

2.2.3 价层电子对互斥理论52

2.2.4 分子轨道理论552.2.5 共价晶体59

2.3 配位键和配位化合物60

2.3.1 配位键60

2.3.2 配合物的基本概念60

2.3.3 配合物的化学键理论63

2.3.4 配合物的应用72

2.4 金属键与金属晶体74

2.4.1 金属键的改性共价键理论74

2.4.2 金属键的能带理论75

2.4.3 金属晶体的紧密堆积结构76

2.5 分子间作用力、氢键和分子晶体77

2.5.1 分子的极性77

2.5.2 分子间作用力78

2.5.3 氢键80

2.5.4 分子晶体81

2.6 混合型晶体82

思考题82

习题83

无机化学目录化学原理篇

第3章 化学反应中的能量变化893.1 基本概念和术语89

3.1.1 系统、环境和过程89

3.1.2 系统的状态和状态函数90

3.1.3 广度性质和强度性质90

3.1.4 热和功91

3.1.5 标准状态91

3.1.6 化学计量数和反应进度92

3.2 热力学能和热力学第一定律93

3.3 化学反应的反应热94

3.3.1 恒容反应热94

3.3.2 恒压反应热94

3.3.3 ΔH与ΔU和Qp与QV的关系95

3.4 化学反应热的理论计算95

3.4.1 热化学方程式95

3.4.2 应用盖斯定律计算化学反应热96

3.4.3 应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变97

思考题98

习题99

第4章 化学反应的方向、速率和限度101

4.1 化学反应进行的方向101

4.1.1 化学反应的自发过程及其特点101

4.1.2 影响化学反应方向的因素102

4.1.3 吉布斯函数变的计算105

4.2 化学反应速率107

4.2.1 化学反应速率的表示方法108

4.2.2 化学反应速率理论和活化能109

4.2.3 影响化学反应速率的外界因素111

4.3 化学反应进行的限度116

4.3.1 化学平衡的特征和平衡常数的表示方法116

4.3.2 多重平衡原理118

4.3.3 平衡常数与标准吉布斯函数变的关系118

4.3.4 影响化学平衡的因素119

思考题121

习题122

第5章 溶液125

5.1 稀溶液的依数性125

5.1.1 溶液的蒸汽压下降125

5.1.2 溶液的沸点升高和凝固点降低127

5.1.3 溶液的渗透压129

5.2 酸碱理论130

5.2.1 酸碱理论的演变过程130

5.2.2 酸碱质子理论131

5.2.3 酸碱电子理论134

5.3 弱电解质溶液134

5.3.1 水的解离平衡和溶液的酸碱性134

5.3.2 弱酸、弱碱的解离平衡和溶液pH值的计算135

5.3.3 解离度和解离常数的关系139

5.3.4 同离子效应和盐效应139

5.3.5 酸碱缓冲溶液142

5.4 难溶电解质溶液145

5.4.1 难溶电解质的溶度积和溶解度145

5.4.2 沉淀生成的计算与应用148

5.4.3 沉淀的溶解和转化151 5.5 配合物溶液153

5.5.1 配位解离平衡与稳定常数153

5.5.2 配位解离平衡的移动155

思考题157

习题158

第6章 氧化还原反应161

6.1 原电池161

6.2 电极电势163

6.2.1 电极电势的产生163

6.2.2 电极电势的测定163

6.2.3 影响电极电势的因素165

6.3 电极电势的应用169

6.3.1 计算原电池的电池电动势169

6.3.2 比较氧化剂和还原剂的相对强弱171

6.3.3 判断氧化还原反应进行的方向172

6.3.4 确定氧化还原反应进行的限度174

6.4 元素电势图和电势-pH图176

6.4.1 元素电势图及其应用176

6.4.2 电势-pH图178

思考题180

习题181

元素化学篇

第7章 元素概述1877.1 元素的发现和分类187

7.2 元素在自然界中的分布和存在形态188

7.3 单质的物理性质和化学性质189

7.3.1 单质的物理性质189

7.3.2 单质的化学性质193

7.4 单质的制取方法196

思考题197

习题198

第8章 s区和p区元素选述199

8.1 s区元素选述199

8.1.1 氢199

8.1.2 碱金属和碱土金属元素的化合物202

8.1.3 锂、铍的特殊性与对角线规则207

8.2 p区元素选述208

8.2.1 p区非金属元素的单质208

8.2.2 p区非金属元素的重要化合物211

8.2.3 p区非金属元素的含氧酸及其盐218

8.2.4 稀有气体元素229

8.2.5 p区金属元素的单质230

8.2.6 p区金属元素化合物的酸碱性232

8.2.7 p区金属元素的重要化合物233

思考题235

习题236

第9章 d区和ds区元素选述239

9.1 d区元素的通性239

9.1.1 d区元素原子结构的特征239

9.1.2 d区元素的性质239

9.2 钛和钛的重要化合物241

9.2.1 钛的性质和用途242

9.2.2 钛的重要化合物242

9.3 铬、钼、钨及其重要的化合物244

9.3.1 铬、钼、钨的性质和用途244

9.3.2 铬、钼、钨的重要化合物244

9.4 锰和锰的重要化合物248

9.4.1 锰的性质和用途248

9.4.2 锰的重要化合物248

9.5 铁系元素及其重要的化合物251

9.5.1 铁系单质的性质和用途251

9.5.2 铁系元素的重要化合物251

9.6 铂系元素255

9.6.1 铂系单质的性质255

9.6.2 铂和钯的重要化合物256

9.7 ds区元素选述257

9.7.1 铜(I)和铜(II)的互相转化257

9.7.2 汞(I)和汞(II)的相互转化258

9.7.3 ds区元素与s区元素的对比259

思考题260

习题261

第10章 f区元素选述263

10.1 镧系元素263

10.1.1 镧系元素的通性263

10.1.2 镧系元素的重要化合物266

10.1.3 稀土元素的分离267

10.2 锕系元素268

10.2.1 锕系元素的通性268

10.2.2 锕系元素的重要化合物269

10.3 核化学简介270

思考题273

习题273

知识扩展篇

第11章 化学热点知识简介27711.1 纳米技术简介277

11.1.1 纳米技术的由来和发展277

11.1.2 纳米技术的学科领域278

11.1.3 纳米技术的产品领域280

11.1.4 纳米材料的特性281

11.2 绿色化学281

11.2.1 绿色化学的产生及其背景281

11.2.2 绿色化学的概念282

11.2.3 绿色化学的应用原则282

11.2.4 绿色化学的发展前景283

11.2.5 低碳生活284

11.3 温室效应和臭氧层破坏285

11.3.1 温室效应285

11.3.2 臭氧层破坏286

11.4 等离子体和离子液体287

11.5 因特网与化学信息检索290

第12章 化学基础知识的延伸与应用293

12.1 配位场理论简介293

12.2 晶体的缺陷295

12.2.1 晶体缺陷的几种类型295

12.2.2 晶体缺陷对物质性质的影响296

12.3 酸碱溶剂、正负和软硬理论简介298

12.3.1 酸碱溶剂理论298

12.3.2 酸碱正负理论299

12.3.3 软硬酸碱理论299

12.4 水体污染及其处理300

12.5 电解及其应用和金属的腐蚀与防护303

12.5.1 电解及其应用303

12.5.2 金属的腐蚀与防护307

12.5.3 化学电源实例308

12.6 人体中的化学元素310

12.6.1 元素在人体健康中的重要作用311

12.6.2 人体中的常量元素311

12.6.3 人体中必需的微量元素313

12.6.4 人体中的有害元素314

12.6.5 结论315

12.7 物质的化学组成316

12.7.1 配合物的类型316

12.7.2 团簇317

12.7.3 金属有机化合物318

12.7.4 高分子化合物318

12.7.5 自由基和生物大分子319

附录321

附录A 常用国际单位制321

附录B 一些基本的物理化学常数322

附录C 标准热力学数据（298.15K, 100kPa) 322

附录D 常用弱酸和弱碱的解离常数325

附录E 常见难溶电解质的溶度积327

附录F 某些配位个体的稳定常数329

附录G 常用标准电极电势（298.15K) 331

附录H 化学家简介334

参考文献343

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