工科化學(xué)（第2版）

理  論  篇 第1章　化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 3 1.1　物質(zhì)變化及性質(zhì) 3 1.2　物質(zhì)的構(gòu)成與組成 3 1.2.1　原子、離子、分子 3 1.2.2　元素 6 1.3　物質(zhì)的分類 6 1.3.1　混合物和純凈物 6 1.3.2　單質(zhì)和化合物 7 1.4　化學(xué)用語(yǔ) 8 1.4.1　元素符號(hào)和離子符號(hào) 8 1.4.2　化學(xué)式 9 1.4.3　化合價(jià) 10 1.4.4　電子式 11 1.5　化學(xué)反應(yīng)類型 11 1.6　化學(xué)反應(yīng)方程式 11 1.6.1　化學(xué)反應(yīng)方程式的寫法 11 1.6.2　化學(xué)反應(yīng)方程式的配平 12 1.7　化學(xué)計(jì)算 13 1.7.1　有關(guān)化學(xué)式的計(jì)算 13 1.7.2　有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算 15 1.7.3　有關(guān)溶液的計(jì)算 16 習(xí)題 18 第2章　物質(zhì)的聚集狀態(tài) 25 2.1　氣體 25 2.1.1　理想氣體狀態(tài)方程 25 2.1.2　理想氣體混合物 26 2.1.3　實(shí)際氣體狀態(tài)方程 29 2.2　液體 30 2.2.1　液體的蒸氣壓 30 2.2.2　液體的沸騰 32 2.3　溶液 32 2.3.1　溶液濃度的表示方法 32 2.3.2　溶解度 33 2.3.3　非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性 36 2.4　膠體 39 2.4.1　膠體的制備與凈化 40 2.4.2　膠體的性質(zhì) 41 2.4.3　膠團(tuán)的結(jié)構(gòu) 42 2.4.4　膠體的穩(wěn)定性 43 2.5　固體 43 2.5.1　晶體的特征 44 2.5.2　晶體的微觀結(jié)構(gòu)及分類 45 拓展視野　水的三相點(diǎn) 48 習(xí)題 49 第3章　化學(xué)熱力學(xué) 51 3.1　基本概念 51 3.1.1　系統(tǒng)與環(huán)境 51 3.1.2　狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù) 51 3.1.3　過(guò)程與途徑 52 3.2　熱力學(xué)定律 52 3.2.1　熱和功 52 3.2.2　熱力學(xué)能 53 3.2.3　熱力學(xué)定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 53 3.3　化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng) 53 3.3.1　定容反應(yīng)熱QV 54 3.3.2　焓與定壓反應(yīng)熱Qp 55 3.3.3　QV 與Qp 的關(guān)系 55 3.4　反應(yīng)熱的計(jì)算 56 3.4.1　化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) 56 3.4.2　赫斯定律 57 3.4.3　化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變 （T） 58 3.4.4　物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓 （B, T） 58 3.4.5　物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓 （B, T） 60 3.5　化學(xué)反應(yīng)的方向 61 3.5.1　自發(fā)過(guò)程 61 3.5.2　熵函數(shù) 61 3.5.3　吉布斯函數(shù) 63 3.5.4　化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變 （T） 63 3.5.5　化學(xué)反應(yīng)等溫方程 65 3.6　化學(xué)平衡 66 3.6.1　可逆反應(yīng)與化學(xué)平衡 66 3.6.2　標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 66 3.6.3　標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的應(yīng)用 68 3.6.4　化學(xué)平衡的移動(dòng) 69 拓展視野　太陽(yáng)能分解水制氫 72 習(xí)題 74 第4章　化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 77 4.1　化學(xué)反應(yīng)速率的定義 77 4.2  化學(xué)反應(yīng)速率的測(cè)定 78 4.3  濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 79 4.3.1  一級(jí)反應(yīng) 79 4.3.2  二級(jí)反應(yīng) 81 4.3.3  零級(jí)反應(yīng) 81 4.3.4  反應(yīng)級(jí)數(shù)的測(cè)定 82 4.4  溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 84 4.4.1  阿倫尼烏斯方程 84 4.4.2  阿倫尼烏斯方程的應(yīng)用 85 4.4.3  其他形式的溫度與化學(xué)反應(yīng)速率關(guān)系式 86 4.5  活化能 86 4.5.1  簡(jiǎn)單碰撞理論 86 4.5.2  過(guò)渡狀態(tài)理論 87 4.5.3  活化能對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律 88 4.6  催化劑 88 4.6.1  催化劑的作用機(jī)理和基本特征 89 4.6.2  均相催化劑和多相催化劑 90 4.6.3  酶 92 拓展視野　合成氨工業(yè)史話 92 習(xí)題 94 第5章  水溶液反應(yīng)原理 97 5.1  酸堿平衡 98 5.1.1  酸堿質(zhì)子理論 98 5.1.2  水的解離平衡和溶液的pH 100 5.1.3  弱電解質(zhì)的解離平衡 101 5.1.4  同離子效應(yīng)與緩沖溶液 104 5.2  沉淀溶解平衡 108 5.2.1  溶度積 108 5.2.2  溶度積規(guī)則 109 5.2.3  影響沉淀溶解平衡的因素 110 5.2.4  兩種沉淀之間的平衡 113 5.3  配位平衡 115 5.3.1  配合物 115 5.3.2  配位平衡 118 5.3.3  配位平衡的移動(dòng) 120 5.3.4  配合物的應(yīng)用 121 拓展視野　金屬 - 有機(jī)框架材料 125 習(xí)題 127 第6章  氧化還原反應(yīng)與電化學(xué) 130 6.1  氧化還原反應(yīng) 130 6.1.1  氧化數(shù) 130 6.1.2  氧化與還原 131 6.1.3  氧化還原反應(yīng)方程式的配平 131 6.2  原電池 133 6.2.1  原電池的概念 133 6.2.2  原電池的組成及電極反應(yīng) 134 6.2.3  電極類型 135 6.2.4  原電池符號(hào) 135 6.3  電極電勢(shì) 136 6.3.1  電極電勢(shì)的產(chǎn)生 136 6.3.2  參比電極 137 6.3.3  標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的測(cè)定 139 6.4  電極電勢(shì)的影響因素 140 6.4.1  能斯特方程 140 6.4.2  濃度對(duì)電極電勢(shì)的影響 141 6.4.3  酸堿性對(duì)電極電勢(shì)的影響 142 6.5  電極電勢(shì)的應(yīng)用 143 6.5.1  比較氧化劑和還原劑的氧化還原能力相對(duì)強(qiáng)弱 143 6.5.2  判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向 144 6.5.3  衡量氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的限度 146 6.5.4  元素電勢(shì)圖及其應(yīng)用 147 6.6  電化學(xué)應(yīng)用 149 6.6.1  化學(xué)電源 149 6.6.2  金屬腐蝕與防護(hù) 154 拓展視野　改變世界的鋰離子電池 157 習(xí)題 159 第7章　物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 162 7.1  原子結(jié)構(gòu) 162 7.1.1  原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 162 7.1.2  四個(gè)量子數(shù) 163 7.1.3  原子核外電子的排布 164 7.2  元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 165 7.2.1  元素周期律 165 7.2.2  原子半徑 165 7.2.3  電離能 166 7.2.4  電子親和能 167 7.2.5  電負(fù)性 168 7.3  化學(xué)鍵 169 7.3.1  離子鍵 169 7.3.2  共價(jià)鍵 170 7.3.3  金屬鍵 173 7.4  分子間作用力和氫鍵 176 7.4.1  分子間作用力 176 7.4.2  氫鍵 177 習(xí)題 178 第8章　危險(xiǎn)貨物基礎(chǔ)知識(shí) 179 8.1  危險(xiǎn)貨物的定義、分類及編號(hào) 179 8.1.1  危險(xiǎn)貨物的定義 179 8.1.2  危險(xiǎn)貨物的分類 179 8.1.3  危險(xiǎn)貨物的編號(hào) 180 8.2  危險(xiǎn)貨物的分類標(biāo)準(zhǔn) 181 8.2.1  第1類：爆炸品 181 8.2.2  第2類：氣體 182 8.2.3  第3類：易燃液體 182 8.2.4  第4類：易燃固體、易于自燃的物質(zhì)、遇水放出易燃?xì)怏w的物質(zhì) 182 8.2.5  第5類：氧化性物質(zhì)和有機(jī)過(guò)氧化物 183 8.2.6  第6類：毒性物質(zhì)和感染性物質(zhì) 184 8.2.7  第7類：放射性物質(zhì) 185 8.2.8  第8類：腐蝕性物質(zhì) 185 8.2.9  第9類：雜項(xiàng)危險(xiǎn)物質(zhì)和物品，包括危害環(huán)境物質(zhì) 185 8.3  化學(xué)品的危險(xiǎn)性分類 186 8.4  危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸包裝和危險(xiǎn)性標(biāo)簽 186 8.4.1  危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸包裝 186 8.4.2  危險(xiǎn)性標(biāo)簽 188 習(xí)題 195 第9章　化學(xué)與材料 196 9.1  材料的定義及分類 196 9.2  化學(xué)與材料的關(guān)系 196 9.3  材料的化學(xué)制備方法 196 9.3.1  固相法 197 9.3.2  液相法 198 9.3.3  氣相法 203 9.3.4  等離子體法 205 9.4  材料表面化學(xué)分析 205 9.4.1  表面元素組成及價(jià)態(tài)分析 206 9.4.2  表面鍵合情況分析 208 9.4.3  表面形貌分析 209 9.4.4  表面能的測(cè)定 211 9.4.5  表面電荷的測(cè)定 211 9.5  材料表面化學(xué)改性 212 9.5.1  化學(xué)鍍與電鍍 212 9.5.2  化學(xué)氣相沉積 214 9.5.3  等離子體表面改性 215 9.5.4  表面改性劑改性 216 9.5.5  接枝聚合表面改性 217 習(xí)題 218 實(shí)  驗(yàn)  篇 第10章  化學(xué)實(shí)驗(yàn) 221 10.1  蒸餾和沸點(diǎn)測(cè)定 221 10.1.1  實(shí)驗(yàn)?zāi)康?221 10.1.2  實(shí)驗(yàn)原理 221 10.1.3  實(shí)驗(yàn)儀器和藥品 221 10.1.4  實(shí)驗(yàn)步驟 222 10.1.5  數(shù)據(jù)記錄與處理 222 10.1.6  思考題 223 10.2  電解法測(cè)定阿伏伽德羅常數(shù)及摩爾氣體常數(shù) 223 10.2.1  實(shí)驗(yàn)?zāi)康?223 10.2.2  實(shí)驗(yàn)原理 223 10.2.3  實(shí)驗(yàn)儀器和藥品 223 10.2.4  實(shí)驗(yàn)步驟 224 10.2.5  數(shù)據(jù)記錄與處理 225 10.2.6  思考題 226 10.3  酸度計(jì)的使用——測(cè)量溶液的pH及測(cè)定原電池電動(dòng)勢(shì) 226 10.3.1  實(shí)驗(yàn)?zāi)康?226 10.3.2  實(shí)驗(yàn)原理 226 10.3.3  實(shí)驗(yàn)儀器和藥品 227 10.3.4  實(shí)驗(yàn)步驟 227 10.3.5  數(shù)據(jù)記錄與處理 227 10.3.6  思考題 227 10.4  水硬度的測(cè)定 228 10.4.1  實(shí)驗(yàn)?zāi)康?228 10.4.2  實(shí)驗(yàn)原理 228 10.4.3  實(shí)驗(yàn)儀器和藥品 228 10.4.4  實(shí)驗(yàn)步驟 229 10.4.5  數(shù)據(jù)記錄與處理 229 10.4.6  思考題 230 10.5  銀氨配離子配位數(shù)的測(cè)定 230 10.5.1  實(shí)驗(yàn)?zāi)康?230 10.5.2  實(shí)驗(yàn)原理 230 10.5.3  實(shí)驗(yàn)儀器和藥品 231 10.5.4  實(shí)驗(yàn)步驟 231 10.5.5  數(shù)據(jù)記錄與處理 231 10.5.6  思考題 232 10.6  反應(yīng)級(jí)數(shù)及活化能測(cè)定 232 10.6.1  實(shí)驗(yàn)?zāi)康?232 10.6.2  實(shí)驗(yàn)原理 232 10.6.3  實(shí)驗(yàn)儀器和藥品 233 10.6.4  實(shí)驗(yàn)步驟 233 10.6.5  數(shù)據(jù)記錄與處理 234 10.6.6  思考題 235 10.7  常見(jiàn)陽(yáng)離子的分離和鑒定 235 10.7.1  實(shí)驗(yàn)?zāi)康?235 10.7.2  實(shí)驗(yàn)原理 235 10.7.3  實(shí)驗(yàn)儀器和藥品 236 10.7.4  實(shí)驗(yàn)步驟 236 10.7.5  數(shù)據(jù)記錄與處理 237 10.7.6  思考題 237 10.8  納米銀膠體溶液的制備 238 10.8.1  實(shí)驗(yàn)?zāi)康?238 10.8.2  實(shí)驗(yàn)原理 238 10.8.3  實(shí)驗(yàn)儀器和藥品 238 10.8.4  實(shí)驗(yàn)步驟 238 10.8.5  數(shù)據(jù)記錄與處理 239 10.8.6  思考題 239 附錄A  一些物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì) 240 附錄B  某些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓（298.15 K） 258 附錄C  弱酸、弱堿的解離常數(shù) 259 附錄D  溶度積常數(shù)（298.15 K） 261 附錄E  某些配離子的穩(wěn)定常數(shù)（298.15 K） 263 附錄F  標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表（298.15 K） 265 附錄G  不同溫度下水的飽和蒸氣壓和密度（1 atm） 270 參考文獻(xiàn) 272