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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15

1.3.1 自发过程16

1.3.2 吉布斯自由能17

1.3.3 熵的初步概念19

1.3.4 吉布斯—赫姆霍兹公式及其应用22

科学家吉布斯27

习题27

2 化学反应速率31

2.1 化学反应速率及其表示方法31

2.2 反应速率理论33

2.2.1 碰撞理论33

2.2.2 过渡状态理论34

2.2.3 化学的反应机理35

2.3 影响化学反应速率的因素36

2.3.1 浓度与化学反应速率的关系36

2.3.2 温度与化学反应速率的关系38

2.3.3 催化作用42

2.4 几种类型的反应43

2.4.1 多相反应43

2.4.2 链反应44

2.4.3 光化反应46

飞秒化学先驱泽维尔47

习题48

3 化学平衡51

3.1 平衡常数51

3.1.1 分压定律51

3.1.2 平衡常数53

3.1.3 标准平衡常数K？与△rG？的关系57

3.1.4 标准平衡常数K？与温度的关系59

3.2 弱电解质的电离平衡61

3.2.1 一元弱酸、弱碱的电离平衡61

3.2.2 多元弱酸的电离平衡62

3.2.3 缓冲溶液64

3.2.4 酸碱质子理论66

3.3 沉淀——溶解平衡68

3.3.1 溶度积68

3.3.2 溶度积规则70

3.4 配离子的离解平衡72

3.4.1 配合物的基本概念72

3.4.2 配离子的离解平衡74

3.4.3 配合物的应用76

阿伦尼乌斯——1903年诺贝尔化学奖获得者77

习题78

4 电化学原理及其应用81

4.1 原电池81

4.1.1 原电池81

4.1.2 电极类型82

4.2 电极电势83

4.2.1 电极电势的产生83

4.2.2 电极电势的测量84

4.2.3 影响电极电势的因素85

4.2.4 电动势与吉布斯自由能变的关系88

4.2.5 电极电势的应用88

4.3 化学电源90

4.3.1 蓄电池91

4.3.2 燃料电池91

4.3.3 其他类型电池94

4.4 电解97

4.4.1 电解现象97

4.4.2 电镀100

4.4.3 电抛光及电解加工100

4.4.4 阳极氧化101

4.5 金属的腐蚀与防护102

4.5.1 化学腐蚀与电化学腐蚀102

4.5.2 金属腐蚀的防护104

4.5.3 混凝土的腐蚀与防护106

著名物理化学家能斯特108

习题109

第2篇 物质结构112

5 原子结构与周期系112

5.1 氢原子结构的近代概念112

5.1.1 核外电子运动的特征112

5.1.2 波函数114

5.1.3 电子云119

5.1.4 电子运动状态的完全描述与4个量子数123

5.2 多电子原子中的电子分布和周期系125

5.2.1 核外电子的分布125

5.2.2 原子结构和元素周期表129

5.3 元素基本性质的周期性132

5.3.1 有效核电荷数132

5.3.2 原子半径133

5.3.3 电离能、电子亲合能和电负性136

科学家德布罗意140

习题141

6 化学键与分子结构144

6.1 离子键与离子的结构144

6.1.1 离子键的形成与特性144

6.1.2 离子的电子层结构145

6.2 共价键与分子结构145

6.2.1 价键理论146

6.2.2 杂化轨道与分子的空间构型151

6.2.3 分子轨道理论155

6.3 配位键与配位化合物160

6.3.1 配合物的主要类型160

6.3.2 配合物的价键理论162

6.3.3 新型配合物167

6.4 分子间力和氢键169

6.4.1 分子的极性169

6.4.2 分子间力171

6.4.3 氢键172

6.5 超分子174

二度诺贝尔奖获得者鲍林176

习题177

7 晶体结构180

7.1 晶体的特征180

7.1.1 晶体的基本特征180

7.1.2 点阵（晶格）181

7.2 晶体的基本类型183

7.2.1 离子晶体183

7.2.2 原子晶体185

7.2.3 分子晶体186

7.2.4 金属晶体187

7.2.5 混合键型晶体190

7.3 单质的晶体结构及其物理性质的周期性192

7.3.1 单质的晶体结构192

7.3.2 单质的物理性质195

7.4 晶体的缺陷200

7.4.1 晶体缺陷的种类200

7.4.2 杂质缺陷和信息材料202

7.5 液晶204

7.5.1 液晶的结构204

7.5.2 液晶的性质205

布拉格父子——1915年诺贝尔物理学奖获得者207

习题208

第3篇 化学与工程技术·人类·社会210

8 环境与化学210

8.1 环境污染210

8.1.1 环境与环境污染210

8.1.2 环境保护与可持续发展211

8.2 大气污染及其防治212

8.2.1 我国大气污染概况212

8.2.2 大气圈的组成与结构215

8.2.3 大气的主要污染物217

8.2.4 综合性大气污染现象219

8.2.5 大气污染的防治对策与治理技术226

8.3 水污染及其治理229

8.3.1 评价水质的指标230

8.3.2 水的污染234

8.3.3 工业废水、生活污水的处理原则与方法237

8.3.4 膜分离技术及其在水处理中的应用242

8.4 固体废物的利用与处置246

8.4.1 固体废物的综合利用247

8.4.2 固体废物的最终处置249

8.5 清洁生产与绿色化学250

8.5.1 清洁生产250

8.5.2 绿色化学251

1995年诺贝尔化学奖获得者莫利纳、罗兰、克鲁岑253

习题254

9 能源与化学256

9.1 能源概述256

9.1.1 能源的分类256

9.1.2 能源利用概况257

9.1.3 能源与可持续发展259

9.2 常规能源——煤、石油和天然气260

9.2.1 煤260

9.2.2 石油和天然气266

9.3 核能269

9.3.1 原子核的组成和结合能269

9.3.2 核裂变271

9.3.3 核聚变273

9.3.4 核能的和平利用273

9.4 新型清洁能源274

9.4.1 太阳能和地热能274

9.4.2 氢能276

9.4.3 生物质能279

1931年诺贝尔化学奖获得者伯吉尤斯281

习题281

10 材料与化学283

10.1 重要金属及合金材料283

10.1.1 铝及铝合金283

10.1.2 钛及钛合金284

10.1.3 钒及钒的应用285

10.1.4 铜及铜合金287

10.1.5 稀土金属及应用288

10.2 新型无机材料290

10.2.1 先进陶瓷材料290

10.2.2 纳米材料294

10.2.3 磁性材料296

10.2.4 光导纤维与激光材料298

10.3 有机高分子材料300

10.3.1 高分子化合物概述300

10.3.2 高分子化合物的结构303

10.3.3 高分子化合物的性能308

10.3.4 重要的高分子材料311

10.4 复合材料321

10.4.1 增强材料和基体材料321

10.4.2 重要复合材料及应用323

10.5 润滑油325

10.5.1 润滑油的组成325

10.5.2 润滑油的主要性能和工业质量要求329

10.6 建筑用胶凝材料331

10.6.1 石膏331

10.6.2 水玻璃333

10.6.3 水泥334

高分子化学奠基人施陶丁格336

习题337

11 生命与化学339

11.1 组成生命的基本物质339

11.1.1 蛋白质340

11.1.2 核酸347

11.2 生命活动的基本规律351

11.2.1 分子生物学的中心法则351

11.2.2 DNA的复制352

11.2.3 蛋白质的生物合成352

11.2.4 探索生命起源之谜354

11.3 现代生物技术355

11.3.1 基因工程355

11.3.2 基因组研究356

11.3.3 生物芯片357

11.3.4 干细胞技术357

11.4 微量元素与人体健康358

11.4.1 人体的元素组成358

11.4.2 微量元素的生理功能359

11.4.3 微量元素的相互关系360

分子生物学的奠基人沃森和克里克361

习题362

12 现代分析测试技术365

12.1 色谱分析365

12.1.1 气相色谱分析366

12.1.2 高效液相色谱分析369

12.2 原子发射及原子吸收光谱分析370

12.2.1 原子发射光谱370

12.2.2 原子吸收光谱372

12.3 紫外—可见吸收光谱和红外吸收光谱分析373

12.3.1 紫外—可见吸收光谱374

12.3.2 红外吸收光谱376

12.4 核磁共振波谱分析378

12.4.1 核磁共振波谱分析原理379

12.4.2 核磁共振波谱分析应用381

12.5 质谱分析381

12.5.1 质谱分析的原理381

12.5.2 质谱分析的应用383

12.6 现代显微镜技术383

12.6.1 透射电子显微镜384

12.6.2 扫描电子显微镜384

12.6.3 扫描隧道显微镜385

12.6.4 原子力显微镜385

1985年诺贝尔化学奖获得者豪普特曼、卡尔勒386

习题387

附录388

习题答案401

参考文献407

元素周期表411