大學化學及實驗

本書是按照《化學基礎課程教學基本要求》編寫，是面向高等學校非化學化工類專業大學化學課程的新形態教材。本書保留了第二版的主要框架體系和特點，落實“立德樹人”理念，融入課程思政育人元素。全書共8章，包括化學熱力學，化學反應動力學，水溶液中的離子平衡，氧化還原反應與電化學，物質結構基礎，分析化學中常見的分離、分析方法，化學實驗基礎知識，大學化學實驗。前6章為理論部分，第7、8章為實驗部分。其中理論部分包含兩大知識模塊：第1～5章是大學化學的基本理論，第6章是化學中的分離、分析方法。本書是集理論、應用、實驗於一體的大學化學教學改革教材。 ^[2] 

第三版前言

第一版前言

第1章 化學熱力學 1

1.1 基本概念 1

1.1.1 系統和環境 1

1.1.2 相和態 2

1.1.3 狀態與狀態函數 2

1.1.4 系統的性質 3

1.2 熱力學第一定律 3

1.2.1 熱力學第一定律的內容 3

1.2.2 功和熱 4

1.3 化學反應的熱效應 4

1.3.1 等容反應熱QV 4

1.3.2 等壓反應熱Qp 5

1.3.3 焓 5

1.3.4 熱力學標準態 5

1.3.5 熱化學反應方程式 6

1.3.6 單質和化合物的標準摩爾生成焓 6

1.3.7 赫斯定律 6

1.3.8 化學反應標準摩爾反應焓的計算 8

1.3.9 化學反應熱的應用 10

1.4 化學反應進行的方向 10

1.4.1 焓變與化學反應進行的方向 11

1.4.2 熵、熵變與化學反應進行的方向 11

1.4.3 功與化學反應進行的方向 14

1.4.4 吉布斯函數變與化學反應進行的方向 14

1.5 化學反應的限度—化學平衡 18

1.5.1 平衡常數 19

1.5.2 標準平衡常數的計算 20

1.5.3 化學平衡的移動—影響化學平衡的因素 22

閲讀材料 24

思考題與習題 29

第2章 化學反應動力學 32

2.1 化學反應速率 32

2.1.1 化學反應進度 32

2.1.2 化學反應速率的表示和測定 33

2.2 影響化學反應速率的因素 34

2.2.1 濃度對化學反應速率的影響 34

2.2.2 温度對化學反應速率的影響 37

2.2.3 反應速率理論 39

2.2.4 催化劑對化學反應速率的影響 40

閲讀材料 41

思考題與習題 46

第3章 水溶液中的離子平衡 47

3.1 酸鹼理論的發展簡介 47

3.2 酸鹼質子理論 48

3.2.1 酸鹼的定義 48 ^[2] 

3.2.2 酸鹼反應的實質 49

3.2.3 酸鹼的強弱 49

3.3 弱電解質的解離平衡 50

3.3.1 水的解離平衡 50

3.3.2 一元弱酸、弱鹼的解離平衡 52

3.3.3 多元弱酸、弱鹼的解離平衡 54

3.4 緩衝溶液 55

3.4.1 緩衝溶液的概念 55

3.4.2 緩衝溶液作用原理 55

3.4.3 緩衝溶液pH的計算 56

3.4.4 緩衝溶液的性質 58

3.4.5 緩衝溶液的配製 59

3.4.6 緩衝溶液在血液中的應用 61

3.5 沉澱溶解平衡 61

3.5.1 溶度積和溶解度 62

3.5.2 溶度積規則及其應用 63

閲讀材料 67

思考題與習題 70

第4章 氧化還原反應與電化學 73

4.1 氧化還原反應 73

4.1.1 基本概念 73

4.1.2 氧化還原反應方程式的配平 74

4.2 原電池 75

4.2.1 原電池的組成 75

4.2.2 電極反應 75

4.3 電極電勢 76

4.3.1 電極電勢的產生 76

4.3.2 標準電極電勢 76

4.4 能斯特方程 77

4.4.1 電極電勢的計算 77

4.4.2 原電池電動勢的計算 78

4.5 電極電勢的應用 78

4.5.1 判斷氧化劑、還原劑的相對強弱 78

4.5.2 判斷氧化還原反應進行的方向 79

4.5.3 計算氧化還原反應進行的程度 80

4.5.4 元素電勢圖及應用 80

4.6 化學電源 82

4.6.1 乾電池 82

4.6.2 蓄電池 83

4.6.3 新型燃料電池 84

4.6.4 海洋電池 84

4.6.5 高能電池 84

4.6.6 鋰離子電池 85

4.7 電解及其應用 85

4.7.1 電解 85

4.7.2 電解的應用 86

4.8 金屬的腐蝕與防護 86

4.8.1 腐蝕的發生 86

4.8.2 金屬的防護 91

閲讀材料 94

思考題與習題 97

第5章 物質結構基礎 99

5.1 原子結構 99

5.1.1 原子結構的近代理論 99

5.1.2 微觀粒子運動的特徵 100

5.1.3 單電子原子的量子力學描述 101

5.1.4 多電子原子結構和元素週期律 106

5.1.5 元素性質的週期性 109

5.2 化學鍵與分子結構 113

5.2.1 化學鍵 113

5.2.2 分子間力 122

5.2.3 氫鍵 123

5.3 晶體結構基礎 124

5.3.1 晶體的特徵 124

5.3.2 晶體的類型 124

5.3.3 晶體缺陷 126

閲讀材料 126

思考題與習題 128

第6章 分析化學中常見的分離、分析方法 130

6.1 分析化學簡介 130

6.1.1 分析化學的任務和作用 130

6.1.2 分析方法的分類 131

6.1.3 分析方法的選擇 132

6.1.4 分析化學的發展 133

6.2 分析過程概述 134

6.2.1 試樣的採集與製備 134

6.2.2 試樣的預處理 135

6.2.3 測定和分析結果的計算與評價 136

6.3 常見分離方法 137

6.3.1 沉澱分離法 137

6.3.2 溶劑萃取分離法 139

6.3.3 離子交換法 141

6.3.4 色譜分離法 143

6.3.5 毛細管電泳 151

6.3.6 新型萃取分離方法簡介 153

閲讀材料 160

思考題 162

第7章 化學實驗基礎知識 163

7.1 化學實驗室規則 163

7.1.1 化學實驗課基本要求 163

7.1.2 實驗室事故的處理和急救常識 164

7.1.3 實驗室廢物處理 164

7.1.4 化學實驗室安全 165

7.1.5 實驗預習報告和實驗報告 165

7.2 化學實驗中常用儀器的介紹和主要儀器的使用 167

7.2.1 化學實驗常用儀器介紹 167

7.2.2 主要儀器的使用 170

7.3 化學實驗的基本操作 174

7.3.1 試劑的取用 174

7.3.2 滴定 176

7.3.3 分離和提純 178

第8章 大學化學實驗 182

8.1 基礎實驗部分 182

實驗一 粗鹽的提純與純度檢驗 182

實驗二 乙酸解離度和解離常數的測定—pH法 184

實驗三 酸鹼反應與緩衝溶液 186

實驗四 配合物與沉澱溶解平衡 188

實驗五 氧化還原反應 191

8.2 開放實驗 194

實驗六 環保手工皂的製作 194

實驗七 奇妙的化學“溶洞” 196

實驗八 從柑橘皮中提取果膠 197

實驗九 玫瑰精油的提取 198

8.3 趣味實驗 199

實驗十 化學振盪反應 199

實驗十一 人造“琥珀” 200

思考題與習題參考答案 202

參考文獻 213

附錄 214

附錄1 一些基本物理常數 214

附錄2 常見物質的標準摩爾生成焓、標準摩爾生成吉布斯函數及標準摩爾熵（298.15K） 214

附錄3 弱酸在水中的解離常數（298.15K） 218

附錄4 弱鹼在水中的解離常數（298.15K） 220

附錄5 金屬離子與EDTA配合物的lgKf（298.15K） 221

附錄6 標準電極電勢（298.15K） 221

附錄7 部分氧化還原電對的條件電極電勢（298.15K） 224

附錄8 難溶化合物的溶度積常數（298.15K） 226 ^[2]