無機化學

時代在前進，科學在迅猛發展。如何更好地反映化學學科發展的新成就，使化學的教學更能適應化學可學性和新世紀人才培養的需要，是高等學校的使命和目標。隨着高等學校教學改革的進一步深入，專業培養計劃總學時的減少，化學學科課程的學時數減少勢不可擋，對老師的教和學生的學帶來很大的衝擊，無機化學教學面臨的問題更為嚴重。無機化學是化學化工類和一些非化學化工專業（環境、生物、材料、輕工、食品等）學生入校後的第一門化學基礎課，《無機化學》教材的質量直接影響到學生的學習積極性和學習效率。同時無機化學課的教學還起到承前啓後的作用，一方面承擔和啓發學生從中學到大學學習方法和思維方式的過渡，另一方面好的無機化學教材是學生學好大學化學課程的重要保證。

現今無機化學教材種類繁多，但存在的不足是教材內容與講課學時不匹配，造成學生負擔過重。為了適應新時代發展的需要，全面培養和提升學生的綜合素質和創新能力，為社會培養有用人才，我們特編寫了本教材。

本書編寫人員都來自無機化學教學第一線，多年來他們一直承擔無機化學教學工作，同時又都工作在科研第一線，使新編《無機化學》既注重經典化學理論的教學，又能使基礎化學知識與現代科研成果緊密地結合起來。本書在汲取國內外同類教材優點的同時還具有以下特點。

1注重教材的可讀性和可講授性。教材內容由淺入深，循序漸進，讓學生能讀懂，便於自學。例如，在原子結構一章中，內容編寫以史話方式，遵循從德謨克里特的原子概念、道爾頓的原子論、湯姆遜的均勻模型、盧瑟福的行星模型、玻爾的原子理論到現代量子力學模型的原子結構認識過程。同時引入有關原子結構的相關概念和理論，使枯燥的內容具有可讀性和可講授性。

2.一條主線貫穿教材始終。長期以來人們總認為無機化學的內容比較分散，不易系統掌握。本書把結構因素（原子結構、分子結構、晶體結構）—化學平衡（電離平衡、沉澱平衡、氧化還原平衡和配位平衡）—元素部分連成一線，圍繞主線精編各章內容，闡述物質的性能與其結構之間的關係。從而使學生能以一個整體思想來學習無機化學，更容易理解和掌握。

3.適應學科發展，適當更新教材內容。教材給人們的印象如果是一成不變，也就無法調動教師和學生的教學積極性。為適應時代發展的需要，本書在重視基礎教學內容的同時，還特別注意無機化學中不斷出現的新理論、新反應和新方法，及時反映無機化學前沿領域的新成果。例如，在晶體結構一章，比較詳細地介紹晶體的生長、結構、晶體性能與其結構的關係以及實際中的應用。

4.密切聯繫生產生活實際，拓展學生的知識面。引入周圍的實際事例到新編教材，有助於學生建立應用的概念，提高學生學習的積極性。元素部分列舉了一些實例，使理論知識和現實問題的解決相結合。

5.學科前沿內容的引入。學生最感興趣的是新東西，新編教材本着這一思路引入學科前沿內容。配位化學是無機化學的一個重要分支，元素部分把配位化學理論貫穿始終。

6.本書以60學時的理論教學為基點，可以根據不同的教學要求做相應的調整，既能適應短學時無機化學教學的要求，又能滿足較長學時（例如70學時）教學的需要。書中標有“”號的為選學內容。

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本書根據大學本科無機化學教學的基本要求編寫，共13章，包括化學結構的基本原理（原子結構、分子結構、晶體結構）、化學反應與化學平衡（電離平衡、沉澱溶解平衡、氧化還原平衡和配位平衡）及元素化學的基本知識，在充分體現無機化學課程的系統性、基礎性的同時，也注重對無機化學的應用和發展加以適當介紹。

本書可供高等學校化學化工類、材料類、食品類、輕工類、冶金類、生物工程等專業作為教材使用，亦可作為相關專業的教學參考書。 ^[1] 

緒論1

0·1化學的發展和展望1

0·1·1化學在社會發展中的作用和地位1

0·1·2無機化學的發展和展望2

0·2化學的計量4

0·2·1物質的量4

0·2·2濃度5

0·2·3理想氣體狀態方程、分壓和分壓定律5

思考題7

習題8

1原子結構與元素週期系9

1·1原子結構的認識歷程9

1·1·1經典的原子核模型9

1·1·2氫原子光譜的玻爾模型9

1·2量子力學模型對核外電子運動狀態的描述11

1·2·1核外電子運動的波粒二象性11

1·2·2核外電子運動狀態的近代描述12

1·3原子的核外電子排布15

1·3·1多電子原子的能級15

1·3·2核外電子排布規律17

1·4原子的電子層結構和元素週期系21

1·4·1原子的電子層結構與週期的劃分21

1·4·2原子的電子層結構與族的劃分22

1·4·3原子的電子層結構與元素的分區23

1·5元素通論23

1·5·1元素性質與元素的原子結構23

1·5·2元素的存在及形式28

思考題29

習題30

2分子結構32

2·1化學鍵的發展史32

2·2價鍵理論33

2·2·1共價鍵的形成33

2·2·2價鍵理論的要點33

2·2·3共價鍵的特徵33

2·2·4共價鍵的類型33

2·2·5鍵參數34

2·3雜化軌道理論與分子的幾何構型36

2·3·1雜化軌道理論的要點36

2·3·2s和p原子軌道的雜化37

*2·4價層電子對互斥理論40

2·4·1價層電子對互斥理論的要點40

2·4·2預言分子的幾何構型40

*2·5分子軌道理論43

2·5·1分子軌道理論的要點44

2·5·2分子軌道的形成44

2·5·3分子軌道的能級45

2·5·4分子軌道理論的應用實例46

2·6分子間力47

2·6·1分子的極性47

2·6·2分子的極化和變形性48

2·6·3分子間力49

2·7氫鍵及其現代意義51

思考題53

習題54

3晶體結構與性質56

3·1晶體的形成56

3·1·1密堆積形成晶體56

3·1·2鍵連形成晶體59

3·2晶體、晶格與晶胞60

3·3晶胞、粒子與晶體類型61

3·3·1晶胞中的粒子數與晶體化學式61

3·3·2粒子的種類與晶體的類型62

3·4金屬晶體63

3·4·1金屬晶體的結構63

3·4·2金屬鍵63

3·5離子晶體、離子鍵65

3·5·1離子晶體的結構特徵65

3·5·2離子半徑66

3·5·3離子鍵和離子晶體的性質67

3·6離子的極化68

3·6·1離子的極化作用和變形性68

3·6·2離子極化對物質結構和性質的影響70

3·7晶體結構與性能70

3·7·1晶體的宏觀特性70

3·7·2單晶體和多晶體71

3·8晶體結構的轉化與晶體的缺陷71

3·8·1晶體結構的轉化71

3·8·2晶體的缺陷72

思考題72

習題73

4化學反應速率和化學平衡75

4·1化學熱力學初步75

4·1·1熱力學的基本概念和術語75

4·1·2熱力學第一定律77

4·1·3熱化學77

4·1·4化學反應的方向81

4·2化學反應速率83

4·2·1化學反應速率的概念和表示方法84

4·2·2反應速率理論85

4·2·3影響反應速率的因素86

4·3化學平衡90

4·3·1可逆反應與化學平衡90

4·3·2平衡常數90

4·3·3多重平衡規則92

4·3·4有關化學平衡的計算92

4·3·5標準平衡常數與摩爾反應吉布斯函數變的關係93

4·3·6化學平衡移動95

4·4化學反應速率和化學平衡在工業生產

中綜合應用的示例98

思考題99

習題101

5酸鹼和離子平衡104

5·1酸鹼理論104

5·1·1酸鹼的電離理論104

5·1·2酸鹼的質子理論104

5·1·3酸鹼的電子理論107

5·2電解質簡介108

5·2·1電解質的分類108

5·2·2強電解質的電離108

5·3弱電解質的電離109

5·3·1水的電離和溶液的酸鹼性109

5·3·2一元弱酸、一元弱鹼的電離110

5·3·3同離子效應和鹽效應113

5·3·4多元弱酸的電離113

5·4緩衝溶液115

5·4·1緩衝作用原理115

5·4·2緩衝溶液的pH115

5·4·3緩衝容量和緩衝範圍117

5·4·4緩衝溶液的配製和應用117

5·5鹽類的水解118

5·5·1弱酸強鹼鹽的水解118

5·5·2弱鹼強酸鹽的水解119

5·5·3弱酸弱鹼鹽的水解120

5·5·4多元弱酸鹽的水解121

5·5·5影響鹽類水解的因素121

5·6沉澱溶解平衡122

5·6·1溶度積原理122

5·6·2難溶電解質沉澱的生成與溶解124

5·6·3分步沉澱128

5·6·4沉澱的轉化129

思考題129

習題129

6氧化還原反應電化學基礎132

6·1氧化還原反應132

6·1·1氧化態132

6·1·2氧化和還原132

6·1·3氧化還原反應方程式的配平133

6·2原電池135

6·2·1原電池的概念135

6·2·2原電池的表示方法136

6·2·3原電池的電動勢136

6·3電極電勢136

6·3·1金屬電極電勢的產生136

6·3·2電極電勢的確定137

6·3·3能斯特方程138

6·4電極電勢的應用141

6·4·1判斷氧化劑和還原劑的相對強弱141

6·4·2預測氧化還原反應的方向141

6·4·3判斷氧化還原反應的限度142

6·5元素電勢圖144

6·5·1元素電勢圖的表示方法144

6·5·2利用元素電勢圖判斷歧化反應144

6·5·3應用元素電勢圖計算電極電勢145

6·6電化學的應用145

6·6·1電解146

6·6·2化學電源147

6·6·3金屬的腐蝕與防護150

思考題152

習題153

7配位化合物156

7·1配合物的基本概念156

7·1·1配合物的定義156

7·1·2配合物的組成156

7·1·3配合物的化學式和命名157

7·2配合物中的化學鍵模型158

7·2·1價鍵理論158

7·2·2晶體場理論162

7·3配位平衡168

7·3·1配合物的不穩定常數和穩定常數168

7·3·2應用不穩定常數的計算170

7·4配合物的應用172

7·4·1在化學分析中的應用173

7·4·2在冶金工業中的應用173

7·4·3在元素分離中的應用173

7·4·4配位催化173

7·4·5在生物和醫藥方面的應用174

思考題174

習題174

8s區元素177

8·1氫177

8·1·1氫氣的製備177

8·1·2氫氣的性質177

8·1·3氫化物178

8·1·4氫能源179

8·2金屬概論180

8·2·1金屬的分類180

8·2·2金屬的自然存在180

8·2·3金屬的冶煉180

8·2·4合金181

8·3鹼金屬和鹼土金屬182

8·3·1概述182

8·3·2鹼金屬和鹼土金屬元素的單質183

8·4鹼金屬和鹼土金屬的化合物184

8·4·1氧化物184

8·4·2氫氧化物186

8·4·3鹽類187

8·4·4配合物188

8·4·5生命中的鹼金屬與鹼土金屬189

思考題189

習題190

9p區元素(1)191

9·1硼族元素191

9·1·1硼族元素通性191

9·1·2硼及其化合物191

9·1·3鋁及其化合物194

9·2碳族元素196

9·2·1碳族元素通性196

9·2·2碳及其化合物197

9·2·3硅及其化合物200

9·2·4錫、鉛及其化合物202

9·3氮族元素205

9·3·1氮族元素通性205

9·3·2氮及其化合物206

9·3·3磷及其化合物211

9·3·4砷及其化合物214

思考題215

習題216

10p區元素(2)218

10·1氧族元素218

10·1·1氧族元素通性218

10·1·2氧及其化合物218

10·1·3硫及其化合物221

10·2鹵族元素229

10·2·1鹵族元素通性229

10·2·2鹵素的單質229

10·2·3鹵化氫、鹵化物和滷離子的鍵合

方式232

10·2·4鹵素含氧酸233

10·3擬鹵素236

10·3·1擬鹵素的通性236

10·3·2氰及其化合物236

10·3·3氰陰離子的配位方式236

10·4稀有氣體237

10·4·1稀有氣體的存在和分離237

10·4·2稀有氣體的性質和用途237

10·4·3稀有氣體化合物238

思考題239

習題239

11d區元素(1)241

11·1過渡元素的基本性質241

11·1·1過渡元素的電子層結構與性質241

11·1·2氧化態241

11·1·3氧化物及其水合物的酸鹼性243

11·1·4配位性243

11·1·5水合離子的顏色243

11·1·6磁性243

11·1·7催化性244

11·1·8過渡金屬的存在形式與製備方式244

11·2鈦釩245

11·2·1鈦及其化合物245

11·2·2釩及其化合物247

11·3鉻248

11·3·1鉻金屬248

11·3·2鉻(Ⅲ)化合物248

11·3·3鉻(Ⅵ)化合物249

11·3·4鉻的配合物250

11·3·5鉻廢水的處理250

11·4錳251

11·4·1錳金屬251

11·4·2錳(Ⅱ)化合物251

11·4·3錳(Ⅳ)化合物252

11·4·4錳(Ⅵ)和錳(Ⅶ)化合物252

11·4·5錳的配合物253

11·5鐵鈷鎳253

11·5·1鐵系元素的單質253

11·5·2鐵的重要化合物254

11·5·3鈷和鎳的重要化合物256

11·6鉑系元素259

11·6·1鉑系元素的單質260

11·6·2鉑、鈀的重要化合物260

思考題261

習題262

12d區元素(2)264

12·1銅族元素264

12·1·1銅族元素的單質264

12·1·2銅的重要化合物265

12·1·3銀的重要化合物268

12·1·4金的重要化合物269

12·2鋅族元素269

12·2·1鋅族元素的單質269

12·2·2鋅的主要化合物270

12·2·3汞的重要化合物271

12·2·4含鎘、汞廢水的處理273

思考題274

習題275

13f區元素277

13·1鑭系元素277

13·2稀土元素279

13·2·1稀土元素的存在及分組279

13·2·2稀土元素的提取和分離280

13·2·3稀土金屬281

13·2·4稀土元素的重要化合物281

13·2·5稀土元素的應用283

13·3錒系元素284

13·3·1錒系元素的通性284

13·3·2單質285

13·3·3釷和鈾的化合物286

13·4放射性同位素286

13·5原子核反應287

13·5·1放射性蜕變288

13·5·2粒子轟擊原子核288

13·5·3核裂變反應288

13·5·4熱核反應288

習題289

附錄290

附錄Ⅰ有關計量單位290

附錄Ⅱ一些物質的熱力學數據(25℃,100kPa)292

附錄Ⅲ弱酸、弱鹼在水中的電離常數（25℃）298

附錄Ⅳ難溶電解質的溶度積（18～25℃）299

附錄Ⅴ標準電極電勢(25℃)299

附錄Ⅵ一些配離子的不穩定常數(25℃)303

附錄Ⅶ一些無機化合物的商品名或俗名303

附錄Ⅷ本書使用的符號意義305

部分習題參考答案308

索引313

參考文獻321 ^[1]