大學化學（羅潔）

《大學化學》緊扣非化學化工類專業(yè)大學化學課程的教學目標要求，第1～4章論述化學反應的基本原理、溶液與離子平衡、電化學基礎(chǔ)、物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)等化學基本理論知識；第5～8章融入了與化學學科聯(lián)系緊密的化學與材料、化學與能源、化學與安全、化學與環(huán)境等內(nèi)容，旨在提升學生的化學素養(yǎng)，了解化學在社會發(fā)展和科技進步中的作用，樹立學生保護環(huán)境的思想和意識；為了加深學生對理論知識的理解，教材中編入8個大學化學選做實驗。本教材重視理論聯(lián)系實際，突出化學基礎(chǔ)知識的具體應用，關(guān)注化學在工程技術(shù)中應用的新成就及環(huán)境污染等問題。
《大學化學》可作為高等學校非化學化工類各專業(yè)的教材，也可供工程技術(shù)人員參考。

羅潔，河南科技大學化學化工學院副教授，南京理工大學博士畢業(yè)，主要進行高分子材料、光催化材料方向的研究，在國內(nèi)期刊發(fā)表論文10余篇，參與多項省級項目和課題。長期擔任《儀器分析》、《大學化學B》等課程的主講工作。

根據(jù)國家對“新工科”人才的培養(yǎng)目標要求，針對工科非化學化工類專業(yè)“大學化學”課程學時少、內(nèi)容涉及面廣等特點，結(jié)合開設(shè)大學化學課程各專業(yè)的實際需求，我們編寫了本教材。編寫中，在內(nèi)容組織上力求點面結(jié)合，體現(xiàn)差異，希望能為非化學化工類各專業(yè)學生提供一本適合他們自身情況的教材。
本教材包括九部分內(nèi)容：化學反應的基本原理、溶液與離子平衡、電化學原理與應用、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、化學與材料、化學與能源、化學與安全、化學與環(huán)境、大學化學選做實驗。
教材的編寫體現(xiàn)以下幾個特點：
1.著重闡明化學基本概念和基本理論，簡化化學計算和實際測量，增加化學與材料、化學與能源、化學與安全、化學與環(huán)境等內(nèi)容，體現(xiàn)教材的知識性和應用性，使學生更多地了解化學與其他學科相互交叉滲透和相互促進的密切關(guān)系。
2.內(nèi)容安排上先論述化學基礎(chǔ)理論，隨后是化學與其他相關(guān)學科專題部分，既保持了化學知識的系統(tǒng)性，又便于學生開拓視野、開發(fā)思維。這樣的安排可使學生在學習基本化學理論知識的基礎(chǔ)上，應用相應的化學知識、化學思維去了解學習其他學科。
3.內(nèi)容涵蓋面寬，涉及多個學科知識，可供不同非化學化工類專業(yè)學生選用，也使授課教師在教學過程中具有更大的靈活性。
本書由羅潔、鄭英麗和李平擔任主編。第1、4、5、6、8章由李平、鄭英麗執(zhí)筆，第2、3、7章由羅潔、劉紅宇執(zhí)筆，緒論和附錄由谷廣娜執(zhí)筆，大學化學選做實驗由汪小偉執(zhí)筆，全書由馬軍營審閱修改。
本書在出版過程中得到了河南科技大學化學化工學院的支持，教材編寫時參考了兄弟院校的同類教材和其他公開出版的書籍，在此表示深切的謝意。
限于編者水平和經(jīng)驗，書中難免出現(xiàn)不妥、不足之處，敬請同行批評指正，同時歡迎廣大讀者多提寶貴意見和建議。

編者
2024年4月于洛陽

緒論1
0.1化學的概念1
0.2化學的發(fā)展2
0.3學習大學化學的意義5
0.4大學化學課程的內(nèi)容7
0.5大學化學課程的學習方法7

第1章化學反應的基本原理8
1.1化學反應基本概述8
1.1.1物質(zhì)的量8
1.1.2化學反應進度9
1.1.3系統(tǒng)和環(huán)境10
1.1.4相10
1.1.5狀態(tài)函數(shù)11
1.1.6熱力學能11
1.2恒壓熱效應與焓變12
1.2.1恒壓熱效應12
1.2.2焓與焓變13
1.2.3反應的標準摩爾焓變13
1.2.4反應的標準摩爾焓變的計算14
1.3化學反應的方向15
1.3.1自發(fā)過程與非自發(fā)過程15
1.3.2自發(fā)反應方向的判斷標準16
1.3.3熵和熵變16
1.3.4吉布斯函數(shù)與吉布斯函數(shù)變18
1.3.5過程自發(fā)方向的判斷18
1.3.6吉布斯函數(shù)變的計算19
1.4化學平衡23
1.4.1化學平衡和平衡常數(shù)23
1.4.2化學平衡的移動25
1.5化學反應速率28
1.5.1濃度對反應速率的影響29
1.5.2溫度對反應速率的影響30
1.5.3活化能31
1.5.4催化劑對反應速率的影響32
習題33

第2章溶液與離子平衡36
2.1溶液的通性36
2.1.1溶液的蒸氣壓下降36
2.1.2溶液的沸點升高和凝固點降低38
2.1.3滲透壓39
2.1.4稀溶液的依數(shù)性40
2.2弱電解質(zhì)的解離平衡40
2.2.1酸堿概念40
2.2.2弱電解質(zhì)在水溶液中的解離平衡42
2.2.3緩沖溶液及其應用46
2.3難溶電解質(zhì)的多相離子平衡51
2.3.1溶度積51
2.3.2溶度積和溶解度的關(guān)系52
2.3.3溶度積規(guī)則53
2.3.4溶度積規(guī)則的應用53
2.4配位平衡57
2.4.1配合物的組成和命名57
2.4.2配離子的解離平衡58
2.4.3配位平衡的移動59
2.5表面活性劑60
2.5.1表面張力與表面活性劑60
2.5.2表面活性劑的特點和分類61
2.5.3表面活性劑的作用原理62
2.5.4表面活性劑的作用63
2.5.5表面活性劑的應用65
習題66

第3章電化學原理與應用69
3.1氧化還原反應69
3.1.1氧化還原反應的基本概念69
3.1.2氧化還原反應的配平70
3.2原電池72
3.2.1原電池的組成72
3.2.2原電池的電池符號72
3.2.3電極類型73
3.3電極電勢74
3.3.1電極電勢的產(chǎn)生74
3.3.2標準氫電極和標準電極電勢75
3.3.3能斯特方程76
3.3.4電極電勢的影響因素78
3.4電極電勢在化學上的應用79
3.4.1比較氧化劑和還原劑的相對強弱79
3.4.2判斷原電池的正負極和計算電動勢80
3.4.3判斷氧化還原反應進行的方向81
3.4.4判斷氧化還原反應進行的程度81
3.5化學電池82
3.5.1化學電池的分類和組成82
3.5.2原電池83
3.5.3蓄電池84
3.5.4燃料電池86
3.5.5車載動力電池86
3.5.6太陽能電池87
3.6電解與污染治理89
3.6.1電解現(xiàn)象和電解池89
3.6.2電解的應用89
3.6.3電化學治理污染90
3.7金屬的腐蝕和防護91
3.7.1金屬腐蝕的分類91
3.7.2金屬腐蝕的防護91
習題92

第4章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)95
4.1原子結(jié)構(gòu)95
4.1.1氫原子光譜95
4.1.2玻爾理論96
4.2核外電子運動的特殊性96
4.2.1微觀粒子的波粒二象性96
4.2.2海森堡測不準原理97
4.2.3微觀粒子運動的統(tǒng)計性規(guī)律97
4.3核外電子運動狀態(tài)的描述97
4.3.1薛定諤方程97
4.3.2波函數(shù)與原子軌道98
4.3.3波函數(shù)的角度分布圖99
4.3.4電子云的角度分布圖100
4.3.5四個量子數(shù)100
4.4多電子原子結(jié)構(gòu)103
4.4.1原子的軌道能級圖103
4.4.2核外電子排布的原則105
4.4.3核外電子排布式和價電子層排布式106
4.5原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期表的關(guān)系110
4.5.1電子層結(jié)構(gòu)與周期的關(guān)系110
4.5.2電子層結(jié)構(gòu)與族的關(guān)系110
4.5.3電子層結(jié)構(gòu)與元素分區(qū)的關(guān)系111
4.6元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系111
4.6.1原子半徑111
4.6.2電離能113
4.6.3電子親和能114
4.6.4電負性115
4.7化學鍵與分子結(jié)構(gòu)116
4.7.1離子鍵理論116
4.7.2共價鍵理論119
4.7.3雜化軌道理論122
4.7.4鍵參數(shù)126
4.8分子間力和氫鍵127
4.8.1分子間力127
4.8.2氫鍵130
4.9晶體結(jié)構(gòu)簡介132
4.9.1晶體的特征132
4.9.2晶體的基本類型133
習題136

第5章化學與材料139
5.1概述139
5.2金屬材料140
5.2.1金屬單質(zhì)140
5.2.2合金140
5.3無機非金屬材料143
5.3.1傳統(tǒng)的無機材料143
5.3.2先進的無機材料145
5.4有機高分子材料147
5.4.1高分子化合物概述147
5.4.2塑料151
5.4.3合成橡膠152
5.4.4合成纖維153
5.4.5功能高分子155
5.4.6復合材料157
5.4.7高分子材料的老化與防老化160
習題161

第6章化學與能源162
6.1能源概述162
6.1.1能源的分類162
6.1.2能源中的能量轉(zhuǎn)化163
6.1.3能源利用的發(fā)展史163
6.2常規(guī)能源164
6.2.1煤164
6.2.2石油167
6.2.3天然氣170
6.3新能源170
6.3.1氫能源171
6.3.2太陽能172
6.3.3核能173
6.3.4其他能源175
習題176

第7章化學與安全178
7.1食品安全178
7.1.1營養(yǎng)素178
7.1.2膳食營養(yǎng)平衡181
7.1.3食品添加劑183
7.1.4食品中的有害物質(zhì)及其預防184
7.2用藥安全185
7.2.1藥物的概念185
7.2.2處方藥與非處方藥186
7.2.3常用藥物186
7.3消防安全188
7.3.1燃燒及其必要條件188
7.3.2爆炸極限189
7.3.3滅火原理189
7.3.4常用滅火器材190
習題191

第8章化學與環(huán)境192
8.1大氣污染與保護192
8.1.1大氣圈的結(jié)構(gòu)與組成192
8.1.2大氣污染源與一次污染193
8.1.3二次污染與四大環(huán)境問題196
8.1.4大氣污染的防治198
8.2水體污染及保護199
8.2.1水中的污染物199
8.2.2水體污染的控制與治理202
8.3土壤污染與保護204
8.3.1土壤污染204
8.3.2土壤污染的防治205
8.4綠色化學205
8.4.1綠色化學防止污染的基本原則206
8.4.2原子經(jīng)濟反應206
8.4.3綠色化學的研究內(nèi)容207
8.4.4綠色化學研究實例207
習題208

大學化學選做實驗209
實驗1水的凈化與水質(zhì)檢測209
實驗2含鉻廢水的處理及鉻（Ⅵ）含量的測定214
實驗3食醋中總酸度的測定216
實驗4溶液中的離子平衡217
實驗5氧化還原與電化學220
實驗6金屬的腐蝕與防護222
實驗7淀粉膠黏劑的制備224
實驗8蔬菜中維生素C含量的測定226

附錄228
附錄1我國法定計量單位228
表1國際單位制(SI)的基本單位228
表2包括SI輔助單位在內(nèi)的具有專門名稱的SI導出單位228
表3可與國際單位制單位并用的我國法定計量單位228
表4SI詞頭229
附錄2一些基本物理常數(shù)229
附錄3一些物質(zhì)的標準摩爾生成焓、標準摩爾生成吉布斯函數(shù)和標準摩爾熵數(shù)據(jù)230
附錄4一些水合離子的標準摩爾生成焓、標準摩爾生成吉布斯函數(shù)和標準摩爾熵數(shù)據(jù)232
附錄5一些弱電解質(zhì)在水溶液中的解離常數(shù)233
附錄6一些共軛酸堿的解離常數(shù)233
附錄7一些配離子的穩(wěn)定常數(shù)和不穩(wěn)定常數(shù)233
附錄8一些物質(zhì)的溶度積(25 ℃)234
附錄9標準電極電勢(酸性介質(zhì))235
附錄10標準電極電勢(堿性介質(zhì))236

參考文獻237