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大學化學概況與特色 大學化學框架 第一章物質結構基礎 第二章化學反應的能量 第三章化學平衡和化學反應速率 第四章溶液與膠體 第五章電化學基礎 本教材是在 厚基礎 寬口徑 重實踐 的教學模式指導下 許多教師長期教學經(jīng)驗和反復探索而編成的 大學化學概況與特色 全書有兩大部分 基礎部分 拓展部分 各專業(yè)的必修內容 則可根據(jù)專業(yè)的不同特點選擇講授或在教師指導下由學生自學 基礎部分包括 物質結構基礎化學反應中的能量化學平衡和化學反應速率溶液和溶膠電化學基礎 這一部分注重基礎性 系統(tǒng)性 完整性 拓展部分包括 化學與能源化學與工程材料化學與生命化學與環(huán)境 試圖分析化學在上述的學科領域中的滲透和應用 為學生提供獨特的化學視角 內容上力求體現(xiàn)出常識性 趣味性和前沿性 編寫中 注意了下述問題的正確處理 1 簡化了理論要求 適當降低了計算的難度和復雜性 化學熱力學中刪去了Gibbs函數(shù)的導出 著重強調了狀態(tài)函數(shù)的應用 刪去了分子軌道理論和與此相關的固體能帶理論 如在物質結構簡化了波函數(shù)的角度分布和徑向分布及其圖像 直接用量子數(shù)說明 2 努力做到基礎性和應用性 系統(tǒng)性和前沿性的有機結合 即強化必要的基礎 突出理論 規(guī)律的應用 適當反映當代化學的新發(fā)展和新成就等前沿性內容 如飛秒化學 綠色化學 人類基因計劃 DNA指紋鑒定 等離子體 激光材料和納米材料 等等 3 本教材以現(xiàn)行的中學化學和物理教學大綱為起點 做好與其銜接的工作 如酸堿理論中簡介了 質子理論 后 仍然以中學化學中的 水 離子理論 為基礎進行討論 4 教材中每章前都有 內容提要和基本要求 學生學習時目標明確 大致內容清楚 便于預習和復習 也有利于自學能力的訓練和培養(yǎng) 5 每章后設置 閱讀材料 是同類教材中最早的 也是教材的一大特色 這些內容力爭文字流暢 生動 目的是活躍思維 開拓視野 增加新的知識 6 編寫了 大學化學要點與題解 制作多媒體課件和網(wǎng)絡可件等配套教學輔助資料 實現(xiàn)了多媒體教學手段 1 1原子結構的近代概念1 2原子核外電子的排布和元素周期律1 3化學鍵和分子構型1 4共價分子的空間構型1 5分子間力和氫鍵1 6晶體結構 第一章物質結構基礎 1 1原子結構的近代概念 1 1 1 經(jīng)典原子模型1 1 2 原子結構的近代概念1 1 3原子軌道和電子云1 1 4多電子原子中軌道的能級 1 1 1 經(jīng)典原子模型 1 J Dalton原子模型 2 J J Thomson的 浸入式 原子模型 3 E Ruthorford的 含核 原子模型 4 Bohr原子模型 1 1 2 原子結構的近代概念 1 波粒二相性2 運動的統(tǒng)計性 1 1 3原子軌道和電子云 1 波函數(shù)和原子軌道2 四個量子數(shù)3 波函數(shù)與電子云 1 1 4多電子原子中軌道的能級 能級排列屏蔽效應鉆穿效應能級交錯 1 2原子核外電子的排布和元素周期律 1 2 1核外電子排布的規(guī)則 Pauli 泡利 不相容原理 能量最低原理 Hund 洪特 規(guī)則1 2 2核外電子構型與元素周期律1 2 3原子結構與元素周期表的關系1 2 4元素性質變化的周期性 1 2 4元素性質變化的周期性 1 原子半徑共價半徑金屬半徑范德華半徑2 電離能 I 3 電子親和能 EA 4 電負性 Kai 5 氧化數(shù) 1 3化學鍵和分子構型 化學上將原子 或離子 間相互結合的強烈作用力稱為化學鍵 由于元素的電負性不同 相互形成的化學鍵有多種類型 通常有離子鍵 共價鍵 金屬鍵等 也不能用一種理論解釋 1 3 1離子鍵1 3 2共價鍵 1離子鍵 1 離子鍵的形成2 離子鍵的特征3 離子極化 2共價鍵 1 價鍵理論 2 雜化軌道理論 3 配位鍵 1 價鍵理論 1 形成2 共價鍵的特性3 共價鍵的類型4 價鍵理論存在的問題 2 雜化軌道理論 1 Pauling提出了雜化軌道理論 2 常見的雜化軌道及空間構型 3 非等性雜化 3 配位鍵 1 配合物的組成2 配合物的命名 1 4分子的空間構型 共價鍵型簡單分子 ABn 價層電子對互斥理 VSEPR法 1 5分子間力和氫鍵 1 5 1分子的極性1 5 2分子間力 VanderWaals力1 5 3氫鍵 4氫鍵 1 形成的條件 2 氫鍵的類型 3 氫鍵的性質 4 氫鍵對物性的影響 1 6 1晶體和非晶體1 6 2晶體的基本類型1 6 3實際晶體1 6 4液晶 1 6晶體結構 1 6 1晶體和非晶體 1 晶體與非晶體的特性比較2 晶體的內部結構 1 晶體與非晶體的特性比較 單晶體 多晶體 微晶 非晶體 2 1基本概念 2 2熱力學第一定律 2 5Gibbs函數(shù) 2 4熵與熵變 第二章化學反應的能量 2 3焓與Hess定律 2 1基本概念 1系統(tǒng)與環(huán)境2狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)3過程與途徑 2 2熱力學第一定理 數(shù)學表達式 U Q W 內能功和熱 功 體積功W體 P外 V非體積功 有用功 W 只作體積功 不做有用功時 第一定理可寫為 U Q P外 VQ P V 可逆過程 2 3焓與Hess定律 2 3 1焓2 3 2焓的性質2 3 3化學反應熱效應2 3 4化學反應熱效應的計算2 3 5Hess定律2 3 6Hess定律的應用 恒壓熱效應Qp 恒容熱效應Qv 2 3 3化學反應熱效應 2 3 4化學反應熱效應計算 1 熱力學標準態(tài)2 熱化學方程式3 標準生成焓4 標準燃燒焓5 化學反應焓的計算 2 4熵與熵變 1 自發(fā)過程2 混亂度與熵3 化學反應自發(fā)的判據(jù) 2 混亂度與熵 1 混亂度2 熵的定義3 熵的性質4 標準摩爾熵5 標準態(tài)下反應的熵變 2 5Gibbs函數(shù) 1 Gibbs函數(shù)的定義2 Gibbs函數(shù)的物理意義3 Gibbs函數(shù)判據(jù)4 化學反應的Gibbs函數(shù)變5 Gibbs函數(shù)的應用 4化學反應中 rG 的計算 1 標準狀態(tài)下 rG 的計算 2 非標準狀態(tài)下 rG 的計算 1 利用 fG 計算 rG i fG i fG 生成 fG 反應 2 利用等溫方程式 rG T rH T T rS T計算 1 標準狀態(tài)下 rG 的計算 2 非標準狀態(tài)下 化學反應的自由焓變計算 rGT rG T 2 303RTlgQ式中R 8 314J mol K Q為反應商 對于反應aA aq dD l eE g zZ s Q PE P e CA C a 5Gibbs函數(shù)的應用 1 判斷反應的方向和限度2 判斷物質的穩(wěn)定性3 估計反應進行的溫度4 設計耦合反應 第三章化學平衡和化學反應速率 3 1化學平衡3 2化學平衡系統(tǒng)的計算3 3化學反應速率3 4幾種特殊的化學反應 3 1化學平衡 3 1 1分壓定律3 1 2非標準態(tài)反應Gibbs函數(shù)變3 1 3化學平衡3 1 4多重平衡法則 3 2化學平衡系統(tǒng)的計算 3 2 1標準平衡常數(shù)的計算3 2 2平衡系統(tǒng)中系統(tǒng)各物質的量及轉化率的計算3 2 3化學平衡的移動 3 2 3化學平衡的移動 濃度對化學平衡的影響壓力對化學平衡的影響溫度對化學平衡的影響 LeChatelier原理 如果改變平衡體系的條件之一 如濃度 壓力或溫度等 平衡就會向減弱這個改變的方向移動 3 3化學反應速率 3 3 1化學反應速率的表示 3 3 2濃度對化學反應速率的影響3 3 3溫度對化學反應速率的影響3 3 4催化劑對化學反應速率的影響3 3 5幾類特殊的化學反應 3 3 2 濃度對化學反應速率的影響 1 基元反應 2 質量作用定律 3 反應級數(shù) 3 3 3 溫度對化學反應速率的影響 1 溫度對化學反應速率的影響規(guī)律阿侖尼烏斯 Arrhenius 公式 2 碰撞理論 3 過渡態(tài)理論 3 3 4 催化劑對化學反應速率的影響 催化劑與催化作用單相催化與多相催化 3 4幾種特殊的化學反應 多相反應鏈反應光化學反應 4 1分散系4 2溶液4 3水溶液中的平衡 第四章溶液與膠體 4 1分散系 1 溶液2 溶膠3 濁液 4 2 1稀溶液的通性4 2 2水的解離和水溶液的pH 4 2溶液 4 2 1稀溶液通性 難揮發(fā)非電解質稀溶液的通性其它類型溶液的通性 依數(shù)性 難揮發(fā)非電解質稀溶液的通性 1 溶液的蒸氣壓下降2 溶液的沸點升高和凝固點下降3 具有一定的滲透壓 3 具有一定的滲透壓 1 滲透現(xiàn)象2 滲透壓3 滲透現(xiàn)象及應用 其它類型溶液的通性 依數(shù)性 1 難揮發(fā)非電解質濃溶液 2 電解質溶液的依數(shù)性 4 2 2 水的解離和溶液pH值 1 水的離解2 pH函數(shù)3 水溶液的酸堿性 4 3 水溶液中的平衡 4 3 1 酸堿理論4 3 2 單相離子平衡4 3 3 多相離子平衡4 3 4 配位平衡 4 3 1 酸堿理論 1 阿累尼烏斯 Arrhenius 酸堿電離理論 2 布朗斯特酸堿質子理論 3 路易斯 Lewis 酸堿電子理論 1 弱電解質溶液中的解離平衡2 同離子效應3 緩沖溶液 4 3 2 單相離子平衡 4 3 3多相離子平衡 1 溶度積與溶解度2 溶度積規(guī)則3 溶度積的應用 1 溶度積與溶解度 1 多項離子平衡2 K SP與S的關系 3 溶度積的應用 1 沉淀的生成2 沉淀的溶解3 沉淀的轉化 3 4配位平衡 1 配離子的離解平衡2 配合物的應用 5 1氧化還原反應5 2原電池5 3電極電勢5 4原電池熱力學5 5電解與電化學技術5 6金屬的腐蝕與防護 第五章電化學基礎 5 1氧化還原反應 1 氧化還原反應2 氧化還原電對3 氧化還原反應式的配平 5 2原電池 5 2 1原電池5 2 2電極及其分類 5 2 1原電池 1 原電池及其構成2 原電池的符號表示 5 3電極電勢 5 3 1 電極電勢的產(chǎn)生5 3 2 標準電極電勢5 3 3 Nernst方程式 5 3 3 Nernst方程式 1 Nernst方程式2 應用Nernst方程式注意事項3 Nernst方程式說明 5 4原電池熱力學 一 可逆電池二 電池電動勢與反應Gibbs函數(shù)變三 氧化還原反應中的化學平衡四 電極電勢的應用 一 可逆電池 1 可逆電池2 不可逆電池 二 電池電動勢與反應Gibbs函數(shù)變 對于電池反應 Gm We nFE可得出 Gm nFE G m nFE 上式對于電極反應也適應 三 氧化還原反應中的化學平衡 當T 298K時 由 G m nFE 得 四 電極電勢的應用 1 裝置原電池并計算電池的電動勢2 確定氧化劑 還原劑的相對強弱3 判斷氧化還原反應進行的方向4 判斷氧化還原反應進行的限度 5 5電解與電化學技術 一 電解裝置與原理二 電解產(chǎn)物的判斷三 電化學技術 二 電解產(chǎn)物的判斷 1 分解電壓與超電壓2 影響電解產(chǎn)物的因素及規(guī)律A 因素B 規(guī)律 三 電化學技術 1 電鍍2 電拋光3 電解加工4 鋁陽極氧化 5 6金屬的腐蝕與防護 一 化學腐蝕二 電化學腐蝕三 金屬的防蝕 二 電化學腐蝕 1 電化學腐蝕2 腐蝕電池分類a 宏觀電池b 微觀電池 b 微觀電池 微觀電池無明顯分立的兩極 肉眼不能分辨 特點 1 形成的微電池數(shù)目 電極多 兩極間的距離近 2 腐蝕速率很快 腐蝕程度嚴重分類 根據(jù)在陰極上獲得電子的物質的不同又可分成析氫腐蝕吸氧腐蝕差異充氣腐蝕 三 金屬的防蝕 1 改善金屬的本質2 形成保護層3 改善腐蝕環(huán)境4 電化學保護法5 腐蝕的應用 4 電化學保護法 犧牲陽極保護法外加電流法