工科化學

工科化學

《工科化學》是2003年化學工業出版社出版的圖書,作者是江欞。

基本信息


工科化學
所屬類別
教材 >> 本科 >> 本科化學
作者:江欞 主編 邢宏龍 張勇 張群正 副主編
出版日期:2003年8月 書號:7-5025-4250-7
開本:16 裝幀:平膜 版次:1版1次 頁數:672頁

內容簡介


本教材的內容框架由基礎理論、單質與化合物、拓展三部分共22章組成。基礎理論部分由三個模塊組成:(1)物質存在形態和結構——物質的聚集狀態、原子結構、分子結構、晶體結構配合物結構;(2)化學變化的宏觀規律——熱力學第一、第二定律、電化學、化學反應速率和機理、界面現象和膠體分散系統;(3)用宏觀規律處理平衡系統——化學平衡、相平衡、離子平衡、氧化還原平衡和配位平衡,以及建立在平衡基礎上的常規化學分析的原理。單質與化合物部分討論化學分支學科——無機化學、有機化學及高分子化學和物理的內涵。

目錄


緒論1
第一章物質的聚集狀態4
第一節理想氣體4
一、理想氣體4
三、摩爾氣體常數R的求取5
四、分壓定律和分體積定律6
第二節實際氣體8
第三節液體和溶液9
一、液體的蒸發和蒸氣壓9
二、溶液的一般概念10
三、溶液(混合物)濃度的表示方法10
五、亨利定律12
第四節固體12
第五節等離子體及其應用12
科學家道爾頓14
習題14
第二章原子結構和元素周期律16
第一節原子結構理論的發展16
一、含核的原子模型16
二、玻爾的原子模型16
第二節原子的量子力學模型18
一、微觀粒子的運動特徵18
二、核外電子運動狀態的近代描述20
三、原子軌道和電子云的圖像23
第三節多電子原子核外電子的運動狀態
與周期律25
一、多電子原子的原子軌道能級25
二、多電子原子核外電子的分佈及周
期律27
三、元素的原子結構和周期系28
四、原子結構和周期律32
五、原子的電子層結構與元素的分區33
第四節元素的性質與原子結構的關係33
一、原子半徑33
二、元素的電離能I34
三、電子親和能EA35
四、元素的電負性36
五、氧化數37
六、金屬性和非金屬性38
科學家門捷列夫38
習題39
第三章化學鍵與晶體結構41
第一節離子鍵和離子晶體41
一、離子鍵理論41
二、離子晶體43
第二節共價鍵原子晶體45
一、共價鍵的價鍵理論45
二、共價分子的空間構型與雜化軌道
理論49
五、原子晶體(共價晶體)60
第三節分子間力、氫鍵分子晶體60
一、分子的極性和分子的極化61
三、氫鍵64
四、分子晶體65
第四節金屬鍵金屬晶體65
二、能帶理論66
三、金屬晶體68
第五節混合型晶體69
一、層狀結構晶體69
二、鏈狀結構晶體69
第六節離子極化對晶體性質的影響70
一、離子的極化力和變形性70
二、離子極化對化學鍵性質和晶體類
型的影響71
第七節晶體缺陷72
一、整比缺陷72
二、非整比缺陷73
第八節非晶體液晶74
一、非晶體74
二、液晶75
科學家鮑林75
習題76
第四章配位鍵和配位化合物78
第一節配位化合物的基本概念78
一、配位化合物的定義78
二、配合物的組成78
三、配合物的命名80
第二節配合物的化學鍵理論81
一、價鍵理論81
二、晶體場理論85
第三節配合物的應用90
一、在分析化學中的應用90
二、在工業生產中的應用90
三、在生命科學中的應用91
科學家維爾納91
習題92
第一節序言93
第二節熱力學基本概念及術語94
一、系統與環境94
二、系統的性質94
三、狀態與狀態函數95
四、熱力學平衡態95
五、過程與途徑96
六、熱與功96
七、可逆過程98
八、熱力學能U100
第三節熱力學第一定律101
一、能量守恆——熱力學第一定律101
二、封閉系統熱力學第一定律的數
學表達式101
第四節定容熱、定壓熱與焓102
一、定容熱QV與熱力學能U102
二、定壓熱Qp與焓H102
第五節熱容103
一、熱容的定義103
二、熱容與溫度的關係104
三、CpCV的關係105
第六節熱力學第一定律的一些應用105
一、理想氣體的熱力學能和焓105
二、理想氣體的定值過程106
三、理想氣體的絕熱過程106
四、相變過程109
第七節熱化學概論109
一、化學反應方程式110
二、反應進度ξ110
三、物質的標準態及標準摩爾反應焓111
四、定壓反應熱和定容反應熱112
五、蓋斯定律113
第八節熱化學基本數據與反應焓變的
計算114
一、標準摩爾生成焓ΔfHm115
二、由標準摩爾生成焓計算標準摩爾反
應焓115
三、標準摩爾燃燒焓ΔcHm116
四、由標準摩爾燃燒焓計算標準摩爾反
應焓116
五、離子的標準摩爾生成焓117
第九節熱效應與溫度的關係——基爾
霍夫方程117
第十節節流膨脹與焦耳湯姆遜效應119
一、焦耳湯姆遜實驗119
二、節流膨脹的熱力學特徵120
科學家焦耳121
習題121
第一節熱力學第二定律125
一、熱機效率η125
二、熱力學第二定律125
一、卡諾循環126
二、卡諾定理127
第三節熵128
一、熵概念的引入128
三、熵判據130
第四節熵變的計算131
一、簡單狀態變化131
二、相變化133
三、化學變化134
一、熱力學第三定律135
二、規定熵和標準熵Sm(T)135
三、標準摩爾反應熵ΔrSm(T)135
第六節亥姆霍茲函數和吉布斯函數136
一、亥姆霍茲函數A136
二、吉布斯函數G137
三、ΔA和ΔG的計算137
第七節標準摩爾反應吉布斯函數變
ΔrGm139
一、標準摩爾生成吉布斯函數
ΔfGm(T)139
二、ΔrGm的計算139
三、化學反應方向的判據140
第八節熱力學基本方程142
一、熱力學基本方程142
二、U,H,A,G的一階偏導數和
吉布斯亥姆霍茲方程142
三、麥克斯韋關係式143
第九節偏摩爾量143
一、偏摩爾量的定義與物理意義143
二、偏摩爾量的集合公式145
第十節化學勢145
一、化學勢的定義145
二、化學勢判據146
第十一節各種物質的化學勢——逸度和
活度148
一、理想氣體的化學勢148
二、實際氣體的化學勢——逸度f148
三、理想液態混合物的化學勢149
四、真實液態混合物的化學勢——活
度αB150
五、理想稀溶液的化學勢151
六、真實溶液的化學勢154
第十二節稀溶液的依數性155
一、蒸氣壓降低155
二、凝固點降低(不生成固溶體)155
三、沸點升高(溶質不揮發)157
四、滲透壓Π158
科學家吉布斯159
習題160
第七章化學平衡與平衡原理162
第一節吉布斯函數變與化學平衡常數162
一、化學反應的可逆性與化學平衡162
二、各類反應的標準平衡常數163
三、標準平衡常數的物理意義165
四、化學反應的等溫方程式166
第二節化學平衡的移動166
一、濃度對化學平衡的影響166
二、壓力對化學平衡的影響167
三、溫度對化學平衡的影響167
四、催化劑與化學平衡168
第三節有關平衡常數的計算169
一、平衡常數的間接計算169
二、平衡組成的計算170
第四節酸鹼平衡171
二、酸鹼電子理論173
三、酸鹼溶液pH的計算173
四、緩衝溶液177
第五節配位平衡178
一、配離子的標準穩定常數178
二、配離子溶液有關離子濃度的計算179
三、配位解離平衡的移動179
四、EDTA及其配合物的穩定性181
第六節氧化還原平衡184
一、氧化還原的基本概念184
二、氧化還原反應方程式的配平方法184
第七節沉澱溶解平衡185
一、溶度積常數Ksp185
二、溶解度和溶度積的換算185
三、影響難溶電解質溶解度的因素186
四、溶度積規則及應用187
科學家拉瓦錫189
習題190
第八章電化學基礎194
第一節電解質溶液的導電機理及法
拉第定律194
一、電解質溶液的導電機理194
第二節離子的遷移數196
一、遷移數的定義196
二、離子遷移數的測定方法——希托
夫(Hittorf)法197
第三節電導、電導率摩爾電導率198
一、定義198
二、電導的測定199
三、摩爾電導率Λm與濃度c的關係200
四、離子獨立運動定律200
五、電導測定的應用201
第四節電解質的平均離子活度及德拜
休克爾極限公式202
一、平均離子活度和平均離子活度
係數203
二、離子強度I204
三、德拜休克爾極限公式205
第五節可逆電池及其電動勢的測定206
一、可逆電池206
二、電極的類型207
三、電池電動勢E的測定208
第六節原電池熱力學208
一、由可逆電動勢E計算電池反應的
摩爾吉布斯函數變ΔrGm208
二、由原電池電動勢的溫度係數計算
電池反應的摩爾熵變ΔrSm209
三、電池反應的摩爾焓變ΔrHm209
四、原電池可逆放電時的反應熱Qr209
第七節電動勢產生的機理210
一、電動勢產生的機理210
二、液體接界電勢Δφ3210
第八節電極電勢211
一、電極電勢211
二、標準氫電極211
三、參比電極212
四、標準電極電勢E及其測定212
五、影響電極電勢的因素——能斯特
方程212
六、條件電極電勢215
第九節電極電勢和電動勢的應用217
一、判斷原電池的正、負極,計算原
電池的電動勢217
二、計算弱電解質電離常數K217
三、計算難溶電解質溶度積Ksp218
四、電解質溶液平均活度係數γ±和
標準電極電勢E的測定218
五、pH的測定219
六、比較氧化劑和還原劑的相對強弱219
七、判斷氧化還原反應的方向219
八、判斷氧化還原反應進行的程度220
九、元素的標準電勢圖220
第十節濃差電池221
一、電極濃差電池221
二、電解質濃差電池221
第十一節電解222
一、電解現象和電解池222
二、分解電壓222
三、極化和超電勢223
四、電解池中兩極的電解產物224
五、電解的應用225
第十二節金屬的腐蝕與防護225
一、腐蝕的分類及其機理226
二、腐蝕的防護227
科學家阿侖尼烏斯227
習題228
第九章化學分析法232
第一節分析化學概述232
一、定性分析、定量分析、結構分析和
形態分析232
二、常量組分分析、微量組分分析和痕量
組分分析232
三、化學分析和儀器分析232
第二節定量分析中的誤差233
一、基本概念與術語233
二、分析結果的數據處理235
三、有效數字及其運算規則237
第三節滴定分析法概述239
一、滴定分析的基本概念239
二、滴定分析法分類與滴定方式239
三、標準溶液與基準物240
四、滴定分析中的計算241
第四節滴定反應和滴定曲線244
一、常見的滴定反應244
二、滴定曲線和滴定突躍244
第五節滴定終點的確定方法247
一、指示劑法247
第六節滴定分析法的應用249
三、氧化還原滴定法256
第七節重量分析法259
一、沉澱重量法的測定步驟259
二、沉澱的形成過程259
三、影響沉澱純度的因素260
四、沉澱條件的選擇260
五、沉澱重量法分析結果的計算261
科學家諾貝爾262
習題262
第十章相平衡264
第一節相律264
一、基本概念264
二、相律266
三、相律的應用267
第二節單組分系統的相圖267
一、單組分系統的相律分析267
二、水的相圖268
第三節克拉貝龍克勞修斯方程269
一、克拉貝龍方程269
二、克拉貝龍克勞修斯方程270
三、方程的應用271
第四節二組分系統的氣液平衡相圖272
一、二組分系統相圖的相律分析及
分類272
二、液態完全互溶系統的氣液平衡
相圖272
三、部分互溶雙液系的液液和氣液
平衡相圖280
四、液態完全不互溶系統的氣液平衡
相圖282
第五節二組分系統的液固平衡相圖283
一、簡單低共熔混合物的固液平衡
系統283
二、生成化合物的低共熔系統相圖286
三、二組分固態完全互溶和部分互溶系
統的固液平衡相圖287
科學家莫瓦桑288
習題288
第十一章化學動力學292
第一節化學反應的速率293
第二節化學反應的速率方程293
一、基元反應293
二、基元反應速率方程——質量作用
定律294
三、速率方程的一般形式295
四、反應級數與反應分子數295
五、反應速率的測定296
第三節速率方程的積分形式296
一、一級反應296
二、二級反應298
三、零級反應300
第四節速率方程的建立301
一、積分法301
二、微分法301
三、半衰期法302
第五節溫度對反應速率的影響303
一、范特霍夫(vant Hoff)規則303
二、阿侖尼烏斯(Arrhenius)方程303
第六節活化能305
一、活化能Ea305
二、活化能與反應速率306
第七節複雜反應(複合反應)307
一、對行反應307
二、平行反應309
三、連串反應(連續反應)309
第八節複合反應速率的近似處理法310
一、選取控制步驟法311
三、平衡態近似法311
第九節鏈反應312
一、直鏈反應312
二、支鏈反應與爆炸313
第十節反應速率理論簡介315
一、碰撞理論315
二、單分子反應318
第十一節溶液中的反應320
一、“籠(罩)”效應320
二、溶液反應動力學321
三、擴散控制的反應321
四、活化控制的反應321
五、溶劑對溶液反應速率的影響322
第十二節光化學322
二、量子效率323
三、光化學反應動力學323
第十三節催化作用概述324
一、催化劑與催化作用324
二、催化劑的活性與選擇性325
科學家范特霍夫325
習題326
第十二章界面現象和膠體分散系統329
第一節前言329
一、界面現象和膠體分散系統的研究
對象329
二、比表面329
三、分散系統及其分類330
第二節表面張力331
一、表面張力、表面功及表面吉布斯
函數331
二、影響表面張力的因素332
第三節潤濕現象——接觸角和楊氏
方程333
第四節彎曲液面的一些現象334
一、彎曲液面的附加壓力——拉普拉
斯方程334
二、亞穩狀態和新相的生成335
第五節固體表面上的吸附作用338
一、基本概念338
二、等溫吸附339
三、等溫吸附式340
第六節溶液表面的吸附343
一、溶液表面的吸附現象343
二、吉布斯吸附公式344
三、表面活性劑344
第七節膠體系統的製備和性質347
一、膠體系統的製備347
二、膠體系統的光學性質348
三、膠體系統的動力性質348
四、膠體系統的電學性質350
五、憎液溶膠的膠團結構351
第八節膠體系統的穩定與聚沉352
一、膠體系統的穩定——DLVO理論352
二、膠體系統的聚沉353
第九節乳狀液354
一、乳狀液的定義及類型355
二、乳狀液的穩定性355
三、乳狀液的去乳化356
科學家能斯特356
習題357
第十三章單質360
第一節元素的發現、分類及其在自然界
的存在360
一、元素的發現與分類360
二、元素在自然界的分佈361
三、周期表中元素的分類362
四、主族元素的通性362
第二節非金屬單質364
一、非金屬單質的結構364
二、非金屬單質的物理性質367
三、非金屬單質的化學性質367
四、稀有氣體368
第三節金屬單質369
一、金屬元素的性質和用途369
二、金屬的存在與冶鍊370
三、成鹼金屬372
四、輕金屬376
五、過渡元素的通性377
六、稀土金屬378
七、難熔金屬382
八、鐵系金屬386
九、貴金屬388
十、易熔金屬389
科學家居里夫人390
習題391
第十四章無機化合物392
第一節鹵化物392
一、鹵化物的鍵型和晶體結構392
二、鹵化物的性質394
第二節氧化物和氫氧化物396
一、氧化物的分類396
二、氧化物的物理性質396
三、氧化物的酸鹼性397
四、氫氧化物的酸鹼性397
五、氫氧化物的脫水作用399
六、金屬氫氧化物的沉澱和溶解400
第三節硫化物400
一、硫化物概述400
二、硫化物的溶解性400
三、硫化氫402
第四節含氧酸及其鹽402
一、概述402
二、含氧酸及其鹽的氧化還原性403
三、含氧酸酸性強度變化規律404
四、含氧酸及其鹽的熱穩定性404
五、含氧酸鹽的溶解性405
六、碳酸及其鹽405
第五節無機非金屬材料409
一、陶瓷材料409
二、玻璃411
三、水泥411
四、耐火材料411
第六節常見離子的鑒定方法412
一、常見陽離子的鑒定412
二、常見陰離子的鑒定416
科學家戴維417
習題418
第十五章有機化合物421
第一節概述421
一、有機化合物和有機化學421
二、有機化合物的特點421
三、有機化合物的分類421
四、共價鍵的斷裂方式和有機反應
類型422
五、有機化合物的研究程序423
第二節脂肪烴脂環烴423
一、脂肪烴和脂環烴的結構和構造
異構424
二、脂肪烴和脂環烴的命名427
三、脂肪烴的物理性質430
四、脂肪烴和脂環烴的化學性質431
五、共軛效應和共軛系統441
六、共軛二烯烴的性質442
七、脂肪烴和脂環烴的來源和製法444
第三節芳香烴444
一、苯的結構445
二、單環芳烴的命名445
三、單環芳烴的物理性質446
四、單環芳烴的化學性質446
五、苯環上親電取代反應的定位規律449
六、稠環芳烴451
七、芳烴的來源454
第四節有機化合物的結構特徵454
一、構象異構454
二、對映異構456
第五節鹵代烴458
一、鹵代烴的分類和命名458
二、鹵代烴的製法459
三、鹵代烴的物理性質459
四、鹵代烷烴的化學性質459
五、鹵代烯烴和鹵代芳烴464
第六節醇、酚、醚465
一、醇的分類和命名465
二、醇的製法465
三、醇的物理性質466
四、醇的化學性質466
五、酚的分類和命名468
六、酚的製法468
七、酚的物理性質469
八、酚的化學性質469
九、醚的分類和命名471
十、醚的製法471
十一、醚的物理性質472
十二、醚的化學性質472
十三、環醚和冠醚473
第七節醛和酮473
一、醛和酮的分類和命名474
二、醛和酮的製法474
三、醛和酮的物理性質474
四、醛和酮的化學性質475
第八節羧酸及其衍生物480
一、羧酸的分類和命名480
二、羧酸的製法481
三、羧酸的物理性質481
四、羧酸的化學性質482
五、羧酸衍生物的命名484
六、羧酸衍生物的物理性質485
七、羧酸衍生物的化學性質485
第九節硝基化合物和胺488
一、硝基化合物的分類、命名和結構488
二、硝基化合物的物理性質488
三、硝基化合物的化學性質488
四、胺的分類、命名和結構489
五、胺的製法490
六、胺的物理性質490
七、胺的化學性質490
第十節雜環化合物簡介493
一、雜環化合物的分類和命名493
二、雜環化合物的結構494
三、雜環化合物的性質494
科學家格利雅495
習題495
第十六章高分子化合物503
第一節高分子化合物概述503
一、高分子學科的發展背景503
二、高分子化合物的重要作用504
三、高分子學科的研究對象505
四、高分子化合物的基本概念505
五、高分子化合物的基本特點506
六、高分子化合物的分類和命名508
第二節高分子化合物的合成及其
化學反應510
一、高分子化合物的合成510
二、高分子化合物的化學反應515
第三節高分子化合物的結構與性
能的關係517
二、高分子結構及其對性能的影響517
三、高分子形態及其對性能的影響519
四、凝聚態結構及其對性能的影響521
第四節其他重要的高分子化合物523
二、生物高分子化合物524
科學家弗洛里525
習題525
第十七章現代分析測試技術527
第一節儀器分析方法簡介527
一、儀器分析的種類527
二、儀器分析的特點528
第二節電化學分析法529
一、電勢分析法529
二、電解分析法庫侖分析法531
三、極譜分析法532
第三節光譜分析法533
一、引言533
六、核磁共振譜法545
第四節色譜分析法548
一、色譜法的特點548
二、色譜法的種類548
三、氣相色譜儀549
四、氣相色譜分析550
第五節質譜分析法551
一、基本原理551
二、質譜儀551
三、質譜解析552
四、氣相色譜質譜聯用技術553
第六節掃描電鏡顯微分析簡介553
第七節熱分析555
一、引言555
二、熱重分析555
三、差熱分析556
第八節其他分析測試技術簡介559
一、電子能譜法559
二、熒光光度分析法559
科學家本生559
習題560
第十八章環境與化學563
第一節大氣環境與化學563
一、大氣的性質與化學反應563
二、大氣中污染物的轉化565
第二節水環境與化學567
一、水的組成和性質567
二、水中化合物的遷移和轉化568
第三節土壤環境與化學570
一、土壤的組成570
二、土壤環境的化學性質571
三、重金屬在土壤環境中的遷移轉化572
四、農藥在土壤環境中的遷移、降解
和殘留573
第四節生物圈與環境化學574
一、生物對環境元素的吸附和富集575
二、污染物質在生物體內的轉化576
科學家奧斯瓦爾德577
習題578
第十九章材料與化學579
第一節引言579
第二節金屬材料579
一、輕質合金580
二、形狀記憶合金580
三、貯氫合金580
四、金屬磁性材料580
第三節新型無機非金屬材料581
一、特種陶瓷581
二、激光晶體583
第四節有機高分子材料583
一、工程塑料584
三、高技術和高分子材料586
第五節複合材料587
一、纖維增強塑料複合材料587
三、碳纖維增強碳基複合材料588
第六節納米材料588
一、納米材料及其特性588
二、納米技術的應用588
科學家施陶丁格590
習題591
第二十章信息與化學592
第一節引言592
第二節半導體593
一、半導體的分類和導電性593
二、硅半導體材料的製備595
三、砷化鎵半導體材料的製備596
第三節光導纖維598
一、光導纖維的種類和特性598
二、光導纖維的製備599
第四節感測器601
一、感測器的定義和功能601
科學家普朗克603
習題603
第二十一章能源與化學604
第一節能源與社會進步604
一、能源的基本概念和分類604
二、能源與社會進步604
第二節化石燃料605
一、煤與潔凈煤技術605
二、石油天然氣607
第三節化學電源607
一、電池概述607
二、原電池(一次電池)608
四、鋰電池609
五、貯備電池簡介610
六、燃料電池610
第四節核能611
第五節氫能611
一、氫氣的製備612
二、氫的輸送與貯存613
三、氫化學能的利用613
第六節太陽能614
一、太陽能熱利用614
二、太陽電池615
第七節生物質能615
一、生物質能概述615
二、生物質的利用616
科學家侯德榜617
習題618
第二十二章生命與化學619
第一節生命的元素620
一、生命元素定義及分類620
二、生命元素的生物功能620
第二節生命的物質基礎——生物大分子622
二、糖類622
三、脂類622
四、蛋白質623
五、酶625
六、核酸625
第三節新陳代謝629
一、物質代謝629
二、能量代謝和生物氧化631
三、代謝調控631
第四節疾病與藥物設計631
一、抗生素與結構改造631
二、阿司匹林與植物葯633
三、逆轉錄病毒和抗艾滋病藥物633
四、癌基因與反義藥物634
科學家梅里菲爾德635
習題635
附錄1一些重要的物理常數636
附錄2某些氣體的定壓熱容與溫度的
關係636
附錄3某些物質的標準摩爾生成焓、
標準摩爾生成吉布斯函數、標
准摩爾熵及摩爾定壓熱容637
附錄4常見弱酸和弱鹼的解離
平衡常數640
附錄5常見配離子的穩定常數和
不穩定常數641
附錄6常見難溶和微溶電解質的
溶度積常數642
附錄725℃時在水溶液中一些電
極的標準電極電勢643
附錄8常用的指示劑644
附錄81常用金屬指示劑644
附錄82常用酸鹼指示劑的變色范
圍和理論變色點645
附錄83常用混合指示劑的變色范
圍和理論變色點645
附錄84常用氧化還原指示劑的條
件電極電勢及顏色變化646
附錄9常見化合物的相對分子質量646
主要參考文獻648
部分習題答案或解題思路649