基礎化學

基礎化學課程是根據小學教育(理科方向)專科專業培養目標和課程設置的規定而開設的重要基礎課程。化學，是現代自然科學的基礎學科之一，是現代從事理科教育工作者知識結構的重要組成部分。因此，《基礎化學》是小學教育(理科方向)大專必修的重要基礎課程。通過學習，使學生了解和掌握有關的化學基本知識、基本原理及基本實驗技能，了解這些知識、理論和技能的應用，培養分析和解決涉及化學實際問題的能力，為今後的學習和工作打下一定的基礎。《基礎化學》將無機化學與分析化學的基本內容統一編排，按分化學原理與元素化學兩部分進行介紹，化學原理部分包括化學熱力學，四大化學平衡(酸鹼平衡、沉澱溶解平衡、氧化還原平衡、配位平衡)及與之相應的容量分析，分析化學中的誤差理論，物質結構(原子結構、分子結構)；元素化學部分包括單質和化合物的性質及結構，常見離子的分離與鑒定。

《基礎化學》可作為高等學校化工、製藥、材料和環境工程等專業的本科生教材，也可供相關技術人員參考。

第1部分 化學原理

第1章 氣體1

1.1 理想氣體狀態方程1

1.1.1 波義耳定律1

1.1.2 蓋·呂薩克定律1

1.1.3 化合體積定律和阿伏加德羅定律2

1.1.4 理想氣體狀態方程2

1.1.5 氣體常數3

1.2 理想氣體混合物4

1.2.1 道爾頓分壓定律4

1.2.2 阿馬格分體積定律5

思考題6

習題6

第2章 化學反應的方向8

2.1 化學反應中的能量關係8

2.1.1 熱力學中常用的術語8

2.1.2 熱力學第一定律12

2.1.3 常見化學反應的過程13

2.1.4 化學反應熱效應14

2.1.5 熱效應的計算16

2.2 化學反應的方向20

2.2.1 焓變判據20

2.2.2 熵變判據21

2.2.3 吉布斯自由能變判據25

思考題27

習題28

第3章 化學反應的限度31

3.1 化學反應限度的判據31

3.1.1 摩爾反應吉布斯自由能與化學平衡31

3.1.2 化學平衡常數32

3.2 標準平衡常數的應用34

3.2.1 非平衡狀態化學反應的方向34

3.2.2 化學平衡組成及理論轉化率的計算35

3.3 化學平衡的移動37

3.3.1 濃度對化學平衡的影響37

3.3.2 壓力對化學平衡的影響38

3.3.3 溫度對化學平衡的影響40

3.3.4 呂·查德理原理41

思考題41

習題43

第4章 定量分析概論45

4.1 定量分析中的誤差45

4.1.1 誤差的分類及產生的原因45

4.1.2 誤差的減免方法46

4.1.3 測定結果的準確度與精密度47

4.1.4 隨機誤差的正態分佈50

4.1.5 可疑測定值的取捨方法52

4.2 有效數字及運算規則54

4.2.1 有效數字的意義及位數54

4.2.2 有效數字修約規則55

4.2.3 有效數字的運算規則55

4.2.4 有效數字的運算規則的應用56

4.3 滴定分析法概論56

4.3.1 滴定分析法簡介56

4.3.2 標準溶液58

4.3.3 滴定分析的計算60

思考題65

習題67

第5章 酸鹼平衡69

5.1 電解質溶液69

5.1.1 強電解質溶液69

5.1.2 弱電解質溶液71

5.2 酸鹼理論72

5.2.1 酸鹼理論的發展72

5.2.2 酸鹼質子理論73

5.3 水的離解平衡75

5.3.1 水的離子積75

5.3.2 水溶液中的酸鹼性和pH值75

5.4 弱酸、弱鹼的離解平衡76

5.4.1 分子型弱酸、弱鹼的離解平衡76

5.4.2 離子型弱酸、弱鹼的離解平衡81

5.5 緩衝溶液85

5.5.1 同離子效應86

5.5.2 緩衝溶液的組成及緩衝作用86

5.5.3 緩衝溶液pH值的計算87

5.5.4 緩衝溶液的緩衝容量和緩衝範圍87

5.5.5 緩衝溶液的選擇和配製89

思考題90

習題91

第6章 酸鹼滴定法93

6.1 酸鹼指示劑93

6.1.1 酸鹼指示劑的變色原理93

6.1.2 指示劑的變色範圍及變色點93

6.1.3 混合指示劑95

6.1.4 幾點注意事項96

6.2 酸鹼滴定法的基本原理96

6.2.1 強鹼（酸）滴定強酸（鹼）96

6.2.2 強鹼（酸）滴定一元弱酸（鹼）99

6.2.3 多元酸（鹼）的滴定102

6.3 酸鹼標準溶液的配製與標定103

6.4 酸鹼滴定的應用104

思考題107

習題108

第7章 沉澱？溶解平衡110

7.1 溶度積原理110

7.1.1 溶度積110

7.1.2 溶度積與溶解度110

7.2 沉澱溶解平衡的移動111

7.2.1 同離子效應111

7.2.2 鹽效應112

7.2.3 酸效應112

7.2.4 配合效應112

7.3 溶度積規則及應用112

7.3.1 溶度積規則112

7.3.2 沉澱生成113

7.3.3 沉澱溶解114

7.3.4 分步沉澱116

7.3.5 沉澱的轉化117

思考題117

習題119

第8章 沉澱滴定法120

8.1 概述120

8.2 莫爾法120

8.2.1 基本原理120

8.2.2 滴定條件120

8.2.3 方法特點及應用範圍122

8.3 佛爾哈德法122

8.3.1 直接滴定法測定Ag+122

8.3.2 返滴定法測定鹵素離子123

8.3.3 佛爾哈德法特點及應用範圍124

8.4 法揚司法124

8.4.1 基本原理124

8.4.2 滴定條件125

8.4.3 方法特點及應用範圍125

思考題125

習題126

第9章 氧化還原反應及電化學基礎127

9.1 氧化還原反應的基本概念127

9.1.1 氧化數127

9.1.2 氧化還原反應128

9.1.3 氧化還原反應方程式配平128

9.2 原電池131

9.2.1 原電池組成和原電池符號131

9.2.2 電極類型132

9.2.3 電池電動勢133

9.2.4 電池電動勢與電池反應吉布斯自由能的關係133

9.2.5 標準電動勢與電池反應平衡常數134

9.3 電極電勢134

9.3.1 電極電勢的產生134

9.3.2 標準電極電勢135

9.3.3 標準電極電勢計算137

9.4 影響電極電勢的因素138

9.4.1 能斯特(Nernst)方程138

9.4.2 濃度對電極電勢的影響139

9.4.3 酸度對電極電勢的影響141

9.5 電極電勢及電池電動勢的應用141

9.5.1 電極電勢應用141

9.5.2 電池電動勢應用143

9.6 元素電勢圖145

9.7 水的電勢?pH圖146

思考題147

習題148

第10章 氧化還原滴定法151

10.1 氧化還原平衡151

10.1.1 式量電勢(條件電勢)151

10.1.2 影響條件電勢的因素及條件電勢的計算152

10.1.3 氧化還原反應進行的程度153

10.2 氧化還原反應速率及影響因素154

10.3 氧化還原滴定曲線及終點的確定155

10.3.1 氧化還原滴定曲線的計算155

10.3.2 氧化還原指示劑157

10.4 氧化還原滴定法中的預處理158

10.4.1 常用的氧化劑158

10.4.2 常用的還原劑159

10.5 氧化還原滴定法的應用160

10.5.1 高錳酸鉀法160

10.5.2 碘法162

10.5.3 其他氧化還原滴定法165

10.6 氧化還原滴定結果的計算166

思考題168

習題168

第11章 原子結構170

11.1 原子的玻爾模型171

11.1.1 經典物理學局限性171

11.1.2 氫原子光譜172

11.1.3 氫原子的玻爾模型173

11.2 原子的量子力學模型174

11.2.1 微觀粒子的波粒二象性174

11.2.2 微觀粒子測不準關係175

11.2.3 波函數和薛定諤方程176

11.2.4 原子核外電子運動狀態177

11.2.5 波函數和電子云的空間圖形180

11.3 多電子結構和元素周期律182

11.3.1 屏蔽效應和鑽穿效應182

11.3.2 鮑林近似能級圖184

11.3.3 多電子原子的核外電子排布規律185

11.3.4 原子核外電子排布與元素周期律187

11.4 主要原子參數及其變化規律189

11.4.1 原子半徑189

11.4.2 電離能191

11.4.3 電子親和能192

11.4.4 電負性193

思考題193

習題195

第12章 分子結構197

12.1 離子鍵理論197

12.1.1 離子鍵的形成197

12.1.2 離子的特徵199

12.1.3 離子晶體201

12.1.4 離子極化作用204

12.2 共價鍵理論205

12.2.1 價鍵理論206

12.2.2 雜化軌道理論210

12.2.3 價電子對互斥理論215

12.2.4 分子軌道理論218

12.2.5 原子晶體222

12.3 金屬鍵理論222

12.3.1 改性共價鍵理論222

12.3.2 金屬能帶理論223

12.3.3 金屬晶體224

12.4 分子間作用力225

12.4.1 分子的極性與變形性226

12.4.2 分子間作用力227

12.4.3 氫鍵229

12.4.4 分子晶體230

思考題230

習題231

第13章 配位化合物233

13.1 基本概念233

13.1.1 配合物的組成233

13.1.2 配合物的命名235

13.1.3 螯合物236

13.1.4 新型配合物236

13.2 配合物的空間構型和磁性238

13.2.1 配合物的空間構型238

13.2.2 配合物的磁性238

13.3 配合物的化學鍵理論239

13.3.1 價鍵理論239

13.3.2 晶體場理論244

13.4 配合物的穩定性249

13.4.1 配位平衡和平衡常數249

13.4.2 影響配位化合物穩定性的因素251

13.4.3 配位平衡的移動253

13.5 配合物的應用255

13.5.1 在分析化學中的應用255

13.5.2 在工業生產中的應用257

13.5.3 在生命科學中的作用257

13.5.4 與生物化學的關係258

思考題259

習題260

第14章 配合滴定法262

14.1 EDTA及EDTA配合物的特點263

14.1.1 EDTA的性質263

14.1.2 金屬?EDTA配合物的特點264

14.2 外界條件對EDTA與金屬離子配合物穩定性的影響265

14.2.1 EDTA的酸效應與酸效應係數αY(H)266

14.2.2 金屬離子M的副反應與副反應係數266

14.2.3 配合物MY的副反應與副反應係數267

14.2.4 條件穩定常數K′穩268

14.3 滴定曲線269

14.3.1 曲線繪製269

14.3.2 影響配合滴定突躍大小的因素270

14.3.3 金屬離子被準確滴定的條件271

14.3.4 配合滴定中酸度的控制272

14.4 金屬指示劑273

14.4.1 金屬指示劑的作用原理273

14.4.2 金屬指示劑必須具備的條件274

14.4.3 金屬指示劑的配製274

14.4.4 常見金屬指示劑275

14.5 混合離子的滴定277

14.5.1 控制溶液的酸度進行分別滴定277

14.5.2 利用掩蔽和解蔽的方法278

14.5.3 其他配合劑的應用280

14.6 配合滴定的方式和應用280

14.6.1 配合滴定方式280

14.6.2 配合滴定結果的計算282

思考題283

習題284

第2部分 元素化學

第15章 主族金屬元素（一）286

15.1 s區元素概述286

15.2 鹼金屬287

15.2.1 鹼金屬單質的物理化學性質287

15.2.2 鹼金屬的氫化物289

15.2.3 鹼金屬的氧化物289

15.2.4 鹼金屬的氫氧化物291

15.2.5 鹼金屬重要鹽類的性質292

15.2.6 鹼金屬配位化合物292

15.3 鹼土金屬292

15.3.1 鹼土金屬單質的物理化學性質292

15.3.2 鹼土金屬的氫化物293

15.3.3 鹼土金屬的氧化物294

15.3.4 鹼土金屬的氫氧化物294

15.3.5 鹼土金屬的鹽類295

15.3.6 鹼土金屬配位化合物295

15.4 鋰、鈹的特殊性296

15.4.1 對角線規則296

15.4.2 鋰的特殊性及鋰、鎂的相似性296

15.4.3 鈹的特殊性及鈹、鋁的相似性296

15.5 鹼金屬和鹼土金屬的生物效應297

15.5.1 鹼金屬的生物效應297

15.5.2 鹼土金屬的生物效應297

思考題298

習題299

第16章 主族金屬元素(二)301

16.1 p區元素概述301

16.2 鋁301

16.2.1 鋁的物理化學性質301

16.2.2 氧化鋁和氫氧化鋁302

16.2.3 鋁鹽303

16.3 錫、鉛304

16.3.1 錫和鉛的物理化學性質305

16.3.2 錫和鉛的氧化物和氫氧化物305

16.3.3 錫和鉛的化合物307

16.3.4 錫(Ⅱ)的還原性和Pb(Ⅳ)的氧化性308

16.4 砷、銻、鉍309

16.4.1 砷、銻、鉍的物理化學性質309

16.4.2 砷、銻、鉍的氧化物和氧化物的水合物310

16.4.3 砷、銻、鉍的化合物311

思考題313

習題313

第17章 非金屬元素316

17.1 概述316

17.1.1 單質316

17.1.2 化合物317

17.2 鹵素319

17.2.1 鹵素單質的物理化學性質320

17.2.2 鹵化氫和氫鹵酸323

17.2.3 鹵化物、鹵素互化物和多鹵化物326

17.2.4 鹵素的氧化物、含氧酸和鹽329

17.2.5 擬鹵素334

17.3 氧族元素335

17.3.1 氧族元素的通性335

17.3.2 氧和臭氧337

17.3.3 硫及其化合物340

17.3.4 硒、碲及其化合物350

17.4 氮族元素353

17.4.1 氮及其化合物353

17.4.2 磷及其化合物363

17.5 碳、硅、硼372

17.5.1 碳、硅、硼的物理化學性質373

17.5.2 碳的氧化物、含氧酸和鹽375

17.5.3 硅的氧化物、含氧酸和鹽377

17.5.4 硼的氧化物、氫化物、含氧酸和鹽379

17.6 氫和稀有氣體382

17.6.1 氫382

17.6.2 稀有氣體384

思考題387

習題387

第18章 過渡元素（一）389

18.1 過渡元素概述389

18.2 鈦副族390

18.2.1 鈦的物理化學性質390

18.2.2 鈦的氧化物和鈦酸鹽391

18.2.3 鈦的鹵化物392

18.2.4 鋯和鉿的重要化合物393

18.3 釩副族393

18.3.1 釩族元素的物理化學性質394

18.3.2 釩族元素的重要化合物395

18.4 鉻副族396

18.4.1 鉻的物理化學性質397

18.4.2 鉻(Ⅲ)的化合物398

18.4.3 Cr(Ⅵ)化合物401

18.4.4 鉬和鎢的重要化合物404

18.5 錳副族406

18.5.1 錳的物理化學性質407

18.5.2 Mn(Ⅱ)的化合物407

18.5.3 Mn(Ⅳ)的化合物408

18.5.4 Mn(Ⅵ)和Mn(Ⅶ)的化合物409

18.5.5 鍀和錸的重要化合物411

18.6 鐵系元素412

18.6.1 鐵系元素單質的物理化學性質413

18.6.2 鐵系元素的氧化物和氫氧化物414

18.6.3 鐵鹽、鈷鹽和鎳鹽415

18.6.4 鐵系元素的配合物417

18.7 鉑系元素422

18.7.1 鉑系元素單質的重要物理化學性質422

18.7.2 鉑系元素的重要化合物423

18.8 稀土元素和鑭系元素424

18.9 錒系元素簡介430

思考題431

習題432

第19章 過渡元素(二)436

19.1 銅副族元素436

19.1.1 銅副族元素單質的物理化學性質437

19.1.2 銅副族元素的氧化物和氫氧化物438

19.1.3 銅副族元素的化合物439

19.1.4 銅副族元素的配合物443

19.1.5 銅(Ⅰ)與銅(Ⅱ)的相互轉化444

19.2 鋅副族元素445

19.2.1 鋅副族元素單質的物理化學性質446

19.2.2 鋅副族元素的氧化物和氫氧化物448

19.2.3 鋅副族元素的化合物450

思考題453

習題454

第20章 常見離子的分離和鑒定456

20.1 定性分析概述456

20.1.1 鑒定反應和鑒定反應的條件456

20.1.2 鑒定反應的靈敏度和選擇性457

20.1.3 空白試驗和對照試驗458

20.1.4 分別分析和系統分析459

20.2 常見陽離子的分析和鑒定459

20.2.1 陽離子與常用試劑的反應459

20.2.2 陽離子的系統分析方法463

20.3 常見陰離子的分析和鑒定476

20.3.1 陰離子的初步檢驗476

20.3.2 陰離子的鑒定477

思考題480

習題481

附錄483

參考文獻507