大學(xué)化學(xué)（羅潔）

《大學(xué)化學(xué)》緊扣非化學(xué)化工類專業(yè)大學(xué)化學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)要求，第1～4章論述化學(xué)反應(yīng)的基本原理、溶液與離子平衡、電化學(xué)基礎(chǔ)、物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)等化學(xué)基本理論知識(shí)；第5～8章融入了與化學(xué)學(xué)科聯(lián)系緊密的化學(xué)與材料、化學(xué)與能源、化學(xué)與安全、化學(xué)與環(huán)境等內(nèi)容，旨在提升學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)，了解化學(xué)在社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步中的作用，樹立學(xué)生保護(hù)環(huán)境的思想和意識(shí)；為了加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，教材中編入8個(gè)大學(xué)化學(xué)選做實(shí)驗(yàn)。本教材重視理論聯(lián)系實(shí)際，突出化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的具體應(yīng)用，關(guān)注化學(xué)在工程技術(shù)中應(yīng)用的新成就及環(huán)境污染等問題。
《大學(xué)化學(xué)》可作為高等學(xué)校非化學(xué)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(xué)化學(xué)化工學(xué)院副教授，南京理工大學(xué)博士畢業(yè)，主要進(jìn)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(xiàng)省級(jí)項(xiàng)目和課題。長(zhǎng)期擔(dān)任《儀器分析》、《大學(xué)化學(xué)B》等課程的主講工作。

根據(jù)國家對(duì)“新工科”人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求，針對(duì)工科非化學(xué)化工類專業(yè)“大學(xué)化學(xué)”課程學(xué)時(shí)少、內(nèi)容涉及面廣等特點(diǎn)，結(jié)合開設(shè)大學(xué)化學(xué)課程各專業(yè)的實(shí)際需求，我們編寫了本教材。編寫中，在內(nèi)容組織上力求點(diǎn)面結(jié)合，體現(xiàn)差異，希望能為非化學(xué)化工類各專業(yè)學(xué)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(xué)反應(yīng)的基本原理、溶液與離子平衡、電化學(xué)原理與應(yīng)用、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、化學(xué)與材料、化學(xué)與能源、化學(xué)與安全、化學(xué)與環(huán)境、大學(xué)化學(xué)選做實(shí)驗(yàn)。
教材的編寫體現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1.著重闡明化學(xué)基本概念和基本理論，簡(jiǎn)化化學(xué)計(jì)算和實(shí)際測(cè)量，增加化學(xué)與材料、化學(xué)與能源、化學(xué)與安全、化學(xué)與環(huán)境等內(nèi)容，體現(xiàn)教材的知識(shí)性和應(yīng)用性，使學(xué)生更多地了解化學(xué)與其他學(xué)科相互交叉滲透和相互促進(jìn)的密切關(guān)系。
2.內(nèi)容安排上先論述化學(xué)基礎(chǔ)理論，隨后是化學(xué)與其他相關(guān)學(xué)科專題部分，既保持了化學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)性，又便于學(xué)生開拓視野、開發(fā)思維。這樣的安排可使學(xué)生在學(xué)習(xí)基本化學(xué)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用相應(yīng)的化學(xué)知識(shí)、化學(xué)思維去了解學(xué)習(xí)其他學(xué)科。
3.內(nèi)容涵蓋面寬，涉及多個(gè)學(xué)科知識(shí)，可供不同非化學(xué)化工類專業(yè)學(xué)生選用，也使授課教師在教學(xué)過程中具有更大的靈活性。
本書由羅潔、鄭英麗和李平擔(dān)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(xué)化學(xué)選做實(shí)驗(yàn)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(xué)化學(xué)化工學(xué)院的支持，教材編寫時(shí)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(yàn)，書中難免出現(xiàn)不妥、不足之處，敬請(qǐng)同行批評(píng)指正，同時(shí)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(xué)的概念1
0.2化學(xué)的發(fā)展2
0.3學(xué)習(xí)大學(xué)化學(xué)的意義5
0.4大學(xué)化學(xué)課程的內(nèi)容7
0.5大學(xué)化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法7

第1章化學(xué)反應(yīng)的基本原理8
1.1化學(xué)反應(yīng)基本概述8
1.1.1物質(zhì)的量8
1.1.2化學(xué)反應(yīng)進(jìn)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(xué)能11
1.2恒壓熱效應(yīng)與焓變12
1.2.1恒壓熱效應(yīng)12
1.2.2焓與焓變13
1.2.3反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變13
1.2.4反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算14
1.3化學(xué)反應(yīng)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(yīng)方向的判斷標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算19
1.4化學(xué)平衡23
1.4.1化學(xué)平衡和平衡常數(shù)23
1.4.2化學(xué)平衡的移動(dòng)25
1.5化學(xué)反應(yīng)速率28
1.5.1濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響29
1.5.2溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響30
1.5.3活化能31
1.5.4催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響32
習(xí)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(diǎn)升高和凝固點(diǎn)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(yīng)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(yīng)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(dòng)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(diǎn)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(yīng)用65
習(xí)題66

第3章電化學(xué)原理與應(yīng)用69
3.1氧化還原反應(yīng)69
3.1.1氧化還原反應(yīng)的基本概念69
3.1.2氧化還原反應(yīng)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(hào)72
3.2.3電極類型73
3.3電極電勢(shì)74
3.3.1電極電勢(shì)的產(chǎn)生74
3.3.2標(biāo)準(zhǔn)氫電極和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)75
3.3.3能斯特方程76
3.3.4電極電勢(shì)的影響因素78
3.4電極電勢(shì)在化學(xué)上的應(yīng)用79
3.4.1比較氧化劑和還原劑的相對(duì)強(qiáng)弱79
3.4.2判斷原電池的正負(fù)極和計(jì)算電動(dòng)勢(shì)80
3.4.3判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向81
3.4.4判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度81
3.5化學(xué)電池82
3.5.1化學(xué)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(dòng)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(yīng)用89
3.6.3電化學(xué)治理污染90
3.7金屬的腐蝕和防護(hù)91
3.7.1金屬腐蝕的分類91
3.7.2金屬腐蝕的防護(hù)91
習(xí)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(yùn)動(dòng)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(cè)不準(zhǔn)原理97
4.2.3微觀粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)性規(guī)律97
4.3核外電子運(yùn)動(dòng)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(gè)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(jí)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(jià)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(fù)性115
4.7化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)116
4.7.1離子鍵理論116
4.7.2共價(jià)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(jiǎn)介132
4.9.1晶體的特征132
4.9.2晶體的基本類型133
習(xí)題136

第5章化學(xué)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(jī)非金屬材料143
5.3.1傳統(tǒng)的無機(jī)材料143
5.3.2先進(jìn)的無機(jī)材料145
5.4有機(jī)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(fù)合材料157
5.4.7高分子材料的老化與防老化160
習(xí)題161

第6章化學(xué)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(xí)題176

第7章化學(xué)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(yù)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(xí)題191

第8章化學(xué)與環(huán)境192
8.1大氣污染與保護(hù)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(hù)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(hù)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(xué)205
8.4.1綠色化學(xué)防止污染的基本原則206
8.4.2原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)206
8.4.3綠色化學(xué)的研究?jī)?nèi)容207
8.4.4綠色化學(xué)研究實(shí)例207
習(xí)題208

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

附錄228
附錄1我國法定計(jì)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(dǎo)出單位228
表3可與國際單位制單位并用的我國法定計(jì)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(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵?cái)?shù)據(jù)230
附錄4一些水合離子的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵?cái)?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(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(酸性介質(zhì))235
附錄10標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)(堿性介質(zhì))236

參考文獻(xiàn)237