無機(jī)及分析化學(xué)教程（張劍）

本書將“無機(jī)化學(xué)”與“分析化學(xué)”的基本內(nèi)容進(jìn)行重新編排、組織與設(shè)計，形成了一個和諧關(guān)聯(lián)的新體系，充分體現(xiàn)了輕工、食品類專業(yè)特色。本書內(nèi)容包括：化學(xué)原理（熱力學(xué)、動力學(xué)），物質(zhì)結(jié)構(gòu)（原子與分子），誤差與數(shù)據(jù)處理，四大化學(xué)平衡（酸堿平衡、沉淀溶解平衡、氧化還原平衡、配位平衡）以及與之相對應(yīng)的容量分析、重量分析、電位分析，元素化學(xué)，吸光光度法及應(yīng)用，常用分離技術(shù)等。本書圍繞教學(xué)綜合改革和課堂教學(xué)方法創(chuàng)新，深入推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，以學(xué)生為中心，利用二維碼等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)技術(shù)將紙質(zhì)教材與配套電子資源深度融合，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我管理、自我發(fā)展，幫助學(xué)生掌握無機(jī)與分析化學(xué)知識。
本書可作為普通高等學(xué)校應(yīng)用化學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)工程、輕化工程、高分子材料與物理、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程、食品科學(xué)與工程、食品安全監(jiān)測、動物生產(chǎn)、動物藥學(xué)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、生命科學(xué)、制藥工程、藥學(xué)、給排水工程、海洋科學(xué)等專業(yè)的本科教材，也可供相關(guān)專業(yè)選用和其他工程技術(shù)人員參考。

張劍，男，碩士，武漢輕工大學(xué)，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。至2003年9月起一直從事《無機(jī)與分析化學(xué)》理論與實驗課教學(xué)、此外，還承擔(dān)了《有機(jī)化學(xué)》、《生化分析》、《分離科學(xué)與技術(shù)》課程的教學(xué)工作。2010年12月晉升為副教授?，F(xiàn)為國家農(nóng)業(yè)部科技特派員。2019-2021年，湖北省科技廳駐湖北省八峰藥化有限公司科技特派員，2014-2016年，湖北省科技廳駐湖北春雨薯業(yè)有限公司，2010-2011年，湖北省教育廳駐武漢新華揚(yáng)生物股份有限公司科技特派員。教育部博士、碩士、本科學(xué)位論文評審專家（先后評審碩士論文3篇、本科畢業(yè)論文3篇），以第*一作者或通訊作者發(fā)表教研論文50余篇，其中，SCI全文收錄農(nóng)業(yè)科學(xué)類論文4篇，中文核心期刊論文30余篇。以第*一發(fā)明人獲授權(quán)發(fā)明專利6項。實現(xiàn)專利成果轉(zhuǎn)化100余萬元（浙江博聚新材料股份、湖北湖北立菲得生物科技）。指導(dǎo)本科生獲湖北省優(yōu)秀學(xué)士論文1項（2015年），湖北省大學(xué)生優(yōu)秀科研成果叁等獎3項（2008年、2009年、2018年），湖北省普通高校大學(xué)生實驗競賽貳等獎1項（2023年），湖北省化學(xué)化工學(xué)術(shù)報告會貳等獎2項（2018年、2020年）和叁等獎若干項。

《無機(jī)及分析化學(xué)教程》分為化學(xué)原理（化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)）、物質(zhì)結(jié)構(gòu)（原子與分子結(jié)構(gòu)）、誤差與數(shù)據(jù)處理四大化學(xué)平衡與之對應(yīng)的四大滴定分析體系、元素及其性質(zhì)、吸光光度法、常用分離技術(shù)等幾部分，內(nèi)容側(cè)重于基礎(chǔ)知識和基本概念的學(xué)習(xí)與掌握、元素性質(zhì)、分析方法的基本原理和應(yīng)用。學(xué)生通過系統(tǒng)地學(xué)習(xí)該課程，能掌握基礎(chǔ)化學(xué)的理論，并能結(jié)合元素的基本性質(zhì)熟練運(yùn)用各種分析方法。
為了更好地為化學(xué)及相關(guān)專業(yè)，如：環(huán)境科學(xué)與工程類、食品科學(xué)與工程類、生命科學(xué)類、動物生產(chǎn)類、農(nóng)林院校及醫(yī)學(xué)院校的各專業(yè)學(xué)生服務(wù)，更好地適應(yīng)本科教學(xué)的發(fā)展和新世紀(jì)人才培養(yǎng)的需要，本書的基本思路和框架結(jié)構(gòu)如下：四大化學(xué)平衡及相應(yīng)的四大滴定分析體系按照酸堿沉淀氧化還原配位的順序編寫，將元素、簡單儀器分析與應(yīng)用、常用分離技術(shù)置于上述章節(jié)之后，每章均附有習(xí)題，框架結(jié)構(gòu)更趨合理，同時，利用二維碼等技術(shù)將紙質(zhì)教材與配套電子資源深度融合，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我管理、自我發(fā)展，利于學(xué)生在較短學(xué)時內(nèi)掌握無機(jī)及分析化學(xué)知識。
本書由張劍任主編，費(fèi)會和陳浩任副主編。參加編寫工作的有張劍（第7、10、11、12、13、14章、內(nèi)容簡介、前言、附錄），費(fèi)會（第1、2、3、4、8章），陳浩（第5、6、9章）。張劍負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿工作。在本書的編寫過程中，編者參考了已出版的有關(guān)教材，主要參考書列于書后，在此說明并致謝。
本書的出版得到了武漢輕工大學(xué)教材建設(shè)基金資助項目支持，在編寫過程中，還得到了武漢輕工大學(xué)教務(wù)處以及化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院的各級領(lǐng)導(dǎo)、基礎(chǔ)化學(xué)教研室廣大教師的大力支持，在此一并致謝。
由于編者水平有限，疏漏和不足在所難免，懇請使用本教材的師生提出寶貴的修改建議。

編者
2024年5月于漢口常青花園

第1章化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)1
1.1化學(xué)反應(yīng)中的計量關(guān)系1
1.1.1溶液的標(biāo)度1
1.1.2氣體的計量3
1.1.3化學(xué)反應(yīng)的計量4
1.2化學(xué)熱力學(xué)的基本概念和術(shù)語5
1.2.1系統(tǒng)與環(huán)境5
1.2.2狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)5
1.2.3過程與途徑6
1.3熱力學(xué)第一定律7
1.3.1熱7
1.3.2功7
1.3.3熱力學(xué)能和熱力學(xué)第一定律8
1.4熱化學(xué)9
1.4.1等容反應(yīng)熱和等壓反應(yīng)熱9
1.4.2反應(yīng)的焓變和熱力學(xué)方程式10
1.4.3蓋斯定律11
1.4.4反應(yīng)焓變的計算12
1.5化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性及其判據(jù)15
1.5.1化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性15
1.5.2化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性與熵15
1.5.3規(guī)定熵16
1.5.4化學(xué)反應(yīng)熵變的計算17
1.5.5化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的熵判據(jù)17
1.5.6化學(xué)反應(yīng)方向和吉布斯自由能18
習(xí)題22

第2章化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡25
2.1化學(xué)反應(yīng)速率25
2.1.1化學(xué)反應(yīng)速率26
2.1.2反應(yīng)速率理論簡介27
2.1.3影響反應(yīng)速率的因素30
2.2化學(xué)平衡38
2.2.1化學(xué)平衡38
2.2.2標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)39
2.2.3多重平衡規(guī)則43
2.2.4依據(jù)平衡常數(shù)的計算44
2.2.5化學(xué)反應(yīng)的方向和限度44
2.2.6化學(xué)平衡的移動47
習(xí)題52

第3章原子結(jié)構(gòu)與元素周期律56
3.1原子的組成56
3.2原子核外電子的運(yùn)動狀態(tài)57
3.2.1核外電子的量子化特征57
3.2.2微觀粒子的波粒二象性59
3.2.3微觀粒子運(yùn)動的統(tǒng)計性60
3.2.4薛定諤方程與波函數(shù)61
3.2.5原子軌道與電子云62
3.2.6四個量子數(shù)65
3.3多電子原子的結(jié)構(gòu)及核外電子的排布67
3.3.1多電子原子軌道的能級67
3.3.2近似能級圖與近似能級公式68
3.3.3核外電子的排布規(guī)律70
3.4元素周期律71
3.4.1原子核外電子層結(jié)構(gòu)的周期性71
3.4.2元素性質(zhì)的周期性73
習(xí)題77

第4章分子結(jié)構(gòu)80
4.1離子鍵和離子晶體80
4.1.1離子鍵的形成81
4.1.2離子鍵的本質(zhì)和特點(diǎn)81
4.1.3離子的三個特征82
4.1.4離子晶體83
4.2共價鍵理論88
4.2.1現(xiàn)代價鍵理論88
4.2.2雜化軌道理論93
4.2.3價層電子對互斥理論98
4.2.4分子軌道理論101
4.3分子間作用力和氫鍵107
4.3.1非極性分子與極性分子107
4.3.2分子間作用力108
習(xí)題111

第5章誤差與數(shù)據(jù)處理113
5.1測量誤差113
5.1.1絕對誤差和相對誤差113
5.1.2系統(tǒng)誤差和偶然誤差114
5.1.3準(zhǔn)確度和精密度115
5.2分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理115
5.2.1數(shù)據(jù)的集中趨勢和分散程度的表示116
5.2.2偶然誤差的分布117
5.2.3置信度與置信區(qū)間118
5.2.4顯著性檢驗120
5.3有效數(shù)字及其運(yùn)算規(guī)則121
5.3.1有效數(shù)字121
5.3.2運(yùn)算規(guī)則122
習(xí)題122

第6章酸堿平衡與酸堿滴定法125
6.1酸堿理論125
6.1.1電離理論125
6.1.2質(zhì)子理論126
6.1.3電子理論128
6.2酸堿平衡及移動129
6.2.1酸堿的解離平衡常數(shù)129
6.2.2酸堿的強(qiáng)弱130
6.2.3酸堿平衡的移動131
6.3分布系數(shù)和分布曲線133
6.3.1一元酸的分布系數(shù)和分布曲線134
6.3.2二元酸的分布系數(shù)和分布曲線134
6.3.3多元酸的分布系數(shù)和分布曲線136
6.4pH的計算137
6.4.1質(zhì)子條件式137
6.4.2常見溶液的pH計算139
6.5緩沖溶液145
6.5.1緩沖溶液的緩沖原理146
6.5.2緩沖指數(shù)和緩沖范圍146
6.5.3緩沖溶液的相關(guān)計算147
6.5.4緩沖溶液的分類和選擇148
習(xí)題149
6.6分析方法的分類152
6.6.1定性分析、定量分析和結(jié)構(gòu)分析152
6.6.2化學(xué)分析和儀器分析152
6.6.3常量分析、半常量分析、微量分析和痕量分析152
6.6.4無機(jī)分析和有機(jī)分析153
6.7滴定分析法概述153
6.7.1滴定分析法對反應(yīng)的要求153
6.7.2滴定分析法的分類154
6.7.3標(biāo)準(zhǔn)溶液和基準(zhǔn)物質(zhì)154
6.7.4滴定分析結(jié)果的計算156
6.8酸堿指示劑157
6.8.1酸堿指示劑及其變色原理157
6.8.2酸堿指示劑的變色范圍158
6.9滴定曲線159
6.9.1強(qiáng)酸（強(qiáng)堿）的滴定159
6.9.2一元弱酸（弱堿）的滴定162
6.9.3多元弱酸（弱堿）的滴定164
6.10應(yīng)用實例165
6.10.1酸堿標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定165
6.10.2應(yīng)用實例166
習(xí)題168

第7章沉淀溶解平衡、沉淀滴定法和重量分析法172
7.1沉淀的生成與溶解平衡及其影響因素172
7.1.1溶度積與溶解度172
7.1.2溶度積規(guī)則174
7.1.3影響沉淀溶解平衡的因素175
7.2溶度積規(guī)則的應(yīng)用177
7.2.1判斷沉淀的生成177
7.2.2判斷沉淀的溶解179
7.2.3沉淀的轉(zhuǎn)化181
7.2.4分步沉淀182
7.3沉淀滴定法184
7.3.1莫爾法184
7.3.2福爾哈德法185
7.3.3法揚(yáng)斯法187
7.3.4銀量法的應(yīng)用188
7.4重量分析法189
7.4.1重量分析法及其分類189
7.4.2重量分析法的特點(diǎn)189
7.4.3沉淀重量法對沉淀的要求190
7.4.4影響沉淀純凈的因素191
7.4.5沉淀的形成與沉淀條件的選擇192
7.4.6沉淀稱量前的處理195
7.4.7重量分析的結(jié)果計算與應(yīng)用實例196
習(xí)題199

第8章氧化還原平衡與氧化還原滴定法204
8.1氧化還原反應(yīng)的基本概念204
8.1.1氧化數(shù)204
8.1.2氧化還原反應(yīng)205
8.2原電池與電極電勢208
8.2.1原電池208
8.2.2電極電勢210
8.2.3標(biāo)準(zhǔn)電極電勢211
8.2.4原電池電動勢的計算213
8.2.5能斯特方程式214
8.2.6條件電極電勢216
8.3電極電勢的應(yīng)用218
8.3.1計算原電池的電動勢218
8.3.2判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向218
8.3.3確定氧化還原反應(yīng)的平衡常數(shù)221
8.3.4計算Ksp、Ka（或Kb）或配合物的穩(wěn)定平衡常數(shù)223
8.4元素電極電勢圖及其應(yīng)用224
8.4.1元素電勢圖224
8.4.2元素電勢圖的應(yīng)用225
8.5氧化還原反應(yīng)的速率及其影響因素226
8.5.1氧化還原反應(yīng)的復(fù)雜性227
8.5.2氧化還原反應(yīng)速率的影響因素227
8.6氧化還原滴定法229
8.6.1氧化還原滴定曲線229
8.6.2氧化還原指示劑231
8.6.3氧化還原滴定前的預(yù)處理232
8.7常用氧化還原滴定方法233
8.7.1重鉻酸鉀法234
8.7.2高錳酸鉀法235
8.7.3碘量法237
8.7.4氧化還原滴定結(jié)果的計算240
習(xí)題242

第9章配位化合物、配位平衡和配位滴定法247
9.1配位化合物247
9.1.1基本概念247
9.1.2命名250
9.2配位化合物的化學(xué)鍵理論251
9.2.1價鍵理論251
9.2.2晶體場理論254
9.3配位平衡及其影響因素258
9.3.1配位化合物的穩(wěn)定平衡常數(shù)258
9.3.2配位平衡的移動259
習(xí)題262
9.4EDTA及其配合物265
9.4.1EDTA和EDTA的解離平衡265
9.4.2EDTA與金屬離子的配合物266
9.5配合物的條件穩(wěn)定常數(shù)267
9.5.1配位反應(yīng)中的副反應(yīng)和副反應(yīng)系數(shù)267
9.5.2配合物的條件穩(wěn)定常數(shù)270
9.6滴定曲線270
9.6.1滴定曲線的繪制270
9.6.2影響滴定突躍的主要因素272
9.6.3準(zhǔn)確滴定單一金屬離子的條件272
9.7金屬指示劑273
9.7.1金屬指示劑及其作用原理273
9.7.2金屬指示劑的使用條件274
9.7.3常用金屬指示劑275
9.8配位滴定的應(yīng)用275
9.8.1標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定275
9.8.2混合離子的選擇性滴定276
9.8.3應(yīng)用實例277
習(xí)題278

第10章s區(qū)元素282
10.1堿金屬與堿土金屬的單質(zhì)283
10.1.1物理性質(zhì)283
10.1.2化學(xué)性質(zhì)284
10.1.3單質(zhì)的制備285
10.2堿金屬與堿土金屬的重要化合物286
10.2.1氧化物286
10.2.2氫氧化物287
10.2.3鹽類289
10.3對角線規(guī)則290
10.4氫291
10.4.1氫的制備、性質(zhì)和用途291
10.4.2氫化物293
習(xí)題295

第11章p區(qū)元素298
11.1硼族元素298
11.1.1硼族元素的單質(zhì)299
11.1.2硼族元素的重要化合物302
習(xí)題306
11.2碳族元素308
11.2.1碳單質(zhì)及其化合物309
11.2.2硅單質(zhì)及其化合物311
11.2.3錫、鉛及其化合物315
習(xí)題318
11.3氮族元素320
11.3.1氮及其化合物321
11.3.2磷及其化合物328
11.3.3砷、銻、鉍及其化合物332
習(xí)題334
11.4氧族元素338
11.4.1氧及其化合物338
11.4.2硫及其化合物344
習(xí)題352
11.5鹵族元素356
11.5.1單質(zhì)356
11.5.2鹵化氫與氫鹵酸361
11.5.3鹵化物363
11.5.4鹵素的含氧酸及其鹽364
11.5.5擬鹵素366
習(xí)題367

第12章過渡族元素選論371
12.1過渡元素的特征371
12.1.1電子層結(jié)構(gòu)371
12.1.2多變的氧化數(shù)372
12.1.3化合物的顏色372
12.1.4磁性373
12.1.5形成配合物373
12.1.6單質(zhì)的物化性質(zhì)差異大373
12.2過渡元素與人類的關(guān)系374
12.3鈦、釩、鉻、錳374
12.3.1鈦375
12.3.2釩378
12.3.3鉻380
12.3.4錳384
習(xí)題387
12.4鐵、鈷、鎳393
12.4.1單質(zhì)393
12.4.2主要化合物394
習(xí)題398
12.5銅、銀、金400
12.5.1單質(zhì)401
12.5.2主要化合物402
習(xí)題406
12.6鋅、鎘、汞408
12.6.1單質(zhì)408
12.6.2主要化合物410
習(xí)題413

第13章吸光光度法416
13.1光的基本性質(zhì)416
13.2物質(zhì)對光的選擇性吸收417
13.2.1物質(zhì)的顏色與吸收光的關(guān)系417
13.2.2吸收光譜418
13.3光吸收的基本定律419
13.3.1朗伯-比爾定律419
13.3.2吸光系數(shù)和摩爾吸光系數(shù)420
13.4偏離朗伯-比爾定律的原因421
13.4.1物理性因素421
13.4.2化學(xué)性因素422
13.5比色法和分光光度法及其儀器423
13.5.1比色法423
13.5.2分光光度法423
13.5.3分光光度計424
13.6顯色反應(yīng)及其影響因素425
13.6.1顯色反應(yīng)425
13.6.2顯色反應(yīng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)426
13.6.3顯色劑426
13.6.4顯色反應(yīng)條件的選擇428
13.7吸光度測量條件的選擇430
13.7.1入射光波長的選擇431
13.7.2參比溶液的選擇431
13.7.3吸光度讀數(shù)范圍的選擇432
13.8分光光度法的應(yīng)用433
13.8.1微量組分含量的測定433
13.8.2高含量組分的測定——示差分光光度法435
13.8.3酸堿解離常數(shù)的測定437
13.8.4配合物組成及穩(wěn)定常數(shù)的測定438
13.8.5雙波長分光光度法439
習(xí)題440

第14章常用的分離方法443
14.1萃取分離法444
14.1.1萃取分離的基本原理444
14.1.2萃取體系的分類和萃取條件的選擇446
14.2色譜分離法448
14.2.1柱色譜449
14.2.2紙色譜452
14.3離子交換分離法453
14.3.1離子交換劑的種類與性能指標(biāo)454
14.3.2離子交換反應(yīng)和離子交換親和力455
14.3.3離子交換的分離操作456
習(xí)題457

附錄458
附錄1常見物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)數(shù)據(jù)ΔfHm、ΔfGm和Sm(298.15K)458
附錄2一些弱酸、弱堿的標(biāo)準(zhǔn)解離平衡常數(shù)（298.15K）462
附錄3常見難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)Ksp（298.15K，離子強(qiáng)度I=0）464
附錄4常見氧化還原電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢（298.15K）465

參考文獻(xiàn)468