大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)

前言

更新教育思想，轉(zhuǎn)變教育觀念，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高的人才以適應(yīng)21世紀(jì)社會發(fā)展的需要是高等教育改革的根本目的。生命科學(xué)包括生物學(xué)、藥學(xué)和醫(yī)學(xué)，化學(xué)是生命科學(xué)的基礎(chǔ)，隨著化學(xué)與生命科學(xué)的相互滲透，相互交叉日趨明顯，化學(xué)的基礎(chǔ)知識已成為提高學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)不可缺少的組成部分。為了適應(yīng)教學(xué)的需要，我們編寫了這本《大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)》。大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)課程的設(shè)計及其教材的編寫以提高學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)為原則，打破了傳統(tǒng)的無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)（結(jié)構(gòu)化學(xué)）這一化學(xué)課程體系，將原四門化學(xué)課程中的基本化學(xué)原理及有關(guān)應(yīng)用內(nèi)容集中在大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)課程中講授，并盡可能做到一步到位。例如，將分析化學(xué)中的容量分析內(nèi)容與無機(jī)化學(xué)中溶液平衡內(nèi)容合并，統(tǒng)一到酸堿質(zhì)子理論和酸堿電子理論中；將無機(jī)化合物中的大π鍵與有機(jī)化合物中的大π鍵集中在一起，統(tǒng)一到分子結(jié)構(gòu)中。全書注重介紹化學(xué)在生物學(xué)、藥學(xué)中的應(yīng)用。全書內(nèi)容除緒論外，從微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性質(zhì)的應(yīng)用三個方面展開討論。第2章至第4章分別是原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、配合物結(jié)構(gòu)，為微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)容。第5章至第8章分別是物質(zhì)的聚集狀態(tài)、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)平衡、化學(xué)動力學(xué)，為宏觀性質(zhì)內(nèi)容。第9章至第15章分別是溶液的質(zhì)子酸堿平衡、溶液的電子酸堿平衡、電化學(xué)基礎(chǔ)及氧化還原平衡、元素化學(xué)及其生物效應(yīng)，為微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性質(zhì)的應(yīng)用。本書在編寫過程中，一直得到中國藥科大學(xué)許多專家、教授的支持和幫助，特別是王明時、華維一、吳梧桐、陳玉英、尤啟冬和姚文兵教授，不斷地給予關(guān)心和指導(dǎo)，對此我們深表謝意。本書內(nèi)容從1997年起，一直被中國藥科大學(xué)“國家基礎(chǔ)科學(xué)研究與教學(xué)人才培養(yǎng)基地”和“國家生命科學(xué)與技術(shù)基地”的學(xué)生使用，編者感謝眾多同學(xué)在使用過程中提出的寶貴意見。參加本書編寫工作的有陳文、陳亞東、王越、何海軍、劉靜、李嘉賓、陳頌儀、黎紅梅、熊曄蓉、陸軍農(nóng)、曹鳳歧。盡管在全書的編寫過程中，我們力圖做到選材恰當(dāng)，概念準(zhǔn)確，公式推導(dǎo)簡潔、嚴(yán)謹(jǐn)，既保持基礎(chǔ)課教材便于教學(xué)的特點，又保持一定的理論水準(zhǔn)，但由于我們水平有限，書中定有欠妥甚至錯誤之處，懇請同行專家及讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書是國家“十五”規(guī)劃教材，是中國藥科大學(xué)多年來生命科學(xué)類化學(xué)課程教學(xué)改革和教材建設(shè)的結(jié)晶。    全書根據(jù)生命科學(xué)類一年級化學(xué)課程基本要求編寫，將傳統(tǒng)上分屬于無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)（結(jié)構(gòu)化學(xué)）的基本化學(xué)原理及相關(guān)應(yīng)用內(nèi)容融為一體，統(tǒng)一安排、調(diào)整各學(xué)科內(nèi)容，刪除不必要的重復(fù)。全書內(nèi)容除緒論外，從微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性質(zhì)以及微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)的應(yīng)用三個方面展開討論。內(nèi)容包括原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、配合物結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的聚集狀態(tài)、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、化學(xué)平衡、溶液中的質(zhì)子酸堿平衡、溶液中的電子酸堿平衡、電化學(xué)基礎(chǔ)和氧化還原平衡以及元素化學(xué)及其生物效應(yīng)。    本書可作為高等學(xué)校生命科學(xué)類（包括藥學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)）各專業(yè)的化學(xué)基礎(chǔ)課教材，也可供相關(guān)專業(yè)選用和參考。

書籍目錄

第1章  緒論　1.1  化學(xué)的出現(xiàn)：歷史的回顧　1.2  化學(xué)的分類　1.3  化學(xué)研究基本方法——實驗方法和理論方法　1.4  化學(xué)與分子生物學(xué)　　1.4.1  分子生物學(xué)是從分子水平研究生命過程及其物質(zhì)基礎(chǔ)的科學(xué)　　1.4.2  化學(xué)在分子生物學(xué)形成和發(fā)展過程中的作用　　1.4.3  生命科學(xué)的發(fā)展對化學(xué)科學(xué)的影響　1.5  大學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)方法第2章  原子結(jié)構(gòu)　2.1  經(jīng)典核模型的建立　　2.1.1  電子的發(fā)現(xiàn)　　2.1.2  盧瑟福核模型的建立　　2.1.3  行星模型的困難　2.2  氫原子光譜與玻爾的氫原子模型　　2.2.1  能量量子化和光子學(xué)說　　2.2.2  氫原子光譜　　2.2.3  玻爾的氫原子模型　2.3  微觀粒子的運動屬性　　2.3.1  微觀粒子的運動屬性——波粒二象性　　2.3.2  測不準(zhǔn)原理　2.4  氫原子的量子力學(xué)模型　　2.4.1  原子軌道、波函數(shù)及四個量子數(shù)　　2.4.2  波函數(shù)的有關(guān)圖形表示　2.5  多電子原子結(jié)構(gòu)　　2.5.1  屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)　　2.5.2  多電子原子核外電子構(gòu)型　2.6  元素周期表與核外電子構(gòu)型　　2.6.1  周期與核外電子構(gòu)型　　2.6.2  族與核外電子構(gòu)型　　2.6.3  特征電子組態(tài)（周期表分區(qū)）　2.7  元素基本性質(zhì)的周期性　　2.7.1  原子半徑　　2.7.2  電離能　　2.7.3  電子親和能　　2.7.4  電負(fù)性　習(xí)題第3章  分子結(jié)構(gòu)　3.1  離子鍵　　3.1.1  離子鍵理論的基本要點　　3.1.2  離子鍵的強度——晶格能　　3.1.3  離子的特性　3.2  價鍵理論　　3.2.1  海特勒——倫敦對H2的處理　　3.2.2  價鍵理論的要點　　3.2.3  共價鍵的特點　　3.2.4  共價鍵的類型　3.3  雜化軌道理論　　3.3.1  雜化軌道理論的要點　　3.3.2  雜化類型與分子的空間構(gòu)型　　3.3.3  等性雜化和不等性雜化　3.4  分子軌道理論　　3.4.1  分子軌道理論的基本要點　　3.4.2  幾種簡單的分子軌道　　3.4.3  同核雙原子分子的分子軌道能級圖　　3.4.4  異核雙原子分子的分子軌道能級圖　　3.4.5  鍵參數(shù)　　3.4.6  離域π鍵（大π鍵）　3.5  價層電子對互斥理論　3.6  分子間的作用力和氫鍵　　3.6.1  分子的極性　　3.6.2  分子間作用力（范德華力）　　3.6.3  氫鍵　習(xí)題第4章  配位化合物　4.1  配位化合物及其組成　　4.1.1  配位化學(xué)的早期發(fā)展　　4.1.2  配合物的定義、組成與命名　4.2  價鍵理論　　4.2.1  價鍵理論的要點　　4.2.2  中心離子的雜化軌道　　4.2.3  價鍵理論的應(yīng)用　4.3  晶體場理論　　4.3.1  晶體場理論的基本要點　　4.3.2  八面體構(gòu)型的配合物　　4.3.3  其他構(gòu)型的配合物　　4.3.4  八面體場中中心離子的d電子分布　　4.3.5  晶體場穩(wěn)定化能　　4.3.6  晶體場理論的應(yīng)用　4.4  配合物的合成方法　　4.4.1  配合物的典型合成方法　　4.4.2  在非水溶劑中合成配位化合物　4.5  鉑配合物、血紅素、葉綠素和維生素B12的結(jié)構(gòu)與生物活性　　4.5.1  鉑配合物　　4.5.2  血紅素　　4.5.3  葉綠素　　4.5.4  維生素B12　習(xí)題第5章  物質(zhì)的聚集狀態(tài)　5.1  氣態(tài)　　5.1.1  氣體的通性　　5.1.2  低壓下氣體的幾個經(jīng)驗定律　　5.1.3  理想氣體的狀態(tài)方程式　　5.1.4  理想氣體的分壓定律和分體積定律　　5.1.5  實際氣體　　5.1.6  實際氣體的等溫線　　5.1.7  范德華氣體等溫線　5.2  溶液　　5.2.1  溶液的形成　　5.2.2  溶液濃度的表示法　　5.2.3  液體的蒸氣壓　　5.2.4  液體的沸點　　5.2.5  液體的表面張力　　5.2.6  水的相圖　　5.2.7  稀溶液的實驗定律——Raoult定律和Herny定律　　5.2.8  稀溶液的依數(shù)性　5.3  晶體與非晶體　　5.3.1  晶體結(jié)構(gòu)的周期性、點陣的概念　　5.3.2  金屬晶體　　5.3.3  離子晶體　　5.3.4  分子晶體　　5.3.5  共價晶體　　5.3.6  混合鍵型晶體　5.4  蛋白質(zhì)晶體的結(jié)構(gòu)特點　習(xí)題第6章  化學(xué)熱力學(xué)　6.1  熱力學(xué)常用的一些基本概念　　6.1.1  體系和環(huán)境　　6.1.2  狀態(tài)與性質(zhì)　　6.1.3  過程和途徑　　6.1.4  熱力學(xué)平衡　　6.1.5  熱和功　6.2  熱力學(xué)第一定律　　6.2.1  熱力學(xué)第一定律　　6.2.2  熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式　　6.2.3  內(nèi)能　　6.2.4  體積功的計算　　6.2.5  焓　　6.2.6  相變熱　6.3  化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)　　6.3.1  化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度　　6.3.2  等壓反應(yīng)熱和等容反應(yīng)熱　　6.3.3  標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)　　6.3.4  熱化學(xué)方程式　　6.3.5  蓋斯定律　　6.3.6  標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓　　6.3.7  標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓　6.4  自發(fā)變化和熵　　6.4.1  自發(fā)變化　　6.4.2  混亂度、熵和微觀狀態(tài)數(shù)　　6.4.3  化學(xué)反應(yīng)熵變　6.5  Gibbs能與化學(xué)反應(yīng)的方向　　6.5.1  Gibbs能　　6.5.2  標(biāo)準(zhǔn)摩爾Gibbs能　　6.5.3  Gibbs-Helmholtz方程的應(yīng)用　習(xí)題第7章  化學(xué)平衡　7.1  標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)　　7.1.1  可逆反應(yīng)　　7.1.2  化學(xué)平衡的特征　　7.1.3  標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)　　7.1.4  平衡常數(shù)的實驗測定　　7.1.5  標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的應(yīng)用　　7.1.6  多重平衡規(guī)則　7.2  化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式　　7.2.1  標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)Gibbs函變ΔrGm　　7.2.2  化學(xué)反應(yīng)等溫方程式　7.3  化學(xué)平衡的移動　　7.3.1  濃度對化學(xué)平衡的影響　　7.3.2  壓力對化學(xué)平衡的影響　　7.3.3  溫度對化學(xué)平衡的影響　7.4  O2、CO、Hb的平衡　習(xí)題第8章  化學(xué)動力學(xué)　8.1  化學(xué)反應(yīng)速率表示法　　8.1.1  定容均相反應(yīng)的反應(yīng)速率　　8.1.2  化學(xué)反應(yīng)的平均速率與瞬時速率　8.2  反應(yīng)機(jī)理（歷程）、基本反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)　8.3  化學(xué)反應(yīng)速率方程　　8.3.1  化學(xué)反應(yīng)速率方程　　8.3.2  質(zhì)量作用定律——基元反應(yīng)的速率方程　　8.3.3  簡單級數(shù)反應(yīng)　8.4  溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響　8.5  化學(xué)反應(yīng)速率理論簡介　　8.5.1  碰撞理論　　8.5.2  過渡態(tài)理論　8.6  催化作用　　8.6.1  催化劑與催化作用　　8.6.2  催化劑的特性 　　8.6.3  酶催化作用　習(xí)題第9章  溶液中的質(zhì)子酸堿平衡　9.1  電解質(zhì)在水溶液中的狀況　　9.1.1  電解質(zhì)溶液的依數(shù)性　　9.1.2  強電解質(zhì)溶液理論　9.2  酸堿質(zhì)子理論　　9.2.1  酸堿的質(zhì)子理論　　9.2.2  質(zhì)子酸堿的強度　　9.2.3  共軛酸堿對Ka和Kb的關(guān)系　9.3  水的解離平衡和pH　　9.3.1  水的解離平衡　　9.3.2  溶液的pH　9.4  弱酸、弱堿的解離平衡　　9.4.1  一元弱酸、弱堿的解離平衡　　9.4.2  多元弱酸、弱堿的解離平衡　　9.4.3  兩性物質(zhì)的解離平衡　　9.4.4  同離子效應(yīng)　9.5  溶液中酸堿平衡的系統(tǒng)處理　　9.5.1  溶液中酸堿組分的分布　　9.5.2  溶液中酸堿平衡的處理方法　　9.5.3  溶液中氫離子濃度的計算　　9.5.4  緩沖溶液　9.6  酸堿滴定　　9.6.1  指示劑的變色原理　　9.6.2  滴定分析法概述　　9.6.3  酸堿滴定曲線和指示劑的選擇　　9.6.4  滴定終點誤差　　9.6.5  酸堿滴定法的標(biāo)準(zhǔn)溶液和基準(zhǔn)物　　9.6.6  酸堿滴定法應(yīng)用與示例　9.7  非水滴定法　　9.7.1  溶劑的性質(zhì)　　9.7.2  溶劑的分類及選擇　　9.7.3  堿的滴定　　9.7.4  酸的滴定　習(xí)題第10章  溶液中的電子酸堿平衡　10.1  電子酸堿理論　10.2  沉淀溶解平衡　　10.2.1  沉淀溶解平衡的建立　　10.2.2  影響沉淀溶解平衡的因素　　10.2.3  分步沉淀和共沉淀　　10.2.4  沉淀的轉(zhuǎn)化　10.3  沉淀滴定法　　10.3.1  銀量法　　10.3.2  應(yīng)用與示例　10.4  配位平衡　　10.4.1  配合物的解離常數(shù)和穩(wěn)定常數(shù)　　10.4.2  配位平衡與沉定溶解平衡　10.5  乙二胺四乙酸及其配合物的性質(zhì)　　10.5.1  氨羧配位　　10.5.2  乙二胺四乙酸的一般性質(zhì)與離解　　10.5.3  金屬-EDTA配合物在溶液中的離解平衡　10.6  配位滴定曲線與滴定條件　　10.6.1  滴定曲線　　10.6.2  滴定終點誤差　　10.6.3  滴定條件的判斷　　10.6.4  金屬離子指示劑　　10.6.5  標(biāo)準(zhǔn)溶液　　10.6.6  應(yīng)用與示例　習(xí)題第11章  電化學(xué)基礎(chǔ)與氧化還原平衡　11.1  氧化還原反應(yīng)的基本概念　　11.1.1  氧化和還原　　11.1.2  元素的氧化數(shù)　11.2  氧化還原方程式的配平　　11.2.1  氧化數(shù)法　　11.2.2  離子電子法　11.3  原電池和電極電勢　　11.3.1  原電池　　11.3.2  電極電勢　　11.3.3  標(biāo)準(zhǔn)電極電勢　　11.3.4  標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的應(yīng)用　11.4  能斯特方程　　11.4.1  能斯特方程　　11.4.2  Nernst方程的應(yīng)用　11.5  氧化還原滴定　　11.5.1  條件電勢及影響因素　　11.5.2  氧化還原反應(yīng)速率　　11.5.3  氧化還原滴定　11.6  碘量法　　11.6.1  碘標(biāo)準(zhǔn)溶液　　11.6.2  硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液　　11.6.3  指示劑　　11.6.4  標(biāo)定　　11.6.5  應(yīng)用與示例　11.7  溴酸鉀法及溴量法　　11.7.1  標(biāo)準(zhǔn)溶液　　11.7.2  指示劑　　11.7.3  標(biāo)定　　11.7.4  應(yīng)用與示例　11.8  高錳酸鉀法　　11.8.1  標(biāo)準(zhǔn)溶液　　11.8.2  指示劑　　11.8.3  標(biāo)定　　11.8.4  應(yīng)用與示例　11.9  其他氧化還原滴定法　　11.9.1  鈰量法　　11.9.2  高碘酸鉀法　　11.9.3  亞硝酸鈉法　　11.9.4  重鉻酸鉀法　11.10  氧化還原滴定的計算示例　習(xí)題第12章  s區(qū)元素　12.1  氫　　12.1.1  氫的電子層結(jié)構(gòu)及成鍵特征　　12.1.2  氫的性質(zhì)　12.2  堿金屬和堿土金屬　　12.2.1  通性　　12.2.2  單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)　　12.2.3  堿金屬和堿土金屬的重要化合物　12.3  S區(qū)元素的配合物　12.4  Na+，K+，Mg2+，Ca2+的生理作用　習(xí)題第13章  p區(qū)元素（一）　13.1  碳、硅、硼　　13.1.1  碳、硅、硼的成鍵特征　　13.1.2  碳、碳酸、碳酸鹽　　13.1.3  二氧化硅、硅酸和硅酸鹽　　13.1.4  分子篩　　13.1.5  硼酸及硼砂　13.2  鋁、錫、鉛　　13.2.1  通性　　13.2.2  鋁、錫、鉛的單質(zhì)　　13.2.3  鋁的化合物　　13.2.4  錫鉛的化合物　13.3  鹵素　　13.3.1　鹵素的通性　　13.3.2　鹵素單質(zhì)　　13.3.3　鹵化氯和氫鹵酸　　13.3.4　鹵素含氧酸及其鹽　　13.3.5  鹵化物　習(xí)題第14章  P區(qū)元素(=)　14.1  氧族元素　　14.1.1  通性　　14.1.2  氧和硫的單質(zhì)　　14.1.3  過氧化氫　　14.1.4  硫化氫和金屬硫化物　　14.1.5  硫的含氧酸及其鹽　14.2  氮族元素　　14.2.1  通性　　14.2.2   氮、磷的單質(zhì)　　14.2.3  氮和氫的化合物　　14.2.4  氮的氧化物　　14.2.5  氮的含氧酸及其鹽　　14.2.6  磷的含氧化合物　　14.2.7  砷、銻、鉍的化合物　習(xí)題第15章  d區(qū)和ds區(qū)元素　15.1  d區(qū)和ds區(qū)元素通性　　15.1.1  結(jié)構(gòu)特征　　15.1.2  原子半徑　　15.1.3  單質(zhì)的物理性質(zhì)　　15.1.4  單質(zhì)的化學(xué)活潑性　　15.1.5  多種氧化態(tài)　　15.1.6  水合離子的顏色　　15.1.7  易成配合物　15.2  鉻和錳的化合物　　15.2.1  鉻的重要化合物　　15.2.2  錳的重要化合物　15.3  鐵、鈷、鎳的化合物　　15.3.1  鐵的重要化合物　　15.3.2  鈷和鎳的重要化合物　15.4  鉑及其配合物　15.5  銅和銀　　15.5.1  銅和銀的單質(zhì)　　15.5.2  銅的重要化合物　　15.5.3  銀的重要化合物　15.6  鋅和汞　　15.6.1  鋅和汞的單質(zhì)　　15.6.2  鋅的重要化合物　　15.6.3  汞的重要化合物　習(xí)題附錄一  SI基本單位及導(dǎo)出單位附錄二  一些物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)附錄三  某些物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓（298.15 K）附表四  元素的相對原子質(zhì)量（1997）（Ar(12C)=12）附表五  一些質(zhì)子酸的解離常數(shù)（I=0.25℃）附表六  一些氨羥配位劑與金屬離子配合物的穩(wěn)定常數(shù)lgK(ML)附表七  一些金屬離子配合物的穩(wěn)定常數(shù)lgβi(25℃)附表八  一些難溶化合物的溶度積（25℃）附表九  一些半反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢EΘ和條件電極電勢EΘ′（25℃）

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