无机化学（李瑞祥）（第二版）

前言

无机化学作为化学类学生的专业基础课，通常是新生进入大学学习的门化学专业基础课。大学的学习和中学的学习相比有非常大的变化，学生从中学被动接受知识转变为主动获取知识能力的学习，这导致许多学生在该阶段不能很快适应大学阶段的学习。无机化学课程必须起到承前启后，帮助学生快速适应大学学习的作用。为此，无机化学教材要有好的可读性、条理性，知识结构要由浅入深、循序渐进，章节之间要能有效衔接，有强的系统性。

基于上述课程特点，结合作者在无机化学教学中积累的经验，在化学工业出版社的支持下，决定将2013年编写的版《无机化学》教材改版。

改版后该书总体框架结构不变，仍分为上、下两篇。上篇为化学原理或理论部分，为学生能够深刻理解元素及其化合物的结构和各种反应性质奠定基础。该篇从物质的状态开始，根据版一些学校使用后的信息反馈，我们在物质的状态中增加了晶体结构的内容；然后是化学热力学、化学反应速率、化学平衡、电离平衡和沉淀平衡、氧化还原与电化学，再到原子结构、分子结构与配位化合物。这些章节与版相比没有大的变化，有些细节进行了微调和适当的补充。

下篇为元素及化合物部分，由氢和稀有气体、碱金属和碱土金属、硼族元素、碳族元素、氮族元素、氧族元素、卤素、铜、锌副族元素、过渡元素（一）和过渡元素（二）、f区元素、放射化学组成。该部分以元素周期表以及元素性质的周期性变化规律为基础，体现元素及化合物性质的变化规律，突出了原子的电子结构决定元素及其化合物基本性质这一本质。在版的基础上，结合相关知识点，增加了一些新物质、新理论及其应用，使基础和学科发展前沿有机结合，体现了基础知识的重要性以及化学的学科价值，以增强学生的学习兴趣。

该书由李瑞祥、曾红梅、周向葛共同策划和改版，并且组成了《无机化学》（第二版）编委会，编委会成员在四川大学召开了三次《无机化学》改版工作会议，广泛听取了各编委成员的意见。本书各章节由组成编委会的老师共同编写，交叉校稿，共同完成。编委会成员有四川大学的李瑞祥、曾红梅、周向葛、刘科伟、鄢洪建；四川师范大学的高道江、赵燕、宁张磊；西华师范大学的蒋静；成都理工大学的马晓艳；西南交通大学的王萃娟；西华大学的钟柳；华北理工大学的刘正猛。全书由李瑞祥和曾红梅统稿，化学工业出版社为本书改版提出了宝贵意见。

由于编写匆忙，作者水平有限，不足之处在所难免，恳请读者和同行专家提出宝贵意见！

编者

2019年3月

前言（版）

无机化学作为化学类学生的一门专业基础课，也是许多高校新生进入大学后的门化学专业基础课，学生刚脱离中学的教育模式，以一种新的学习方式进入大学学习，这种转变使许多学生刚进入大学不能很快适应大学学习。这期间无机化学课程起到了承前启后，帮助学生能够快速适应大学学习的重要作用。为此，无机化学教材必须做到有好的可读性，由浅入深，循序渐进；整本教材的章节之间要能有效衔接，有关知识要具有良好的条理性和系统性。

基于上述课程特点，结合作者在无机化学教学中的经验积累，在化学工业出版社的支持下，决定编写一本适合化学类本科生使用的无机化学教材。

该书包括两大部分，分为上、下两篇。上篇为化学原理或理论部分，为学生深刻理解元素及其化合物性质做前期铺垫。该篇从宏观物质的物理化学性质变化的基本原理出发，即物质的状态开始，紧接着是化学反应热力学、化学反应速率、化学平衡、电离平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原与电化学，再到微观物质的结构理论，即通过原子结构、分子结构、配位化合物揭示物质化学变化的本质。下篇为元素及化合物部分，包括碱金属和碱土金属、硼族元素、碳族元素、氮族元素、氧族元素、卤素、氢和稀有元素、铜锌副族元素、过渡元素（一）和过渡元素（二）、f区元素、放射化学。对元素化学部分，以元素周期表以及元素性质的周期性变化规律为基础，体现元素及化合物的性质变化的周期性规律，突出了原子结构决定元素及其化合物性质这一本质，以解决学习元素部分时学生感到内容繁多、难以掌握的问题。该教材在系统讲述常见元素及化合物结构和性质的基础上，在合适的地方结合相关知识点，简单地介绍在此基础上发展出的新物质、新理论及新用途，使基础和学科前沿有机结合，体现了基础知识学习的意义，可以增强学生的学习兴趣。另外，在元素部分适当的章节总结常见元素性质的变化规律，有利于学生对知识的系统掌握。

该书由李瑞祥，曾红梅，周向葛共同策划。主要由四川大学化学学院无机化学教研室老师完成编写，其中李瑞祥负责第1章、第2章，曾红梅负责第4章～第7章、第16章、第19章，周向葛负责第9章～第11章、第20章，刘科伟负责第13章、第15章、第17章、第18章，鄢洪建负责第8章、第12章、第14章、第21章，四川师范大学高道江和赵燕负责第3章、第22章；成都理工大学马晓艳负责第23章的编写。全书由李瑞祥修改和统稿。

感谢首届全国高校教学名师奖获得者、西北大学史启祯教授为本书题写序言。

由于本书编写匆忙，编者水平有限，错误之处在所难免，恳请读者和同行专家提出宝贵意见，以便改正！

编者

2013年4月于成都

《无机化学》（第二版）是基础学科拔尖学生培养基地化学系列教材之一，本书根据大学理科无机化学的要求，结合无机化学学科的发展编写而成。全书共23章，分上下两篇。上篇为化学原理，为学生深刻理解元素及其化合物性质做前期铺垫，从物质的聚集状态开始，然后是化学热力学、化学反应速率、化学平衡、溶液、电解质溶液、难溶性强电解质的沉淀-溶解平衡、氧化还原反应，再到微观物质的结构理论，即通过原子结构及元素性质的周期性、化学键与分子结构、配位化合物揭示物质化学变化的本质；下篇为元素及化合物，包括氢和稀有气体、碱金属和碱土金属、硼族元素、碳族元素、氮族元素、氧族元素、卤素、铜锌副族、过渡金属（一）和过渡金属（二）、f区元素、放射化学，围绕元素及化合物性质变化的周期性规律，突出了原子结构决定元素及其化合物性质这一本质，在基本无机反应和性质介绍中加强与当前科技发展和实际应用的联系。

《无机化学》（第二版）可作为高等学校化学类各专业的无机化学教材或普通化学教材，亦可作为化工、材料、环境、生物及相关专业的教学参考书。

《无机化学》（第二版）是基础学科拔尖学生培养基地化学系列教材之一，本书根据大学理科无机化学的要求，结合无机化学学科的发展编写而成。全书共23章，分上下两篇。上篇为化学原理，为学生深刻理解元素及其化合物性质做前期铺垫，从物质的聚集状态开始，然后是化学热力学、化学反应速率、化学平衡、溶液、电解质溶液、难溶性强电解质的沉淀-溶解平衡、氧化还原反应，再到微观物质的结构理论，即通过原子结构及元素性质的周期性、化学键与分子结构、配位化合物揭示物质化学变化的本质；下篇为元素及化合物，包括氢和稀有气体、碱金属和碱土金属、硼族元素、碳族元素、氮族元素、氧族元素、卤素、铜锌副族、过渡金属（一）和过渡金属（二）、f区元素、放射化学，围绕元素及化合物性质变化的周期性规律，突出了原子结构决定元素及其化合物性质这一本质，在基本无机反应和性质介绍中加强与当前科技发展和实际应用的联系。

 《无机化学》（第二版）可作为高等学校化学类各专业的无机化学教材或普通化学教材，亦可作为化工、材料、环境、生物及相关专业的教学参考书。

李瑞祥，博士，教授、博士生导师。1984年和1987年在兰州大学化学系获学士和硕士学位。1994年8月至 1995年1月香港城市大学访问学者。1999年6月在香港城市大学获得博士学位。1987年6月至今：四川大学化学系任教。

合成新型多齿氮膦配体及其单金属、双金属配合物，详细考察配体结构与配合物结构和配合物的催化性能的关系。尤其是近期开展的四氮齿膦配体以及双金属配合物的设计合成研究，考察双金属的协同催化性能，研究双金属催化的协同作用机理，制备出有机合成中所需的高活性、高选择性的双金属配合物催化剂，该领域的研究将显示出非常好的新颖性和研究潜能，为原子经济和绿色化学反应提供一条新途径。
在金属纳米粒子形貌控制制备，进一步将其负载于形貌和孔结构均匀的载体上。发现金属、载体、溶剂在催化反应中的协同作用。为难以催化加氢和容易使金属催化剂中毒的底物的催化反应提供了一种新思路。在国内外重要学术期刊发表论文120余篇，主编《无机化学》教材一部，参编专著2部，获省部级科技进步奖2项，主持和参加各级科研项目20余项。

上篇化学原理

第1章物质的聚集状态1

1.1气体1

1.1.1理想气体状态方程式1

1.1.2气体分压定律2

1.1.3气体扩散定律3

1.1.4气体分子的速率分布和能量分布3

1.1.5实际气体状态方程式5

1.2液体6

1.2.1气体的液化6

1.2.2液体的汽化7

1.3固体9

1.3.1晶体与非晶体9

1.3.2对称元素和对称操作10

1.3.3晶胞和点阵单元11

1.3.4晶系与点阵型式15

第2章化学热力学18

2.1热力学定律19

2.1.1基本概念及术语19

2.1.2能量守恒和转化定律——热力学定律22

2.1.3焓——恒压条件下的热效应24

2.2化学反应的热效应25

2.2.1反应进度25

2.2.2标准摩尔焓变26

2.2.3标准摩尔焓变的计算28

2.3热力学第二定律、熵函数31

2.3.1可逆过程和功32

2.3.2自发过程的共同特征——不可逆性35

2.3.3热力学第二定律描述37

2.3.4熵函数38

2.4吉布斯（Gibbs）自由能与化学反应方向41

2.4.1热力学、第二定律的联合表达式41

2.4.2吉布斯自由能和过程自发进行的方向与限度41

2.4.3标准态下反应摩尔吉布斯自由能的计算42

第3章化学反应速率47

3.1反应速率的定义47

3.1.1平均速率47

3.1.2瞬时速率48

3.2反应机理50

3.2.1基元反应50

3.2.2反应机理探讨51

3.3浓度对反应速率的影响52

3.3.1速率方程52

3.3.2反应级数52

3.3.3速率常数k53

3.4反应物浓度与时间的关系54

3.4.1零级反应54

3.4.2一级反应55

3.4.3二级反应56

3.4.4三级反应56

3.5温度对化学反应速率的影响57

3.6反应速率理论简介59

3.6.1碰撞理论59

3.6.2过渡态理论61

3.7催化剂对反应速率的影响62

第4章化学平衡66

4.1化学反应的可逆性与平衡态66

4.2平衡常数67

4.2.1经验平衡常数67

4.2.2标准平衡常数68

4.2.3标准平衡常数与吉布斯自由能的关系69

4.2.4各种平衡常数的计算69

4.3外界因素对平衡的影响71

4.3.1浓度对化学平衡的影响71

4.3.2压力对化学平衡的影响72

4.3.3温度对化学平衡的影响72

4.3.4两个需要说明的问题73

第5章溶液77

5.1溶液浓度的表示方法77

5.2非电解质稀溶液的依数性78

5.2.1蒸气压下降——拉乌尔（Raoult）定律79

5.2.2沸点升高和凝固点降低79

5.2.3依数性的应用81

5.3溶胶82

5.3.1溶胶的制备和净化82

5.3.2溶胶的光学性质83

5.3.3溶胶的电学性质84

5.3.4溶胶的稳定性和聚沉84

第6章电解质溶液88

6.1强电解质溶液理论88

6.1.1离子氛和离子强度88

6.1.2活度和活度系数89

6.2弱酸、弱碱的电离平衡90

6.2.1一元弱酸、弱碱的电离平衡90

6.2.2解离度α91

6.2.3同离子效应和盐效应92

6.3水的解离平衡和溶液的pH值93

6.3.1水的离子积常数93

6.3.2溶液的pH值93

6.3.3酸碱指示剂94

6.4多元弱酸的电离平衡95

6.5缓冲溶液98

6.6盐的水解101

6.6.1各种盐的水解101

6.6.2影响水解的因素106

6.7酸碱理论的发展107

6.7.1酸碱电离理论107

6.7.2酸碱质子理论107

6.7.3酸碱的强弱108

6.7.4酸碱电子理论109

第7章难溶性强电解质的沉淀-溶解平衡112

7.1溶度积和溶解度112

7.1.1溶度积常数112

7.1.2溶度积原理113

7.1.3溶度积与溶解度的关系114

7.1.4盐效应对溶解度的影响114

7.1.5同离子效应对溶解度的影响115

7.2沉淀-溶解平衡的移动115

7.2.1沉淀的生成115

7.2.2沉淀的溶解116

7.2.3分步沉淀117

7.2.4沉淀的转化121

第8章氧化还原反应124

8.1基本概念124

8.1.1氧化数和氧化还原反应124

8.1.2氧化还原电对126

8.1.3离子-电子法配平氧化还原反应方程式126

8.2原电池与电极电势128

8.2.1原电池128

8.2.2电极电势130

8.2.3标准电极电势131

8.2.4电池电动势和化学反应吉布斯自由能的关系133

8.3影响电极电势的因素135

8.3.1Nernst方程135

8.3.2浓度、酸度、生成沉淀、生成配合物对电极电势的影响137

8.4电极电势的应用139

8.4.1判断氧化剂、还原剂的相对强弱139

8.4.2判断反应进行的方向；判断氧化还原反应的顺序；选择合适的氧化剂和还原剂140

8.4.3求平衡常数及溶度积141

8.5元素电势图解及应用142

8.5.1元素电势图142

8.5.2氧化态图144

8.5.3电势-pH图145

8.6电解147

8.6.1原电池与电解池147

8.6.2电解定律148

8.6.3分解电压148

8.7新型化学电池148

8.7.1燃料电池148

8.7.2锂离子电池149

8.7.3镍-金属氢化物电池150

8.7.4全钒液流电池——新型储能电池150

第9章原子结构及元素性质的周期性155

9.1核外电子的运动状态156

9.1.1氢原子光谱156

9.1.2Bohr原子结构模型158

9.2微观粒子运动的特殊性159

9.2.1微观粒子具有波粒二象性159

9.2.2测不准原理159

9.3波函数和原子轨道160

9.3.1Schrdinger方程——微粒的波动方程160

9.3.2波函数和原子轨道160

9.4概率密度和电子云164

9.4.1概率密度164

9.4.2电子云164

9.5波函数和电子云的空间图像165

9.5.1角度部分166

9.5.2径向部分168

9.5.3电子云的空间形状170

9.6原子核外电子排布和元素周期系170