新编工科化学9787030240910

目录
前言
第1章 物质结构基础 1
1.1 原子结构的近代概念 1
1.1.1 微观粒子的波粒二象性 2
1.1.2 波函数与原子轨道 3
1.1.3 量子数 3
1.1.4 概率密度和电子云 6
1.1.5 波函数和电子云的图形 7
1.2 多电子原子结构和元素周期系 10
1.2.1 屏蔽效应和钻穿效应 10
1.2.2 原子轨道的能级 10
1.2.3 原子核外电子的分布 11
1.2.4 核外电子分布和元素周期系 13
1.3 化学键 18
1.3.1 离子键 18
1.3.2 共价键 18
1.4 分子间力和氢键 26
1.4.1 偶极矩 26
1.4.2 分子间力 27
1.4.3 氢键 28
1.5 晶体结构 29
1.5.1 典型晶体结构及其性质 29
1.5.2 过渡型晶体 32
阅读材料 晶体的缺陷 33
思考题与习题 34
第2章 化学热力学基础 37
2.1 化学反应中的能量变化 37
2.1.1 热力学第一定律 37
2.1.2 化学反应的热效应和焓变 39
2.1.3 赫斯定律 41
2.2 化学反应的方向和限度 45
2.2.1 自发过程的方向和推动力 45
2.2.2 熵和熵变 46
2.2.3 化学反应的方向与吉布斯函数变 48
2.2.4 化学平衡 51
2.3 化学反应速率 55
2.3.1 反应速率的概念 55
2.3.2 反应速率与浓度的关系 56
2.3.3 反应速率与温度的关系 57
2.3.4 反应速率与催化剂的关系 58
阅读材料 热力学之父——威廉    汤姆孙 60
思考题与习题 61
第3章 溶液平衡理论 65
3.1 稀溶液通性 65
3.1.1 溶液的蒸气压下降 65
3.1.2 溶液的沸点升高和凝固点下降 66
3.1.3 渗透压 66
3.2 酸碱溶液平衡 67
3.2.1 酸碱质子理论 67
3.2.2 酸碱平衡 69
3.2.3 酸碱缓冲溶液 79
3.3 难溶电解质溶液 82
3.3.1 溶度积常数 82
3.3.2 溶度积和溶解度的关系 83
3.3.3 溶度积规则及其应用 86
3.4 配合物溶液 87
3.4.1 配合物的组成 88
3.4.2 配合物的命名 89
3.4.3 配合平衡 89
3.4.4 配合物的应用 92
阅读材料 酸碱指示剂与酸碱滴定 93
思考题与习题 98
第4章 应用电化学 103
4.1 电化学基础 103
4.1.1 原电池 103
4.1.2 电极电势与能斯特方程 105
4.1.3 电极电势的应用 111
4.2 电解 113
4.2.1 电解池 113
4.2.2 分解电压和超电势 113
4.2.3 电解规律 115
4.3 金属的腐蚀与防护 115
4.3.1 化学腐蚀 116
4.3.2 电化学腐蚀 116
4.3.3 应力腐蚀 118
4.3.4 微生物腐蚀 119
4.3.5 金属的防护 120
4.4 电化学应用 125
4.4.1 电镀与电铸 125
4.4.2 电化学刻蚀 128
4.4.3 电化学抛光 131
4.4.4 电化学合成 133
阅读材料 电渗析方法介绍 135
思考题与习题 137
第5章 材料化学基础 139
5.1 高分子材料化学 139
5.1.1 高分子化合物概述 139
5.1.2 高分子结构与性能 146
5.1.3 工程塑料 152
5.1.4 合成橡胶 154
5.1.5 合成纤维 156
5.1.6 高分子复合材料 157
5.1.7 功能高分子材料 158
5.2 无机材料化学 165
5.2.1 硅酸盐材料 165
5.2.2 新型非金属材料 169
5.3 金属材料化学 172
5.3.1 金属概述 172
5.3.2 稀土金属 175
5.3.3 合金材料 177
阅读材料 新型陶瓷材料 181
思考题与习题 182
第6章 表面活性剂化学 183
6.1 表面活性剂的结构特点和分类 183
6.1.1 表面活性剂的结构特点 183
6.1.2 表面活性剂的分类 183
6.2 表面活性剂的基本性质 190
6.2.1 表面张力和表面活性 191
6.2.2 临界胶束浓度 191
6.2.3 胶束增溶 193
6.3 表面活性剂结构对其性能的影响 193
6.3.1 亲水亲油平衡 193
6.3.2 憎水基种类的影响 195
6.3.3 亲水基相对位置的影响 195
6.3.4 憎水基结构中支链的影响 196
6.3.5 相对分子质量的影响 196
6.4 表面活性剂的基本作用 196
6.4.1 润湿和渗透作用 196
6.4.2 乳化和分散作用 197
6.4.3 起泡和消泡作用 199
6.4.4 洗漆作用 199
6.5 表面活性剂应用 200
6.5.1 金属清洗剂 200
6.5.2 电镀液添加剂 202
阅读材料 生物表面活性剂 203
思考题 204
第7章 环境与化学 205
7.1 环境污染与化学 205
7.1.1 生态平衡 205
7.1.2 大气环境 207
7.1.3 水体环境 214
7.2 环境保护与化学 217
7.2.1 大气污染的防治 217
7.2.2 生活用水的净化处理 218
7.2.3 废水处理 220
7.3 生命科学与化学 222
7.3.1 构成生命的重要物质 222
7.3.2 基因的表达与调控 223
7.3.3 生物膜 223
7.3.4 氧自由基与人体健康 224
7.3.5 微量元素与疾病 225
阅读材料 环境激素——人类生存的潜在威胁 227
思考题 228
第8章 能源化学 229
8.1 能源的分类 229
8.2 常规能源 230
8.2.1 煤炭 230
8.2.2 石油和天然气 232
8.3 化学电源 234
8.3.1 化学电源分类 234
8.3.2—次电池 234
8.3.3 二次电池 236
8.4 新能源 241
8.4.1 太阳能 241
8.4.2 核能 242
8.4.3 氢能 245
8.4.4 生物质能 246
8.4.5 海洋能 248
8.4.6 地热能 250
阅读材料 生物柴油 250
思考题 251
第9章 纳米材料化学 253
9.1 纳米材料的发展 253
9.2 纳米材料的结构单元 255
9.2.1 团簇 255
9.2.2 人造原子 255
9.2.3 纳米微粒 256
9.3 纳米材料的性质 257
9.3.1 纳米材料的一般性质 257
9.3.2 纳米材料的光学性质 259
9.4 纳米材料的制备方法 263
9.4.1 气相法制备纳米微粒 263
9.4.2 液相法制备纳米微粒 264
9.4.3 固相法制备纳米微粒 266
9.5 纳米复合材料 269
9.5.1 纳米复合材料的定义 269
9.5.2 纳米复合材料的命名和分类 270
9.5.3 纳米复合材料的应用 271
阅读材料 纳米生物传感器 272
思考题 274
第10章 实验数据处理 275
10.1 有效数字 275
10.1.1 有效数字的概念 275
10.1.2 有效数字的运算规则 276
10.2 误差与偏差 277
10.2.1 误差与偏差的概念 277
10.2.2 系统误差及其传递 279
10.2.3 随机误差及其传递 280
10.3 实验数据的统计分析 281
10.3.1 t分布曲线 281
10.3.2 平均值的置信区间 282
10.3.3 t检验法 283
10.3.4 F检验法 285
10.4 实验数据优化 286
10.4.1 回归分析 287
10.4.2 正交试验设计 289
阅读材料 实验数据的平滑 292
思考题与习题 293
第11章 分析测试技术 295
11.1 原子吸收光谱分析 295
11.1.1 基本原理 295
11.1.2 仪器设备 295
11.1.3 方法特点及其应用 296
11.2 原子发射光谱分析 296
11.2.1 基本原理 296
11.2.2 仪器设备 297
11.2.3 方法特点及其应用 298
11.3 红外光谱分析 299
11.3.1 基本原理 299
11.3.2 仪器设备 300
11.3.3 方法特点及其应用 300
11.4 核磁共振谱 301
11.4.1 基本原理 301
11.4.2 仪器设备 302
11.4.3 方法特点及其应用 303
11.5 质谱分析 303
11.5.1 基本原理 303
11.5.2 仪器设备 304
11.5.3 方法特点及其应用 304
11.6 色谱分析 305
11.6.1 气相色谱分析 305
11.6.2 高效液相色谱分析 307
11.7 电化学分析 308
11.7.1 电位分析法基本原理 309
11.7.2 电位法测定溶液pH 309
11.7.3 方法特点及其应用 310
11.8 晶相分析 310
11.8.1 扫描电子显微镜 310
11.8.2 扫描隧道显微镜 311
11.8.3 X射线衍射分析 312
11.8.4 X射线光电子能谱法 313
阅读材料 原子力显微镜 313
思考题 314
参考答案 315
主要参考文献 318
附录 321

第1章物质结构基础
世界是物质的，物质是由原子、分子或晶体组成的。原子是物质发生化学反应的基本微粒，物质的许多宏观性质很大程度上取决于原子内部结构。为了研究物质宏观性质的差异性及其变化规律，必须深入了解物质的微观结构。本章将从原子结构入手，介绍原子结构的近代理论，解释核外电子的分布规律及元素性质的周期性，进而讨论共价键理论和分子间力，揭示物质的结构与性能之间的关系。
1.1原子结构的近代概念
人类对原子结构的认识是逐步深入的。1803年，道尔顿(Dalton)提出了第一个现代原子论，认为“一切物质都是由原子构成的”，这一理论合理地解释了当时许多化学现象和规律，标志着近代化学的开始，道尔顿因此被称为“近代化学之父”。1869年，门捷列夫(Mendeleev)和迈耶尔(Meyer)发现了周期律。1897年，汤姆孙
(Thomson)发现电子，并测定了核质比，使原子不可再分的观点被永远摒弃。继电
子的发现后，又发现了a粒子、质子和中子。1911年，卢瑟福(Rutherford)创立了
原子结构的“太阳-行星模型”，成功地解释了a粒子散射实验结果。
1913年，为了解释氢原子光谱，丹麦物理学家玻尔(Bohr)在普朗克(Planck)
的量子论和爱因斯坦(Einstein)的光子学说的基础上，提出了著名的原子结构模型
(玻尔理论)，该模型认为：
(1)电子只能在若干圆形的固定轨道上绕核运动，同时不辐射能量。
（2）原子中的电子通常处于基态，只有从外界获取能量时电子才处于激发态。
（3)电子尽可能处于能量最低的轨道，只有当电子在不同轨道上发生跃迁时才吸收或辐射能量。能量大小与光子的频率成正比：
AE=E2-E1=hv
式中，y为光子的频率；h为普朗克常量。
玻尔理论成功地解释了氢原子(图1-1)和类氢离子(He+、L2+、Be+等）光谱。由于原子轨道的能量是量子化的，决定了谱线的频率也是量子化的，因此原子谱线是不连续的线状光谱。玻尔理论是人们认识原子世界的重大进步，是一个里程碑，玻尔因此获得1922年诺贝尔物理学奖......

《新编工科化学》是参照教育部高等学校化学基础课教学指导委员会制订的“高等学校普通化学教学基本内容”，贯彻我国法定计量单位标准和国际纯粹与应用化学联合会的有关规定，为高等工科院校非化学化工类专业组织编写的基础化学教材。《新编工科化学》内容包括：物质结构基础、化学热力学基础、溶液平衡理论、应用电化学、材料化学基础、表面活性剂化学、环境与化学、能源化学、纳米材料化学、实验数据处理和分析测试技术，并结合工程实际，介绍了一些新材料、新技术和新方法。在整个内容体系上，尽可能拓宽知识面，增加信息量，保证基础化学知识结构和理论体系的完整性，对一些陈旧内容或者与后续课程重复的内容进行适当压缩，充实一些新研究成果和技术。各章节既有一定的系统性和先进性，又有相对的独立性和综合性。授课时可根据各专业的特点和具体要求，灵活掌握，选择讲授。阅读材料集知识性、趣味性和前瞻性于一体，供扩展视野之用。