基础化学（游文章 ）（第二版）

前言

本书版自2010年出版以来，深受读者的欢迎，至今已经多次重印。鉴于读者使用过程中提出了许多建设性意见，以及我们在教学实践中的总结，根据工科基础化学教学需要，在版的基础上进行了适当修订。

本次修订仍以基本知识和基础理论为主，力求少而精和简明扼要，为保证工科学生更好地掌握无机化学和分析化学基础理论和知识，尽管整个章节结构未作变动，但对具体内容进行必要的补充、删减和调整，使教材更加承前启后、深入浅出、通俗易懂，更有利于学生理解和掌握知识点。本次修订的特点就是我们针对学生难以理解的知识点补充了教学研究成果。

本次修订由游文章任主编，黄少云、程清蓉和周红任副主编，参加本次修订的有武汉工程大学环境化学学院游文章（第4、20章），黄少云（第11、12章），李伟伟（第7、15章），周红（第13章），杨小红（第6、8章），齐小玲（第10、14章），程清蓉（第9、17章），胡锦东（第16、19章），张汉平（第18章）；武汉工程大学邮电与信息工程学院游丹（第1、2、3、5章）。后由游文章统一整理、补充、修改和定稿，由潘志权教授审阅。

本书再版过程中得到了武汉工程大学环境化学学院领导和化学工业出版社的大力支持，我们在此表示衷心的感谢。

限于编者的水平，书中难免存在不妥之处，敬请读者批评指正。

编者

2019年4月

版前言

根据*关于高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划精神，我校将无机化学课程和分析化学课程的部分内容合并为基础化学课程，作为化工、制药、材料和环境工程等专业必修的一门重要基础课。本书编写的主要目的是让学生掌握无机化学和分析化学的基础理论和知识，为后续化学课程及专业课程的学习提供化学基础。

本书编者长期从事无机化学和分析化学教学，并在近十年的基础化学教学实践中，比较全面地了解相关专业对基础化学的要求。因此在内容的选取上，既考虑了专业的要求又考虑了与后续化学课程的衔接与分工。在讨论化学基础理论的同时，介绍近期的科学研究成果及基础化学在环境科学、生命科学及材料科学等方面的应用。

本书将无机化学与分析化学的基本内容统一安排，和谐关联。内容包括两部分，第1部分化学原理为化学热力学，四大化学平衡（酸碱平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原平衡、配位平衡）及与之相应的容量分析，分析化学中的误差理论，物质结构（原子结构、分子结构）有关内容；第2部分元素化学为元素单质和化合物的性质及结构，常见离子的分离与鉴定的有关内容。考虑到化工生产和研究过程中所关心和需解决的问题及与物理化学课程的衔接和分工，本书将化学热力学中涉及的化学反应方向和限度用两章讨论，并称为化学反应方向和化学反应限度；取消了化学动力学内容，重点强化无机化学和分析化学的紧密联系，对化学原理部分着重讨论了化学的四大平衡及在分析化学中的应用；对元素化学部分尽量突出典型和常见的元素及化合物，在此基础上介绍了常见无机离子的分析与鉴定，使学生了解无机离子的定性分析方法。

本书由游文章主编，黄少云、艾军和周红任副主编，参加编写的有游文章（第1、2、3、5、20章），艾军（第4章），黄少云（第11、12章），李伟伟（第7、15章），周红（第13章），杨小红（第6、8章），齐小玲（第10、14章），程清蓉（第9、17章），胡锦东（第16、19章），张汉平（第18章）。后由游文章统一整理、补充、修改和定稿。张汉平负责全书的附录收集整理和书中插图的绘制工作。全书由潘志权教授审阅。

本书在编写过程中参考了部分已出版的有关教材及著作，从中借鉴了许多有益的内容，在此向有关作者表示谢意。

限于编者的水平，本书虽经多次修改，但难免有疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正。

编者

2010年4月

《基础化学》（第二版）将无机化学和分析化学的基本内容重新编排，按化学原理和元素化学两部分进行介绍。化学原理部分包括化学热力学、四大化学平衡及与之对应的容量分析、分析化学中的误差理论、原子结构和分子结构；元素化学部分包括单质和化合物的性质及结构，常见离子的分离与鉴定。

《基础化学》（第二版）可作为高等学校化工、制药、材料、生物、环境、轻工、食品等专业本科生的教材，也可供化学工作者参考。

游文章，武汉工程大学化工与制药学院，副教授， 本人于1982年1月毕业于武汉大学化学系分析化学专业，曾从事水生动物的营养研究，主要进行水生动物的营养成分和饲料成分的分析工作。2002年至今在武汉工程大学从事基础化学教学工作，讲授过无机化学，分析化学和物理化学等课程，为基础化学教学的骨干教师。

主持或参加研究项目10多项，发表论文10多篇。获省部级二等奖三项。

第1部分化学原理

第1章气体1

1.1理想气体状态方程1

1.1.1波义耳定律1

1.1.2盖·吕萨克定律1

1.1.3化合体积定律和阿伏伽德罗定律2

1.1.4理想气体状态方程2

1.1.5气体常数3

1.2理想气体混合物4

1.2.1道尔顿分压定律4

1.2.2阿马格分体积定律5

思考题6

习题6

第2章化学反应的方向8

2.1化学反应方向的焓变判据8

2.1.1热力学中常用的术语9

2.1.2热力学定律12

2.1.3常见化学反应的过程13

2.1.4化学反应热效应14

2.1.5热效应的计算17

2.1.6焓变对化学反应方向的影响21

2.2化学反应方向的熵变判据21

2.2.1熵及熵的性质21

2.2.2熵变对化学反应方向的影响24

2.3化学反应方向的吉布斯自由能变判据25

2.3.1吉布斯自由能25

2.3.2吉布斯自由能变对化学反应方向的影响27

思考题28

习题29

第3章化学反应的限度32

3.1化学反应限度的判据32

3.1.1摩尔反应吉布斯自由能与化学平衡32

3.1.2化学平衡常数33

3.2标准平衡常数的应用38

3.2.1非平衡状态化学反应的方向38

3.2.2化学平衡组成及理论转化率的计算39

3.3化学平衡的移动40

3.3.1浓度对化学平衡的影响41

3.3.2压力对化学平衡的影响42

3.3.3温度对化学平衡的影响43

3.3.4吕·查德理原理44

思考题45

习题46

第4章定量分析概论49

4.1定量分析中的误差49

4.1.1误差的分类及产生的原因49

4.1.2误差的减免方法50

4.1.3测定结果的准确度与精密度51

4.1.4可疑测定值的取舍方法54

4.2有效数字及运算规则54

4.2.1有效数字的意义及位数55

4.2.2有效数字修约规则56

4.2.3有效数字的运算规则56

4.2.4有效数字的运算规则的应用57

4.3滴定分析法概论57

4.3.1滴定分析法简介57

4.3.2标准溶液59

4.3.3滴定分析的计算61

思考题65

习题67

第5章酸碱平衡69

5.1电解质溶液69

5.1.1强电解质溶液69

5.1.2弱电解质溶液70

5.2酸碱理论70

5.2.1酸碱理论的发展70

5.2.2酸碱质子理论71

5.3水的离解平衡73

5.3.1水的离子积73

5.3.2水溶液中的酸碱性和pH值74

5.4弱酸、弱碱的离解平衡75

5.4.1分子型弱酸、弱碱的离解平衡75

5.4.2离子型弱酸、弱碱的离解平衡80

5.5缓冲溶液83

5.5.1同离子效应84

5.5.2缓冲溶液的组成及缓冲作用84

5.5.3缓冲溶液pH值的计算85

5.5.4缓冲溶液的缓冲容量和缓冲范围85

5.5.5缓冲溶液的选择和配制87

思考题88

习题89

第6章酸碱滴定法91

6.1酸碱指示剂91

6.1.1酸碱指示剂的变色原理91

6.1.2指示剂的变色范围及变色点91

6.1.3混合指示剂93

6.1.4几点注意事项94

6.2酸碱滴定法的基本原理94

6.2.1强碱（酸）滴定强酸（碱）94

6.2.2强碱（酸）滴定一元弱酸（碱）97

6.2.3多元酸（碱）的滴定100

6.3酸碱标准溶液的配制与标定101

6.4酸碱滴定的应用102

思考题105

习题106

第7章沉淀-溶解平衡108

7.1溶度积原理108

7.1.1溶度积108

7.1.2溶度积与溶解度108

7.2沉淀溶解平衡的移动109

7.2.1同离子效应109

7.2.2盐效应110

7.2.3酸效应110

7.2.4配合效应110

7.3溶度积规则及应用110

7.3.1溶度积规则110

7.3.2沉淀生成111

7.3.3沉淀溶解112

7.3.4分步沉淀114

7.3.5沉淀的转化115

思考题115

习题117

第8章沉淀滴定法118

8.1概述118

8.2莫尔法118

8.2.1基本原理118

8.2.2滴定条件118

8.2.3方法特点及应用范围120

8.3佛尔哈德法120

8.3.1直接滴定法测定Ag 120

8.3.2返滴定法测定卤素离子121

8.3.3佛尔哈德法特点及应用范围122

8.4法扬司法122

8.4.1基本原理122

8.4.2滴定条件123

8.4.3方法特点及应用范围123

思考题123

习题124

第9章氧化还原反应及电化学基础125

9.1氧化还原反应的基本概念125

9.1.1氧化数125

9.1.2氧化还原反应126

9.1.3氧化还原反应方程式配平126

9.2原电池129

9.2.1原电池组成和原电池符号129

9.2.2电极类型130

9.2.3电池电动势131

9.2.4电池电动势与电池反应吉布斯自由能的关系131

9.2.5标准电动势与电池反应平衡常数132

9.3电极电势132

9.3.1电极电势的产生132

9.3.2标准电极电势133

9.3.3标准电极电势计算135

9.4影响电极电势的因素136

9.4.1能斯特(Nernst)方程136

9.4.2浓度对电极电势的影响137

9.4.3酸度对电极电势的影响140

9.5电极电势及电池电动势的应用141

9.5.1电极电势应用141

9.5.2电池电动势应用143

9.6元素电势图143

9.7水的电势-pH图145

思考题146

习题148

第10章氧化还原滴定法150

10.1氧化还原平衡150

10.1.1式量电势(条件电势)150

10.1.2影响条件电势的因素及条件电势的计算151

10.1.3氧化还原反应进行的程度152

10.2氧化还原反应速率及影响因素153

10.3氧化还原滴定曲线及终点的确定154

10.3.1氧化还原滴定曲线的计算154

10.3.2氧化还原指示剂156

10.4氧化还原滴定法中的预处理157

10.4.1常用的氧化剂157

10.4.2常用的还原剂158

10.5氧化还原滴定法的应用159

10.5.1高锰酸钾法159

10.5.2碘法161

10.5.3其他氧化还原滴定法164

10.6氧化还原滴定结果的计算165

思考题167

习题167

第11章原子结构169

11.1原子的玻尔模型170

11.1.1经典物理学局限性170

11.1.2氢原子光谱171

11.1.3氢原子的玻尔模型172

11.2原子的量子力学模型173

11.2.1微观粒子的波粒二象性173

11.2.2微观粒子测不准关系174

11.2.3波函数和薛定谔方程175

11.2.4原子核外电子运动状态176

11.2.5波函数和电子云的空间图形179

11.3多电子结构和元素周期律181

11.3.1屏蔽效应和钻穿效应181

11.3.2鲍林近似能级图183

11.3.3多电子原子的核外电子排布规律184

11.3.4原子核外电子排布与元素周期律186

11.4主要原子参数及其变化规律189

11.4.1原子半径189

11.4.2电离能190

11.4.3电子亲和能191

11.4.4电负性192

思考题193

习题194

第12章分子结构196

12.1离子键理论196

12.1.1离子键的形成196

12.1.2离子的特征198

12.1.3离子晶体200

12.1.4离子极化作用203

12.2共价键理论204

12.2.1价键理论205

12.2.2杂化轨道理论209

12.2.3价电子对互斥理论214

12.2.4分子轨道理论217

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