General Chemistry（王欣）（普通化学）

近年来，随着国家“一带一路”倡议的制定和教育全球化进程的加快，在提升国际竞争力和加快高等教育国际化的驱动下，EMI（全英语教学）在母语为非英语的国家和地区迅速发展。当前，我国EMI教学面临教材选择和课程建设等多方面的问题与挑战。国外优秀的基础课教材价格高昂令人“望洋兴叹”，国内引入的部分影印版又因“年久失修”，不适应当前高等教育教学先进性和创新性的要求。General Chemistry是针对我国高等院校化学化工类专业本科生化学基础课EMI教学需求而编写的一部通用型基础化学全英文教材。编者在积累了多年的教学体会和实际教学案例的基础上，从认识物质的基本规律出发，紧密联系当前迅速发展的材料、信息、能源、环境、国防等工程实例，深入浅出地介绍物质的组成及结构、化学的基本原理及在现代高科技中的应用等。本教材旨在向学生传授工科化学基础知识，健全学生的知识结构体系，训练学生掌握专业工程实际应用中涉及的基础化学知识和实验操作的技能，使学生能够应用化学的理论、思维去审视当今社会关注的如环境污染、能源及资源危机、工程材料的选择等热点问题。

本书突出工程应用，弱化理论推导，设置的例题习题等尽量与工程实践相结合，强调工程应用中的化学思维。教材中还融入了化学史教育。我国化学家傅鹰曾说：“化学给人以知识，化学史给人以智慧。”通过学习化学史了解知识背后的化学思维过程，了解化学概念变迁的来龙去脉，进而学习化学家的辩证思维方法，这比学到化学知识本身更为重要。通过化学史的教育将知识与智慧（方法）结合起来，对于提高现代教育质量有着非常重要的意义。因此，本教材将化学史的教育穿插于各个章节之中，努力做到将智慧与知识融为一体。

本书共分10章，由王欣提出编写大纲及要求，耿旺昌、张新丽、颜静等西北工业大学基础化学教研组教师分工协作，共同完成。王欣编写了第1章、第4章、第5章、第10章和第3章的部分内容（3.1）及附录；耿旺昌编写了第7章、第8章和第9章；张新丽编写了第2章和第6章；颜静编写了第3章的其余内容（3.2，3.3）。欧植泽、高云燕、王景霞、岳红、尹德忠等分工进行了校对及修订。全书由王欣、耿旺昌负责统稿。

西北工业大学化学与化工学院基础化学教研组其他成员对本书的编写提出了很多建设性的意见及建议，在此表示衷心的感谢！另外，在本书的编写过程中，参考了许多文献资料、国内外同类教材的部分内容，对原作者表示衷心的感谢！

由于编者水平有限，加之时间较为仓促，书中疏漏之处在所难免，抛砖引玉，恳请读者多提宝贵意见，以便改进，为国际化人才培养体系建设贡献微薄之力。

编者 

General Chemistry（《普通化学》）根据我国高等院校工科专业学生对化学学习的需求及特点编写而成。书中从物质结构出发，阐明组成物质的原子及分子结构及其作用力，结合热力学、动力学、溶液、电化学、配位化学等基本化学原理，探讨当今迅速发展的材料、能源、环境、信息、国防等工程领域中的一些化学应用问题。本书内容精而不简，通用性强，注重可靠性、规范性的同时体现先进性和创新性。本书可作为高等院校各工科专业的全英文或双语化学基础课教学用书，也可供自学者、工程技术人员参考使用。

Chapter 1 Introduction 1

1.1 The Purpose of Chemistry Research and Its Brief History 1

1.1.1 What Is Chemistry? 1

1.1.2 A Brief History of Chemistry 2

1.2 Modern Chemistry and High Technology 4

1.2.1 Aerospace Technology 4

1.2.2 Energy and Environment 6

1.2.3 Flexible Electronic Technology 6

1.3 The Role, Status and Development Prospect of Chemistry 7

1.3.1 The Role and Status of Chemistry 7

1.3.2 The Development Prospect for Chemistry 8

Chapter 2 Chemical Composition and Aggregation of Substances 11

2.1 Chemical Composition of the Substance 11

2.2 Gases 12

2.2.1 Gas Phase 12

2.2.2 Ideal Gases 12

2.2.3 Gas Storage and Transportation 14

2.3 Liquids 15

2.3.1 Basic Properties of Liquids 15

2.3.2 Solution 17

2.4 Solids 18

2.4.1 Introduction of Solids 18

2.4.2 Crystal Characteristics 18

2.4.3 Types of Crystals 19

2.4.4 Solid’s Applications 22

2.5 Other Forms of Matter 22

2.5.1 Liquid Crystals 22

2.5.2 Supercritical State 23

2.5.3 Plasma State 24

2.6 Change of State 25

2.6.1 Three Phase Diagram of Pure Substance 25

2.6.2 Vaporization of Liquids 26

2.6.3 Liquefaction of Gases 27

2.6.4 Other State Changes 28

Exercises 28

Chapter 3 Atomic Structure and Periodic Table of Elements 30

3.1 Atomic Structure 30

3.1.1 Electrons in Atom 31

3.1.2 Bohr’s Theory of the Hydrogen 33

3.1.3 Schrodinger Equation for Hydrogen 35

3.1.4 The Shapes of the Orbitals 36

3.1.5 Electron Configurations 40

3.2 Chemical Elements and the Periodic Table 43

3.3 Atomic Chemical Properties 45

3.3.1 Atomic Radius 45

3.3.2 Ionization Energy 47

3.3.3 Electron Affinity 51

Exercises 52

Chapter 4 Chemical Bonding and Molecular Structure 54

4.1 Chemical Bonding 54

4.1.1 Lewis Theory 54

4.1.2 The Covalent Bond: A Quantum Mechanical Concept 56

4.1.3 Introduction to the Valence Bond Method 57

4.1.4 Characteristics of Covalent Bond 57

4.1.5 Types of Covalent Bond 58

4.1.6 Bond Parameters 59

4.2 Valence-Shell Electron-Pair Repulsion (VSEPR) Theory 62

4.3 Hybrid Orbital Theory and Molecular Structure 64

4.3.1 Hybrid Orbital Theory 64

4.3.2 Hybridization Scheme 64

4.4 Molecular Polarity and Polarization 67

4.4.1 Polar Covalent Bond and Nonpolar Covalent Bond 67

4.4.2 Dipole Moment and Molecular Polarity 68

4.4.3 Molecular Polarization 69

4.5 Intermolecular Forces 70

4.5.1 van der Waals Forces 70

4.5.2 Hydrogen Bonding 74

Exercises 78

Chapter 5 Heat Effect of Chemical Reaction and Energy Utilization 79

5.1 The First Law of Thermodynamics 79

5.1.1 Some Thermodynamic Terminology 79

5.1.2 The First Law of Thermodynamics 87

5.2 Heat Interaction During Chemical Process 88

5.2.1 Heats of Reaction 89

5.2.2 Enthalpy Change of Reaction: ΔrHm 91

5.2.3 Enthalpy Change Accompanying a Change in State of Matter 93

5.2.4 Standard States and Standard Enthalpies of Reaction 94

5.3 Hess’s Law and Its Applications 94

5.3.1 Hess’s Law and Applications 94

5.3.2 Basic Thermodynamics Data: Standard Molar Enthalpies of Formation 96

5.3.3 Standard Molar Combustion Enthalpy 99

5.4 Fuels as Sources of Energy 100

5.4.1 Solar Energy 101

5.4.2 Biomass Energy 104

5.4.3 Hydrogen Energy 105

5.4.4 Natural Gas Hydrate 108

Exercises 109

Chapter 6 Basic Principles of Chemical Reaction 111

6.1 Spontaneous Reaction and Entropy 111

6.1.1 Spontaneous Reaction and Its Thermal Effect 112

6.1.2 Entropy and the Direction of Spontaneous Reaction 113

6.2 Gibbs Function Changes and Judgment of Spontaneous Direction of Reaction 117

6.2.1 Gibbs Function Changes and Gibbs Function Criterion 117

6.2.2 Standard Molar Gibbs Function Variation of Reaction and Its Calculation 118

6.2.3 Application of Gibbs Formula 121

6.2.4 Gibbs Function Changes under Nonstandard Condition 124

6.3 Chemical Equilibrium 126

6.3.1 The Equilibrium Constant 127

6.3.2 The Main Factors Affecting the Chemical Equilibrium 132

6.4 Chemical Reaction Rate 139

6.4.1 Reaction Mechanisms 140

6.4.2 Effect of Concentration on Reaction Rate 144

6.4.3 Effect of Temperature on Reaction Rate 149

6.4.4 Effect of Catalyst on Reaction Rate 153

Exercises 158

Chapter 7 Solution and Ion Equilibrium 165

7.1 Colligative Properties 166

7.1.1 Vapor Pressure Lowering 166

7.1.2 Freezing Point Depression and Boiling Point Elevation 169

7.1.3 Osmotic Pressure of Solution 173

7.2 Weak Electrolyte Dissociation Equilibrium and Buffer Solution 175

7.2.1 The Development of Acid-Base Theory 175

7.2.2 The Self-ionization of Water and the pH Scale 177

7.2.3 Single-phase Dissociation Equilibrium: The Dissociation of Weak Acid and Weak Base 178

7.2.4 Buffer Solution 183

7.3 Precipitation Dissolution Equilibrium of Insoluble Strong Electrolytes 187

7.3.1 Solubility Product 187

7.3.2 Solubility Product Rules 189

Exercises 195

Chapter 8 Applied Electrochemistry 197

8.1 Voltaic Cell and Cell Diagram 197

8.1.1 Voltaic Cell 197

8.1.2 Electrode, Cell Reaction and Cell Diagram 199

8.2 Generation, Determination, Influencing Factors and Application of Electrode Potential 201

8.2.1 Generation of Electrode Potential: Electric Double Layer Theory 202

8.2.2 Measurement of Standard Electrode Potential 203

8.2.3 Nernst Equation: Effect of Concentration on Electrode Potential 208

8.2.4 Application of Electrode Potential and EMF 211

8.3 Electrolytic Cell 216

8.3.1 Composition and Electrode Reaction of Electrolytic Cells 216

8.3.2 Main Factors Affecting Electrode Reaction 217

8.3.3 Decomposition Voltage and over Voltage 221

8.3.4 General Law of Electrolytic Products 224

8.3.5 Application of Electrolysis 225

8.4 Chemical Power Supply 228

8.4.1 Classification of Chemical Power Sources 228

8.4.2 Electromotive Force, Open Circuit Voltage and Working Voltage of Chemical Power Supply 228

8.4.3 Voltaic Cells 229

8.4.4 Secondary Battery 231

8.4.5 Fuel Cells 232

8.4.6 Environmental Pollution Caused by Chemical Power Supply and 

Its Treatment Measures 236

Exercises 238

Chapter 9 Corrosion and Material Protection 242

9.1 Principle and Rate of Metal Corrosion 242

9.1.1 Principle of Electrochemical Corrosion 243

9.1.2 Polarization of Corrosion Battery and Factors Affecting Corrosion Rate 244

9.2 Main Methods to Prevent Metal Corrosion 248

9.2.1 Improve the Anticorrosion Performance of Metal 248

9.2.2 The Use of Various Protective Layers 249

9.2.3 Corrosion Inhibitor Method 249

9.2.4 Electrochemical Protection 250

9.3 Protection of Polymer Materials 251

9.3.1 Influence Mechanism of Environmental Factors 252

9.3.2 Anti-aging Measures 255

9.4 Electronic Packaging Materials 257

9.4.1 Main Performance Requirements for Electronic Packaging Materials 257

9.4.2 Commonly Used Electronic Packaging Materials 258

9.4.3 Preparation Method of Metal-based Composite Electronic Packaging Materials 261

Exercises 262

Chapter 10 Metal Coordination Compound 263

10.1 Basic Concepts and Nomenclature 264

10.1.1 Coordinate Bonds and Coordination Compounds 264

10.1.2 Composition and Type of Complexes 264

10.1.3 Ligands 266

10.1.4 Naming Coordination Compounds 268

10.2 Complex Ion Equilibria 270

10.2.1 Dissociation Balance and Equilibrium Constant of Complex Ion 270

10.2.2 The Coordination Equilibria 272

10.3 The Chemical Bond Theory in Coordination Compounds 275

10.3.1 Valence Bond Theory 275

10.3.2 Crystal Field Theory (CFT) 278

10.4 Applications of Coordination Chemistry 2