无机化学（本科阶段）（周祖新）

中职本科贯通人才培养模式是近年来上海市高等教育改革的一项重要举措，即中职生进行了三年中等专业学习后直接进入相关专业的本科阶段学习。全国还有类似的中职高职贯通、中职高校直通车等形式，它是培养高端应用型技术人才的重要途径，2017年其招生规模就占上海市总招生人数的2.5%，2018年继续扩大，虽然比例不算很高，但放眼全国总人数已很可观。由于录取方法及其后学习环境的巨大差异，中职生和普通高中生存在很多的不同。中职生由于在工厂见习或实习的时间较多，在课堂上课时间相对较少，中职生的抽象思维能力欠缺而形象思维能力较强。如果简单套用一般高中毕业生的教学方法，学生很难适应，教学效果不佳。我们根据这几年中本贯通的教学经验及对学生整个知识体系的了解，根据学生上岗工作所需要的知识，不断探索，因势利导，寻求与之匹配的教学方法，编写与之相适应的无机化学教材。

1.起点适中，充分注意到中职学生的学习能力和知识基础，与中职阶段的学习做好有机的衔接。中职学生与普通高中学生的化学学习内容有不少差别，如溶液的依数性、分子间的三种作用力、酸碱质子理论等一般高中不涉及，中职学生已学习了部分上述内容，我们在这些基础上适当深化。物质结构的内容，如电子亚层、离子键、共价键涉及很浅，我们把高中化学的内容补上。

2.根据中职生形象思维能力较强的特点，对概念、原理的描述和解释进一步形象化、图表化，减少严格的、难理解的术语描述和理论推导。用常见的例子来描述、简单的图形来诠释概念和原理，使学生容易看懂、深刻理解。对电解质概念的引入运用溶液是否导电及导电能力强弱的实验；对缓冲溶液概念的引入是分别在水中和弱酸弱酸盐混合液中滴加少量酸碱引起溶液的pH变化;等等。

3.加强联系实际，注意与人才培养目标的一致性。本书的主要编者曾长期在化工生产一线工作，具有较丰富的化工生产经验。在基础理论和元素部分都编进了不少理论应用于生产的实例，包括生产流程、生产工艺甚至某些生产细节力图,使学生在较好地掌握无机化学基础理论和基本知识的基础上对该理论在生产中的应用有更多的了解。

4.为了体现理论部分“必须”“够用”的原则，有些无机化学的常见理论如化学热力学、微观粒子的运动特征、分子结构理论等未列入本教材。而有些应该是专业课程的内容，如生物、医药制品的沉淀制取、膜分离技术等实用性内容选入本教材。本教材注重学生知识的整体化。

本书由周祖新担任主编，周义锋、韩生任副主编，常光萍主审。上海应用技术大学化工学院无机化学教研室的老师和上海市医药学校的部分老师在本书编写过程中提出了很多宝贵意见，在此表示衷心的感谢！化学工业出版社的编辑对本书的出版工作提供了很大的帮助，在此作者表示*衷心的感谢！

由于编者水平所限，书中不当之处在所难免，诚望广大读者指正。

编者

2019年12月于上海应用技术大学

《无机化学》是根据上海市*关于培养高素质应用型一线操作人才，中职本科一体化教学（也称中本贯通）要求而编写的。理论部分以“必须”“通俗易理解”“够用”“应用”为原则，讲解原理多用通俗的课堂语言，例题一般是与药物生产相关的实例；元素部分除元素及化合物常用知识的介绍外，还介绍这些物质在医药方面的应用。本书共分10章，基本原理有溶液与胶体分散系、化学反应速率和化学平衡两章，这些原理的具体应用有酸碱平衡和溶解沉淀平衡、氧化还原反应、配位化合物三章；物质结构部分包括原子结构和元素周期律、分子结构和晶体两章；元素部分有非金属元素和金属元素各一章，还有生物无机化学基本知识一章。《无机化学》可作为应用技术型高校化工、材料、轻工、医药、生物类无机化学或基础化学教材，也可供相关工厂、企业技术人员及自学者参考。

周祖新，上海应用技术学院化学与环境学院，副教授，1991年-2008年 教授无机化学，无机与分析化学，普通化学，现代生活与化学，工程化学

主要教学、科学研究、实践经历

1．生物传感器的研究（过氧化氢酶传感器，乙酰胆碱酯酶生物传感器，葡萄糖生物传感器）

2．催化剂的研究（合成吗啉的催化剂研究）

3．有机中间体，农药的合成（β-紫罗兰酮的合成，高纯氨丙醇的合成，并进行了中试生产，多肽的合成研究，新型农药苯氧威的合成，并进行了中试生产）

4．在工厂主持生产维生素A的中间体β-紫罗兰酮5年。

主讲无机化学、工程化学已三十多年，多次被学生评为“我心目中的好老师”。主持市科委、*、农委科研课题5项，取得上海市科技进步奖。主持市*和学校重点课程建设和教改项目6项，获得校教学成果一等奖和教学成就一等奖。在《大学化学》、《化学教育》以*作者发表教学论文十余篇。

绪论1

0.1化学上物质的概念1

0.2化学的研究对象1

0.3无机化学与制药2

0.4无机化学的学习方法3

第1章溶液与胶体分散系4

1.1稀溶液的依数性4

1.1.1溶液的蒸气压下降4

1.1.2溶液的沸点上升和凝固点下降5

1.1.3渗透压6

1.1.4渗透压在医学上的应用8

1.1.5膜分离技术简介10

1.2胶体分散系11

1.2.1溶胶11

1.2.2高分子化合物溶液12

1.2.3凝胶14

1.3表面现象17

1.3.1表面张力与表面能17

1.3.2表面吸附18

1.3.3表面活性物质19

思考题20

习题20

第2章化学反应速率和化学平衡22

2.1化学反应速率22

2.1.1反应速率的表示方法22

2.1.2反应速率理论23

2.1.3反应物浓度与反应速率的关系25

2.1.4反应速率与温度的关系27

2.1.5药物有效期计算29

2.1.6催化剂与反应速率的关系30

2.1.7其他因素对化学反应速率的影响32

2.2化学平衡33

2.2.1可逆反应和化学平衡33

2.2.2平衡常数34

2.3化学平衡的移动36

2.3.1浓度对平衡的影响36

2.3.2压力改变对平衡的影响37

2.3.3温度改变对平衡的影响38

2.3.4催化剂对化学平衡的影响39

2.3.5平衡移动原理——吕·查德里原理39

2.4有关化学平衡及其移动的计算39

2.4.1平衡常数的求得39

2.4.2平衡转化率40

2.5反应速率与化学平衡的综合应用*41

思考题43

习题44

第3章酸碱平衡和沉淀溶解平衡46

3.1强电解质溶液46

3.1.1复分解反应的实质46

3.1.2强电解质溶液理论46

3.2水的解离和溶液的pH47

3.2.1水的解离平衡47

3.2.2溶液的酸碱性和pH48

3.2.3酸碱指示剂49

3.3弱酸、弱碱的解离平衡51

3.3.1一元弱酸、弱碱的解离平衡51

3.3.2多元弱电解质的解离54

3.3.3同离子效应56

3.4缓冲溶液57

3.4.1缓冲溶液的概念57

3.4.2缓冲作用的原理59

3.4.3缓冲溶液pH计算59

3.4.4缓冲溶液的缓冲容量60

3.4.5缓冲溶液的选择和配制61

3.4.6缓冲溶液在医学上的意义63

3.5盐类的水解64

3.5.1各类盐的水解64

3.5.2影响水解平衡的因素68

3.5.3盐类水解的应用69

3.6沉淀溶解平衡69

3.6.1沉淀溶解平衡与溶度积69

3.6.2溶度积规则及其应用71

3.6.3沉淀反应在医药生产上的某些应用79

3.6.4沉淀的溶解和转化80

3.7生化制药中的沉淀技术简介82

思考题85

习题86

第4章氧化还原反应88

4.1氧化还原反应的基本概念88

4.1.1氧化数88

4.1.2半反应与氧化还原电对89

4.2原电池与电极电势90

4.2.1原电池90

4.2.2原电池的组成90

4.2.3原电池的符号91

4.3电极电势92

4.3.1电极电势的产生92

4.3.2标准电极电势93

4.4影响电极电势的因素95

4.4.1Nernst方程式96

4.4.2浓度对电极电势的影响96

4.4.3实际电对物质浓度不为标准态时的标准电极电势100

4.5电极电势的应用100

4.5.1计算原电池的电动势101

4.5.2判断氧化还原反应能否进行及其进行的方向102

4.5.3比较氧化剂和还原剂的相对强弱102

4.5.4氧化剂或还原剂的选择103

4.5.5确定氧化还原反应进行的程度103

4.5.6计算一系列平衡常数105

4.5.7高氧化还原电势酸性水的杀菌作用105

4.6元素电势图106

4.6.1元素标准电势图106

4.6.2元素电势图的应用106

思考题108

习题109

第5章原子结构和元素周期律111

5.1玻尔理论与微观粒子特性112

5.1.1光谱及氢原子光谱112

5.1.2玻尔理论112

5.1.3玻尔理论的成功和缺陷113

5.2核外电子运动状态描述114

5.2.1薛定谔方程114

5.2.2波函数、原子轨道和电子云114

5.2.3四个量子数的物理意义116

5.3核外电子排布119

5.3.1多电子原子的能级119

5.3.2核外电子排布原则与基态原子的电子构型119

5.3.3原子结构和元素周期的关系123

5.4原子结构和元素某些性质的周期性变化124

5.4.1原子半径124

5.4.2电离能(I)125

5.4.3电负性(X)126

5.4.4金属性和非金属性127

【阅读资料】微观物质的深层次剖示128

思考题129

习题129

第6章分子结构和晶体131

6.1离子键131

6.1.1离子键的形成131

6.1.2离子键的特点131

6.2共价键132

6.2.1路易斯理论132

6.2.2现代共价键理论132

6.2.3共价键的形成133

6.2.4共价键理论要点133

6.2.5共价键的特征134

6.2.6共价键的类型134

6.2.7几个重要的键参数136

6.3杂化轨道理论138

6.3.1杂化轨道理论的基本要点138

6.3.2杂化类型与分子几何构型138

6.4金属键理论141

6.5分子间作用力和氢键142

6.5.1分子的极性和变形性142

6.5.2分子间作用力143

6.5.3范德华力与物理性质的关系145

6.5.4氢键146

6.6晶体结构147

6.6.1晶体的概念148

6.6.2晶体的基本类型148

思考题150

习题151

第7章配位化合物152

7.1配位化合物的基本概念152

7.1.1配位化合物的定义152

7.1.2配位化合物的组成152

7.1.3配位化合物的命名与书写154

7.2配位平衡155

7.2.1配合物的不稳定常数与稳定常数155

7.2.2稳定常数的应用156

7.3螯合物和生物配体158

7.3.1螯合物与螯合效应158

7.3.2生物配体159

7.4配位化合物的制备和应用160

7.4.1配合物的制备161

7.4.2配位化合物的应用162

【阅读资料】我国配位化学进展163

思考题165

习题166

第8章非金属元素选述168

8.1卤族元素168

8.1.1卤素的通性168

8.1.2卤素单质169

8.1.3卤化氢和氢卤酸的性质172

8.1.4卤化物的性质173

8.1.5卤素的含氧酸及其盐174

8.1.6拟卤素176

【阅读资料】碘在人体中的作用178

8.2氧、硫、硒及其化合物179

8.2.1氧族元素的通性179

8.2.2氧及其化合物180

8.2.3硫及其化合物183

8.2.4硒及其化合物188

8.3氮、磷、砷及其化合物188

8.3.1氮族元素的通性188

8.3.2氮的化合物189

8.3.3磷及其化合物194

8.3.4砷及其化合物199

8.4碳、硅、硼及其化合物200

8.4.1碳及其化合物201

8.4.2硅及其化合物204

8.4.3硼及其化合物205

8.5非金属元素在医学中的应用208

【阅读资料】一氧化氮——一种重要的生物活性分子208

思考题210

习题211

第9章金属元素选述213

9.1碱金属和碱土金属213

9.1.1碱金属和碱土金属的氧化物213

9.1.2氢氧化物及碱性比较214

9.1.3R—O—H规则214

9.1.4碱金属和碱土金属盐在医药上的应用215

9.1.5碱金属和碱土金属的生物功能216

9.1.6碱金属和碱土金属离子的鉴定217

9.1.7硬水软化和纯水制备217

【阅读资料】膜分离技术220

9.2锡、铅及其重要化合物221

9.2.1锡、铅的单质221

9.2.2锡、铅的氧化物及其水合物222

9.2.3锡、铅的盐类及其水解224

9.3过渡金属元素224

9.3.1过渡金属元素的通性225

9.3.2铬的重要化合物227

9.3.3锰的化合物230

9.3.4铁系元素的重要化合物233

9.4铜、锌、汞及其重要化合物237

9.4.1铜的重要化合物238

9.4.2锌的重要化合物240

9.4.3汞的重要化合物241

9.5过渡元素在医药中的应用243

9.5.1d区元素在医药中的应用243

9.5.2ds元素在医药中的应用244

思考题246

习题246

第10章生物无机化学基本知识248

10.1生物元素248

10.1.1生物元素的分类248

10.1.2*适营养浓度定律250

10.1.3生物金属元素的存在形式251

10.1.4生物元素的生理功能252

10.2矿物药253

10.2.1矿物药的分类253

10.2.2矿物药作用的化学基础255

10.2.3矿物药的特点256

10.3生物无机化学的应用256

10.3.1生物无机化学与现代医学256

10.3.2化学模拟生物过程258

思考题263

附录264

附录1一些基本物理量264

附录2一些物质的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成自由能和标准摩尔熵的数据(298.15K，100kPa)264

附录3常见弱酸或弱碱的解离常数(298.15K)266

附录4常见难溶电解质的溶度积(298.15K)266

附录5常见配离子的稳定常数(298.15K)267

附录6常见氧化还原电对的标准电极电势(298.15K)267

附录7某些物质的商品名或俗名269

附录8主要的化学矿物及其基本性质270

附录9有害物质的排放标准273

参考文献274