【现货速发】简明工科基础化学

前言

化学的发展，给人们的生活带来了日新月异的变化，社会进步的各种需求都与化学相关联，从衣食住行到健康保健、从生存环境到新材料，化学与人类生活息息相关，化学就在我们身边。

《简明工科基础化学》（第二版）以化学原理为经，以化学在生活和工程实际中的应用为纬，注重知识的系统性和完整性。

在版的基础上，再版内容把原有第6章“化学与人类的进步”改为线上学习，由燕山大学李秋荣教授负责的“化学与人类”在中国大学MOOC平台和学银在线上，课程网址：https://www.icourse163.org/spoc/course/YSU-1206871801和http://www.xueyinonline.com/searchapi/sarchresult?searchword=化学与人类,有需要的读者可以进行学习、观看。

第7章实验内容改为第6章，肖海燕对实验内容进行了修改，将实验2“固体氯化铵生成焓的测定”改为深受学生喜欢的实验“手工皂的制备”。谢丹阳和董海峰对工程化学综合测试题进行了修改，增加了主观题内容。全书由谢丹阳和李秋荣统稿，高发明教授主审。衷心希望教师和学生们在使用过程中，多提宝贵意见，以便我们及时更正。

修订版的教材强调专业教育与通识教育融合，知识深度与广度融合，更适合教师在教学过程中采用线上线下混合式教学模式进行教学。

由于编者水平有限，书中的疏漏在所难免，恳请读者批评指正。

编者

2020年2月

版前言

随着21世纪科学技术的飞速发展，化学已深入到生命、材料和信息等各个领域，与人类生活休戚相关，成为信息时代科技发展的重要基础学科之一。在高等学校，化学与数学、物理等同属于自然科学基础课。工程化学是高等工程教育中实施素质教育的基础课程，是高等工科学校大多数专业不可缺少的一门公共基础课，是化学与工程技术间的桥梁，是造就“基础扎实、知识面宽、能力强、素质高”的迎接新世纪挑战的高级科技人才所必需的课程。

本书从物质的化学组成、化学结构和化学反应出发,密切联系现代工程技术中遇到的如材料的选择和寿命、环境的污染与保护、能源的开发与利用、信息传递、生命科学发展等有关化学问题,深入浅出地介绍有现实应用价值和潜在应用价值的基础理论和基本知识,使学生在今后实际工作中能有意识地运用化学观点去思考、认识和解决问题。

针对非化学化工专业的化学课学时数少的特点及教师和学生对教材提出的反馈意见，我们在《工科基础化学》的基础上进行了修改，希望在有限的学时内，使学生学到更多的知识，拓宽视野、增强运用多学科知识解决问题的能力。

本书增加了实验内容（第7章为工程化学实验）。工程化学实践性教学环节分为基础实验、开放实验和课外科技活动，旨在通过实践性教学环节，让学生在化学实验过程中，验证教学过程中学到的理论知识，加深对理论知识的理解，借助仪器试剂观察在通常条件下难于发现和理解的自然现象和规律，培养学生的化学安全观念、基本仪器的操作能力，为化学在工程中的应用打下坚实的基础。工程化学实验的开设激发了学生的创新意识，工程化学课程结束以后，仍有部分学生与工程化学课程组教师联系，积极地参与到教师的科研活动中来，还有的学生请工程化学课程组的教师帮助分析解决他们在工程实践中遇到的疑难问题。

每章末附有科学家的贡献和科学发现的启示，学生在阅读过程中通过了解本章中一些定律或定理的发现过程，不仅可以加深对内容的理解，而且对其创新能力的培养非常有益。这部分内容告诉学生，一个人要在所研究领域有所发现和发明，除了天资和对科学研究的热爱外，还要有百折不挠和坚韧不拔的毅力。

附录中1901～2010年诺贝尔化学奖的获奖科学家的介绍也会激发学生阅读的兴趣，本书更便于学生自学、自练和自检等。学生只有主动去读书，才会自觉接受教师所传授的知识和思维方法。

全书共分7章，内容包括物质的聚集状态，化学反应原理，水溶液中的离子平衡，氧化还原反应与电化学基础，物质结构基础，化学与人类的进步，工程化学实验。其中第1章、第3章和第7章由谢丹阳编写,第2章、第5章和第6章由李秋荣编写,第4章由乔玉卿编写。全书由李秋荣教授统稿，高发明教授主审。由于编者的水平有限，书中的缺点在所难免，恳请读者批评指正。

编者

2011年2月于秦皇岛

《简明工科基础化学》（第二版）是为工科类各专业（化学化工除外）开设少学时基础化学课程编写的教材，密切联系现代工程技术中遇到的问题，如材料的选择和寿命、环境的污染与防护、能源的开发与利用、信息传递、生命科学发展等与化学有关的问题，深入浅出、生动有趣地介绍工科化学基础理论知识。每章末附有科学家的贡献和科学发现的启示，可读性强，激发学生学习兴趣的同时给以科学创新的启发。主要内容包括物质的聚集状态、化学反应原理、水溶液中的离子平衡、氧化还原反应与电化学基础、物质结构基础、工程化学实验。每章均附有思考与练习题，书后附录汇集了相关的资料和需要的数据，另外还有95道工科化学综合测试题及答案。

《简明工科基础化学》（第二版）可作为高等院校工科类各专业开设基础化学、大学化学、工程化学等课程的教材，也可供工程技术人员以及有兴趣了解化学的读者参考。

李秋荣，燕山大学环境与化学工程学院，教授，主要教学经历：从1995年以来一直从事化工专业有机化学的教学，其间也讲授环境和金属材料等专业的少学时有机化学课。学生的评教一直是优秀。目前承担河北省自然基金2项，主持一项横向项目(湿式静电除尘脱硫实验装置)。发表科研论文40多篇，主编两本教材(《工科基础化学》中国标准出版社，《有机化学》哈尔滨工业大学出版社)。主持《深化基础化学教学体系改革，提高学生的化学素养》项目，2000年获河北省教学成果二等奖；主持《有机立体化学多媒体课件》项目，2002年获河北省教育厅教育技术成果一等奖；主持《工程化学》课程，2004年获省级精品课；2002年和2006年获得秦皇岛市优秀教师的荣誉称号。

第1章物质的聚集状态1

1.1化学的基本概念1

1.1.1分子、原子及团簇1

1.1.2元素3

1.1.3系统、环境和相3

1.1.4状态与状态函数4

1.1.5物质的量5

1.2气体和等离子体5

1.2.1理想气体和实际气体5

1.2.2大气相对湿度7

1.2.3等离子体8

1.2.4大气污染及其防治9

1.3液体13

1.3.1水的结构和性质13

1.3.2稀溶液的依数性16

1.3.3水污染及其防治19

1.4固体20

1.4.1晶体和非晶体20

1.4.2晶体的基本类型21

1.4.3过渡型晶体23

1.4.4混合键型晶体24

1.4.5固体废物的污染及治理25

科学家的贡献和科学发现的启示26

习题27

第2章化学反应原理29

2.1化学反应的能量变化29

2.1.1热力学定律29

2.1.2化学反应中的能量变化30

2.1.3反应热效应的测量32

2.1.4反应热效应的计算32

2.2化学反应的方向与限度36

2.2.1自发过程37

2.2.2熵变与反应的方向37

2.2.3吉布斯函数变与反应自发性的判断39

2.2.4化学反应进行的程度——化学平衡43

2.3化学反应的速率45

2.3.1反应速率与浓度的关系45

2.3.2温度对化学反应速率的影响48

2.3.3催化剂对反应速率的影响50

科学家的贡献和科学发现的启示52

习题53

第3章水溶液中的离子平衡56

3.1可溶弱电解质的单相离子平衡 56

3.1.1酸碱理论概述56

3.1.2水溶液中单相离子平衡59

3.2难溶强电解质的多相离子平衡66

3.2.1溶度积66

3.2.2溶度积规则68

3.3配位化合物的离子平衡72

3.3.1配位化合物的基本概念72

3.3.2配位化合物的组成73

3.3.3配合物的命名73

3.3.4配合物在水溶液中的稳定性75

3.3.5配位反应的应用77

科学家的贡献和科学发现的启示78

习题79

第4章氧化还原反应与电化学基础81

4.1氧化还原反应81

4.1.1氧化数81

4.1.2氧化剂与还原剂82

4.1.3氧化还原电对82

4.1.4氧化还原反应方程式的配平83

4.2原电池85

4.2.1原电池的组成85

4.2.2电极反应85

4.2.3原电池的符号表示式86

4.2.4常用电极类型87

4.3电极电势及应用88

4.3.1双电层理论88

4.3.2标准电极电势88

4.3.3原电池的电动势与电池反应的摩尔吉布斯函数变90

4.3.4能斯特方程式90

4.3.5电极电势的应用92

4.4电解及应用95

4.4.1分解电压和超电势95

4.4.2电解产物的判断96

4.4.3电解的应用97

4.5金属的腐蚀与防护100

4.5.1腐蚀机理100

4.5.2金属腐蚀的防护102

科学家的贡献和科学发现的启示103

习题104

第5章物质结构基础106

5.1核外电子的运动状态106

5.1.1玻尔的氢原子结构理论106

5.1.2电子运动的特性108

5.1.3波函数110

5.1.4电子云113

5.2多电子原子结构和周期系115

5.2.1多电子原子轨道的能级115

5.2.2核外电子分布与周期系117

5.3化学键和分子间相互作用力120

5.3.1化学键及其类型120

5.3.2分子的极性125

5.3.3分子间相互作用力126

科学家的贡献和科学发现的启示128

习题131

第6章工程化学实验133

实验1水质检验及自来水硬度的测定133

实验2混合碱液中组分含量的测定（双指示剂法）136

实验3氧化还原反应与电化学138

实验4乙酰水杨酸(阿司匹林)的制备141

实验5手工皂的制备142

第7章化学与人类144

附录145

附录1国际单位制145

附录2常见物质的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成吉布斯函数、标准摩尔熵的数据146

附录3水溶液中某些水合物质的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成吉布斯函数、标准摩尔熵的数据148

附录4常见弱电解质在水溶液中的解离常数（298K）149

附录5常见难溶电解质的溶度积常数（298K）150

附录6常见配离子在标准状态的稳定常数（298K）151

附录7常见氧化还原电对的标准电极电势（298K）151

附录8常用化学试剂的等级标准152

附录9-1常用酸碱指示剂153

附录9-2常用金属指示剂153

附录10元素的原子序数、元素符号及中英文名称153

附录111901～2019年诺贝尔化学奖获奖情况表157

工程化学综合测试题164

部分习题参考答案172

综合测试题参考答案174

参考文献175

元素周期表

《简明工科基础化学》（第二版）是为工科类各专业（化学化工除外）开设少学时基础化学课程编写的教材，密切联系现代工程技术中遇到的问题，如材料的选择和寿命、环境的污染与防护、能源的开发与利用、信息传递、生命科学发展等与化学有关的问题，深入浅出、生动有趣地介绍工科化学基础理论知识。每章末附有科学家的贡献和科学发现的启示，可读性强，激发学生学习兴趣的同时给以科学创新的启发。主要内容包括物质的聚集状态、化学反应原理、水溶液中的离子平衡、氧化还原反应与电化学基础、物质结构基础、工程化学实验。每章均附有思考与练习题，书后附录汇集了相关的资料和需要的数据，另外还有95道工科化学综合测试题及答案。

《简明工科基础化学》（第二版）可作为高等院校工科类各专业开设基础化学、大学化学、工程化学等课程的教材，也可供工程技术人员以及有兴趣了解化学的读者参考。

李秋荣，燕山大学环境与化学工程学院，教授，主要教学经历：从1995年以来一直从事化工专业有机化学的教学，其间也讲授环境和金属材料等专业的少学时有机化学课。学生的评教一直是优秀。目前承担河北省自然基金2项，主持一项横向项目(湿式静电除尘脱硫实验装置)。发表科研论文40多篇，主编两本教材(《工科基础化学》中国标准出版社，《有机化学》哈尔滨工业大学出版社)。主持《深化基础化学教学体系改革，提高学生的化学素养》项目，2000年获河北省教学成果二等奖；主持《有机立体化学多媒体课件》项目，2002年获河北省教育厅教育技术成果一等奖；主持《工程化学》课程，2004年获省级精品课；2002年和2006年获得秦皇岛市优秀教师的荣誉称号。