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內容簡介: |
《无机与分析化学教程》(第四版) 凸显了无机化学与分析化学学科融合的精髓, 分为物质结构基础、化学反应原理、元素化学三大基础模块。物质结构基础部分包含原子结构、化学键、分子及晶体结构;化学反应原理包括四大化学平衡(酸碱平衡、配位平衡、氧化还原平衡、沉淀平衡) 及其在分析中的应用; 元素化学分主族元素和副族元素论述, 比较简明,以突出元素的共性为主;最后一章对化学分析中常用的分离方法进行了简单介绍。每章后的阅读拓展中升级了相关学科前沿的进展简介,以拓宽学生的视野,并体现思政内涵的导向引领。本书对重难点配有视频讲解,读者可扫码学习。《无机与分析化学教程》(第四版) 可作为高等院校应化、化工、材料、环境、生物工程、食品、轻化工程等专业的教材,也可供农、林、医、地质、冶金、安全工程等相关专业的师生使用。
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關於作者: |
吴文源,南京工业大学,化学系副主任,教授,■ 南京大学无机化学博士;2014-2015剑桥大学化学系访问学者。■ 主要研究方向:(1)笼狀配合物构造的自组装和主客体研究;(2)基于草酸根的配位聚合物合成与功能;(3)晶体结构解析。■ 长期从事“无机与分析化学”课程的教学和建设工作。课程及教材在2010、2011年先后被省教育厅遴选为“江苏省精品课程”及“江苏省精品教材”。■ 2019年主持“无机与分析化学”江苏省在线开放课程建设项目;2019年带领教学团队获得第四届西浦全国教学创新大赛决赛三等奖。
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目錄:
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第1章 绪论 1
1.1 无机化学与分析化学的任务 1
1.1.1 无机化学的任务 1
1.1.2 分析化学的任务 2
1.2 实验数据与误差 3
1.2.1 数与数据的区别 3
1.2.2 实验数据误差的来源 4
1.2.3 随机误差的减免 5
1.2.4 偏差的计算和误差的估算 6
1.2.5 准确度与精密度 9
1.3 数据的取舍及数据运算规则 9
1.3.1 Q 检验法取舍可疑数据 9
1.3.2 数据表达与运算规则 11
【阅读拓展】 13
习题 16
第2章 原子结构 18
2.1 原子的组成 18
2.1.1 玻尔理论 18
2.1.2 微观粒子的运动特征 20
2.1.3 波函数 22
2.2 核外电子的排布和元素周期系 26
2.2.1 多电子原子能级 26
2.2.2 核外电子的排布 28
2.2.3 原子的电子结构与元素周期表 31
2.3 原子性质的周期性 33
2.3.1 原子半径 33
2.3.2 电离能 35
2.3.3 电子亲和能 36
2.3.4 电负性 37
【阅读拓展】 37
习题 39
第3章 化学键、分子及晶体结构 41
3.1 化学键的分类及晶体类别 41
3.1.1 金属键及能带理论 43
3.1.2 离子键 45
3.1.3 离子极化理论 48
3.1.4 共价键 50
3.2 共价键的成键理论 57
3.2.1 价键理论 57
3.2.2 杂化轨道理论 60
3.2.3 分子轨道理论 63
3.3 分子间作用力 67
3.3.1 范德华力 68
3.3.2 氢键 69
3.3.3 分子晶体 72
【阅读拓展】 72
习题 75
第4章 化学平衡 77
4.1 化学平衡的基本概念 77
4.1.1 可逆反应与化学平衡状态 77
4.1.2 化学平衡常数 77
4.1.3 平衡常数计算示例 79
4.2 化学平衡的移动 80
4.2.1 浓度对化学平衡的影响 80
4.2.2 勒·夏特列原理 82
4.2.3 压力对化学平衡的影响 82
4.2.4 惰性气体引入对平衡的影响 83
4.2.5 温度对化学平衡的影响 85
4.3 化学反应速率 85
4.3.1 化学反应速率的概念及表达式 85
4.3.2 影响反应速率的因素 86
4.3.3 反应速率理论简介 90
4.3.4 催化作用 90
4.3.5 化学反应速率与化学平衡原理的综合应用 91
【阅读拓展】 91
习题 93
第5章 酸碱平衡及酸碱滴定法 96
5.1 酸碱理论与酸碱平衡 96
5.1.1 酸碱理论的发展概述 96
5.1.2 酸碱的共轭关系 97
5.1.3 酸碱平衡常数 98
5.2 酸碱平衡的移动 99
5.2.1 酸度对酸碱平衡移动的影响 99
5.2.2 浓度对酸碱平衡移动的影响 99
5.2.3 同离子效应及缓冲溶液原理 100
5.2.4 温度对酸碱平衡移动的影响 100
5.2.5 盐效应 100
5.3 酸碱平衡中的计算 100
5.3.1 分布系数与分布曲线 100
5.3.2 酸碱平衡计算中的平衡关系 102
5.3.3 一元酸(碱)水溶液的pH值计算 104
5.3.4 两性物质水溶液pH的计算 106
5.3.5 缓冲溶液pH的计算 107
5.4 酸碱滴定分析 110
5.4.1 滴定法的基本原理及必须解决的基本问题 110
5.4.2 滴定分析中的酸碱反应 110
5.4.3 酸碱标准溶液浓度的确定 111
5.4.4 酸碱滴定曲线与滴定突跃 112
5.4.5 酸碱指示剂和终点的判断 115
5.4.6 滴定法中的计算 117
5.5 酸碱滴定法的应用示例 119
5.5.1 双指示剂法测定混合碱试样 119
5.5.2 磷的测定 121
5.5.3 弱酸的测定 122
5.5.4 铵盐的测定 122
5.5.5 氟硅酸钾法测定SiO2 含量 123
【阅读拓展】 123
习题 126
第6章 配位化合物与配位滴定法 129
6.1 配位化合物的基本概念 129
6.1.1 配位化合物的组成 129
6.1.2 配合物的命名 131
6.1.3 配合物的类型 132
6.1.4 配合物的空间异构现象 133
6.2 配位化合物的化学键理论 135
6.2.1 配位化合物的价键理论 135
6.2.2 配位化合物的晶体场理论 138
6.3 配合物在溶液中的解离平衡 144
6.3.1 配合物的平衡常数 144
6.3.2 配位平衡中的有关计算 144
6.3.3 影响配位平衡的主要因素 145
6.3.4 配合物的表观稳定常数 147
6.4 配合物的分析应用———配位滴定法 149
6.4.1 配位滴定法概述 149
6.4.2 EDTA的性质及其配合物 149
6.4.3 配位滴定分析中的配位反应 151
6.4.4 EDTA标准溶液浓度的确定 153
6.4.5 EDTA滴定曲线与滴定突跃 154
6.4.6 金属离子指示剂与滴定终点判断 157
6.4.7 EDTA滴定法中的有关计算 160
6.5 配位滴定法的应用 160
6.5.1 提高配位滴定选择性 160
6.5.2 配位滴定的滴定方式 163
【阅读拓展】 164
习题 166
第7章 氧化还原反应与氧化还原滴定法 169
7.1 氧化还原方程式的配平 169
7.1.1 氧化数 169
7.1.2 原电池 171
7.1.3 氧化还原方程式的配平 172
7.2 电极电位 175
7.2.1 标准电极电位 175
7.2.2 能斯特方程 177
7.2.3 条件电极电位 179
7.3 氧化还原反应进行的方向和限度 180
7.3.1 氧化还原反应进行的方向 180
7.3.2 氧化还原反应进行的程度 181
7.4 元素电位图 182
7.4.1 元素电位图中的电位计算 183
7.4.2 歧化反应及其判断 184
7.5 氧化还原反应的次序与反应速率 186
7.5.1 氧化还原反应的次序 186
7.5.2 提高氧化还原反应速率的措施 186
7.6 氧化还原滴定法 188
7.6.1 氧化还原滴定分析中的氧化还原反应 188
7.6.2 标准溶液浓度的确定 189
7.6.3 氧化还原滴定曲线与滴定突跃 191
7.6.4 氧化还原滴定终点判断与氧化还原指示剂 194
7.6.5 氧化还原滴定前的预处理 196
7.6.6 高锰酸钾法 197
7.6.7 碘量法 198
7.6.8 其他氧化还原滴定方法 199
7.7 氧化还原滴定的计算 200
7.7.1 计算基本原理 200
7.7.2 应用示例 201
【阅读拓展】 203
习题 204
第8章 沉淀平衡及其在分析中的应用 208
8.1 溶解沉淀平衡 208
8.1.1 溶度积和溶度积规则 208
8.1.2 溶度积和溶解度之间的关系 209
8.2 沉淀的形成过程 210
8.2.1 沉淀的形成 210
8.2.2 晶形沉淀条件的选择 211
8.2.3 非晶形沉淀条件的选择 212
8.3 沉淀的生成和溶解 213
8.3.1 同离子效应 213
8.3.2 酸效应 215
8.3.3 配位效应 217
8.3.4 氧化还原效应 218
8.3.5 沉淀的转化 218
8.4 沉淀的净化 219
8.4.1 沉淀沾污的原因 219
8.4.2 沉淀条件的选择 219
8.4.3 沉淀的洗涤 219
8.5 重量分析法 220
8.5.1 重量分析法的基本过程和特点 220
8.5.2 沉淀形式 220
8.5.3 称量形式 221
8.5.4 沉淀剂的选择 221
8.5.5 重量分析法中的计算 221
8.6 沉淀滴定法 222
8.6.1 莫尔法———铬酸钾指示剂法 223
8.6.2 佛尔哈德法———铁铵矾指示剂法 225
8.6.3 法扬司法———吸附指示剂法 226
8.6.4 其他沉淀滴定方法简介 227
【阅读拓展】 228
习题 230
第9章 主族元素 232
9.1 氢 232
9.1.1 氢的分布和同位素 232
9.1.2 氢气的性质 233
9.1.3 氢的成键类型及其氢化物 234
9.1.4 氢能源 235
9.2 s区元素 236
9.2.1 碱金属和碱土金属物理通性 236
9.2.2 自然界中的碱金属和碱土金属 237
9.2.3 重要化合物的性质和用途 237
9.2.4 锂、铍性质的特殊性及其对角线规则 242
9.2.5 钠、钾、钙、镁的生理作用 242
9.2.6 硬水及其软化 243
9.3 p区元素 244
9.3.1 p区元素概论 245
9.3.2 硼族元素 250
9.3.3 碳族元素 254
9.3.4 氮族元素 260
9.3.5 氧族元素 269
9.3.6 卤素 275
9.3.7 稀有气体元素 279
【阅读拓展】 281
习题 283
第10章 副族元素 286
10.1 d区元素 286
10.1.1 d区元素的通性 286
10.1.2 钛副族 289
10.1.3 钒副族 290
10.1.4 铬副族 291
10.1.5 锰副族 295
10.1.6 铁系元素 298
10.1.7 铂系元素 304
10.2 ds区元素 305
10.2.1 铜副族 305
10.2.2 锌副族 310
10.3 f区元素 317
10.3.1 镧系元素 317
10.3.2 锕系元素 321
【阅读拓展】 324
习题 326
第11章 无机与分析化学中的分离方法 328
11.1 沉淀分离法 328
11.1.1 氢氧化物沉淀分离法 328
11.1.2 无机盐沉淀分离法 329
11.1.3 有机沉淀剂分离法 330
11.2 萃取分离法 331
11.2.1 萃取的基本知识 331
11.2.2 萃取平衡和萃取定律 332
11.2.3 萃取体系 335
11.3 色谱分离法 335
11.3.1 固定相和流动相 336
11.3.2 柱色谱分离法 336
11.3.3 薄层色谱分离法 337
11.3.4 纸色谱分离法 338
11.4 离子交换分离法 338
11.4.1 离子交换树脂 338
11.4.2 离子交换过程及交换树脂的特性 339
11.4.3 离子交换分离法的操作 340
11.4.4 应用示例 342
【阅读拓展】 343
习题 346
附录 347
附录1 常见弱酸和弱碱的解离常数(298.15 K) 347
附录2 难溶电解质的溶度积常数(298.15 K) 348
附录3 标准电极电位(298.15 K) 349
附录4 金属配合物的稳定常数(298.15 K) 353
附录5 化合物分子量表 356
附录6 国际原子量表 359
附录7 常用缓冲溶液及其配制方法 360
附录8 氧化还原指示剂 361
附录9 沉淀及金属指示剂 361
附录10 金属离子的lgαM(OH)(298.15 K) 362
附录11 一些基本物理常数 362
附录12 国际单位制 (SI)单位 362
参考文献 363
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內容試閱:
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前言
《无机与分析教程》第三版面世以来已历经十年,高等教育也进入了以互联网 、人工智能和大数据为代表的数字化变革新时代。教程体现了课程建设的核心成果,也是秉承教学理念的一面旗帜,如何做到在与时俱进的浪潮中创新不流于形式,在继承历史经验的同时发扬自身鲜明特色,是本书再版时编者最关心的问题。所幸教程的广大读者群体给我们提供了最适宜的指引,尤其是本校十多个不同专业方向、每年众多一年级新生的使用检验和回馈,坚定了编者创立教程的初心,即兼具“四大化学”的学科分界视野,尊重大学各年级学生的成长规律,做好一本工科近化学专业的起点课程配套教材。
教程凸显了无机化学与分析化学这一学科组合“知行合一”的精髓,实现了从高中定性为主到大学定量为主的认知飞跃,融合了物质结构基础、化学反应原理、元素化学三大基础化学模块,搭建了大学化学知识体系的基本框架;并紧密结合相应化学分析方法丰富实例的训练,达到熟练运用化学计量关系、建立精准定量观念、培育严谨求实作风的目的,为后续专业课程的拓展提供了高起点和严标准。
本教程可供化工、制药、材料、生工、环境、能源、食品、轻化、安全等广大理工农林医专业门类作为教材或参考书使用。
本版的修订主要体现在以下几个方面:
1. 将原书“化学键与分子结构”与“晶体结构”两章内容优化,融合为“化学键、分子及晶体结构”一章,突出了化学键和分子间作用力两种层次的力在分子和晶体形成过程中的不同作用,形成了更有内在逻辑性的表述。
2. 考虑到一般工科的学时安排,对于元素化学部分进行了一定的精简,将原“s区元素”、“p区元素”、“d区元”、“ds区元素”和“f区元素”五章合并为“主族元素”和“副族元素”两章,突出元素的共性概论,也保留了元素个性的精华部分,并避免与中学元素部分内容的简单重复,便于组织教学和自学。
3. 根据时代的变迁更新科学素材。在每一章【阅读拓展】中升级了相关学科前沿的进展简介,如“量子化学计算”“非平衡态热力学”“二次电池”等内容;适当体现思政内涵的导向引领,例如“定量分析在化学和社会发展中的贡献和责任”“中医药的瑰宝青蒿素与现代化学分离技术”。
4. 增加双语要素,重要概念和术语首次出现时标注英语,为阅读专业英文文献提供先行支持,并通过语言双向印证澄清概念的本意,比如精密度(precision)和准确度(accuracy),通过英文的辨析加强对概念的准确把握。
5. 根据广大师生的教学实践经验,将原书中部分符号、公式、例题、习题和文字表达进行增删和修订,提升教学实施和学生自学的流畅度和一致性。
本教程配备了内容丰富、形式多样的数字化学习资源,已发布在化学工业出版社“易课堂”在线教育平台,读者可学习参考。本书重难点讲解和动画资源读者亦可扫封面二维码认证后观看,配套课件可向出版社索取:songlq75@126.com。
本书由吴文源、高旭昇和姚成担任主编。参加编写者均为南京工业大学从事教学的资深教师,具体人员为刘宝春(第2、4章),高旭昇(第5、6章及附录),姚成(第8、11章),边敏(第1章),李董艳(第7章),钱惠芬和吴文源(第3、9、10章)。
本书的编撰工作基于原教材主编俞斌教授的开创性理念,以及较早版本的其他作者(黄仕华老师和汪效祖老师)的贡献。教程配套的微课视频的录制,除部分编著者外,还包括尹晓爽、吕志芳、吉玮和邹洋老师,在此一并表示感谢!
限于编者水平,书中疏漏之处在所难免,敬请广大读者不吝赐教!
编者
2024年4月
第一版前言
随着历史的前进步伐,知识量越来越大。如何在有限的课时内将基本的理论和知识传授给学生显得越来越重要,因此高等学校的教学内容、教学体系的改革就显得十分重要。无机化学和分析化学是化学、化工、应用化学、材料、环境、生物化工、生命科学、食品、轻化工程、安全工程等有关专业的必修课。南京工业大学在这两门课程的改革工作上做了较为深入的研究。经调查研究发现,不少有关的教科书内容极度地膨胀,无机化学中讲了许多本该在物理化学中教授的内容,但又不系统,例如引入熵、焓、吉布斯函数等。学生普遍反映这些知识既不深,也不透;教师反映在学习物理化学时学生似懂非懂,但又兴趣不大,有似曾相识的感觉。分析化学则向仪器分析扩张,教学课时越来越多,学生不堪重负。本书在编写时注意到了这些弊端,并努力加以克服。
1. 以“无机化学课程教学基本要求”和“分析化学课程教学基本要求”为依据,编写时力求抓住重要的基本理论和知识,将无机化学和分析化学的内容有机地糅合在一起,对相关内容删繁就简,突出重点,加强基础。
2. 将原无机化学和分析化学内容相同的地方相统一,并从统一的角度作更为精炼的论述。将与有机化学、物理化学等课程相重叠的内容全部删去,保证重点。也给物理化学的教学建立一个很好的起点。
3. 在介绍一些基本化学理论时,着重强调了化学学科的实验性的本质,对某些化学理论的局限性也作了较为客观的介绍。
4. 针对工科的特点,本书更注重理论与实践的结合,比较注重化学知识的应用,有利于提高学生分析问题和解决问题的能力。
5. 本书注重学生计算能力的培养,介绍了一些常用的计算方法,将之用于化学计算中。
6. 本书用了较大的篇幅介绍了一些化合物的性质,除了有规律性的以外,不少都是特殊性质,这是化学学科的特点之一,只了解一般性是不行的,必须了解特殊性,要有一定的知识量和记忆性的内容。
7. 增加了当今热门学科与化学学科之间相关的内容,为学生将化学知识应用于其他领域打开了一扇窗口。特别是在材料、环境、生命、信息、能源等各领域中,化学的作用是不能被替代的,为学生将来在学科交叉领域进行创新打下基础。
8. 本书只介绍化学分析,节约出的学时可单独开设仪器分析课程,以适应科学技术的发展。
根 据专业不同,教学内容可适当进行调整。本书也可作为农、林、医、牧等院校各有关专业的教材或参考书。
本书由俞斌任主编,并负责全书的统稿工作,黄仕华任副主编。参加编写工作的有南京工业大学的吴文源(第3、11章),汪效祖(第8、16、17、18、19、20章),俞斌(第1、5、6、7、12、13、15章),钱惠芬(第4、10章),黄仕华(第2、9、14章)。
限于编者的水平,书中不足之处在所难免,请读者不吝赐教。
编者
2002.2
第二版前言
《无机与分析化学教程》第一版出版六年来得到广大读者的厚爱。我们在教学实践中也在不断地进行推敲,从中更深切地了解了学生在学习过程中的真实感受,力图从读者的角度体会书中的内容、论述是否更符合教学体系、时代的步伐。
与其他同类或相近的教材相比,本书在选材、论述方法等方面有许多特色和创新之处,这也是本书受到许多学校关注的主要原因。
1. 在数据处理中明确提出了“数”和“数据”的概念及它们不同的性质,使学生从中学的“纯的概念性计算”进入真正意义上的“实践计算”,加速学生从中学学习向大学(尤其是理工科)学习的过渡,具有一定新鲜感、深度感。
2. 对薛定谔方程的解函数性质(此时大一学生尚未学过微分方程),通过极坐标和球坐标的转换作出了形象的定性解释,并顺理成章地引入量子数的概念,学生很容易接受。
3. 对5条d轨道电子云的形状,纠正了“dz2 与其他4条轨道形状不相同”的错误概念,建立了立体投影的概念。
4. 化学平衡中简单地介绍和应用了“迭代法”解一元方程的方法,使学生可解任何化学平衡计算问题,而不是只能解为数不多的化学平衡问题,也可将此延伸至其他学科和后面的pH 计算。另外还介绍了超定方程解法和逼近法。
5. 归纳总结了滴定分析的“四大问题”,紧紧抓住“滴定突跃”这一中心现象对各种滴定分析方法进行了论述与讨论,将四大滴定法紧密地结合起来,使学生考虑问题从单一走向综合,锻炼学生系统地分析和解决问题的能力。
6. 首次系统提出滴定分析中计算的“四大原则”和计算中的“状态”概念,使计算变得与路径无关,计算过程简明、方便、准确。
7. 总结了指示剂选择及终点颜色判断的三个原则,与过去的书中的描述相比显得简明扼要。
8. 抓住副反应系数α 这一主要因素对“配位滴定”中的所有问题进行论述,使内容关联,中心突出,有数学式为依据,符合大一学生的特点,这也与其他教材不同。
9. 氧化还原反应方程式的平衡中摒弃了其他方式,只采用了“电子得失”这一氧化还原反应本质的电极电对半反应方式。提出五条原则,顺利地解决了氧化还原反应介质条件的选择问题。
10. 每章的最后都有一段超过教学大纲要求的扩展知识介绍,引导学生不仅要学好基础知识,也要有放眼未来的见识。
本书可作为化工、材料、环境、生物化工、生命科学、制药、食品、轻工、安全工程、农、林、医、地质、冶金等近化学专业的教材和参考书。
本书第二版由俞斌、姚成、吴文源任主编,负责思路设计、重要创新点的理论论证、写作指导并负责全书的统稿工作。参加编写工作的人员有:刘宝春(第2、5章,附录),吴文源(第3、11、14章),俞斌(第1、8章),姚成(第9、15章),高旭升(第6、7章),钱惠芬(第4、10、12、13章)。
限于编者水平,书中疏漏之处在所难免,敬请读者不吝赐教。
编者
2007.2
第三版前言
《无机与分析化学教程》第二版出版六年来得到了众多读者的关心和支持,我们深表谢意。
随 着教学改革的不断推进,在“无机与分析化学”的教学实践中,我们深深体会到,教材应跟上时代前进的步伐,“无机与分析化学”在整个化学教学中是重要的一环,应扮好自己的角色,既要和其他化学课程建立联系又不挤占其他化学课程的领域,同时要将无机化学与分析化学有机地关联,而不是简单加和。
本版与第二版相比在内容上做了以下调整。
1. 加强了无机与分析化学和数学、物理、有机化学等学科的关联,使学生思维、眼界开阔,从中寻找到科学的基本思路而不仅仅是接受知识。
2. 在各章的内容、例题和习题中,尽量结合实际过程,锻炼学生将理论学习与实践结合的能力,还增加了一些当前或未来的热点领域。
3. 在化学中能定量的问题尽量从数学方面进行阐述,这比较符合大学一年级学生的思维方式,有利于学生对问题的理解。
4. 简单地介绍和应用了一些计算方法,提高学生的计算能力,这也将有利于后续其他学科的学习和实践中的计算。
5. 在第二版的基础上,对扩展知识进行了更新或增容,引导学生不仅要学好基础知识,也要放眼未来。
本书可作为化工、材料、环境、生物化工、生命科学、制药、食品、轻化、安全工程、农、林、医、地质、冶金等化学相关专业的教材和参考书。
本书第三版由俞斌教授负责整本书的思路设计、重要创新点的理论论证、写作指导并负责全书的统稿、修改工作。具体编写分工为:俞斌(第1、8章),刘宝春(第2、5章、附录),吴文源(第3、11、14章),钱惠芬(第4、10、12、13章),高旭升(第6、7章),姚成(第9、15章)。
限于编者水平,书中疏漏之处在所难免,敬请读者不吝赐教。
编者
2014年4月于南京工业大学
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