篇 無機化學

第1章氣體/2

1.1 理想氣體狀態方程 2

1.2 道爾頓分壓定律 3

習題 5



第2章酸堿解離平衡/7

2.1 酸堿理論 7

2.1.1 酸堿質子論 8

2.1.2 酸堿電子論 10

2.1.3 硬軟酸堿(HSAB)規則 11

2.2 弱酸、弱堿的解離平衡 12

2.2.弱酸、弱堿的解離平衡 12

2.2.弱酸、弱堿的解離平衡 14

2.2.3 兩性物質的解離平衡 15

2.2.4 同離子效應和鹽效應 16

2.3 強電解質溶液 17

2.3.1 離子氛概念 17

2.3.2 活度和活度繫數 18

2.4 緩衝溶液 19

2.4.1 緩衝作用原理和計算公式 19

2.4.2 緩衝容量和緩衝範圍 21

習題 23



第3章沉澱溶解平衡/25

3.1 溶度積和溶度積規則 25

3.1.1 溶度積 25

3.1.2 溶度積規則 27

3.2 沉澱的生成和溶解 27

3.2.1 沉澱的生成 27

3.2.2 沉澱的溶解 28

3.3 分步沉澱和沉澱的轉化 30

習題 31



第4章氧化還原反應/33

4.1 氧化還原反應的基本概念 33

4.1.1 氧化和還原 33

4.1.2 氧化數 34

4.2 氧化還原方程式配平 35

4.2.1 氧化數法 35

4.2.2 離子電子法 36

4.3 電極電勢 37

4.3.1 原電池 37

4.3.2 電極電勢 38

4.3.3 能斯特方程 41

4.3.4 原電池的電動勢與ΔrG 的關繫 42

4.4 電極電勢的應用 43

4.4.1 計算原電池的電動勢 43

4.4.2 判斷氧化還原反應進行的方向 44

4.4.3 選擇氧化劑和還原劑 46

4.4.4 判斷氧化還原反應進行的次序 47

4.4.5 判斷氧化還原反應進行的程度 47

4.4.6 測定某些化學常數 48

4素電勢圖及其應用 48

習題 51



第5章配位化合物/53

5.1 配位化合物的組成和定義 53

5.2 配位化合物的類型和命名 55

5.2.1 配合物的類型 55

5.2.2 配合物的命名 56

5.3 配位化合物的異構現像 57

5.3.1 立體異構現像 57

5.3.2 結構異構現像 59

5.4 配位化合物的化學鍵本性 59

5.4.1 價鍵理論 60

5.4.2 晶體場理論 62

5.5 配位解離平衡 67

5.5.1 配位解離平衡和平衡常數 67

5.5.2 配位解離平衡的移動 68

5.6 配體對中心原子的影響和配體反應性 71

5.7 配合物在生物、醫藥等方面的應用 71

習題 72



第6章原子結構/74

6.1 微觀粒子的波粒二像性 74

6.1.1 氫光譜和玻爾理論 74

6.1.2 微觀粒子的波粒二像性 76

6.1.3 不確定原理 76

6.2 氫原子核外電子的運動狀態 77

6.2.1 波函數和薛定諤方程 77

6.2.2 波函數和電子雲圖形 79

6.2.3 四個量子數 82

6.3 多電子原子核外電子的運動狀態 83

6.3.1 屏蔽效應和鑽穿效應 83

6.3.2 原子核外電子排布 84

6.4 原子素周期律 89

6.4.1 核外電子排布和周期表的關繫 89

6.4.2 原子素基本性質 90

習題 92



第7章分子結構/95

7.1 離子鍵 95

7.1.1 離子鍵理論的基本要點 95

7.1.2 決定離子化合物性質的因素——離子的特征 96

7.1.3 晶格能 97

7.2 共價鍵 98

7.2.1 價鍵理論 98

7.2.2 共價鍵的特性 99

7.3 雜化軌道理論 100

7.3.1 雜化軌道理論的基本要點 100

7.3.2 雜化軌道的類型 100

7.4 價層電子對互斥理論 102

7.5 分子軌道理論簡介 104

7.5.1 分子軌道理論的基本要點 104

7.5.2 能級圖 105

7.5.3 應用舉例 106

7.6 金屬鍵 107

7.6.1 金屬晶格 107

7.6.2 金屬鍵 107

7.7 分子的極性和分子間力 108

7.7.1 分子的極性 108

7.7.2 分子間力 108

7.8 離子極化 110

7.9 氫鍵 111

7.10 晶體的內部結構 111

習題 112



第二篇 分析化學

第8章定量分析化學概論/116

8.1 分析化學的任務和作用 116

8.1.1 分析化學的任務 116

8.1.2 分析化學的作用 116

8.2 定量分析方法的分類 117

8.3 分析化學的發展趨勢 117



第9章定量分析誤差和分析數據的處理/119

9.1 誤差的基本概念 119

9.1.1 準確度與誤差 119

9.1.2 精密度與偏差 120

9.1.3 繫統誤差和偶然誤差 122

9.2 偶然誤差的正態分布 123

9.2.1 正態分布的數學表達式 123

9.2.2 正態分布曲線的討論 123

9.2.3 標準正態分布 123

9.2.4 偶然誤差的區間概率 124

9.3 有限測定數據的統計處理 126

9.3.1 t分布曲線 126

9.3.2 平均值的置信區間 127

9.3.3 顯著性檢驗 128

9.3.4 可疑測定值的取舍  128

9.4 提高分析結果準確度的方法  129

9.4.1 選擇適當的分析方法  129

9.4.2 減小測量的相對誤差 129

9.5 有效數字及其運算規則 130

9.5.1 有效數字 130

9.5.2 數字修約規則 131

9.5.3 有效數字的運算規則 131

習題 132



第10章重量分析法/133

10.1 重量分析法概述 133

10.1.1 對沉澱形式的要求 134

10.1.2 對稱量形式的要求 134

10.2 沉澱的溶解度及其影響因素 134

10.2.1 沉澱的溶解度 135

10.2.2 影響沉澱溶解度的因素 136

10.3 沉澱的類型與沉澱的形成機理 137

10.3.1 沉澱的類型 137

10.3.2 沉澱的形成過程 137

10.3.3 沉澱條件對沉澱類型的影響 138

10.4 影響沉澱的純度的因素 138

10.4.1 共沉澱現像 138

10.4.2 後沉澱現像 139

10.4.3 提高沉澱純度的措施 139

10.5 沉澱條件的選擇 140

10.5.1 晶形沉澱的沉澱條件 140

10.5.2 無定形沉澱的沉澱條件 141

10.5.3 均勻沉澱法 141

10.6 有機沉澱劑 141

10.6.1 生成螯合物的沉澱劑 141

10.6.2 生成締合物沉澱劑 142

10.7 重量分析結果的計算 142

習題 142



第11章滴定分析法/144

11.1 酸堿滴定法 145

11.1.1 酸堿質子理論 145

11.1.2 水溶液中弱酸(堿)各型體分布 147

11.1.3 酸堿溶液中氫離子濃度的計算 150

11.1.4 酸堿緩衝溶液 155

11.1.5 酸堿指示劑 157

11.1.6 強酸(堿弱酸(堿)的滴定 160

11.1.酸(堿)的滴定 165

11.1.8 酸堿滴定法的應用 167

11.2 絡合滴定法 171

11.2.1 概述 171

11.2.2 溶液中各級絡合物型體的分布 173

11.2.3 絡合滴定中的副反應和條件形成常數 176

11.2.4 EDTA滴定曲線及其影響因素 179

11.2.5 絡合滴定指示劑 181

11.2.6 提高絡合滴定選擇性的方法 186

11.2.7 絡合滴定的方式和應用 188

11.3 氧化還原滴定法 189

11.3.1 氧化還原平衡 189

11.3.2 氧化還原反應的速率 192

11.3.3 氧化還原滴定曲線 193

11.3.4 氧化還原法滴定前的預處理 196

11.3.5 常用的氧化還原滴定方法 197

11.3.6 氧化還原滴定結果的計算 201

11.4 沉澱滴定法 202

11.4.1 概述 202

11.4.2 確定終點的方法 202

11.4.3 沉澱滴定法應用示例 205

習題 205



第12章吸光光度法/208

12.1 吸光光度法基本原理 208

12.1.1 物質對光的選擇性吸收 208

12.1.2 朗伯-比耳定律 210

12.2 吸光光度法的儀器 211

12.2.1 基本部件 211

12.2.2 分光光度計的類型 212

12.3 顯色反應及其影響因素 212

12.3.1 顯色反應和類型及要求 212

12.3.2 影響顯色反應的因素 213

12.4 吸光度的測量及誤差控制 215

12.4.1 測量波長和參比溶液的選擇 215

12.4.2 朗伯-比耳定律的偏離 215

12.4.3 吸光度測量的誤差 216

12.5 吸光光度分析方法 217

12.6 吸光光度的應用 218

12.6.1 定量分析 218

12.6.2 物理化學常數的測定 219

習題 220



第三篇 物理化學

第13章化學熱力學基礎/224

13.1 化學熱力學研究內容及其特點 224

13.2 化學熱力學基本概念 224

13.2.1 繫統和環境 224

13.2.2 敞開繫統、封閉繫統、孤立繫統 225

13.2.3 熱力學平衡狀態 225

13.2.4 狀態函數 226

13.2.5 等溫過程、等壓過程、絕熱過程、循環過程 226

13.2.6 熱量、功 226

13.2.7 內能 227

13.3 熱力學定律 227

13.4 功的計算 227

13.5 熱的計算 228

13.5.1 等容熱 229

13.5.2 等壓熱 229

13.6 理想氣體的熱力學能和焓 229

13.7 熱力學第二定律 230

13.7.1 自發過程的方向和限度 230

13.7.2 熱量和功的轉換不等價性 230

13.7.3 自發過程的共同特征 231

13.7.4 卡諾定理 231

13.7.5 熵增加原理 231

13.7.6 Helmholtz函數判據 231

13.7.7 Gibbs函數判據 232

13.8 化學平衡 233

習題 234



第14章化學動力學基礎/236

14.1 化學反應速率 236

14.2 反應速率與濃度的關繫 237

14.2.反應 237

14.2.2 反應分子數 237

14.2.3 反應速率方程 237

14.2.4 質量作用定律 237

14.2.5 反應級數 237

14.2.6 速率繫數 238

14.2.7 一級反應 238

14.2.8 二級反應 239

14.2.9 零級反應 240

14.3 反應速率與溫度的關繫 240

14.3.1 Van't Hoff經驗規則 240

14.3.2 Arrhenius公式 240

14.3.3 催化劑對反應速率的影響 241

14.4 典型的復雜反應 241

14.4.1 對峙反應 241

14.4.2 平行反應 241

14.4.3 連續反應 241

習題 242



第15章電化學基礎/244

15.1 電化學的基本概念 244

15.1.1 原電池和電解池 244

15.1.2 正極、負極,陰極、陽極 244

15.1.3 法拉第定律 244

15.1.4 離子的電遷移率和遷移數 245

15.1.5 電導、電導率、摩爾電導率 245

15.2 可逆電池和可逆電極 245

15.2.1 組成可逆電池的必要條件及其研究意義 245

15.2.2 可逆電極的類型 246

15.2.3 可逆電池的書面表示法 247

15.2.4 可逆電池電動勢的測定 247

15.2.5 可逆電池電動勢的應用 247

15.2.6 能斯特方程 248

15.3 極化作用和極化曲線 249

15.3.1 極化作用 249

15.3.2 極化曲線 249

15.4 化學電源 250

15.4.1 化學電源的發展簡史 250

15.4.2 鋰離子電池的誕生歷程 251

15.4.3 鋰離子電池的基本構成及其工作原理 252

習題 254



第16章表面化學基礎/256

16.1 表面分子的特殊性 256

16.2 表面功 257

16.3 表面能 258

16.4 表面張力 258

16.5 彎曲表面下的附加壓力 260

16.6 楊-拉普拉斯公式 261

16.7 毛細現像 262

16.8 彎曲液面的蒸氣壓 264

16.9 溶液的表面吸附 265

16.10 鋪展與潤濕 266

16.10.1 鋪展 266

16.10.2 潤濕與Young方程 267

16.11 表面活性劑及其作用 268

16.11.1 表面活性劑的結構特征 268

16.11.2 表面活性劑的分類 269

16.11.3 表面活性劑的吸附對固體表面的影響 279

16.11.4 表面活性劑膠團化作用 280

習題 280



第四篇 有機化學

第17章緒論/284

17.1 有機化合物和有機化學反應的特性 284

17.2 共價鍵 285

17.3 共價鍵的表示方法 285

17.4 有機化合物共價鍵的性質 286

17.5 酸堿理論 287

17.6 有機化合物的分類 288

17.7 有機化合物的鋻定手段 288

習題 288



第18章烷烴/289

18.1 烷烴結構及表示式 289

18.2 同繫列和同分異構現像 290

18.2.1 同繫列和同繫物 290

18.2.2 同分異構現像 290

18.3 烷烴的命名 291

18.3.1 普通命名法 291

18.3.2 烷基 291

18.3.3 IUPAC命名法 291

18.4 構像 293

18.5 烷烴的物理性質 294

18.5.1 烷烴的物理性質 294

18.5.2 分子間的作用力 294

18.6 烷烴的化學性質 295

18.6.1 取代反應 295

18.6.2 氧化反應 297

18.6.3 熱裂反應 298

18.7 烷烴的工業來源 298

習題 298



第19章脂環烴/300

19.1 分類和命名 300

19.2 脂環烴的化學性質 301

19.3 拜爾張力學說 302

19.4 影響環狀化合物穩定性的因素 303

19.5 環己烷的構像:橫鍵(平伏鍵)和豎鍵(直立鍵) 303

19.6 含取代基環己烷的優勢構像 304

19.6.1 一取代環己烷 304

19.6.2 二取代環己烷 305

19.6.3 多取代環己烷 306

習題 306



第20章烯烴/307

20.1 烯烴的結構 307

20.2 烯烴的命名 308

20.3 烯烴的物理性質 309

20.4 烯烴的化學性質 309

20.4.1 親電加成反應 309

20.4.2 碳正離子 310

20.4.3 自由基加成反應 313

20.4.4 自由基聚合反應 314

20.4.5 α-鹵代反應 314

20.4.6 烯烴的氧化 314

20.5 乙烯的工業來源與用途 315

習題 315



第21章炔烴和二烯烴/318

21.1 炔烴的結構及命名 318

21.2 炔烴的物理性質 319

21.3 炔烴的反應 319

21.3.1 端炔氫 319

21.3.2 選擇性還原成烯烴 320

21.3.3 炔烴的親電加成反應 321

21.3.4 炔烴的親核加成 322

21.3.5 炔烴的氧化 323

21.3.6 乙炔的聚合 323

21.4 炔烴的制備 323

21.4.1 乙炔的工業來源 323

21.4.2 炔烴的制法 323

21.5 二烯烴的分類及命名 324

21.6 共軛雙烯的穩定性 325

21.7 丁二烯的親電加成 325

21.8 自由基聚合反應 327

21.9 狄爾斯-阿德爾(Diels-Alder)反應 327

習題 328



第22章芳烴/329

22.1 凱庫勒式 329

22.1.1 苯的分子式C6H6  329

22.1.2 結構特點 330

22.2 穩定性 330

22.3 命名 331

22.4 物理性質 331

22.5 化學性質 332

22.5.1 Birch還原 332

22.5.2 催化氧化 332

22.5.3 親電取代反應 332

22.5.4 定位效應及反應活性 335

22.5.5 側基的反應 337

22.5.6 聯苯 337

22.6 稠環芳烴 338

22.7 芳香性的判斷 339

習題 340



第23章立體化學/342

23.1 異構體的分類 342

23.1.1 構造異構 342

23.1.2 立體異構 342

23.2 構型和構型標記 343

23.2.1 透視式R,S標記法 343

23.2.2 Fischer投影式R,S判斷 344

23.3 含有一個手性碳原子的化合物 344

23.4 含有兩個手性碳原子的化合物 345

23.4.1 兩個不同手性碳原子的化合物 345

23.4.2 兩個相同手性碳原子的化合物 346

23.5 制備手性化合物的方法 346

23.5.1 由天然產物中提取 346

23.5.2 外消旋化合物的拆分 346

23.5.3 手性合成 346

習題 347



第24章鹵代烴/348

24.1 分類和命名 348

24.1.1 分類 348

24.1.2 命名 349

24.2 鹵代烴的物理性質 350

24.3 鹵代烴的化學性質 350

24.3.1 親核取代反應 350

24.3.2 消除反應 351

24.3.3 與活潑金屬反應 352

24.4 親核取代反應機理 353

24.4.1 兩種主要的機理(SN1和SN2)  353

24.4.2 影響反應機理及其活性的因素 354

24.5 消除反應的機理 355

24.5.1 兩種消除機理(E1和E2)  355

24.5.2 影響消除反應機理及其活性的因素 357

24.6 取代放應和消除反應的競爭 357

24.7 鹵代烴的制法 357

24.7.1 由烴鹵代 357

24.7.2 烯烴和炔烴的加成 358

24.7.3 由醇制備 358

24.7.4 氯甲基化反應 359

24.7.5 鹵素交換反應 359

習題 359



第25章醇酚醚/360

25.1 醇 360

25.1.1 醇的分類和命名 360

25.1.2 醇的物理性質 362

25.1.3 醇的化學性質 363

25.1.4 醇的制法 367

25.1.5 醇的氧化 370

25.2 酚 371

25.2.1 酚的分類、命名和物理性質 371

25.2.2 酚的化學性質 372

25.2.3 苯酚的制備 375

25.3 醚及環氧化合物 376

25.3.1 醚的命名、物理性質 376

25.3.2 醚的制備 376

25.3.3 醚的化學性質 378

25.4 環氧化合物 381

25.4.1 命名 381

25.4.2 開環反應 381

習題 382



第26章醛和酮/384

26.1 醛、酮的結構與命名 384

26.1.1 結構 384

26.1.2 命名 384

26.2 醛酮的物理性質 385

26.3 醛酮的化學性質 385

26.3.1 羰基上的親核加成 386

26.3.2 涉及羰基α-H的反應 389

26.3.3 氧化反應 392

26.3.4 還原反應 393

26.4 醛酮的制法 394

26.4.1 炔烴的水合和胞二鹵代物的水解 394

26.4.2 由烯烴制備 394

26.4.3 由芳脂烴氧化 395

26.4.4 由醇氧化或脫氫 395

26.4.5 傅瑞德爾-克拉夫茨(Friedel-Crafts)酰基化 395

26.4.6 蓋德曼-柯赫(Gattermann-Koch)反應 395

26.4.7 羅森孟德(Rosenmund)還原 395

26.4.8 酰氯與金屬有機試劑作用 395

26.4.9 麥爾外因-彭多夫(Meerwein-Ponndorf)還原 396

習題 396



第27章羧酸及羧酸衍生物/398

27.1 羧酸 398

27.1.1 羧酸的命名、物理性質 398

27.1.2 酸性 399

27.1.3 羧酸的化學反應 400

27.1.4 羧酸的制備方法 403

27.2 羧酸衍生物 404

27.2.1 羧酸衍生物的結構和命名 404

27.2.2 物理性質 405

27.2.3 羧酸衍生物的化學性質 406

27.3 親核取代反應機理和反應活性 408

27.3.1 親核取代反應機理 408

27.3.2 反應活性 409

27.4 與金屬試劑的反應 409

27.4.1 酰氯 409

27.4.2 酯 410

27.5 還原反應 410

27.5.1 酰氯的還原 410

27.5.2 酯的還原 411

27.5.3 酰胺和腈的還原 412

習題 412



附錄/415

附錄一 酸、堿的解離常數 415

附錄二 常用緩衝溶液的pH範圍 416

附錄三 難溶電解質的溶度積(18～25℃) 417

附錄四 標準電極電勢(298.15K)  417

附錄五 配離子的穩定常數 422

附素的原子半徑(pm)  423

附素的電離能(kJ·mol-1)  424

附錄八素的電子親和能(kJ·mol-1)  425

附素的電負性 426

附錄十 鮑林離子半徑 427

附錄十一 常用的基準物質的干燥條件和應用 427

附錄十二 弱酸及其共軛堿在水中的解離常數(25℃,I=0)  428

附錄十三 離子的? 值 430

附錄十四 離子的活度繫數 431

附錄十五 常用緩衝溶液 432

附錄十六 酸堿指示劑 432

附錄十七 混合酸堿指示劑 433

附錄十八 絡合物的穩定常數(18～25℃) 434

附錄十九 氨羧絡合劑類絡合物的穩定常數(18～25℃,I=0.1mol·L-1)  439

附錄二十 EDTA的lgαY(H) 值 440

附錄二十一 一些絡合劑的lgαM(OH) 值 441

附錄二十二 金屬離子的lgαM(OH) 值 442

附錄二十三 校正酸效應、水解效應及生成酸式或堿式絡合物效應後EDTA絡合物的條件穩定常數 442

附錄二十四 鉻黑T和二甲酚橙的lgαln(H) 及有關常數 443

附錄二十五 某些氧化還原電對的條件電勢(E )  444

附錄二十六 微溶化合物溶度積(18～25℃,I=0)  445



參考文獻/449

為了貫徹全國教育大會和新時代全國高等學校本科教育工作會議精神，我們組織教師編寫了本教材。本書是高等學校“十四五”規劃教材：內容包括無機化學部分、有機化學部分、分析化學部分和物理化學部分等內容，讀者對像為非化學專業的本科生。

根據“專業本科教學質量國家標準”“專業認證”、生命科學學院和資源環境學院的教學要求，體現我校辦學定位和辦學理念，堅持“寬口徑，厚基礎、重實踐”的方針，我們組織修訂了“大學化學”，以適應高等學校加強內涵發展的新要求。

本教材的主要內容如下：無機化學部分主要包括氣體、酸堿解離平衡、沉澱溶解平衡、氧化還原反應、配位化合物、原子結構、分子結構等。分析化學部分主要包括定量分析化學概論、定量分析誤差和分析數據的處理、重量分析法、滴定分析法、吸光光度法等。物理化學部分主要包括化學熱力學基礎、化學動力學基礎、電化學基礎、表面化學基礎等。有機化學部分主要包括緒論、烷烴、脂環烴、烯烴、炔烴和二烯烴、芳烴、立體化學、鹵代烴、醇酚醚、醛和酮、羧酸及羧酸衍生物等。

本教材主編為董彥傑、王鈞偉，副主編為孫佳音、龐韜、王春花。無機化學部分由孫佳音負責；有機化學部分由龐韜負責；分析化學部分和附錄由董彥傑負責；物理化學部分由王春花負責；郭暢老師參與了物理化學部分的審閱工作。本書由董彥傑、王鈞偉統編。

本次編寫參閱了兄弟院校已出版的相關材料及相關著作，從中借鋻和吸取了有益的內容，化學工業出版社的編輯為本教材的出版付出了辛勤的勞動，在此一並致以誠摯的感謝。

由於編者水平有限，教材中難免存在疏漏和不足之處，懇請廣大讀者批評指正。



董彥傑

2020年12月於安慶