1物質結構基礎 / 1

1.1原子結構 / 1

1.1.1氫原子結構 / 1

1.1.2多電子原子結構 / 6

1.素周期律 / 9

1.2化學鍵與分子結構 / 12

1.2.1共價鍵的價鍵理論 / 12

1.2.2配合物的價鍵理論 / 21

1.2.3價層電子對互斥理論 / 24

1.2.4分子軌道理論 / 28

1.2.5離子鍵 / 32

1.2.6金屬鍵 / 33

1.3分子間力與氫鍵 / 34

1.3.1分子的電偶極矩和極化率 / 34

1.3.2分子間力 / 36

1.3.3氫鍵 / 38

1.4晶體結構和缺陷 / 41

1.4.1晶體結構 / 41

1.4.2晶體缺陷 / 49

本章要點 / 51

習題 / 52



2化學反應的基本原理 / 57

2.1基本概念 / 57

2.1.1繫統與環境 / 57

2.1.2聚集狀態與相 / 58

2.1.3繫統的狀態與狀態函數 / 59

2.1.4過程與途徑 / 59

2.1.5熱和功 / 60

2.1.6熱力學能 / 61

2.1.7熱力學定律 / 61

2.2熱化學 / 62

2.2.1化學反應的熱效應 / 62

2.2.2化學反應進度 / 65

2.2.3熱化學方程式 / 66

2.2.4蓋斯定律 / 67

2.2.5化學反應熱的計算 / 67

2.3化學反應的方向 / 71

2.3.1化學反應的自發過程 / 71

2.3.2影響化學反應方向的因素 / 71

2.3.3化學反應的標準摩爾吉布斯自由能變的計算和反應方向的判斷 / 74

2.3.4利用反應的ΔrHm和ΔrSm估算反應自發進行的溫度 / 76

2.4化學反應的限度——化學平衡 / 77

2.4.1可逆反應與化學平衡 / 77

2.4.2平衡常數 / 78

2.4.3標準平衡常數與標準摩爾吉布斯自由能變 / 81

2.4.4化學平衡的移動 / 84

2.5化學反應速率 / 86

2.5.1化學反應速率及其表示方法 / 86

2.5.2化學反應速率理論簡介 / 87

2.5.3影響化學反應速率的因素 / 89

本章要點 / 95

習題 / 97



3溶液 / 104

3.1稀溶液的通性 / 104

3.1.1溶液濃度的表示方法 / 104

3.1.2稀溶液的蒸氣壓下降及拉烏爾定律 / 105

3.1.3稀溶液的沸點上升和凝固點下降 / 106

3.1.4溶液的滲透壓 / 108

3.2溶液中單相離子平衡 / 109

3.2.1弱電解質的解離平衡 / 109

3.2.2同離子效應和緩衝溶液 / 112

3.2.3配位平衡 / 114

3.3酸堿理論 / 119

3.3.1酸堿質子理論 / 119

3.3.2酸堿反應 / 121

3.4溶液中多相離子平衡 / 122

3.4.1難溶電解質的溶度積 / 122

3.4.2溶度積和溶解度 / 123

3.4.3溶度積規則及其應用 / 123

3.4.4多相離子平衡移動 / 124

3.5膠體 / 127

3.5.1膠體的特性 / 127

3.5.2膠體的結構 / 128

3.5.3溶膠的穩定性與聚沉 / 129

3.5.4膠體的保護 / 130

3.6表面活性劑 / 130

3.6.1表面張力和表面活性劑 / 130

3.6.2表面活性劑的種類 / 131

3.6.3表面活性劑的作用和應用 / 131

本章要點 / 132

習題 / 134



4電化學原理及應用 / 137

4.1氧化還原反應 / 137

4.1.1氧化還原與氧化數 / 137

4.1.2氧化還原反應方程式的配平 / 139

4.1.3常見的氧化劑和還原劑 / 141

4.2電極電勢 / 142

4.2.1原電池與氧化還原反應 / 142

4.2.2電極電勢 / 144

4.2.3標準電極電勢 / 145

4.2.4能斯特方程 / 147

4.2.5電池電動勢與反應吉布斯自由能變的關繫 / 149

4.2.6氧化還原反應中的化學平衡 / 149

4.3電極電勢的應用 / 149

4.3.1計算原電池的電動勢及電極的電極電勢 / 150

4.3.2比較氧化劑和還原劑的相對強弱 / 151

4.3.3判斷氧化還原反應進行的方向 / 151

4.3.4判斷氧化還原反應進行的程度 / 152

4.素電勢圖 / 153

4.4應用電化學簡介 / 155

4.4.1化學電源 / 155

4.4.2電解 / 161

4.4.3金屬的腐蝕與防護 / 162

4.4.4電化學中的環境保護 / 169

本章要點 / 171

習題 / 172



5化學與材料 / 176

5.1概述 / 176

5.1.1化學與材料的關繫 / 177

5.1.2材料的定義與分類 / 177

5.1.3材料的地位與作用 / 178

5.2金屬材料 / 178

5.2.1鋼鐵 / 178

5.2.2銅和銅合金 / 179

5.2.3鋁和鋁合金 / 179

5.2.4鎂和鎂合金 / 180

5.2.5鈦和鈦合金 / 180

5.3無機非金屬材料 / 180

5.3.1陶瓷 / 180

5.3.2非晶態材料與玻璃 / 182

5.3.3水泥與膠凝材料 / 182

5.3.4混凝土 / 183

5.3.5耐火材料 / 184

5.4高分子材料 / 184

5.4.1塑料 / 185

5.4.2橡膠 / 187

5.4.3塗料與膠黏劑 / 188

5.4.4纖維 / 189

5.4.5功能高分子材料 / 191

5.5復合材料 / 192

5.5.1金屬基復合材料 / 192

5.5.2聚合物基復合材料 / 193

5.5.3陶瓷基復合材料 / 194

5.6超材料 / 196

5.6.1幾類超材料 / 197

5.6.2超材料的應用與展望 / 198

5.7碳纖維材料 / 201

5.7.1碳纖維概述 / 201

5.7.2國內外研究發展狀況 / 203

5.7.3碳纖維材料應用實例：碳納米管 / 204

本章要點 / 205

習題 / 207



6化學與能源 / 208

6.1能源概述 / 208

6.1.1能源的概念與分類 / 208

6.1.2能量的轉化 / 209

6.1.3能源利用的發展史 / 210

6.2常規能源 / 211

6.2.1燃料的分類與組成 / 211

6.2.2燃料的熱值 / 212

6.2.3煤、石油、天然氣、水能 / 213

6.3新能源 / 219

6.3.1核能 / 219

6.3.2氫能 / 223

6.3.3太陽能 / 225

6.3.4生物質能 / 226

6.3.5可燃冰 / 226

本章要點 / 227

習題 / 227



7可持續發展與綠色化學 / 230

7.1可持續發展的內涵 / 230

7.1.1關於可持續發展的諸多解釋 / 230

7.1.2可持續發展的含義 / 232

7.2人類與環境 / 233

7.2.1環境 / 233

7.2.2環境的形成和發展 / 234

7.2.3人體中的化學 / 234

7.2.4人類與環境的關繫 / 238

7.3環境污染 / 239

7.3.1大氣污染 / 239

7.3.2水污染 / 244

7.3.3土壤污染及荒漠化、沙化 / 246

7.4環境污染的防治 / 248

7.4.1大氣污染的防治 / 248

7.4.2水污染的防治 / 249

7.4.3土壤污染的防治 / 252

7.5廢物的綜合利用 / 253

7.5.1廢氣的綜合利用 / 253

7.5.2廢水的綜合利用 / 254

7.5.3廢渣的綜合利用 / 254

7.6綠色化學 / 255

7.6.1綠色化學的基本概念 / 255

7.6.2綠色化學實例 / 256

本章要點 / 257

習題 / 258



8大學化學選做實驗 / 260

實驗一電化學實驗 / 260

實驗二氨基的測定 / 265

實驗三醋酸總酸度的測定 / 267

實驗四水的總硬度測定 / 269

實驗五pH值的測定 / 271

實驗六醋酸解離常數的測定 / 273

實驗七分光光度法測定鋼中的錳 / 275

實驗八離子選擇性電極法測定水中氟含量 / 277

實驗九硫酸銅的提純 / 280

實驗十澱粉膠黏劑的制備 / 282

實驗十一比色法測定水果(或蔬菜)中維生素C的含量 / 283

實驗十二從茶葉中提取咖啡堿 / 285

實驗十三計算機聯用測定無機鹽溶解熱 / 287



附錄 / 290

附錄1常用符號表 / 290

附錄2一些單質和化合物的ΔfHm、ΔfGm和Sm(298.15K) / 290

附錄3一些弱電解質的解離常數(298.15K) / 294

附錄4一些物質的溶度積(298.15K) / 295

附錄5標準電極電勢(298.15K) / 296



參考文獻 / 298

前言

化學是一門既古老又年輕的科學，是研究物質的組成、結構、性質及其變化規律的科學。與工業生產、人民生活等都有非常密切的關繫。

化學又是一門應用性極強的學科，它與數學、物理等學科共同成為自然科學迅猛發展的基礎。化學的核心知識已經應用於自然科學的各個區域，化學是創造自然，改造自然的強大力量的重要支柱。目前，化學家們運用化學的觀點來觀察和思考社會問題，用化學的知識來分析和解決社會問題，例如能源問題、糧食問題、環境問題、健康問題、資源與可持續發展等問題。

化學與物理一起屬於自然科學的基礎學科，已經與各相鄰學科交叉與滲透，產生了生物化學、農業化學、環境化學、能源化學、地球化學、材料化學、計算化學、醫藥化學等。

化學在保證人類的生存並不斷提高人類的生活質量方面起著重要作用，例如：利用化學生產化肥和農藥，以增加糧食產量；利用化學合成藥物，以抑制細菌和病毒，保障人體健康；利用化學開發新能源、新材料，以改善人類的生存條件；利用化學綜合應用自然資源和保護環境以使人類生活得更加美好。

總之，化學與人類的衣、食、住、行以及能源、信息、材料、國防、環境保護、醫藥衛生、資源利用等方面都有密切的聯繫。

大學化學是整個化學學科的導論，它扼要地闡述化學的基本理論、基本知識，並與關繫國民經濟發展的各種關鍵科學技術相聯繫。同時也是非化學、化工類專業在大學裡必修的一門重要基礎課程。 使學生掌握現代化學的基本知識和理論，了解化學在社會發展和科技進步中的作用，了解化學在其發展過程中與其他學科相互滲透的特色，培養學生用現代化學的觀點去觀察和分析可能遇到的化學問題，為今後繼續學習和工作打下必要的化學基礎。

本次教材修訂在版基礎上進行，增加了選做實驗。分為8章，分別為物質結構基礎、化學反應的基本原理、溶液、電化學原理及應用、化學與材料、化學與能源、可持續發展與綠色化學、大學化學選做實驗。

本教材具有以下特點：

1.準確表達基本概念、基本原理，以及涉及的各有關專業名詞術語。

2.教材內容覆蓋面大、實用性強，注重新概念、新內容的引入。

3.貼近社會、生活實際，反映現代科技新成就，激發學生學習化學的興趣和求知欲望。

參加編寫工作的有：盧學實（第1章，第5章5.6、5.7，第7章7.1、7.6）；王桂英（第2章2.1～2.4，第4章4.1～4.3）；王湘英（第2章2.5，第8章實驗三）；何英（第3章）；盧玨名（第4章4.4，第8章實驗一、實驗二）；王吉清、李福枝（第5章5.1～5.5）；王吉清、賀全國、鄧靖、鄭淑琴、季東、華傑（第6章）；肖細梅（第7章7.2～7.5）；周曉媛（第8章實驗四～實驗六）；劉有勢（第8章實驗七，附錄）；陶炳（第8章實驗八）；傅欣（第8章實驗九）；李青（第8章實驗十、實驗十三）；孫開太（第8章實驗十一）；戴玉春（第8章實驗十二）。本教材是在全體編者多年教學實踐的基礎上完善並充實的，在編寫過程中得到各同行與化學工業出版社的關注與支持，在此表示感謝。對本書中引用的文獻資料的作者致以衷心的感謝!

鋻於大學化學內容極為廣泛，因此在內容取舍與文字編排中的疏漏、不妥之處在所難免，懇請專家與讀者批評指正。



編者

2019年5月







版前言

化學是一門既古老又年輕的科學，是研究物質的組成、結構、性質以及變化規律的科學。化學與工業生產和國防現代化、人民生活和人類社會等都有非常密切的關繫。

化學又是一門應用性極強的學科，其核心知識已經應用於自然科學的各個領域，是創造自然、改造自然的強大力量的重要支柱。目前，化學家們運用化學的觀點來觀察和思考社會問題，用化學的知識來分析和解決社會問題，例如能源問題、糧食問題、環境問題、健康問題、資源與可持續發展等問題。

化學屬於自然科學的基礎學科，與各相鄰學科交叉與滲透，產生了生物化學、農業化學、環境化學、能源化學、地球化學、材料化學、計算化學、醫藥化學等。

化學在保證人類的生存並不斷提高人類的生活質量方面起著重要作用。如利用化學生產化肥和農藥，以增加糧食產量；利用化學合成藥物，以抑制細菌和病毒，保障人體健康；利用化學開發新能源、新材料，以改善人類的生存條件；利用化學綜合應用自然資源和保護環境，以使人類生活得更加美好。

總之，化學與人類的衣、食、住、行以及能源、信息、材料、國防、環境保護、醫藥衛生、資源利用等方面都有密切的聯繫。

大學化學是整個化學學科的導論，它扼要地闡述化學的基本理論、基本知識，並與關繫國民經濟發展的各種關鍵科學技術相聯繫。同時也是非化學、化工類專業在大學裡必修的一門重要基礎課程。 該課程使學生掌握現代化學的基本知識和理論，了解化學在社會發展和科技進步中的作用，了解化學在其發展過程中與其他學科相互滲透的特色，培養學生用現代化學的觀點去觀察和分析可能遇到的化學問題，為今後繼續學習和工作打下必要的化學基礎。

本教材分為七部分，分別為物質結構基礎、化學反應的基本原理、溶液、電化學原理及應用、化學與材料、化學與能源、化學與環境保護。

本教材在編寫中力求具有以下特點。

1.準確表達基本概念、基本原理以及涉及的各有關專業名詞術語。

2.教材內容覆蓋面大、實用性強，注重新概念、新內容的引入。

3.貼近社會、生活實際，反映現代科技新成就，激發學生學習化學的興趣和求知欲望。

本書編寫分工如下：盧學實編寫前言及1，王桂英編寫2、4，何英編寫3，李福枝編寫5，鄭淑琴、季東、華傑編寫6，肖細梅編寫7及附錄。本教材是在全體編者多年教學實踐的基礎上完善充實後編寫完成的，在編寫過程中得到各同行與化學工業出版社的關注與支持，在此表示感謝。對本書中引用文獻資料的作者致以衷心的感謝！

本書可作為材料、能源、環境、冶金、海洋、地質、包裝等非化學專業本科生教材，也可供相關專業師生和科研工作者參考。讀者可根據自身專業的特點，選學相應的章節。

鋻於大學化學內容極為廣泛，因此在內容取舍與文字編排中的疏漏、不妥之處在所難免，懇請專家與讀者批評指正。



編者

2012年6月