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大學先修之大學化學
該商品所屬分類：研究生 -> 工學
【市場價】	308-448元
【優惠價】	193-280元
【作者】	馮姝、賀新、鄒明建、谷建勤、陳強、晁小雨
【所屬類別】	圖書教材研究生/本科/專科教材工學
【出版社】	清華大學出版社
【ISBN】	9787302474036
【折扣說明】	一次購物滿999元台幣免運費+贈品一次購物滿2000元台幣95折+免運費+贈品一次購物滿3000元台幣92折+免運費+贈品一次購物滿4000元台幣88折+免運費+贈品
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內容介紹

開本：32開

紙張：膠版紙

包裝：平裝-膠訂

是否套裝：否

國際標準書號ISBN：9787302474036

作者：馮姝、賀新、鄒明建、谷建勤、陳強、晁小雨

出版社：清華大學出版社

出版時間：2017年06月

編輯推薦

這本書是中國人民大學附屬中學化學教研組在經過了北京大學和清華大學的大學先修培訓以及課程教學實踐後，提供給人大附中學有餘力的學生一本大學化學先修課程教學參考書。人大附中化學組加入並開展大學先修課的教學實踐是源於對北京大學、清華大學先修課程改革的認同，它致力於中學基礎教育和高等教育的銜接，為少數學有餘力的學生發展自己的學術興趣而提供多樣化的選擇。

內容簡介

物質結構知識是化學高等教育的基礎和核心內容，但在中學化學教育中比較薄弱，本書的編寫主要致力於中學基礎教育和高等教育的銜接。物質結構是本書的核心內容，涉及較多物理和數學知識，編寫中盡可能地回避高深的數理知識，基於中學生的知識層面將相關的基本化學原理進行了詳細闡述。全書共4章，包括原子結構、共價鍵理論與分子結構、晶體結構和配位化合物等。書中還給學生們提供了部分前沿文獻，為學生拓展學科視野，閱讀專業文獻起到拋磚引玉的作用。
本書可作為中學生選修大學先修課程的基礎教材或發展自己學術興趣的參考書。

作者簡介

馮姝中學一級教師，畢業於清華大學有機光電子與分子工程*重點實驗室，物理化學專業，理學博士學位。人大附中大學先修課程-大學化學課程負責人。具備豐富的教學經驗和扎實的學術基礎。所教學生多次獲得北京大學大學先修大學化學A等級以上，所指導學生中多人在中國化學奧林匹克競賽初賽、決賽中獲得獎項。

目錄
章原子結構

節原子模型

一、原子學說

二、原子模型

三、核外電子

第二節核外電子排布規則

一、核外電子的描述

章原子結構

節原子模型

一、原子學說

二、原子模型

三、核外電子

第二節核外電子排布規則

一、核外電子的描述

二、核外電子排布

素周素周期律

一、價電子與氧化數

二、屏蔽效應與有效核電荷數

三、原子半徑

四、電離能與電子親和能

五、電負性

小結

習題

第二章共價鍵理論與分子結構

節經典路易斯結構

第二節近代價鍵理論

一、共價鍵的本質和特點

二、雜化軌道理論

第三節分子軌道理論

第四節價層電子對互斥模型與分子空間構型

第五節分子的極性

第六節分子間作用力和氫鍵

一、分子間作用力

二、氫鍵

小結

習題

第三章晶體結構

節晶體的基本概念

一、晶體的宏觀特征

二、晶體的微觀特征——平移對稱性

三、晶胞

第二節常見晶體類型

一、分子晶體

二、原子晶體

三、金屬晶體

第三節典型離子晶體結構簡介

一、離子晶體

二、晶格能

習題

第四章配位化合物

節引言

第二節配合物的基本概念

一、配合物的定義

二、配位化合物的組成

三、配體和配位數

四、配合物或配離子的幾何形狀

五、配合物的命名

第三節配合物的同分異構現像

一、基本概念

二、結構異構

三、立體異構

第四節配合物的成鍵理論

第五節配合物的應用

習題

前言

本書是中國人民大學附屬中學(人大附中)化學教研組在經過北京大學和清華大學的多次培訓和大學先修課課程教學實踐後，決定提供給人大附中選修大學先修課程、學有餘力的學生的一本學習參考教材。人大附中化學教研組加入並開展大學先修課的教學實踐是源於對大學先修課程改革的認同，它致力於中學基礎教育和高等教育的銜接，為少數學有餘力的學生發展自己的學術興趣而提供多樣化的選擇。大學先修課的課程標準不能過高也不能過低，與之前已有的學科競賽也完全不同。既然是大學課程，因而必須要采用大學的教學和學習方法，需要關注的是題目背後的原理；然而由於中學和大學的學習方法有很大差異，在中學裡需要“掰開揉碎”地講授一個月的內容，在大學裡可能隻需要一個星期，因此大學先修課課堂上的時間永遠是不夠的，學生要在課下閱讀、學習和思考，在課堂上充分利用時間討論。正是基於這樣的需求，雖然有的人認為沒有教材的約束可以擴展教師的思維，給學生以更廣闊的探索空間，然而在課程教學的過程中學生的需求就變得日漸迫切。在他們閱讀大量專業性極強的文獻的過程中，發現自己知識體繫的缺乏。而參與人大附中課程教學和設計的幾位教師結合自己以往的經驗也體會到，大量攝取資料固然重要，讀到一本具有完整的科學體繫和銜接性的書籍也是助益良多。學生的渴望激發了教師們創造的熱情。本書雖集合了人大附中化學教研組各位教師的所學所長，但是畢竟是我們對於大學先修課教材編寫的初次探索與嘗試，定會有不足之處，歡迎各位專家、讀者的指點和建議。中國人民大學附屬中學化學教研組
2017年3月

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第三章晶體結構
節晶體的基本概念一、晶體的宏觀特征
走進化學實驗室，你能見到許多固體，如蠟狀的白磷(P4)、黃色的硫黃(S)、紫黑色的碘(I2)和高錳酸鉀(KMnO4)、藍色的硫酸銅(CuSO4·5H2O)、白色的碳酸鈣(CaCO3)等。放眼世界，自然界中絕大多數礦物也都是固體。通常人們說的固體可分為晶體和非晶體。在宏觀上，晶體有別於橡膠、玻璃、琥珀、樹脂等非晶體的普遍的本質特征是它的“自範性”，即：晶體能夠自發地呈現封閉的規則多面體的外形。非晶體物質則沒有自範性。有規則的多面體外形是指結晶的自然生長過程中所形成的外形，而不是指加工成某種特定的幾何外形(圖31)。

圖31幾種常見的晶體

單一的晶體多面體叫做單晶。有時兩個體積大致相當的單晶按一定規則生長在一起，叫做雙晶；許多單晶以不同取向連在一起，叫做晶簇。有些晶體很小，肉眼看來是細粉末，似乎沒有晶面，但借助於光學顯微鏡或電子顯微鏡也可以觀察到它們整齊而又規則的外形（圖32）。

圖32某些晶體的顯微照片

第三章晶體結構
節晶體的基本概念一、晶體的宏觀特征
走進化學實驗室，你能見到許多固體，如蠟狀的白磷(P4)、黃色的硫黃(S)、紫黑色的碘(I2)和高錳酸鉀(KMnO4)、藍色的硫酸銅(CuSO4·5H2O)、白色的碳酸鈣(CaCO3)等。放眼世界，自然界中絕大多數礦物也都是固體。通常人們說的固體可分為晶體和非晶體。在宏觀上，晶體有別於橡膠、玻璃、琥珀、樹脂等非晶體的普遍的本質特征是它的“自範性”，即：晶體能夠自發地呈現封閉的規則多面體的外形。非晶體物質則沒有自範性。有規則的多面體外形是指結晶的自然生長過程中所形成的外形，而不是指加工成某種特定的幾何外形(圖31)。

圖31幾種常見的晶體

單一的晶體多面體叫做單晶。有時兩個體積大致相當的單晶按一定規則生長在一起，叫做雙晶；許多單晶以不同取向連在一起，叫做晶簇。有些晶體很小，肉眼看來是細粉末，似乎沒有晶面，但借助於光學顯微鏡或電子顯微鏡也可以觀察到它們整齊而又規則的外形（圖32）。

圖32某些晶體的顯微照片

本質上，晶體的自範性是晶體中粒子在微觀空間裡呈現周期性的有序排列的宏觀表像。相反，非晶體中粒子的排列則相對無序，因而無自範性。除了自範性外，晶體的宏觀特征還有均一性、各向異性等。晶體的質地均勻，具有確定的熔點(借此可以間接地確定某一固體是否為晶體)。晶體的強度、導熱、導電、光學性質等物理性質常因晶體取向不同而異，叫做各向異性。在石英表面塗一薄層石蠟，用熱的針尖接觸蠟面中央，接觸點周圍石蠟熔化成橢圓形而不呈圓形。這表明石英各個方向導熱性不同。再例如，把畫有圖案的紙放在一塊透明的方解石下面，透過方解石觀察，可以看到這個圖案有兩個影像，這是由於方解石對光線有雙折射性，等等。17世紀中葉丹麥礦物學家Stoeno在仔細研究石英晶體時發現，石英晶面的形狀大小盡管變化多端，但對應晶面間的夾角卻是相等的。即不論哪一種形狀的石英晶體，其a面與b面所成的夾角都相等，b面與c面、c面與a面之間的夾角也相等。這就是晶體學的個定律——晶面夾角守恆定律。這個定律在尋找礦物、鋻定礦物等工作中至今還有實用價值(圖33)。

圖33石英晶體的不同外形與晶面
二、晶體的微觀特征——平移對稱性在晶體的微觀空間中，原子呈現周期性的整齊排列。對於理想的完美晶體，這種周期性是單調的、不變的。如圖34所示，圖中兩個箭頭方向上，相隔一定的距離，總有完全相同的原子排列出現。若向其他任何方向畫一箭頭，結果一樣。這是晶體的普遍特征，叫平移對稱性。

圖34晶體微觀特征——平移對稱性
(圖中斜上箭頭方向的一個平移量約相當於向上箭頭方向一個平移量的5倍)

相反，非晶體不具有晶體微觀結構的平移對稱性。圖35所示為SiO2的晶體和非晶體投影示意圖，從圖中可以看出，晶體微觀空間裡的原子排列，無論近程還是遠程，都是周期性有序結構，而非晶體隻在近距有序而遠距無序，無周期性規律。

圖35晶體SiO2和非晶體SiO2的投影示意圖

三、晶胞為了描述晶體在微觀空間裡原子的排列，無須畫出千千萬萬個原子，隻需在晶體微觀空間裡取出一個即可。這種描述晶體結構的叫晶胞。一般來說，晶胞是平行六面體結構，它代表晶體的基本重復單位，整塊晶體可以看作是由完全等同的晶胞無隙並置地堆積而成的。“完全等同”可從“化學上等同”和“幾何上等同”兩個方面來理解。“化學上等同”指晶胞裡原子的數目和種類完全等同； “幾何上等同”既指所有晶胞的形狀、取向、大小等同，也指晶胞裡原子的排列(包括空間取向)完全等同。“無隙並置”即相鄰晶胞之間沒有任何間隙，一個晶胞與它的比鄰晶胞是完全共頂角、共面、共稜的，取向一致，從一個晶胞到另一個晶胞隻需平移，不需轉動，進行或不進行平移操作，整個晶體的微觀結構沒有區別。例如，圖36所示為金屬銅的一個晶胞。它是一個立方體，含有4個銅原子。

圖36銅晶胞

因為晶胞隻是晶體微觀空間裡的一個，在它的上下左右前後無隙並置地排列著無數晶胞，而且所有晶胞的形狀及其內部的原子種類、個數及幾何排列是完全相同的。因而，晶胞的頂角原子是8個晶胞共用的，晶胞稜上的原子是4個晶胞共用的，晶胞面上的原子是2個晶胞共用的（圖37）。因此，金屬銅的一個晶胞的原子數＝8×1/8 6×1/2＝4。

圖37原子在晶胞的頂角、稜、面上以及晶胞內時，一個晶胞平均占有的原子數

通常用向量xa yb cz中的x，y，z組成的三數組來表達晶胞中原子的位置，如圖38所示。

圖38晶胞中的原子坐標與計數示例

晶胞的幾何特征可用邊長關繫和夾角關繫確定。平行六面體的3個邊長a、b、c以及所成的3個夾角α(b∧c)、β(c∧a)、γ(a∧b)總稱晶胞參數。共有7種不同幾何特征的晶胞，稱為布拉維繫（表31）。它們的名稱、晶胞參數及實例如下：

表31布拉維繫

晶繫晶胞參數晶體實例
立方(cubic)a＝b＝c，α＝β＝γ＝90°Cu、NaCl六方(hexagonal)a＝b≠c，α＝β＝90°，γ＝120°Mg、AgI四方(tetragonal)a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°SnO2菱方(rhombohedral)a＝b＝c，α＝β＝γ≠90°Bi正交(orthorhombic)a≠b≠c，α＝β＝γ＝90°I2、HgCl2單斜(monoclinic)a≠b≠c，α＝γ＝90°S、KClO3三斜(triclinic)a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°CuSO4·5H2O

立方晶繫又有簡單立方、面心立方、體心立方之分，正交晶繫可以有4種型式，四方和單斜晶繫各有兩種型式，三斜晶繫、六方晶繫和菱方晶繫各有一種型式。19世紀中葉，法國晶體學家布拉維(Bravais)嚴密地推論出晶體共有14種空間點陣型式，也叫布拉維點陣型式（圖39）。

圖3914種布拉維點陣型式

由相對原子質量、相對分子質量、阿伏加德羅（Avogadro）常量以及晶體密度等數據可以算出晶體中原子間距離的數量級是10-10 m。到19世紀末，人們發現X射線的波長也在這個數量級。20世紀初，W.H.Bragg和W.L.Bragg父子推導出著名的布拉格（Bragg）方程，即晶面對X射線反射，出現衍射峰的條件是2dsinθ＝nλ（圖310）。

圖310晶面對X射線的反射

從實驗數據可以獲得衍射峰的角度θ，當X射線波長λ已知時，即可利用布拉格方程求出晶面間距d。晶體中原子、分子排列方式不同，種類不同，出現衍射峰的位置及強度也不同，在記錄儀上可以看到分立的斑點或者譜線，從而可推測晶體的結構。在同一條件下攝取的非晶體圖譜中卻看不到分立的斑點或敏銳的譜線（圖311）。

圖311非晶態SiO2和晶態SiO2 XRD圖譜的對比

第二節常見晶體類型一、分子晶體
隻含分子的晶體稱為分子晶體。例如，圖312中的碘晶體隻含有I2分子，屬於分子晶體。在分子晶體中，分子內的原子間以共價鍵結合，而分子之間的作用力是分子間作用力(範德華力和氫鍵)。分子間作用力相比於離子鍵、共價鍵等化學鍵是一種很弱的作用力，因而分子晶體具有低熔點的特性。但分子晶體的熔點並不完全取決於分子間力的大小，還與分子在晶體裡堆積的緊密程度有關。分子堆積緊密，空間利用率高，也會使熔點升高。例如，近球狀的金剛烷的熔點高達269℃，是已知烷烴中熔點的。

圖312碘晶體的結構示意圖

哪些晶體屬於分子晶體呢？絕大多數有機物屬於分子晶體(已知的500多萬種有機物中多數是分子晶體)。無機物中較典型的分子晶體有： ①所有非金屬氫化物，比如H2O、H2S、NH3、HCl、CH4等； ②部分非金屬單質，如X2(鹵素)、O2、S8、N2、P4、C60等； ③部分非金屬氧化物，如CO2、P4O6、SO2等； ④幾乎所有的酸。分子間作用力比較弱，導致分子在晶體的微觀空間裡堆積時會盡可能地利用空間，但分子的形狀、分子間是否存在具有方向性的氫鍵以及分子的極性強弱均會影響分子的堆積方式和空間利用率。如果分子間作用力隻是範德華力，若以一個分子為中心，其周圍通常可以有12個緊鄰的分子，如圖313的O2和C60，分子晶體的這一特征稱為分子密堆積。

圖313O2和C60的分子晶體結構

然而，分子間還有其他作用力的分子晶體，如我們熟悉的冰，就是堆積不緊密的分子晶體的典型代表。通常冰具有六方晶胞，由於分子間存在作用力較大而方向性很強的氫鍵，每個水分子周圍隻有4個水分子，類似金剛石中碳的配位情形，空間利用率很低，以致冰融化後密度反而升高（圖314）。

圖314冰和液態水的結構對比

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