大学化学（罗洁）

《大学化学》紧扣非化学化工类专业大学化学课程的教学目标要求，第1～4章论述化学反应的基本原理、溶液与离子平衡、电化学基础、物质微观结构等化学基本理论知识；第5～8章融入了与化学学科联系紧密的化学与材料、化学与能源、化学与安全、化学与环境等内容，旨在提升学生的化学素养，了解化学在社会发展和科技进步中的作用，树立学生保护环境的思想和意识；为了加深学生对理论知识的理解，教材中编入8个大学化学选做实验。本教材重视理论联系实际，突出化学基础知识的具体应用，关注化学在工程技术中应用的新成就及环境污染等问题。
《大学化学》可作为高等学校非化学化工类各专业的教材，也可供工程技术人员参考。

罗洁，河南科技大学化学化工学院副教授，南京理工大学博士毕业，主要进行高分子材料、光催化材料方向的研究，在国内期刊发表论文10余篇，参与多项省级项目和课题。长期担任《仪器分析》、《大学化学B》等课程的主讲工作。

根据国家对“新工科”人才的培养目标要求，针对工科非化学化工类专业“大学化学”课程学时少、内容涉及面广等特点，结合开设大学化学课程各专业的实际需求，我们编写了本教材。编写中，在内容组织上力求点面结合，体现差异，希望能为非化学化工类各专业学生提供一本适合他们自身情况的教材。
本教材包括九部分内容：化学反应的基本原理、溶液与离子平衡、电化学原理与应用、物质结构基础、化学与材料、化学与能源、化学与安全、化学与环境、大学化学选做实验。
教材的编写体现以下几个特点：
1.着重阐明化学基本概念和基本理论，简化化学计算和实际测量，增加化学与材料、化学与能源、化学与安全、化学与环境等内容，体现教材的知识性和应用性，使学生更多地了解化学与其他学科相互交叉渗透和相互促进的密切关系。
2.内容安排上先论述化学基础理论，随后是化学与其他相关学科专题部分，既保持了化学知识的系统性，又便于学生开拓视野、开发思维。这样的安排可使学生在学习基本化学理论知识的基础上，应用相应的化学知识、化学思维去了解学习其他学科。
3.内容涵盖面宽，涉及多个学科知识，可供不同非化学化工类专业学生选用，也使授课教师在教学过程中具有更大的灵活性。
本书由罗洁、郑英丽和李平担任主编。第1、4、5、6、8章由李平、郑英丽执笔，第2、3、7章由罗洁、刘红宇执笔，绪论和附录由谷广娜执笔，大学化学选做实验由汪小伟执笔，全书由马军营审阅修改。
本书在出版过程中得到了河南科技大学化学化工学院的支持，教材编写时参考了兄弟院校的同类教材和其他公开出版的书籍，在此表示深切的谢意。
限于编者水平和经验，书中难免出现不妥、不足之处，敬请同行批评指正，同时欢迎广大读者多提宝贵意见和建议。

编者
2024年4月于洛阳

绪论1
0.1化学的概念1
0.2化学的发展2
0.3学习大学化学的意义5
0.4大学化学课程的内容7
0.5大学化学课程的学习方法7

第1章化学反应的基本原理8
1.1化学反应基本概述8
1.1.1物质的量8
1.1.2化学反应进度9
1.1.3系统和环境10
1.1.4相10
1.1.5状态函数11
1.1.6热力学能11
1.2恒压热效应与焓变12
1.2.1恒压热效应12
1.2.2焓与焓变13
1.2.3反应的标准摩尔焓变13
1.2.4反应的标准摩尔焓变的计算14
1.3化学反应的方向15
1.3.1自发过程与非自发过程15
1.3.2自发反应方向的判断标准16
1.3.3熵和熵变16
1.3.4吉布斯函数与吉布斯函数变18
1.3.5过程自发方向的判断18
1.3.6吉布斯函数变的计算19
1.4化学平衡23
1.4.1化学平衡和平衡常数23
1.4.2化学平衡的移动25
1.5化学反应速率28
1.5.1浓度对反应速率的影响29
1.5.2温度对反应速率的影响30
1.5.3活化能31
1.5.4催化剂对反应速率的影响32
习题33

第2章溶液与离子平衡36
2.1溶液的通性36
2.1.1溶液的蒸气压下降36
2.1.2溶液的沸点升高和凝固点降低38
2.1.3渗透压39
2.1.4稀溶液的依数性40
2.2弱电解质的解离平衡40
2.2.1酸碱概念40
2.2.2弱电解质在水溶液中的解离平衡42
2.2.3缓冲溶液及其应用46
2.3难溶电解质的多相离子平衡51
2.3.1溶度积51
2.3.2溶度积和溶解度的关系52
2.3.3溶度积规则53
2.3.4溶度积规则的应用53
2.4配位平衡57
2.4.1配合物的组成和命名57
2.4.2配离子的解离平衡58
2.4.3配位平衡的移动59
2.5表面活性剂60
2.5.1表面张力与表面活性剂60
2.5.2表面活性剂的特点和分类61
2.5.3表面活性剂的作用原理62
2.5.4表面活性剂的作用63
2.5.5表面活性剂的应用65
习题66

第3章电化学原理与应用69
3.1氧化还原反应69
3.1.1氧化还原反应的基本概念69
3.1.2氧化还原反应的配平70
3.2原电池72
3.2.1原电池的组成72
3.2.2原电池的电池符号72
3.2.3电极类型73
3.3电极电势74
3.3.1电极电势的产生74
3.3.2标准氢电极和标准电极电势75
3.3.3能斯特方程76
3.3.4电极电势的影响因素78
3.4电极电势在化学上的应用79
3.4.1比较氧化剂和还原剂的相对强弱79
3.4.2判断原电池的正负极和计算电动势80
3.4.3判断氧化还原反应进行的方向81
3.4.4判断氧化还原反应进行的程度81
3.5化学电池82
3.5.1化学电池的分类和组成82
3.5.2原电池83
3.5.3蓄电池84
3.5.4燃料电池86
3.5.5车载动力电池86
3.5.6太阳能电池87
3.6电解与污染治理89
3.6.1电解现象和电解池89
3.6.2电解的应用89
3.6.3电化学治理污染90
3.7金属的腐蚀和防护91
3.7.1金属腐蚀的分类91
3.7.2金属腐蚀的防护91
习题92

第4章物质结构基础95
4.1原子结构95
4.1.1氢原子光谱95
4.1.2玻尔理论96
4.2核外电子运动的特殊性96
4.2.1微观粒子的波粒二象性96
4.2.2海森堡测不准原理97
4.2.3微观粒子运动的统计性规律97
4.3核外电子运动状态的描述97
4.3.1薛定谔方程97
4.3.2波函数与原子轨道98
4.3.3波函数的角度分布图99
4.3.4电子云的角度分布图100
4.3.5四个量子数100
4.4多电子原子结构103
4.4.1原子的轨道能级图103
4.4.2核外电子排布的原则105
4.4.3核外电子排布式和价电子层排布式106
4.5原子的电子层结构和元素周期表的关系110
4.5.1电子层结构与周期的关系110
4.5.2电子层结构与族的关系110
4.5.3电子层结构与元素分区的关系111
4.6元素的性质与原子结构的关系111
4.6.1原子半径111
4.6.2电离能113
4.6.3电子亲和能114
4.6.4电负性115
4.7化学键与分子结构116
4.7.1离子键理论116
4.7.2共价键理论119
4.7.3杂化轨道理论122
4.7.4键参数126
4.8分子间力和氢键127
4.8.1分子间力127
4.8.2氢键130
4.9晶体结构简介132
4.9.1晶体的特征132
4.9.2晶体的基本类型133
习题136

第5章化学与材料139
5.1概述139
5.2金属材料140
5.2.1金属单质140
5.2.2合金140
5.3无机非金属材料143
5.3.1传统的无机材料143
5.3.2先进的无机材料145
5.4有机高分子材料147
5.4.1高分子化合物概述147
5.4.2塑料151
5.4.3合成橡胶152
5.4.4合成纤维153
5.4.5功能高分子155
5.4.6复合材料157
5.4.7高分子材料的老化与防老化160
习题161

第6章化学与能源162
6.1能源概述162
6.1.1能源的分类162
6.1.2能源中的能量转化163
6.1.3能源利用的发展史163
6.2常规能源164
6.2.1煤164
6.2.2石油167
6.2.3天然气170
6.3新能源170
6.3.1氢能源171
6.3.2太阳能172
6.3.3核能173
6.3.4其他能源175
习题176

第7章化学与安全178
7.1食品安全178
7.1.1营养素178
7.1.2膳食营养平衡181
7.1.3食品添加剂183
7.1.4食品中的有害物质及其预防184
7.2用药安全185
7.2.1药物的概念185
7.2.2处方药与非处方药186
7.2.3常用药物186
7.3消防安全188
7.3.1燃烧及其必要条件188
7.3.2爆炸极限189
7.3.3灭火原理189
7.3.4常用灭火器材190
习题191

第8章化学与环境192
8.1大气污染与保护192
8.1.1大气圈的结构与组成192
8.1.2大气污染源与一次污染193
8.1.3二次污染与四大环境问题196
8.1.4大气污染的防治198
8.2水体污染及保护199
8.2.1水中的污染物199
8.2.2水体污染的控制与治理202
8.3土壤污染与保护204
8.3.1土壤污染204
8.3.2土壤污染的防治205
8.4绿色化学205
8.4.1绿色化学防止污染的基本原则206
8.4.2原子经济反应206
8.4.3绿色化学的研究内容207
8.4.4绿色化学研究实例207
习题208

大学化学选做实验209
实验1水的净化与水质检测209
实验2含铬废水的处理及铬（Ⅵ）含量的测定214
实验3食醋中总酸度的测定216
实验4溶液中的离子平衡217
实验5氧化还原与电化学220
实验6金属的腐蚀与防护222
实验7淀粉胶黏剂的制备224
实验8蔬菜中维生素C含量的测定226

附录228
附录1我国法定计量单位228
表1国际单位制(SI)的基本单位228
表2包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位228
表3可与国际单位制单位并用的我国法定计量单位228
表4SI词头229
附录2一些基本物理常数229
附录3一些物质的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成吉布斯函数和标准摩尔熵数据230
附录4一些水合离子的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成吉布斯函数和标准摩尔熵数据232
附录5一些弱电解质在水溶液中的解离常数233
附录6一些共轭酸碱的解离常数233
附录7一些配离子的稳定常数和不稳定常数233
附录8一些物质的溶度积(25 ℃)234
附录9标准电极电势(酸性介质)235
附录10标准电极电势(碱性介质)236

参考文献237