基礎化學（第二版）

第1部分化學原理
第1章氣體1
1.1理想氣體狀態方程1
1.1.1波義耳定律1
1.1.2蓋·呂薩克定律1
1.1.3化合體積定律和阿伏伽德羅定律2
1.1.4理想氣體狀態方程2
1.1.5氣體常數3
1.2理想氣體混合物4
1.2.1道爾頓分壓定律4
1.2.2阿馬格分體積定律5
思考題6
習題6

第2章化學反應的方向8
2.1化學反應方向的焓變判據8
2.1.1熱力學中常用的術語9
2.1.2熱力學定律12
2.1.3常見化學反應的過程13
2.1.4化學反應熱效應14
2.1.5熱效應的計算17
2.1.6焓變對化學反應方向的影響21
2.2化學反應方向的熵變判據21
2.2.1熵及熵的性質21
2.2.2熵變對化學反應方向的影響24
2.3化學反應方向的吉布斯自由能變判據25
2.3.1吉布斯自由能25
2.3.2吉布斯自由能變對化學反應方向的影響27
思考題28
習題29

第3章化學反應的限度32
3.1化學反應限度的判據32
3.1.1摩爾反應吉布斯自由能與化學平衡32
3.1.2化學平衡常數33
3.2標準平衡常數的應用38
3.2.1非平衡狀態化學反應的方向38
3.2.2化學平衡組成及理論轉化率的計算39
3.3化學平衡的移動40
3.3.1濃度對化學平衡的影響41
3.3.2壓力對化學平衡的影響42
3.3.3溫度對化學平衡的影響43
3.3.4呂·查德理原理44
思考題45
習題46

第4章定量分析概論49
4.1定量分析中的誤差49
4.1.1誤差的分類及產生的原因49
4.1.2誤差的減免方法50
4.1.3測定結果的準確度與精密度51
4.1.4可疑測定值的取捨方法54
4.2有效數字及運算規則54
4.2.1有效數字的意義及位數55
4.2.2有效數字修約規則56
4.2.3有效數字的運算規則56
4.2.4有效數字的運算規則的應用57
4.3滴定分析法概論57
4.3.1滴定分析法簡介57
4.3.2標準溶液59
4.3.3滴定分析的計算61
思考題65
習題67

第5章酸堿平衡69
5.1電解質溶液69
5.1.1強電解質溶液69
5.1.2弱電解質溶液70
5.2酸堿理論70
5.2.1酸堿理論的發展70
5.2.2酸堿質子理論71
5.3水的離解平衡73
5.3.1水的離子積73
5.3.2水溶液中的酸鹼性和pH值74
5.4弱酸、弱鹼的離解平衡75
5.4.1分子型弱酸、弱鹼的離解平衡75
5.4.2離子型弱酸、弱鹼的離解平衡80
5.5緩衝溶液83
5.5.1同離子效應84
5.5.2緩衝溶液的組成及緩衝作用84
5.5.3緩衝溶液pH值的計算85
5.5.4緩衝溶液的緩衝容量和緩衝範圍85
5.5.5緩衝溶液的選擇和配製87
思考題88
習題89

第6章酸堿滴定法91
6.1酸堿指示劑91
6.1.1酸堿指示劑的變色原理91
6.1.2指示劑的變色範圍及變色點91
6.1.3混合指示劑93
6.1.4幾點注意事項94
6.2酸堿滴定法的基本原理94
6.2.1強鹼（酸）滴定強酸（堿）94
6.2.2強鹼（酸）滴定一元弱酸（堿）97
6.2.3多元酸（堿）的滴定100
6.3酸堿標準溶液的配製與標定101
6.4酸堿滴定的應用102
思考題105
習題106

第7章沉澱-溶解平衡108
7.1溶度積原理108
7.1.1溶度積108
7.1.2溶度積與溶解度108
7.2沉澱溶解平衡的移動109
7.2.1同離子效應109
7.2.2鹽效應110
7.2.3酸效應110
7.2.4配合效應110
7.3溶度積規則及應用110
7.3.1溶度積規則110
7.3.2沉澱生成111
7.3.3沉澱溶解112
7.3.4分步沉澱114
7.3.5沉澱的轉化115
思考題115
習題117

第8章沉澱滴定法118
8.1概述118
8.2莫爾法118
8.2.1基本原理118
8.2.2滴定條件118
8.2.3方法特點及應用範圍120
8.3佛爾哈德法120
8.3.1直接滴定法測定Ag+120
8.3.2返滴定法測定鹵素離子121
8.3.3佛爾哈德法特點及應用範圍122
8.4法揚司法122
8.4.1基本原理122
8.4.2滴定條件123
8.4.3方法特點及應用範圍123
思考題123
習題124

第9章氧化還原反應及電化學基礎125
9.1氧化還原反應的基本概念125
9.1.1氧化數125
9.1.2氧化還原反應126
9.1.3氧化還原反應方程式配平126
9.2原電池129
9.2.1原電池組成和原電池符號129
9.2.2電極類型130
9.2.3電池電動勢131
9.2.4電池電動勢與電池反應吉布斯自由能的關係131
9.2.5標準電動勢與電池反應平衡常數132
9.3電極電勢132
9.3.1電極電勢的產生132
9.3.2標準電極電勢133
9.3.3標準電極電勢計算135
9.4影響電極電勢的因素136
9.4.1能斯特(erst)方程136
9.4.2濃度對電極電勢的影響137
9.4.3酸度對電極電勢的影響140
9.5電極電勢及電池電動勢的應用141
9.5.1電極電勢應用141
9.5.2電池電動勢應用143
9.6元素電勢圖143
9.7水的電勢-pH圖145
思考題146
習題148

第10章氧化還原滴定法150
10.1氧化還原平衡150
10.1.1式量電勢(條件電勢)150
10.1.2影響條件電勢的因素及條件電勢的計算151
10.1.3氧化還原反應進行的程度152
10.2氧化還原反應速率及影響因素153
10.3氧化還原滴定曲線及終點的確定154
10.3.1氧化還原滴定曲線的計算154
10.3.2氧化還原指示劑156
10.4氧化還原滴定法中的預處理157
10.4.1常用的氧化劑157
10.4.2常用的還原劑158
10.5氧化還原滴定法的應用159
10.5.1高錳酸鉀法159
10.5.2碘法161
10.5.3其他氧化還原滴定法164
10.6氧化還原滴定結果的計算165
思考題167
習題167

第11章原子結構169
11.1原子的玻爾模型170
11.1.1經典物理學局限性170
11.1.2氫原子光譜171
11.1.3氫原子的玻爾模型172
11.2原子的量子力學模型173
11.2.1微觀粒子的波粒二象性173
11.2.2微觀粒子測不准關係174
11.2.3波函數和薛定諤方程175
11.2.4原子核外電子運動狀態176
11.2.5波函數和電子雲的空間圖形179
11.3多電子結構和元素週期律181
11.3.1遮罩效應和鑽穿效應181
11.3.2鮑林近似能級圖183
11.3.3多電子原子的核外電子排布規律184
11.3.4原子核外電子排布與元素週期律186
11.4主要原子參數及其變化規律189
11.4.1原子半徑189
11.4.2電離能190
11.4.3電子親和能191
11.4.4電負性192
思考題193
習題194

第12章分子結構196
12.1離子鍵理論196
12.1.1離子鍵的形成196
12.1.2離子的特徵198
12.1.3離子晶體200
12.1.4離子極化作用203
12.2共價鍵理論204
12.2.1價鍵理論205
12.2.2雜化軌道理論209
12.2.3價電子對互斥理論214
12.2.4分子軌道理論217
12.2.5原子晶體221
12.3金屬鍵理論221
12.3.1改性共價鍵理論221
12.3.2金屬能帶理論222
12.3.3金屬晶體223
12.4分子間作用力224
12.4.1分子的極性與變形性225
12.4.2分子間作用力226
12.4.3氫鍵228
12.4.4分子晶體229
思考題229
習題230

第13章配位化合物232
13.1基本概念232
13.1.1配合物的組成232
13.1.2配合物的命名234
13.1.3螯合物235
13.1.4新型配合物236
13.2配合物的空間構型和磁性237
13.2.1配合物的空間構型237
13.2.2配合物的磁性238
13.3配合物的化學鍵理論238
13.3.1價鍵理論238
13.3.2晶體場理論243
13.4配合物的穩定性248
13.4.1配位平衡和平衡常數248
13.4.2影響配位化合物穩定性的因素250
13.4.3配位平衡的移動252
13.5配合物的應用256
13.5.1在分析化學中的應用256
13.5.2在工業生產中的應用258
13.5.3在生命科學中的作用259
13.5.4與生物化學的關係259
思考題260
習題261

第14章配合滴定法263
14.1EDTA及EDTA配合物的特點264
14.1.1EDTA的性質264
14.1.2金屬-EDTA配合物的特點265
14.2外界條件對EDTA與金屬離子配合物穩定性的影響266
14.2.1EDTA的酸效應與酸效應係數αY(H)267
14.2.2金屬離子M的副反應與副反應係數267
14.2.3配合物MY的副反應與副反應係數268
14.2.4條件穩定常數K′穩269
14.3滴定曲線270
14.3.1曲線繪製270
14.3.2影響配合滴定突躍大小的因素271
14.3.3金屬離子被準確滴定的條件272
14.3.4配合滴定中酸度的控制273
14.4金屬指示劑274
14.4.1金屬指示劑的作用原理274
14.4.2金屬指示劑必須具備的條件275
14.4.3金屬指示劑的配製275
14.4.4常見金屬指示劑276
14.5混合離子的滴定278
14.5.1控制溶液的酸度進行分別滴定278
14.5.2利用掩蔽和解蔽的方法279
14.5.3其他配合劑的應用281
14.6配合滴定的方式和應用281
14.6.1配合滴定方式281
14.6.2配合滴定結果的計算283
思考題284
習題285

第2部分元素化學
第15章主族金屬元素（一）287
15.1s區元素概述287
15.2鹼金屬288
15.2.1鹼金屬單質的物理化學性質288
15.2.2鹼金屬的氫化物290
15.2.3鹼金屬的氧化物290
15.2.4鹼金屬的氫氧化物292
15.2.5鹼金屬重要鹽類的性質293
15.2.6鹼金屬配位化合物293
15.3鹼土金屬293
15.3.1鹼土金屬單質的物理化學性質293
15.3.2鹼土金屬的氫化物294
15.3.3鹼土金屬的氧化物295
15.3.4鹼土金屬的氫氧化物295
15.3.5鹼土金屬的鹽類296
15.3.6鹼土金屬配位化合物296
15.4鋰、鈹的特殊性297
15.4.1對角線規則297
15.4.2鋰的特殊性及鋰、鎂的相似性297
15.4.3鈹的特殊性及鈹、鋁的相似性297
15.5鹼金屬和鹼土金屬的生物效應298
15.5.1鹼金屬的生物效應298
15.5.2鹼土金屬的生物效應299
思考題300
習題300

第16章主族金屬元素(二)302
16.1p區元素概述302
16.2鋁302
16.2.1鋁的物理化學性質302
16.2.2氧化鋁和氫氧化鋁303
16.2.3鋁鹽304
16.3錫、鉛305
16.3.1錫和鉛的物理化學性質306
16.3.2錫和鉛的氧化物和氫氧化物306
16.3.3錫和鉛的化合物308
16.3.4S(Ⅱ)的還原性和Pb(Ⅳ)的氧化性309
16.4砷、銻、鉍310
16.4.1砷、銻、鉍的物理化學性質310
16.4.2砷、銻、鉍的氧化物和氧化物的水合物311
16.4.3砷、銻、鉍的化合物312
思考題314
習題314

第17章非金屬元素317
17.1概述317
17.1.1單質317
17.1.2化合物318
17.2鹵素320
17.2.1鹵素單質的物理化學性質321
17.2.2鹵化氫和氫鹵酸324
17.2.3鹵化物、鹵素互化物和多鹵化物327
17.2.4鹵素的氧化物、含氧酸和鹽330
17.2.5擬鹵素335
17.3氧族元素336
17.3.1氧族元素的通性336
17.3.2氧和臭氧338
17.3.3硫及其化合物341
17.3.4硒、碲及其化合物351
17.4氮族元素354
17.4.1氮及其化合物354
17.4.2磷及其化合物364
17.5碳、矽、硼373
17.5.1碳、矽、硼的物理化學性質374
17.5.2碳的氧化物、含氧酸和鹽376
17.5.3矽的氧化物、含氧酸和鹽378
17.5.4硼的氧化物、氫化物、含氧酸和鹽380
17.6氫和稀有氣體383
17.6.1氫383
17.6.2稀有氣體385
思考題388
習題388

第18章過渡元素（一）390
18.1過渡元素概述390
18.2鈦副族391
18.2.1鈦的物理化學性質391
18.2.2鈦的氧化物和鈦酸鹽392
18.2.3鈦的鹵化物393
18.2.4鋯和鉿的重要化合物394
18.3釩副族394
18.3.1釩族元素的物理化學性質395
18.3.2釩族元素的重要化合物396
18.4鉻副族397
18.4.1鉻的物理化學性質398
18.4.2鉻(Ⅲ)的化合物399
18.4.3Cr(Ⅵ)化合物402
18.4.4鉬和鎢的重要化合物405
18.5錳副族407
18.5.1錳的物理化學性質408
18.5.2M(Ⅱ)的化合物408
18.5.3M(Ⅳ)的化合物409
18.5.4M(Ⅵ)和M(Ⅶ)的化合物410
18.5.5鍀和錸的重要化合物412
18.6鐵系元素413
18.6.1鐵系元素單質的物理化學性質414
18.6.2鐵系元素的氧化物和氫氧化物415
18.6.3鐵鹽、鈷鹽和鎳鹽416
18.6.4鐵系元素的配合物418
18.7鉑系元素423
18.7.1鉑系元素單質的重要物理化學性質423
18.7.2鉑系元素的重要化合物424
18.8稀土元素和鑭系元素425
18.9錒系元素簡介431
思考題432
習題433

第19章過渡元素(二)437
19.1銅副族元素437
19.1.1銅副族元素單質的物理化學性質438
19.1.2銅副族元素的氧化物和氫氧化物439
19.1.3銅副族元素的化合物440
19.1.4銅副族元素的配合物444
19.1.5銅(Ⅰ)與銅(Ⅱ)的相互轉化445
19.2鋅副族元素446
19.2.1鋅副族元素單質的物理化學性質447
19.2.2鋅副族元素的氧化物和氫氧化物449
19.2.3鋅副族元素的化合物450
思考題454
習題455

第20章常見離子的分離和鑒定457
20.1定性分析概述457
20.1.1鑒定反應和鑒定反應的條件457
20.1.2鑒定反應的靈敏度和選擇性458
20.1.3空白試驗和對照試驗459
20.1.4分別分析和系統分析460
20.2常見陽離子的分析和鑒定460
20.2.1陽離子與常用試劑的反應460
20.2.2陽離子的系統分析方法464
20.3常見陰離子的分析和鑒定477
20.3.1陰離子的初步檢驗477
20.3.2陰離子的鑒定478
思考題481
習題482

附錄484
附錄1常用物理量、單位和符號484
附錄2國際單位制(SI)485
附錄3一些基本的物理常數486
附錄4一些物質的標準熱力學資料(298.15K，100kPa)487
附錄5一些有機物的標準摩爾燃燒焓ΔcHm493
附錄6弱酸弱鹼在水中的解離常數(298.15K)493
附錄7常用緩衝溶液的配製及pH範圍494
附錄8難溶電解質的溶度積(298K)494
附錄9標準電極電勢(298.15K)495
附錄10一些弱電解質、難溶物和配離子標準電極電勢(298.15K)501
附錄11某些氧化還原電對的條件電勢503
附錄12元素原子參數504
附錄13鮑林(Paulig)離子半徑505
附錄14某些鍵的鍵能和鍵長506
附錄15一些配離子的穩定常數(298K)507
參考文獻508

本書第一版自2010年出版以來，深受讀者的歡迎，至今已經多次重印。鑒於讀者使用過程中提出了許多建設性意見，以及我們在教學實踐中的總結，根據工科基礎化學教學需要，在第一版的基礎上進行了適當修訂。

本次修訂仍以基本知識和基礎理論為主，力求少而精和簡明扼要，為保證工科學生更好地掌握無機化學和分析化學基礎理論和知識，儘管整個章節結構未作變動，但對具體內容進行必要的補充、刪減和調整，使教材更加承前啟後、深入淺出、通俗易懂，更有利於學生理解和掌握知識點。本次修訂的最大特點就是我們針對學生難以理解的知識點補充了教學研究成果。

本次修訂由游文章任主編，黃少雲、程清蓉和周紅任副主編，參加本次修訂的有武漢工程大學環境化學學院游文章（第4、20章），黃少雲（第11、12章），李偉偉（第7、15章），周紅（第13章），楊小紅（第6、8章），齊小玲（第10、14章），程清蓉（第9、17章），胡錦東（第16、19章），張漢平（第18章）；武漢工程大學郵電與資訊工程學院遊丹（第1、2、3、5章）。最後由游文章統一整理、補充、修改和定稿，由潘志權教授審閱。

本書再版過程中得到了武漢工程大學環境化學學院領導和化學工業出版社的大力支持，我們在此表示衷心的感謝。

限於編者的水準，書中難免存在不妥之處，敬請讀者批評指正。

編者
2019年4月

第一版前言

根據教育部關於高等教育面向21世紀教學內容和課程體系改革計畫精神，我校將無機化學課程和分析化學課程的部分內容合併為基礎化學課程，作為化工、製藥、材料和環境工程等專業必修的一門重要基礎課。本書編寫的主要目的是讓學生掌握無機化學和分析化學的基礎理論和知識，為後續化學課程及專業課程的學習提供化學基礎。

本書編者長期從事無機化學和分析化學教學，並在近十年的基礎化學教學實踐中，比較全面地瞭解相關專業對基礎化學的要求。因此在內容的選取上，既考慮了專業的要求又考慮了與後續化學課程的銜接與分工。在討論化學基礎理論的同時，介紹近期的科學研究成果及基礎化學在環境科學、生命科學及材料科學等方面的應用。

本書將無機化學與分析化學的基本內容統一安排，和諧關聯。內容包括兩部分，第1部分化學原理為化學熱力學，四大化學平衡（酸堿平衡、沉澱溶解平衡、氧化還原平衡、配位平衡）及與之相應的容量分析，分析化學中的誤差理論，物質結構（原子結構、分子結構）有關內容；第2部分元素化學為元素單質和化合物的性質及結構，常見離子的分離與鑒定的有關內容。考慮到化工生產和研究過程中所關心和需解決的問題及與物理化學課程的銜接和分工，本書將化學熱力學中涉及的化學反應方向和限度用兩章討論，並稱為化學反應方向和化學反應限度；取消了化學動力學內容，重點強化無機化學和分析化學的緊密聯繫，對化學原理部分著重討論了化學的四大平衡及在分析化學中的應用；對元素化學部分儘量突出典型和常見的元素及化合物，在此基礎上介紹了常見無機離子的分析與鑒定，使學生瞭解無機離子的定性分析方法。

本書由游文章主編，黃少雲、艾軍和周紅任副主編，參加編寫的有游文章（第1、2、3、5、20章），艾軍（第4章），黃少雲（第11、12章），李偉偉（第7、15章），周紅（第13章），楊小紅（第6、8章），齊小玲（第10、14章），程清蓉（第9、17章），胡錦東（第16、19章），張漢平（第18章）。最後由游文章統一整理、補充、修改和定稿。張漢平負責全書的附錄收集整理和書中插圖的繪製工作。全書由潘志權教授審閱。

本書在編寫過程中參考了部分已出版的有關教材及著作，從中借鑒了許多有益的內容，在此向有關作者表示謝意。

限於編者的水準，本書雖經多次修改，但難免有疏漏和不妥之處，敬請讀者批評指正。

編者
2010年4月