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無機及分析化學
本書主要內容包括分散體系、化學反應基本理論、物質結構基礎、分析化學概論、酸堿平衡和酸堿滴定法、沉淀溶解平衡和沉淀滴定法、配位平衡和配位滴定法、氧化還原平衡和氧化還原滴定法、電勢分析法、分光光度法及元素選述等。
1.每章后面的思考題和習題附有習題參考答案(電子版),可以方便教師批閱作業(yè)和學生自學、復習。
2.為方便教學,本書配套有電子課件。
前言
本書第一版自2015年出版以來,已在多所高等院校的非化工類專業(yè)的機及分析化學教學中廣泛使用,來自教學第一線的反饋信息表明:本教材的內容具有較好的系統(tǒng)性,編排科學、合理,便于教師系統(tǒng)實施教學,使學生易于學習和掌握課程要求的基本知識。但在使用過程中也發(fā)現一些問題需要改進,如有些章節(jié)順序需要進行調整,物質平衡濃度的表示需更加規(guī)范和統(tǒng)一。為適應創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要和教材更新的原則,以及我們在教學實踐中的經驗和新的兄弟院校的加盟,決定在第一版的基礎上,對本教材進行如下修改。
(1)教材基本保留第一版的編寫系統(tǒng)和格局,但在內容上進行了適當調整和更新,更注重機及分析化學的基礎性和系統(tǒng)性,力圖展現機及分析化學發(fā)展的新趨勢。
(2)考慮到學時和各專業(yè)對教學內容的要求,對部分內容進行了刪減,并對相關章節(jié)順序進行了調整。參照法定計量單位的國家標準和應用習慣,更改了一些符號及敘述方式,如物質的平衡濃度都統(tǒng)一采用相對濃度表示,如A物質的平衡濃度表示為\[c(A)/cθ]。
(3)對每章后面的思考題和習題進行了部分刪減,并附有習題參考答案(電子版),可以方便教師批閱作業(yè)和學生自學、復習。
(4)對知識拓展部分進行了部分更新。知識拓展重點介紹了機及分析化學與其他學科交叉領域的熱點問題和最新動態(tài),為學生將機及分析化學知識應用于其他領域打開了一扇窗,為學生將來在學科交叉領域進行創(chuàng)新打下基礎。
(5)為方便教學,本書配套有電子課件,思考題與習題也配套有電子版參考答案。
(6)在編寫過程中,考慮到各學校各專業(yè)的授課學時不盡相同,書中某些章節(jié)加有“*”號,便于不同的專業(yè)選用。
本書由王元蘭、鄧斌任主編,并負責全書的策劃、編排和審訂及最后的統(tǒng)稿、復核工作;段培高、王楓、郭鑫、王文磊任副主編,負責本書部分內容的核對。具體編寫分工如下:王元蘭編寫緒論、第1、第2章及附錄,段培高編寫第3、第4章,郭鑫編寫第5章,王文磊編寫第6章,王楓編寫第7、第10章,鄧斌編寫第8章,楊余芳編寫第9章,周崇松編寫第11章。
本書在編寫過程中得到了中南林業(yè)科技大學、湘南學院、河南理工大學和韓山師范學院化學教研室同仁的支持,特別是中南林業(yè)科技大學化學教研室的謝練武副教授及各位同仁提供了不少素材和修改建議,在此謹向他們致以誠摯的謝意。
鑒于水平有限,書中仍難免有不妥之處,敬請同行和讀者批評指正。
編者
2017年1月
王元蘭,中南林業(yè)科技大學,化學類課程負責人兼化學教研室主任 教授,1993年6月畢業(yè)于湖南師范大學化學教育專業(yè),1993年7月至今任教于中南林業(yè)科技大學化學教研室,從事大學化學教學與科研工作,2004年碩士畢業(yè)于中南林學院生物技術專業(yè)。2008年6月博士畢業(yè)于中南林業(yè)科技大學林產化學加工工程專業(yè)。先后擔任無機化學、普通化學、分析化學、無機及分析化學、儀器分析、綠色化學與技術等課程的理論與實驗教學工作。2006開始擔任化學類課程負責人兼化學教研室主任工作。先后主持或參加的課題有林業(yè)科技大學青年基金重點項目1項、林業(yè)科技大學青年基金一般項目2項、中南林業(yè)科技大學人才引進項目1項,中南林業(yè)科技大學教改項目4項,湖南省自然科學基金資助項目1項及湖南省“十一五”規(guī)劃課題課題1項,發(fā)表論文40多篇,主持校級《儀器分析》精品課程及參加《無機及分析化學》精品課程的建設。
緒論/001
第1章分散系統(tǒng)/003
1.1分散系統(tǒng)及其分類003
1.1.1分散系統(tǒng)的概念003
1.1.2分散系統(tǒng)的分類003
1.2溶液004
1.2.1溶液的概念004
1.2.2溶液的濃度004
1.3稀溶液的依數性007
1.3.1溶液的蒸氣壓下降007
1.3.2溶液的沸點升高009
1.3.3溶液的凝固點下降009
1.3.4溶液的滲透壓010
1.3.5稀溶液依數性的應用012
1.4電解質溶液013
1.4.1電解質溶液依數性的偏差013
1.4.2強電解質溶液理論簡介013
1.4.3活度014
1.4.4離子強度(I)014
1.5膠體溶液015
1.5.1分散度和比表面015
1.5.2表面能015
1.5.3吸附作用016
1.5.4溶膠的性質017
1.5.5溶膠粒子帶電的原因020
1.5.6膠團結構020
1.5.7溶膠的穩(wěn)定性和聚沉021
1.5.8高分子化合物溶液023
*1.6表面活性物質和乳濁液024
1.6.1表面活性物質024
1.6.2乳濁液025
知識拓展026
思考題與習題026
第2章化學反應基本理論/029
2.1化學熱力學029
2.1.1基本概念030
2.1.2化學反應熱031
2.1.3熱化學033
2.1.4熱化學方程式034
2.1.5標準摩爾生成焓035
2.1.6蓋斯定律及其應用036
2.2化學反應的方向037
2.2.1自發(fā)過程037
2.2.2混亂度和熵037
2.2.3化學反應的熵變039
2.2.4吉布斯函數與化學反應的方向040
2.2.5標準摩爾生成吉布斯函數041
2.3化學動力學043
2.3.1化學反應的反應速率及表示方法043
2.3.2化學反應速率理論044
2.3.3影響反應速率的因素046
2.4化學平衡050
2.4.1可逆反應與化學平衡050
2.4.2平衡常數051
2.4.3多重平衡規(guī)則054
2.4.4化學平衡的移動055
知識拓展059
思考題與習題060
第3章物質結構基礎/063
3.1原子的結構063
3.1.1氫原子光譜和玻爾模型063
3.1.2微觀粒子的波粒二象性065
3.1.3海森堡測不準原理066
3.1.4原子軌道和波函數066
3.2核外電子運動狀態(tài)068
3.2.1四個量子數068
3.2.2原子核外電子排布規(guī)律070
3.2.3元素周期律與核外電子排布的關系073
3.3元素性質的周期性076
3.3.1原子半徑(rA)076
3.3.2電離能和電子親和能078
3.3.3電負性080
3.3.4價電子和價電子層結構081
3.4化學鍵081
3.4.1離子鍵081
3.4.2價鍵理論084
3.5雜化軌道理論與分子軌道理論089
3.5.1雜化軌道理論要點089
3.5.2雜化軌道類型與分子空間構型089
3.5.3分子軌道理論093
3.6分子間力和氫鍵097
3.6.1分子的極性097
3.6.2分子間作用力099
3.6.3氫鍵101
知識拓展103
思考題與習題106
第4章分析化學概論/109
4.1分析化學概述109
4.1.1分析化學的任務和作用109
4.1.2分析方法的分類110
4.1.3定量分析的一般步驟111
4.1.4定量分析結果的表示114
4.2定量分析中的誤差115
4.2.1真值115
4.2.2誤差的來源及分類116
4.2.3誤差的表示方法117
4.2.4提高分析結果準確度的方法121
4.2.5分析結果的數據處理122
4.2.6置信度與平均值的置信區(qū)間124
4.3有效數字及運算規(guī)則126
4.3.1有效數字126
4.3.2有效數字的修約126
4.3.3有效數字的運算規(guī)則127
4.4滴定分析128
4.4.1滴定分析概述128
4.4.2滴定分析法的分類129
4.4.3滴定反應的條件129
4.4.4滴定方式129
4.4.5標準溶液和基準物質130
4.4.6滴定分析的計算131
知識拓展133
思考題與習題134
第5章酸堿平衡與酸堿滴定法/136
5.1酸堿質子理論136
5.1.1酸堿定義137
5.1.2酸堿的共軛關系和共軛酸堿對137
5.1.3酸堿反應的實質138
5.1.4水的離子積和pH139
5.1.5酸堿水溶液中的質子轉移平衡和酸堿的解離常數139
5.1.6共軛酸堿對中Ka 和Kb 的關系140
5.2酸堿平衡141
5.2.1溶液中酸堿平衡的處理方法141
5.2.2溶液中弱酸、弱堿的解離平衡142
5.2.3同離子效應和鹽效應144
5.3酸堿平衡中有關濃度計算145
5.3.1酸堿溶液中pH的計算145
5.3.2水溶液中酸堿組分不同型體的分布150
5.4緩沖溶液153
5.4.1緩沖作用原理153
5.4.2緩沖溶液pH的計算154
5.4.3緩沖容量和緩沖范圍155
5.4.4緩沖溶液的配制和應用155
5.5酸堿指示劑156
5.5.1酸堿指示劑的變色原理156
5.5.2酸堿指示劑的變色范圍157
5.5.3影響酸堿指示劑變色范圍的主要因素158
5.5.4混合指示劑159
5.6酸堿滴定法的基本原理160
5.6.1強酸與強堿的相互滴定160
5.6.2強堿(酸)滴定一元弱酸(堿)163
5.6.3多元酸和多元堿的滴定167
5.7酸堿滴定法的應用170
5.7.1酸堿標準溶液的配制和標定170
5.7.2應用實例171
知識拓展175
思考題與習題176
第6章沉淀溶解平衡和沉淀滴定法/178
6.1難溶電解質的溶度積常數及溶度積規(guī)則178
6.1.1溶度積常數178
6.1.2溶度積與溶解度的關系179
6.1.3同離子效應和鹽效應180
6.1.4溶度積規(guī)則181
6.2沉淀的生成與溶解182
6.2.1沉淀的生成182
6.2.2分步沉淀183
6.2.3沉淀的溶解185
6.2.4沉淀的轉化186
*6.3沉淀滴定法187
6.3.1沉淀滴定法概述187
6.3.2莫爾法——用鉻酸鉀作指示劑確定滴定終點的銀量法187
6.3.3佛爾哈德法——用鐵銨礬[NH4Fe(SO4)2·12H2O]作指示劑確定滴定終點的銀量法188
6.3.4法揚司法——用吸附指示劑確定滴定終點的銀量法189
6.3.5銀量法應用示例190
6.3.6沉淀滴定結果計算191
*6.4重量分析法192
6.4.1沉淀重量分析法概述192
6.4.2影響沉淀的因素193
6.4.3沉淀條件的選擇194
6.4.4沉淀的過濾與洗滌196
6.4.5沉淀的烘干或灼燒197
6.4.6重量分析結果的計算197
知識拓展198
思考題與習題198
第7章配位平衡與配位滴定法/200
7.1配位化合物的組成與命名200
7.1.1配位鍵200
7.1.2配位化合物的定義201
7.1.3配合物的組成201
7.1.4配合物的化學式和命名204
7.2配合物的價鍵理論205
7.2.1價鍵理論的基本要點205
7.2.2配合物的空間構型205
7.2.3外軌型和內軌型配合物208
7.3配位平衡209
7.3.1配合物的平衡常數209
7.3.2配位平衡的移動211
7.4螯合物215
7.4.1螯合物215
7.4.2螯合物的穩(wěn)定性215
7.4.3螯合物的應用216
7.5EDTA的性質217
7.5.1EDTA的解離平衡217
7.5.2影響EDTA配合物穩(wěn)定性的主要因素218
7.5.3EDTA配合物的條件穩(wěn)定常數221
7.6金屬指示劑221
7.6.1金屬指示劑的變色原理221
7.6.2金屬指示劑應具備的條件222
7.6.3金屬指示劑的選擇223
7.6.4金屬指示劑在使用中應注意的問題223
7.7配位滴定法223
7.7.1配位滴定曲線224
7.7.2準確滴定某一金屬的條件225
7.7.3配位滴定中酸度的控制和酸效應曲線226
7.8配位滴定法的分類及干擾離子的消除228
7.8.1配位滴定法的分類228
7.8.2滴定干擾的消除229
7.9配位滴定的應用230
7.9.1EDTA標準溶液的配制和標定230
7.9.2應用實例231
知識拓展231
思考題與習題232
第8章氧化還原平衡和氧化還原滴定法/235
8.1氧化還原反應的基本概念235
8.1.1氧化數235
8.1.2氧化還原反應236
8.2氧化還原反應方程式的配平236
8.2.1氧化數法237
8.2.2離子-電子法238
8.3原電池與電極電勢239
8.3.1原電池和氧化還原反應239
8.3.2電極、電對和原電池符號240
8.3.3電極電勢241
8.4影響電極電勢的因素245
8.4.1能斯特方程245
8.4.2影響電極電勢的因素246
8.5電極電勢的應用248
8.5.1判斷原電池的正、負極,計算原電池的電動勢248
8.5.2判斷氧化劑和還原劑的相對強弱249
8.5.3判斷氧化還原反應的方向250
8.5.4判斷氧化還原反應的限度251
8.5.5測定某些化學平衡常數252
8.6元素電勢圖及其應用253
8.6.1元素電勢圖253
8.6.2元素電勢圖的應用254
8.7氧化還原滴定法255
8.7.1概述255
8.7.2氧化還原滴定曲線257
8.7.3氧化還原滴定指示劑260
8.8常用的氧化還原滴定方法261
8.8.1高錳酸鉀法262
8.8.2重鉻酸鉀法265
8.8.3碘量法266
知識拓展270
思考題與習題270
第9章電勢分析法/274
9.1電勢分析法概述274
9.1.1電勢分析法的基本原理274
9.1.2電勢分析法的特點275
9.1.3指示電極與參比電極275
9.2電勢分析法的應用276
9.2.1溶液pH的測定276
9.2.2其他離子活度(濃度)的測定279
9.3電勢滴定法282
9.3.1電勢滴定法的原理282
9.3.2電勢滴定法終點的確定282
9.3.3電勢滴定法的應用283
知識拓展284
思考題與習題284
第10章分光光度法/286
10.1物質對光的選擇性吸收286
10.1.1電磁波譜286
10.1.2光與物質的相互作用287
10.1.3吸收曲線288
10.1.4吸光光度法的特點288
10.2光吸收的基本定律289
10.2.1朗伯-比爾定律289
10.2.2吸光系數和摩爾吸光系數289
10.2.3偏離朗伯-比爾定律的因素290
10.3分光光度計292
10.3.1分光光度計的主要部件292
10.3.2分光光度計的類型294
10.4分光光度法分析條件的選擇295
10.4.1顯色反應及其條件的選擇295
10.4.2吸光度范圍的選擇298
10.4.3參比溶液的選擇298
10.4.4干擾及其消除方法299
10.5分光光度法的應用299
10.5.1單組分的測定299
10.5.2多組分定量方法301
10.5.3示差分光光度法302
知識拓展302
思考題與習題303
第11章元素選述/305
11.1s區(qū)元素305
11.1.1氫305
11.1.2堿金屬和堿土金屬307
11.2p區(qū)元素309
11.2.1硼族元素309
11.2.2碳族元素311
11.2.3氮族元素314
11.2.4氧族元素316
11.2.5鹵素317
11.3d區(qū)元素321
11.3.1過渡元素的通性321
11.3.2鉻副族321
11.3.3錳副族323
11.3.4鐵系元素323
11.4ds區(qū)元素325
11.4.1銅族元素325
11.4.2鋅族元素330
知識拓展335
思考題與習題336
附錄/338
附錄1基本物理常數表338
附錄2單位換算338
附錄3一些物質的標準生成焓、標準生成Gibbs函數和標準熵(298.15K)338
附錄4一些水合離子的標準生成焓、標準生成Gibbs函數和標準熵341
附錄5難溶化合物溶度積(298.15K)342
附錄6配合物的穩(wěn)定常數343
附錄7金屬離子與氨羧螯合劑形成的配合物的穩(wěn)定常數345
附錄8標準電極電勢表(298.15K)346
附錄9一些氧化還原電對的條件電勢(298.15K)348
附錄10分子量表349
參考文獻/352
元素周期表
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