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化學 讀者對象:高校的化學通識教育的師生,相關研究人員
本書內(nèi)容包括第1章導論:物質(zhì)、能量和測量、第2章原子、分子和離子、第3章化學反應和反應計量學、第4章水溶液反應、第5章熱化學、第6章原子的電子結(jié)構、第7章元素的周期性、第8章化學鍵的基本概念、第9章分子構型與成鍵理論共9章。本書架構新穎,結(jié)構完整,按照對化學的宏觀認識、原子分子結(jié)構、物質(zhì)狀態(tài)、化學在不同領域中的應用等順序安排章節(jié),向讀者介紹了化學在整個自然科學與人類社會生活中的中心地位。
前 言
致教師 本書的理念 我們是《化學:中心科學》的作者。對于您選擇本書作為您的普通化學課的教學伙伴,我們感到非常高興和榮幸。我們已經(jīng)為多屆學生教授過普通化學課程,因此我們了解為如此多的學生上課所面臨的挑戰(zhàn)和機遇。同時,我們也是活躍的科學研究人員,對于化學科學的學習和發(fā)現(xiàn)都饒有興趣。作為共同作者,我們各自所獨有的、廣泛的經(jīng)驗構成了密切協(xié)作的基礎。在編寫本書時,我們的重點是面向?qū)W生。我們努力確保全書內(nèi)容不僅是準確的、新的,而且是清晰的、可讀的,并且努力傳播化學的廣泛應用以及科學家在做出有助于我們理解真實世界的新發(fā)現(xiàn)時所經(jīng)歷的興奮的過程。我們希望學生明白,化學不是一個獨立于現(xiàn)代生活諸多方面的專業(yè)知識體系,而是可再生能源、環(huán)境可持續(xù)性和人類健康提升等一系列社會問題解決方案的核心。 本書第14版的出版可以看作是一個教科書保持長期更新的成功案例。我們感謝廣大讀者多年來對本書的信任與支持,并努力使每一個新版本更加具有新穎性。在每一個新版本的編寫過程中,我們都會再次進行深入的思考,問自己一些深刻的問題,而這些問題是我們在進行寫作前必須回答的。進行新版本寫作的必要性是什么?不僅在化學教育方面,而且在整個科學教育領域和我們所教授的學生的素質(zhì)方面有了哪些新的變化?我們?nèi)绾螏椭膶W生不僅學習化學原理,而且樂意成為更像化學家的批判性思考者?上述問題的答案只有部分源自不斷變化的化學本身。許多新技術的引入已經(jīng)改變了各個層次科學教育的面貌;ヂ(lián)網(wǎng)在獲取信息和展示學習內(nèi)容方面的應用,深刻地改變了作為學生學習工具之一的教科書的作用。作為作者,我們面臨的挑戰(zhàn)是如何保持書籍作為化學知識和實踐的主要來源,同時將其與新技術帶來的新的學習方式相結(jié)合。這個版本中融入了許多新的計算機技術,包括使用一個基于云的主動學習分析和評估系統(tǒng)Learning CatalyticsTM,以及基于網(wǎng)絡的工具如MasteringChemistryTM。經(jīng)過不斷完善與發(fā)展,MasteringChemistryTM目前可以更有效地測試和評估學生的表現(xiàn),同時給予學生即時和有益的反饋。MasteringChemistryTM不僅提供基于問題的反饋,而且使用Knewton增強的自適應后續(xù)作業(yè)和動態(tài)學習模塊,現(xiàn)在可以不斷地適應每個學生,提供個性化的學習體驗。 作為作者,我們希望本書能夠成為學生重要的、不可缺少的學習工具。無論是以紙質(zhì)書還是以電子書形式,它都可以隨身攜帶并隨時使用。本書是學生在課堂之外獲取知識、發(fā)展技能、學習參考和準備考試等的佳載體,比其他任何工具書都能更有效地為具有化學興趣的學生提供現(xiàn)代化學的知識脈絡和應用領域,并為更高級的化學課程做準備。 如果一本書可以有效地支持身為教師的您,那么它必須是針對學生而寫作的。在本書中,我們已經(jīng)盡大努力確保寫作風格清晰并有趣,確保本書具有足夠的吸引力而且更加圖文并茂。本書為學生提供了大量的學習輔助內(nèi)容,包括精心安排的解題思路與過程。我們希望廣大讀者可以從內(nèi)容安排、例題的選擇以及所采用的學習輔助和激勵內(nèi)容中看出我們作為教師所積累的經(jīng)驗。我們相信,當學生看到化學對他們自己的學習目標和興趣的重要性時,他們會更加熱愛學習化學,因此我們在本書中強化了化學在日常生活中的許多重要應用的介紹。我們希望您能充分利用這些材料。 作為作者,我們的理念是書中的文字內(nèi)容和支持其使用的補充資料必須與身為教師的您一道協(xié)同工作。一本教材只有在得到教師認可的情況下才會對學生有用。本書具有幫助學生學習的功能,可以指導他們理解概念和提高解題技能。本書內(nèi)容極為豐富,學生很難在一年的課程時間內(nèi)學習掌握全部內(nèi)容。您的指導將是本書的佳使用指南。只有在您的積極幫助下,學生們才能有效地利用本書及其補充材料。誠然,學生們關心成績,但是如果在學習中得到鼓勵,他們也會對化學這門科學感興趣并關注所學到的知識。建議您在教學中強調(diào)本書的特色內(nèi)容,以提高學生對化學的興趣,如章節(jié)中的“化學應用”和“化學與生活”這兩部分內(nèi)容,展示了化學如何影響現(xiàn)代生活及其與健康和生命過程的關系。此外,建議您在教學中強化概念理解并降低簡單操作和計算解題等內(nèi)容的教學重要性,鼓勵學生使用豐富的在線資源。 本書的架構與內(nèi)容 本書前五章主要對化學進行了宏觀的、現(xiàn)象層面的概述,所介紹的基本概念如命名法、化學計量法和熱化學等,都是在進行普通化學實驗前所必須掌握的背景知識。我們認為,在普通化學課程的早期介紹熱化學是可行的,因為我們對化學過程的理解很多是基于能量變化的。本書在熱化學一章中加入鍵焓,旨在強調(diào)物質(zhì)的宏觀特性與原子和化學鍵層面的亞微觀世界之間的聯(lián)系。我們相信本書已經(jīng)為普通化學課程中的熱力學教學提供了一個有效的、平衡的方法,同時也向?qū)W生介紹了一些涉及能源生產(chǎn)和消費等全球性問題的內(nèi)容。在非常高的水平上向?qū)W生教授非常多的內(nèi)容,同時還要求這個過程越簡單越好,行走在這兩者之間的狹窄道路上并非一件易事。本書從頭至尾都貫徹如下的理念:重點在于傳授對概念的理解,而不是讓學生只學會如何把數(shù)字代進方程里。 接下來的四章(第6章~第9章)是關于電子結(jié)構和化學鍵的。第6章和第9章的“深入探究”欄目為一些學有余力的學生提供了徑向概率函數(shù)和軌道相位內(nèi)容。我們將后一個討論放在第9章“深入探究”欄目中,主要針對那些對此內(nèi)容感興趣的學生。在第7章和第9章中處理這部分內(nèi)容及其他內(nèi)容時,我們對插圖進行了重大改進,使其能夠更有效地傳遞其核心信息。 在第10章~第13章中,本書的重點轉(zhuǎn)向物質(zhì)組成的下一個層次—物質(zhì)的狀態(tài)。第10章和第11章講述氣體、液體和分子間作用力,而第12章則專門討論固體,講述關于固體狀態(tài)的現(xiàn)代觀點以及學生們可以接觸到的一些現(xiàn)代材料。本章提供了一個例子,展示了抽象的化學鍵概念如何影響現(xiàn)實世界中的事物。這一部分的模塊化結(jié)構風格使您具有良好的內(nèi)容選擇自主權,您可以將時間與精力集中于您和您的學生感興趣的內(nèi)容,如半導體、聚合物、納米材料等。本書的這一部分以第13章為結(jié)尾,這一章的內(nèi)容包括溶液的形成和性質(zhì)。 后續(xù)幾章主要研究了決定化學反應速度和程度的因素,包括動力學(第14章)、化學平衡(第15章~第17章)、熱力學(第19章)和電化學(第20章)。這一部分還有一章是關于環(huán)境化學(第18章)。第18章將前面章節(jié)中所介紹的概念應用于對大氣和水圈的討論,并強調(diào)了綠色化學以及人類活動對地球上水和大氣的影響。 第21章核化學之后是3個內(nèi)容介紹性的章節(jié)。第22章討論了非金屬,第23章討論了過渡金屬化學包括配位化合物等,第24章涉及有機化學和初步的生物化學內(nèi)容。后這四章都是以獨立的、模塊化的方式展開的,在講授時可以按任何順序進行。 本書的各個章節(jié)是按照一個被廣為接受的順序安排的,但是我們也意識到,不是每位教師都會按照本書的章節(jié)順序來講授所有的內(nèi)容。因此,我們認為教師們可以在不影響學生理解力的情況下對教學順序進行調(diào)整。特別是許多教師喜歡在化學計量法(第3章)之后講授氣體(第10章),而不是將其與物質(zhì)狀態(tài)一起講授。為此,我們編寫了氣體這一章,方便教師進行教學順序調(diào)整而不影響教材的使用。教師們也可以在第4.4節(jié)氧化還原反應之后,提前講授氧化還原方程及配平問題(第20.1節(jié)和第20.2節(jié))。后,有些教師喜歡在講授第8章和第9章之后立即講授有機化學內(nèi)容(第24章),這幾章內(nèi)容在很大程度上是可以實現(xiàn)無縫銜接的。 我們通過在全書中設置實例,讓學生可以更多地接觸到有機化學和無機化學的細節(jié)。您會發(fā)現(xiàn)在所有章節(jié)中都有相關的“真實”化學實例來說明化學的原理和應用。當然,有些章節(jié)更直接地涉及元素及其化合物的細節(jié)性質(zhì),特別是第4、7、11、18章和第22章~第24章。我們還在章末練習中加入了有機化學和無機化學練習題。 本版的新內(nèi)容 與每一個新版本的《化學:中心科學》一樣,本版經(jīng)歷了許多變化。身為作者,我們努力保持本書內(nèi)容的時效性,并使文字、插圖和練習題更加清晰和有針對性。在書中諸多變化中,有一些是我們重點用來組織和指導修訂過程的。我們主要圍繞以下幾點開展第14版的修訂工作: 我們對涉及能量和熱化學的內(nèi)容進行了重大修訂。能量的概念在當前版本的第1章就出現(xiàn)了,而此前的版本中直到第5章才會出現(xiàn)。這個變化會使得教師在講授課程內(nèi)容的次序上擁有更大的自由度。例如,能量概念的引入有利于在第2章之后立即講授第6章和第7章,這樣的教學次序符合原子理論優(yōu)先的普通化學教學方法。我們認為更重要的是第5章中加入了鍵焓的概念,用來強調(diào)宏觀物理量(如反應焓)與原子和化學鍵為代表的亞微觀世界之間的聯(lián)系。我們相信這個變化會使熱化學概念與其他章節(jié)更好地結(jié)合起來。學生在對化學鍵有了更深刻的認識后,可以在學習第8章時重新討論鍵焓。 在本版中,我們做出了非常大的努力,只為了給學生們提供更清晰的討論、更好的練習題,以及更好的實時反饋,使我們能夠知道他們對書中內(nèi)容的理解程度。作者團隊使用一個具有互動功能的電子書平臺,查看學生們閱讀本書時遇到不理解的地方時所做標記的段落以及注釋和問題。為此,我們將書中許多段落的內(nèi)容修改得更加清晰。 本版《化學:中心科學》還提供了具有許多新功能的內(nèi)容增強的在線eText版本。這個版本不僅僅是紙質(zhì)書籍的電子拷貝,它的新的智能圖例從書中提取關鍵插圖,并通過動畫和語音使它們變得生動。同樣新的智能實例解析將書中關鍵實例通過解析制成動畫,為學生提供比印刷文字更深入和詳細的討論;庸δ苓包括可在MasteringChemistryTM中分配的后續(xù)問題。 我們利用MasteringChemistryTM提供的元數(shù)據(jù)為本版修訂工作提供有用的信息。本版在第13版基礎上,每個實例解析部分后面都增加了實踐練習單元。幾乎所有的實踐練習都是選擇題,并明確給出錯誤答案的干擾因素,幫助學生明確錯誤的概念和一些常見錯誤。在MasteringChemistryTM中,每個錯誤答案都可以提供反饋,用來幫助學生認識到他們的錯誤觀念。在本版中,我們仔細檢查了MasteringChemistryTM的元數(shù)據(jù),以確定那些對學生來說是沒有挑戰(zhàn)性或很少被使用的練習題。這些練習題要么被修改,要么被替換。對于書中“想一想”和“圖例解析”欄目,我們也做了類似的修改工作以使它們更有效并更適合在MasteringChemistryTM中使用。后,我們大大增加了MasteringChemistryTM中帶有錯誤答案反饋的章末練習題的數(shù)量,一些過時的或很少使用的章末練習(每章約10題)也被替換了。 后,我們做了一些細微但卻非常重要的改動,可以幫助學生快速參考重要的概念并評估他們學習的知識。這些關鍵點使用斜體字標示,并在上面和下面留有空格,以便于突出顯示。新增加的技能提升模塊 “如何……”為解決特定類型的問題提供了循序漸進的指導,如繪制路易斯結(jié)構、氧化還原方程式配平以及給酸命名等。這些模塊包括一系列帶有數(shù)字標號的操作步驟,在書中很容易找到。后,每個學習目標都與具體的章末練習題相關聯(lián),可以幫助學生準備小測驗和正式的考試,測試他們對每個學習目標的掌握情況。 本版的變化之處 前面的“本版的新內(nèi)容”部分詳細介紹了本版中的一些變化之處,然而,除了上述內(nèi)容之外,我們在編纂這一新版本時提出的總體目標也需要額外向讀者闡述!痘瘜W:中心科學》歷來以其清晰的文字、內(nèi)容的科學準確性和時效性、數(shù)量龐大的章末練習題以及可滿足不同層面讀者需求而受到好評。在進行第14版修改時,我們在堅持這些特點的基礎上,將全書布局繼續(xù)采用開放、簡潔的設計。 第14版的美術設計方案延續(xù)了前兩版的設計,更多、更有效地利用圖像作為學習工具,將讀者更直接地吸引到圖像中來。我們修訂了全書的美術設計風格,提高了圖像的清晰度并采用更簡潔的現(xiàn)代式外觀。這包括采用新的白色背景注解框,清晰、簡潔的指向符,更豐富、更飽和的顏色,并增加了3D渲染圖像的比例。為了提高圖像的簡潔性,本版對書中每張圖都進行了編輯審查,對圖像及圖內(nèi)文字標記都進行了許多小的修改。本版對“圖例解析”進行了仔細的審查,并使用MasteringChemistryTM中的統(tǒng)計數(shù)據(jù),修改或替換了許多內(nèi)容,吸引并激發(fā)學生對每個圖中蘊含的概念進行批判性思考。本版對“想一想”欄目進行了類似的修訂,激發(fā)學生對書中內(nèi)容進行更深層次的閱讀,培養(yǎng)其批判性思維。 每1章第1頁的“導讀”欄目提供了對每一章內(nèi)容的概述。概念鏈接()繼續(xù)提供易于察覺的交叉引用,便于查閱書中已經(jīng)介紹了的相關內(nèi)容。為學生提供了解決實際問題建議的“化學策略”和“像化學家一樣思考”欄目現(xiàn)已更名為“成功策略”更好地體現(xiàn)了對學生學習的幫助。 本版繼續(xù)強化章末練習題中的概念性練習。在每一章的章末練習題都是以廣受好評的“圖例解析”開始的。這些練習題在每一章常規(guī)的章末練習題之前,并都標有相關章節(jié)的編號。這些練習題旨在通過使用模型、圖表、插圖和其他可視化的素材來幫助學生對概念的理解。每一章的末尾都附有數(shù)量較多的“綜合練習”,讓學生有機會解決本章的概念與前幾章的概念相結(jié)合的一些問題。從第4章開始的每一章末尾都有“綜合實例解析”,這突出了解決綜合問題的重要性?傮w來看,本版在章末練習題中加入了更多的概念性習題,并確保其中一部分具有一定難度,同時實現(xiàn)了習題內(nèi)容和難度的平衡。在MasteringChemistryTM中,許多習題被重新調(diào)整以方便使用。我們廣泛利用學生們使用MasteringChemistryTM的元數(shù)據(jù)來分析章末練習題,并對部分練習題進行適當?shù)男薷,本版也為每章總結(jié)了“學習成果”。 本版繼續(xù)在書中加入廣受好評的“化學應用”和“化學與生活”系列欄目,欄目中的新文章強化了與每一章主題相關的世界事件、科學發(fā)現(xiàn)和醫(yī)學突破等內(nèi)容。本書在保持對化學的積極方面關注的同時,也沒有忽視在日益科技化的世界中可能出現(xiàn)的各種各樣的問題。本書的目標是幫助學生熟悉化學世界,并了解化學如何影響我們的生活方式。 化學教材頁碼隨著版本的增加而增加,這也許是一種理所當然的趨勢,但是作為作者的我們并不認可這種趨勢。本版中新增的大部分內(nèi)容都是替換以前版本中關聯(lián)度不強的內(nèi)容。下面列出了本版內(nèi)容上的幾個重大變化: 第1章,及其后的每一章都以一個新的章節(jié)起始照片和對應的背景故事開始,為后續(xù)內(nèi)容提供一個現(xiàn)實世界的背景。第1章增加了一個關于能源本質(zhì)的新節(jié)(第1.4節(jié))。本版將能源納入第1章,為后面各章的學習順序提供了更大的靈活性。第1章“新聞中的化學”的“化學應用”欄目已經(jīng)完全重寫,其中的內(nèi)容描述了化學與現(xiàn)代社會事務交織的各種方式。 在第2章中,我們改進了用于描述發(fā)現(xiàn)原子結(jié)構的關鍵實驗—密立根油滴實驗和盧瑟福金箔實驗的插圖。在第2章中第一次出現(xiàn)的元素周期表已更新,增加了113號元素(, Nihonium)、115號元素(鏌,Moscovium)、117號元素(,Tennessine)和118號元素(, Oganesson)等元素。 第5章是全書中修訂多的章節(jié)。我們修訂了第5章的開始部分,用于與第1章中介紹的能源基本概念相呼應。本章新增了兩個插圖,圖5.3給出了靜電勢能與離子固體的成鍵變化之間的聯(lián)系,圖5.16提供了一個現(xiàn)實世界的類比,幫助學生理解自發(fā)反應和反應焓之間的關系。用于說明放熱反應和吸熱反應的圖5.8修改為顯示反應前后變化的情況。新增加了第5.8節(jié)鍵焓,給出如何從原子層面理解反應焓。 第6章增加了一個新的“實例解析”,分析了玻爾模型中主量子數(shù)是如何決定氫原子的軌道半徑的,以及當發(fā)射或吸收光子時,電子會發(fā)生哪些變化。 第8章中關于鍵焓的內(nèi)容已移至第5章,并在第5章得到了充分討論。在第11章中,我們對各種分子間作用力的內(nèi)容進行了集中修改,用來明確化學家通常以能量單位而不是力的單位來考慮這些作用力。與前版不同,第14版中圖11.14采用表格形式,清楚地表明分子間相互作用的能量是可以疊加的。 第12章加入了一個新的標題為“汽車中的現(xiàn)代材料”的“化學應用”欄目,討論了混合動力汽車中使用的各種材料,包括半導體、離子固體、合金、聚合物等。以及新增加一個標題為“微孔和介孔材料”的“化學應用”欄目,探討了不同孔徑材料及其在離子交換和催化轉(zhuǎn)化中的應用。 第15章新加入一個關于溫度變化和勒夏特列原理的“深入探究”欄目,解釋了放熱反應和吸熱反應中溫度變化影響平衡常數(shù)規(guī)律的基礎理論。 第16章新加入一個“深入探究”欄目,表明多元酸各型體與pH值的關系。 第17章新加入一個標題為“飲用水中的鉛污染”的“深入探究”欄目,探討了美國密歇根州弗林特市水質(zhì)危機背后的化學問題。 本版對第18章部分內(nèi)容進行了修訂,給出了大氣中二氧化碳含量和臭氧層空洞的新數(shù)據(jù)。圖18.4顯示了臭氧的紫外吸收光譜圖,使學生能夠了解這種物質(zhì)在過濾來自太陽的有害紫外輻射方面的作用。新加入的一個實例解析(18.3)可以幫助學生掌握計算碳氫化合物燃燒產(chǎn)生的二氧化碳量時所需的步驟。 我們對第19章的前一部分內(nèi)容進行了大幅度的改寫,幫助學生更好地理解自發(fā)、非自發(fā)、可逆和不可逆過程的概念及其關系。這些改進使得熵的定義更加清晰。 致學生 《化學:中心科學》第14版是為了向你介紹現(xiàn)代化學而編寫的。實際上,身為作者的我們是受你的化學老師委托來幫助你學習化學的。根據(jù)學生和教師在使用本書前幾版后所給出的反饋意見,我們認為自己已經(jīng)很好地完成了這項工作。當然,我們希望本書在未來的版本中能夠繼續(xù)得到發(fā)展,因此我們邀請你寫信告訴我們你喜歡本書的哪些方面,這樣我們就會知道這個版本在哪些方面對你的幫助大。同時,我們也希望了解本書的任何不足之處,以便于在后續(xù)版本中進一步改進這些方面。我們的地址與聯(lián)系方式在本前言的后處。 對學習和研究化學的建議 學習化學既需要掌握許多概念,又需要具備分析能力。本書為你提供了許多工具來幫助你在這兩點上取得成功。如果你想要在化學課程中取得成功,那么你就必須養(yǎng)成良好的學習習慣。科學課程特別是化學課程是不同于其他類型課程的,對你的學習方法也有不同的要求。為此,本書提供以下提示,幫助你在化學學習中取得成功: 不要掉隊!隨著課程的進展,新的內(nèi)容將建立在已經(jīng)學過的內(nèi)容基礎上。如果你的學習進度和解題能力落后于其他同學,你會發(fā)現(xiàn)很難跟上正在學習的內(nèi)容以及對當前內(nèi)容的課堂討論。有經(jīng)驗的教師知道,如果學生在上課前預習課本中相關章節(jié),就能從課堂上學到更多東西,同時記憶也更加深刻。你知道嗎,考試前“填鴨式”的學習方式已被證明是學習包括化學在內(nèi)所有學科的無效方法。在這個競爭激烈的世界里,好的化學成績對任何人來說都是十分重要的。 集中精力學習。盡管你需要學習的內(nèi)容看起來令人難以承受,但是掌握那些特別重要的概念和技能才是至關重要的,因此請注意你的老師所強調(diào)的那些內(nèi)容。當你完成“實例解析”和家庭作業(yè)時,請回顧一下解答這些內(nèi)容涉及哪些原理和解題技巧。請充分利用每一章開頭的“導讀”欄目,它能夠幫助你了解每一章的重要內(nèi)容。通常情況下,依靠僅僅閱讀一章是不足以成功地學習本章的概念和掌握解決問題的能力的,你往往需要多次閱讀書中一些特定內(nèi)容。請不要忽略“想一想”“圖例解析”“實例解析”“實踐練習”欄目,這些都是你了解自己是否掌握知識的指南,掌握這些內(nèi)容也是對考試的良好準備。章末的“學習成果”和“主要公式”也會幫助你集中精力學習。 課上做好筆記。你的課堂筆記可以為你提供一個清晰而簡明的記錄,指明你的老師認為什么是重要的學習內(nèi)容。將你的課堂筆記與教材結(jié)合起來,是確定需要學習哪些內(nèi)容的好方法。 課前做好預習。在上課前預習會使你更容易做好筆記。首先閱讀前面的“導讀”和章末的“總結(jié)”,然后快速閱讀本次課的內(nèi)容,并跳過“實例解析”和補充內(nèi)容。你需要注意節(jié)標題和分節(jié)標題,這可以讓你快速了解本次課的授課內(nèi)容。千萬不要認為在課前預習中你需要立刻學習和掌握所有內(nèi)容。 做好準備來上課,F(xiàn)在,教師們比以往任何時候都會更充分地利用課堂時間,而不是將其簡單地作為師生之間的單向交流渠道。相反,他們希望學生們上課時就已經(jīng)做好了在課堂上解決問題和進行批判性思維的準備。在任何授課環(huán)境中,如果你想在課程中取得好成績但是沒有準備好就來上課,這一定不是一個好主意,這樣的課堂當然也不是主動學習課堂。 課后做好復習。課后當你復習時,你需要注意概念以及這些概念如何在“實例解析”中應用。一旦你覺得自己理解了“實例解析”中的內(nèi)容,就可以通過相應的“實踐練習”模塊來檢驗你的學習效果。 學習化學語言。學習化學的過程中你會遇到許多新的術語。注意這些術語并了解其含義或其所代表的事物是非常重要的。掌握如何根據(jù)化合物的名稱來鑒別它們是一項重要的技能,可以幫助你在考試中避免錯誤,例如,氯元素和氯化物的含義差別極大。 需要做作業(yè)。你的老師會為你布置一些作業(yè)題,做這些作業(yè)題為你回憶和掌握書中的基本觀點提供必要的練習。你不能僅僅通過用眼睛看來學習,你還需要動筆做題來參與。當你真心地努力解題之前,請盡量不要查看“答案手冊”(如果你有的話)。如果在練習中你卡在某道題上,請向你的老師、助教或其他學生求助。在一道練習題上花費超過20min的時間是很少有效果的,除非你知道這道題具有特別的挑 戰(zhàn)性。 學習像科學家一樣思考。本書是由熱愛化學的科學家撰寫的。我們鼓勵你利用本書中的一些特點來提升你的批判性思維能力,如偏重概念學習的練習題和“設計實驗”練習題。 利用在線資源。有些事物很容易通過觀察來學習,而另外一些事物以三維方式展現(xiàn)才能獲得佳的學習效果。如果你的老師將MasteringChemistryTM與你的教科書相關聯(lián),請利用這個在線平臺所提供的獨特工具,它可讓你在化學學習中取得更多的收獲。 說一千道一萬,根本的還是要努力學習、有效學習,并充分利用包括本書在內(nèi)的所有工具。我們希望幫助你更多地了解化學世界,以及為什么化學是中心科學。如果你真的學好了化學,你就能成為聚會的主角,給你的朋友和父母留下深刻印象,并且也能以優(yōu)異的成績通過課程考試。
目 錄
譯者的話 前言 第1章 導論:物質(zhì)、能量和測量 1 1.1 學習化學 2 1.2 物質(zhì)的分類 5 1.3 物質(zhì)的性質(zhì) 10 1.4 能量的本質(zhì) 13 1.5 計量單位 15 1.6 測量誤差 22 1.7 量綱分析 26 本章小結(jié)和關鍵術語 31 本章練習 33 第2章 原子、分子和離子 41 2.1 物質(zhì)的原子理論 42 2.2 原子結(jié)構的發(fā)現(xiàn) 43 2.3 原子結(jié)構的現(xiàn)代觀點 47 2.4 原子量 51 2.5 元素周期表 53 2.6 分子和分子化合物 56 2.7 離子和離子化合物 58 2.8 無機化合物的命名 63 2.9 一些簡單的有機化合物 69 本章小結(jié)和關鍵術語 72 本章練習 73 第3章 化學反應和反應計量學 81 3.1 化學方程式 82 3.2 化學反應基本類型 86 3.3 分子量 88 3.4 阿伏伽德羅常數(shù)和物質(zhì)的量91 3.5 經(jīng)驗式的分析96 3.6 平衡方程中的定量信息100 3.7 限制反應物104 本章小結(jié)和關鍵術語 108 本章練習 109 第4章 水溶液反應 119 4.1 水溶液的通性 120 4.2 沉淀反應 124 4.3 酸、堿及中和反應 128 4.4 氧化還原反應 135 4.5 溶液濃度 142 4.6 溶液化學計量和化學分析 146 本章小結(jié)和關鍵術語 151 本章練習 152 第5章 熱化學 161 5.1 化學能的本質(zhì) 162 5.2 熱力學第一定律 164 5.3 焓 170 5.4 反應焓 174 5.5 量熱學 176 5.6 蓋斯定律 181 5.7 生成焓 184 5.8 鍵焓 188 5.9 食物與燃料 192 本章小結(jié)與關鍵術語 198 本章練習 200 第6章 原子的電子結(jié)構 211 6.1 光的波動性 212 6.2 量子化的能量和光子 214 6.3 線狀光譜和玻爾模型 217 6.4 物質(zhì)的波動性 222 6.5 量子力學和原子軌道 225 6.6 軌道的表示 229 6.7 多電子原子 233 6.8 電子構型 234 6.9 電子構型與元素周期表 239 本章小結(jié)和關鍵術語 244 本章練習 246 第7章 元素的周期性 255 7.1 元素周期表的發(fā)展 256 7.2 有效核電荷 257 7.3 原子和離子的大小 260 7.4 電離能 266 7.5 電子親和能 270 7.6 金屬、非金屬和類金屬 271 7.7 1A族和2A族金屬元素的變化趨勢 276 7.8 部分非金屬元素的變化趨勢 281 本章小結(jié)和關鍵術語 286 本章練習 288 第8章 化學鍵的基本概念 297 8.1 路易斯符號和八隅體規(guī)則 298 8.2 離子鍵 299 8.3 共價鍵 304 8.4 鍵極性和電負性 307 8.5 繪制路易斯結(jié)構 313 8.6 共振結(jié)構 317 8.7 八隅體規(guī)則的例外 320 8.8 共價鍵的強度和長度 323 本章小結(jié)和關鍵術語 326 本章練習 327 第9章 分子構型與成鍵理論 337 9.1 分子構型 338 9.2 價層電子對互斥理論(VSEPR)模型 340 9.3 分子構型與分子極性 350 9.4 共價鍵與軌道重疊 352 9.5 雜化軌道 353 9.6 多重鍵 359 9.7 分子軌道 366 9.8 第二周期雙原子分子成鍵 369 本章小結(jié)和關鍵術語 380 本章練習 382 附錄A 數(shù)學運算 392 A.1 科學計數(shù)法 392 A.2 對數(shù) 394 A.3 一元二次方程 396 A.4 圖表 396 A.5 標準偏差 397 附錄B 水的性質(zhì) 399 附錄C 298.15K(25℃)下常見物質(zhì)的熱力學常數(shù) 400 附錄D 水的平衡常數(shù) 404 附錄E 25℃下標準還原電位 406 部分練習答案 408 部分想一想答案 419 部分圖例解析答案 422 部分實例解析答案 424
致謝
一本教材的出版發(fā)行是一個團隊的成功。除了作者之外,許多人也參與其中并貢獻了他們辛勤的勞動和才能,以保證這個版本呈現(xiàn)在讀者面前。雖然他們的名字沒有出現(xiàn)在本書的封面上,但他們的創(chuàng)造力、時間和支持在本書的編寫和制作的各個階段都發(fā)揮了作用。 每位作者都從與同事的討論以及同國內(nèi)外教師和學生的通信中獲益良多。作者的同事們也提供了巨大的幫助,他們審閱了我們的書稿,分享他們的見解并提供改進建議。在第14版中,還有一些審閱人幫助我們,他們通讀書稿,尋找書稿中存在的技術上的不準確之處和印刷錯誤。我們?yōu)閾碛羞@些出色的審閱人而由衷地感到幸運。 第14版審閱人 Carribeth Bliem,北卡羅來納大學教堂山分校 Stephen Block,威斯康星大學麥迪遜分校 William Butler,羅切斯特理工大學 Rachel Campbell,佛羅里達灣岸大學 Ted Clark,俄亥俄州立大學 Michelle Dean,肯尼索州立大學 John Gorden,奧本大學 Tom Greenbowe,俄勒岡大學 Nathan Grove,北卡羅來納大學威爾明頓分校 Brian Gute,明尼蘇達大學德盧斯分校 Amanda Howell,阿巴拉契亞州立大學 Angela King,維克森林大學 Russ Larsen,艾奧瓦大學 Joe Lazafame,羅切斯特理工大學 Rosemary Loza,俄亥俄州立大學 Kresimir Rupnik,路易斯安那州立大學 Stacy Sendler,亞利桑那州立大學 Jerry Suits,北科羅拉多大學 Troy Wood,紐約州立大學水牛城分校 Bob Zelmer,俄亥俄州立大學 第14版準確性審閱人 Ted Clark,俄亥俄州立大學 Jordan Fantini,丹尼森大學 Amanda Howell,阿巴拉契亞州立大學 第14版焦點小組參與人 Christine Barnes,田納西大學諾克斯維爾分校 Marian DeWane,加利福尼亞大學爾灣分校 Emmanue Ewane,休斯頓社區(qū)大學 Tom Greenbowe,俄勒岡大學 Jeffrey Rahn,東華盛頓大學 Bhavna Rawal,休斯頓社區(qū)大學 Jerry Suits,北科羅拉多大學 MasteringChemistry? 峰會參與人 Phil Bennett,圣達菲社區(qū)學院 Jo Blackburn,里奇蘭德學院 John Bookstaver,圣查爾斯社區(qū)學院 David Carter,安吉洛州立大學 Doug Cody,那桑社區(qū)學院 Tom Dowd,哈珀學院 Palmer Graves,佛羅里達國際大學 Margie Haak,俄勒岡州立大學 Brad Herrick,科羅拉多礦業(yè)學院 Jeff Jenson,芬利大學 Jeff McVey,德克薩斯州立大學圣馬科斯分校 Gary Michels,克瑞頓大學 Bob Pribush,巴特勒大學 Al Rives,維克森林大學 Joel Russell,奧克蘭大學 Greg Szulczewski,阿拉巴馬大學塔斯卡盧薩分校 Matt Tarr,新奧爾良大學 Dennis Taylor,克萊姆森大學 Harold Trimm,布魯姆社區(qū)大學 Emanuel Waddell,阿拉巴馬大學亨茨維爾分校 Kurt Winklemann,佛羅里達理工大學 Klaus Woelk,密蘇里大學羅拉分校 Steve Wood,楊百翰大學 《化學:中心科學》歷次版本審閱人 S.K. Airee,田納西大學 John J. Alexander,辛辛那提大學 Robert Allendoerfer,紐約州立大學布法羅分校 Patricia Amateis,弗吉尼亞理工大學 Sandra Anderson,威斯康星大學 John Arnold,加利福尼亞州大學 Socorro Arteaga,埃爾帕索社區(qū)大學 Margaret Asirvatham,科羅拉多大學 Todd L. Austell,北卡羅來納大學教堂山分校 Yiyan Bai,休斯頓社區(qū)大學 Melita Balch,伊利諾伊大學芝加哥分校 Rebecca Barlag,俄亥俄大學 Rosemary Bartoszek-Loza,俄亥俄州立大學 Hafed Bascal,芬利大學 Boyd Beck,斯諾學院 Kelly Beefus,阿諾卡拉姆齊社區(qū)學院 Amy Beilstein,中心學院 Donald Bellew,新墨西哥大學 Victor Berner,新墨西哥初級學院 Narayan Bhat,得克薩斯大學泛美分校 Merrill Blackman,西點軍校 Salah M. Blaih,肯特州立大學 James A. Boiani,紐約州立大學杰納蘇分校 Leon Borowski,戴波羅谷社區(qū)大學 Simon Bott,休斯頓大學 Kevin L. Bray,華盛頓州立大學 Daeg Scott Brenner,克拉克大學 Gregory Alan Brewer,美國天主教大學 Karen Brewer,弗吉尼亞理工大學 Ron Briggs,亞利桑那州立大學 Edward Brown,田納西州李大學 Gary Buckley,卡梅隆大學 Scott Bunge,肯特州立大學 Carmela Byrnes,得克薩斯州農(nóng)工大學 B. Edward Cain,羅切斯特理工學院 Kim Calvo,阿克倫大學 Donald L. Campbell,威斯康辛大學 Gene O. Carlisle,得克薩斯州農(nóng)工大學 Elaine Carter,洛杉磯城市學院 Robert Carter,馬薩諸塞大學波士頓港分校 Ann Cartwright,圣哈辛托中央學院 David L. Cede?o,伊利諾伊州立大學 Dana Chatellier,特拉華大學 Stanton Ching,康涅狄格學院 Paul Chirik,康奈爾大學 Ted Clark,俄亥俄州立大學 Tom Clayton,諾克斯學院 William Cleaver,佛蒙特大學 Beverly Clement,博林學院 Robert D. Cloney,福特漢姆大學 John Collins,布勞沃德社區(qū)大學 Edward Werner Cook,通克西斯社區(qū)學院 Elzbieta Cook,路易斯安那州立大學 Enriqueta Cortez,南得克薩斯大學 Jason Coym,南阿拉巴馬大學 Thomas Edgar Crumm,賓夕法尼亞州印第安納大學 Dwaine Davis,佛塞斯社區(qū)學院 Ramón López de la Vega,佛羅里達國際大學 Nancy De Luca,馬薩諸塞大學洛厄爾北校區(qū) Angel de Dios,喬治城大學 John M. DeKorte,格蘭德勒社區(qū)學院 Michael Denniston,喬治亞大學 Daniel Domin,田納西州立大學 James Donaldson,多倫多大學 Patrick Donoghue,阿帕拉契州立大學 Bill Donovan,阿克倫大學 Stephen Drucker,威斯康星大學歐克萊爾分校 Ronald Duchovic,印第安納大學-普渡大學韋恩堡分校 Robert Dunn,堪薩斯大學 David Easter,西南得克薩斯州立大學 Joseph Ellison,西點軍校 George O. Evans II,東卡羅來納州立大學 James M. Farrar,羅切斯特大學 Debra Feakes,得克薩斯州立大學圣馬科斯分校 Gregory M. Ferrence,伊利諾伊州立大學 Clark L. Fields,北科羅拉多大學 Jennifer Firestine,林登沃德大學 Jan M. Fleischner,新澤西學院 Paul A. Flowers,北卡羅來納州彭布魯克分校 Michelle Fossum,萊尼學院 Roger Frampton,潮水社區(qū)學院 Joe Franek,明尼蘇達大學大衛(wèi)分校 Frank,加利福尼亞州立大學 Cheryl B. Frech,中央俄克拉荷馬大學 Ewa Fredette,冰磧谷學院 Kenneth A. French,布林學院 Karen Frindell,圣羅莎初級學院 John I. Gelder,俄克拉荷馬州立大學 Robert Gellert,格蘭德勒社區(qū)學院 Luther Giddings,鹽湖社區(qū)學院 Paul Gilletti,梅薩社區(qū)學院 Peter Gold,賓夕法尼亞州立大學 Eric Goll,布魯克代爾社區(qū)學院 James Gordon,中央衛(wèi)理公會大學 John Gorden,奧本大學 Thomas J. Greenbowe,俄勒岡大學 Michael Greenlief,密蘇里大學 Eric P. Grimsrud,蒙大拿州立大學 John Hagadorn,科羅拉多大學 Randy Hall,路易斯安那州立大學 John M. Halpin,紐約大學 Marie Hankins,南印第安納大學 Robert M. Hanson,圣奧拉夫?qū)W院 Daniel Haworth,馬凱特大學 Michael Hay,賓夕法尼亞州立大學 Inna Hefley,布林學院 David Henderson,三一學院 Paul Higgs,貝瑞大學 Carl A. Hoeger,加利福尼亞大學圣迭戈分校 Gary G. Hoffman,佛羅里達國際大學 Deborah Hokien,瑪麗伍德大學 Robin Horner,費耶特維爾社區(qū)技術學院 Roger K. House,莫瑞谷社區(qū)學院 Michael O. Hurst,喬治亞南方大學 William Jensen,南達科他州立大學 Janet Johannessen,莫里斯郡學院 Milton D. Johnston,Jr.,南佛羅里達大學 Andrew Jones,南阿爾伯塔理工學院 Booker Juma,費耶特維爾州立大學 Ismail Kady,東田納西州立大學 Siam Kahmis,匹茲堡大學 Steven Keller,密蘇里大學 John W. Kenney,東部新墨西哥州大學 Neil Kestner,路易斯安那州立大學 Carl Hoeger,加利福尼亞大學圣迭戈分校 Leslie Kinsland,路易斯安那州大學 Jesudoss Kingston,艾奧瓦州立大學 Louis J. Kirschenbaum,羅德島大學 Donald Kleinfelter,田納西大學諾克斯維爾分校 Daniela Kohen,卡爾頓大學 David Kort,喬治梅森大學 Jeffrey Kovac,田納西大學 George P. Kreishman,辛辛那提大學 Paul Kreiss, 安妮阿倫德爾社區(qū)學院 Manickham Krishnamurthy,霍華德大學 Sergiy Kryatov,塔夫斯大學 Brian D. Kybett,里賈納大學 William R. Lammela,拿撒勒學院 John T. Landrum,佛羅里達國際大學 Richard Langley,奧斯汀州立大學 N. Dale Ledford,南阿拉巴馬大學 Ernestine Lee,猶他州立大學 David Lehmpuhl,南科羅拉多大學 Robley J. Light,佛羅里達州立大學 Donald E. Linn,Jr.,印第安納大學-普渡大學印第安納波利斯分校 David Lippmann,得克薩斯理工大學 Patrick Lloyd,布碌侖社區(qū)學院 Encarnacion Lopez,邁阿密戴德學院沃爾夫森分校 Michael Lufaso,北佛羅里達大學 Charity Lovett,西雅圖大學 Arthur Low,塔爾頓州立大學 Gary L. Lyon,路易斯安那州立大學 Preston J. MacDougall,中田納西州立大學 Jeffrey Madura,杜肯大學 Larry Manno,特里頓學院 Asoka Marasinghe,莫海德州立大學 Earl L. Mark,艾梯理工學院 Pamela Marks,亞利桑那州立大學 Albert H. Martin,摩拉維亞學院 Przemyslaw Maslak,賓夕法尼亞州立大學 Hilary L. Maybaum,ThinkQuest公司 Armin Mayr,埃爾帕索社區(qū)學院 Marcus T. McEllistrem,威斯康星大學 Craig McLauchlan,伊利諾伊州立大學 Jeff McVey,得克薩斯州立大學圣馬科斯分校 William A. Meena,山谷社區(qū)學院 Joseph Merola,弗吉尼亞理工學院 Stephen Mezyk,加利福尼亞州立大學 Diane Miller,馬凱特大學 Eric Miller,圣胡安學院 Gordon Miller,艾奧瓦州立大學 Shelley Minteer,圣路易斯大學 Massoud (Matt) Miri,羅切斯特理工學院 Mohammad Moharerrzadeh,鮑伊州立大學 Tracy Morkin,埃默里大學 Barbara Mowery,紐約大學 Kathleen E. Murphy,德門大學 Kathy Nabona,奧斯汀社區(qū)學院 Robert Nelson,喬治亞南方大學 Al Nichols,杰克遜維爾州立大學 Ross Nord,東密歇根大學 Jessica Orvis,喬治亞南方大學 Mark Ott,杰克遜社區(qū)學院 Jason Overby,查爾斯頓學院 Robert H. Paine,羅切斯特理工學院 Robert T. Paine,新墨西哥大學 Sandra Patrick,馬拉斯比納大學學院 Mary Jane Patterson,布拉佐斯波特學院 Tammi Pavelec,林登沃德大學 Albert Payton,布勞沃德社區(qū)學院 Lee Pedersen,北卡羅來納大學 Christopher J. Peeples,塔爾薩大學 Kim Percell,費爾角社區(qū)學院 Gita Perkins,埃斯特雷拉山社區(qū)學院 Richard Perkins,路易斯安那州大學 Nancy Peterson,中北學院 Robert C. Pfaff,圣約瑟夫大學 John Pfeffer,海萊社區(qū)學院 Lou Pignolet,明尼蘇達大學 Bernard Powell,得克薩斯大學 Jeffrey A. Rahn,東華盛頓大學 Steve Rathbone,布林學院 Scott Reeve,阿肯色州立大學 John Reissner,Helen Richter,Thomas Ridgway,北卡羅來納大學,阿克倫大學,辛辛那提大學 Gregory Robinson,喬治亞大學 Mark G. Rockley,俄克拉荷馬州立大學 Lenore Rodicio,邁阿密戴德學院 Amy L. Rogers,查爾斯頓學院 Jimmy R. Rogers,得克薩斯大學阿靈頓分校 Kathryn Rowberg,普渡大學蓋萊默分校 Steven Rowley,米德爾塞克斯社區(qū)學院 James E. Russo,惠特曼大學 Theodore Sakano,羅克蘭社區(qū)學院 Michael J. Sanger,北艾奧瓦大學 Jerry L. Sarquis,邁阿密大學 James P. Schneider,波特蘭社區(qū)學院 Mark Schraf,西弗吉尼亞大學 Melissa Schultz,伍斯特學院 Gray Scrimgeour,多倫多大學 Paula Secondo,西康涅狄格州立大學 Michael Seymour,霍普學院 Kathy Thrush Shaginaw,維拉諾瓦大學 Susan M. Shih,杜佩奇學院 David Shinn,夏威夷州立大學希羅分校 Lewis Silverman,密蘇里大學哥倫比亞分校 Vince Sollimo,伯靈頓社區(qū)學院 Richard Spinney,俄亥俄州立大學 David Soriano,匹茲堡大學布拉德福德分校 Eugene Stevens,賓漢姆頓大學 Matthew Stoltzfus,俄亥俄州立大學 James Symes,科森尼斯河學院 Iwao Teraoka,紐約科技大學 Domenic J. Tiani,北卡羅來納大學教堂山分校 Edmund Tisko,內(nèi)布拉斯加州大學奧馬哈分校 Richard S. Treptow,芝加哥州立大學 Michael Tubergen,肯特州立大學 Claudia Turro,俄亥俄州立大學 James Tyrell,南伊利諾伊大學 Michael J. Van Stipdonk,衛(wèi)奇塔州立大學 Philip Verhalen,帕諾拉學院 Ann Verner,多倫多大學斯卡伯勒分校 Edward Vickner,格洛斯特郡社區(qū)學院 John Vincent,阿拉巴馬大學 Maria Vogt,布盧姆菲爾德學院 Tony Wallner,貝瑞大學 Lichang Wang,南伊利諾伊大學 Thomas R. Webb,奧本大學 Clyde Webster,加利福尼亞大學河濱分校 Karen Weichelman,路易斯安那大學拉菲特分校 Paul G. Wenthold,普渡大學 Laurence Werbelow,新墨西哥礦業(yè)與技術學院 Wayne Wesolowski,亞利桑那大學 Sarah West,圣母大學 Linda M. Wilkes,南科羅拉多大學 Charles A. Wilkie,馬凱特大學 Darren L. Williams,西得克薩斯農(nóng)工大學 Troy Wood,紐約州立大學水牛城分校 Kimberly Woznack,加利福尼亞大學賓夕法尼亞分校 Thao Yang,威斯康星大學 David Zax,康奈爾大學 Dr. Susan M. Zirpoli,賓夕法尼亞滑石大學 Edward Zovinka,圣弗朗西斯大學 我們還想對培生出版集團的許多團隊成員表示感謝,他們的辛勤工作、想象力和合作精神為這個版本的終出版做出了巨大貢獻。化學編輯Chris Hess為我們提供了許多新的想法以及持續(xù)的熱情和對我們的鼓勵與支持;開發(fā)部主任Jennifer Har用她的經(jīng)驗和洞察力來負責整個項目;開發(fā)部編輯Matt Walker,他豐富的經(jīng)驗、良好的判斷力和對細節(jié)的仔細關注程度對本版修訂是非常寶貴的,特別是在保持我們寫作的一致性和幫助學生理解方面。培生公司團隊在這方面是一流的。 我們還特別感謝以下人員:制作編輯Mary Tindle,她巧妙地保證了整個出版過程的進展,使我們保持在正確的寫作方向上;伊利諾伊大學的Roxy Wilson,她很好地完成了制作章末練習題答案這項困難的工作。后,我們要感謝我們的家人和朋友,感謝他們的愛、支持、鼓勵和耐心,幫助我們完成了本書第14版的寫作與出版。 西奧多·L.布朗 化學系 伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校 Urbana,IL 61801 tlbrown@illinois. edu or tlbrown1@ earthlink.net H.尤金·勒梅 化學系 內(nèi)華達大學 Reno,NV 89557 lemay@unr.edu 布魯斯·E.巴斯滕 化學與生物化學系 伍斯特理工學院 Worcester,MA 01609 bbursten@wpi.edu 凱瑟琳·J. 墨菲 化學系 伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校 Urbana,IL 61801 murphycj@illinois. edu 帕特里克·M.伍德沃德 化學與生物化學系 俄亥俄州立大學 Columbus,OH 43210 woodward.55@ osu.edu 馬修·W. 斯托爾茨福斯 化學與生物化學系 俄亥俄州立大學 Columbus,OH 43210 stoltzfus.5@osu. edu
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