目录

理    论    篇

第 1 章    热化学基础     3

1.1   热化学中的基本概念    3

1.1.1   系统与环境     3

1.1.2   相     4

1.1.3   状态与状态函数     4

1.1.4   化学计量数与反应进度     7

1.2   反应热与焓    8

1.2.1   热力学第一定律     8

1.2.2   反应热与焓    11

1.3   反应的标准摩尔焓变及其计算     18

1.3.1   热力学标准状态    18

1.3.2   标准摩尔生成焓    19

1.3.3   反应的标准摩尔焓变及其计算方法    20

前沿小课堂 — 热化学驱动中国航天科技新突破    24

空天小课堂 — 热化学驱动中国航空航天事业蓬勃发展    28

习题    32

第 2 章    化学反应基本原理    35

2.1   化学反应的方向     35

2.1.1    自发过程与熵    35

2.1.2   吉布斯函数    37

2.1.3   反应自发性的判断    39

2.2   化学反应的限度     40

2.2.1   可逆反应与化学平衡    40

2.2.2   平衡常数    42

2.2.3   化学平衡的计算    44

2.3   化学平衡的移动     45

2.3.1   反应商    45

2.3.2   浓度对化学平衡的影响    46

2.3.3   压强对化学平衡的影响     46

2.3.4   温度对化学平衡的影响     47

2.3.5   催化剂与化学平衡的关系     49

2.4   化学反应速率    49

2.4.1   反应进度与化学反应速率     49

2.4.2   速率方程     51

2.4.3   活化能     53

2.4.4   影响反应速率的因素     54

2.5   化学反应基本原理的应用    59

2.5.1   化学平衡移动的应用     59

2.5.2   在生命科学与医药中的应用     62

前沿小课堂 — 光催化技术     62

空天小课堂 — 高熵合金     64

习题     65

第 3 章    酸碱反应     67

3.1   酸碱理论    67

3.2   弱电解质的解离平衡    70

3.2.1   水的解离平衡     70

3.2.2   弱酸 、弱碱的解离平衡    71

3.3   缓冲溶液    77

3.3.1   缓冲作用和缓冲原理     77

3.3.2   缓冲溶液 pH 的计算      79

3.3.3   缓冲溶液的选择和配制     80

3.4   酸碱指示剂    84

3.4.1   指示剂的作用原理     84

3.4.2   指示剂变色的 pH 范围      85

3.4.3   影响指示剂变色范围的因素     86

3.4.4   混合指示剂     87

3.5   一元酸碱滴定    88

3.5.1   强碱滴定强酸或强酸滴定强碱     88

3.5.2   强碱滴定一元弱酸或强酸滴定一元弱碱     91

3.6   酸碱的应用    93

3.6.1   常见的酸碱的应用     93

3.6.2   缓冲溶液的应用     97

前沿小课堂 — 固体酸催化剂    102

空天小课堂 — 空间站中的 CO2  去哪儿了?       105

习题    109

第 4 章    沉淀反应    111

4.1   溶度积和溶度积规则     111

4.1.1   溶解度    111

4.1.2   溶度积    112

4.1.3   溶解度与溶度积的关系    113

4.1.4   溶度积规则    115

4.2   影响沉淀反应的因素     116

4.2.1   同离子效应    116

4.2.2   盐效应    117

4.2.3   酸效应    118

4.2.4   氧化还原效应    122

4.2.5   配位效应    123

4.3   分步沉淀     124

4.3.1   分步沉淀原理    124

4.3.2   分步沉淀的应用    127

4.4   沉淀的溶解与转化     129

4.4.1   沉淀的溶解    129

4.4.2   沉淀的转化    130

4.5   沉淀的存在形式及应用     132

4.5.1   自然界和生活中的沉淀溶解平衡    132

4.5.2   工业重金属废水处理中化学沉淀的应用    136

前沿小课堂 — 纳米材料与共沉淀法    139

空天小课堂 — 宇航员为什么易得肾结石?     141

习题    143

第 5 章    电化学基础    147

5.1   氧化还原反应的基本概念     147

5.1.1   氧化态(数)    147

5.1.2   氧化还原反应方程式的配平(离子-电子法)      149

5.1.3   反应的特殊类型    150

5.2   化学电池     150

5.2.1   原电池的组成    151

5.2.2   电池的电动势    152

5.3   电极电势     152

5.3.1   电极电势的产生    152

5.3.2   标准氢电极    153

5.3.3   标准电极电势    153

5.3.4   影响电极电势的因素 — 能斯特方程    154

5.4   电极电势的应用     156

5.4.1   判断氧化剂和还原剂的强弱    156

5.4.2   判断氧化还原反应自发进行的方向    156

5.4.3   求氧化还原反应的平衡常数    158

5.4.4   元素电势图    159

5.5   参比电极     160

5.5.1   参比电极的定义与核心作用    160

5.5.2   参比电极的分类与典型类型    160

5.5.3   参比电极的选择原则    163

5.5.4   参比电极的使用与维护    163

5.5.5   参比电极的应用场景    165

5.6   电动势 E 与 ΔG 之间的关系     165

5.6.1   核心理论基础    166

5.6.2   航空航天应用案例 : 载人航天器中的氧再生系统    167

5.7   计算 φθ   和 E 的热力学方法      168

5.8   电化学的应用 — 化学电源     169

5.9   电解     180

5.9.1   电解的基本概念    180

5.9.2   分解电压和超电势    181

5.9.3   电解池中两极的电解产物    186

5.9.4   电解在航空航天领域的应用    188

5.10   金属的腐蚀及防护    191

5.10.1   腐蚀的分类     191

5.10.2   金属腐蚀的防护方法      193

前沿小课堂 — 从“双碳 ”战略到能源革命的创新之路    197

空天小课堂 — 电化学赋能空天装备 ,筑牢强国根基     201

习题    205

第 6 章    配位化合物与配位平衡    209

6.1   配位化合物     209

6.1.1   配位化合物的组成    210

6.1.2   配位化合物的命名    211

6.2   配位平衡及其影响因素     212

6.2.1   配离子的稳定常数 K         212

6.2.2   配离子稳定常数的应用    214

6.3   配位化合物的分类及配位理论     218

6.3.1   配位化合物的分类及特性    218

6.3.2   配位化合物的价键理论    220

6.3.3   配位平衡及其影响因素    224

6.3.4   配位滴定法    230

6.4   配位化合物的应用     240

前沿小课堂 — 稀土发光材料    244

空天小课堂 — 离子液体推进剂    245

习题    247

实    验    篇

第 7 章    普通化学实验基础知识和常用仪器设备    253

7.1   普通化学实验基础知识     253

7.1.1   学生实验室守则    253

7.1.2   化学实验室安全守则    253

7.1.3   实验室意外事故的处理    254

7.1.4   化学实验中“三废 ”的处理    254

7.1.5   实验预习 、实验记录和实验报告      255

7.1.6   化学计算中的有效数字    256

7.1.7   误差与数据处理    259

7.1.8   普通化学实验的基本操作    261

7.2   普通化学实验常用仪器设备     269

7.2.1   电子天平    269

7.2.2   磁力搅拌器    272

7.2.3   酸度计    273

7.2.4   离心机    275

7.2.5   分光光度计    275

7.2.6   高效液相色谱    277

7.2.7   气相色谱    280

7.2.8   电化学工作站    283

习题    285

第 8 章    普通化学实验    286

8.1   电子分析天平的使用     286

8.2   化学反应焓变的测定     287

8.3   乙酸解离度和解离常数的测定      289

8.4   配合物的形成和性质     290

8.5   三价铁离子与磺基水杨酸配合物的组成与稳定常数的测定     292

8.6   解离平衡与沉淀反应研究     295

8.7   电化学分析法测定饮料中糖的含量      298

8.8   邻菲啰啉铁配合物组成及稳定常数的测定     301

8.9   电沉积镍镀层及其耐腐蚀性能测试      302

8.10   枸杞泡水前后总黄酮含量的测定    307

8.11   钼蓝比色法测定水果中还原型维生素 C 的含量       308

8.12   制备 Ag3PO4  光催化剂降解孔雀石绿染料废水        311

8.13   高效液相色谱法测定阿司匹林片剂中的有效成分含量    312

附录 A   标准热力学数据(pθ  = 100kPa,T=298.15K)    315

附录 B   弱酸(弱碱)在水溶液中的解离常数(298.15K)      321

附录 C   难溶电解质的溶度积常数(298.15K)      323

附录 D   标准电极电势(298.15K,酸性溶液中)    325

附录 E   一些常见配离子的稳定常数    328

附录 F   金属离子与 EDTA络合物的形成常数(18~25℃)    329

附录 G   历届诺贝尔化学奖获得者名单及贡献    330

参考文献    336