无机化学(程清蓉 )

无机化学是化工、制药、材料和环境工程等专业必修的一门重要基础课程，无机化学的教学内容必须为刚进大学校门的新生学习整个大学化学提供重要保证，并使学生在学习无机化学过程中完成从中学到大学在化学学习方法和思维方式方面的转变。因此，本书编写的主要目的是让学生掌握无机化学的一些基础理论和知识，为后续化学课程及专业课程的学习提供基础化学知识。
本书编者长期从事无机化学教学，并在近十多年的无机化学教学实践中，比较全面地了解相关专业对无机化学的要求。因此在内容的选取上，既考虑了专业的要求，又考虑了与后续化学课程的衔接与分工。在讨论无机化学基础理论的同时，介绍近期的科学研究成果及无机化学在环境科学、生命科学及材料科学等方面的应用。
本书的编写根据我们在教学实践中的总结，以基本知识和基础理论为主，力求少而精和简明扼要，以保证工科学生更好地掌握无机化学基础理论和知识。本书的选材力争做到承前启后、深入浅出、通俗易懂，更有利于学生理解知识点。本书最大的特点就是我们针对学生难以理解的知识点补充了教学研究成果。
本书由程清蓉任主编，黄少云、周红和游丹任副主编，参加编写的有武汉工程大学化学与环境工程学院黄少云（第2、3章），齐小玲（第5章），李伟伟（第6、11章），程清蓉（第7、13章），杨小红（第8章），李庆祥（第9章），周红（第10章），胡锦东（第12、15章），张汉平（第14章），王会生和彭梦（部分章节编写）；武汉工程大学邮电与信息工程学院游丹（第1、4、16章）。最后由程清蓉统一整理、补充、修改和定稿。张汉平负责全书的附录收集整理和书中插图的绘制工作，全书由潘志权审阅。
本书在编写过程中参考了部分已出版的有关教材及著作，从中借鉴了许多有益的内容，在此向作者和出版社表示谢意。
本书出版过程中化学工业出版社给予了大力支持，我们在此表示衷心的感谢。
限于编者的水平，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请读者批评指正。

编者
2020年4月

程清蓉，武汉工程大学，教授， 从事本科生《无机化学》教学工作十六年，研究生《配位化学》教学工作六年。研究领域主要涉及到医药中间体合成、功能配合物及无机-有机纳米杂化材料的合成及应用。作为负责人主持国家自然基金项目1项(基于二苯氧基四氮大环配合物为支架的分子导线的可控合成及性质研究，21301131)，湖北省自然科学基金项目1项(大环多胺配合物用作NO清除剂的合成及性质研究，2013CFB313)，湖北企业合作项目1项(低聚合度聚磷酸铵的合成研究)，作为主要完成人参与湖北省自然科学重点项目1项(除草剂氯氟吡氧十二酯的合成工艺研究)，参与国家科技支撑计划2项(2011BAB08B01，2013BAB07B01)及湖北省重大科技创新计划(2015ACA057)1项。参与项目获得湖北省科技进步二等奖1项。在Dalton Trans.，Applied Catalysis B, Enviromenal，Polyhdron，J. Coord.Chem.，Inorg.Chem.Commun.等外文期刊以第 一作者或通讯作者发表论文约30余篇。获国家发明专利3项。目前主要专注于功能配合物及环境治理功能纳米材料的合成及研究。

《无机化学》充分考虑中学和大学的化学知识衔接以及工科类专业的化学学习要求，在保证学科系统性的前提下，尽可能少而精和简明扼要。全书共16章，先介绍了化学反应基础知识（含气体性质）、化学反应的方向、限度和反应速率，然后按酸碱平衡、沉淀-溶解平衡、氧化还原反应及电化学基础、原子结构、分子结构、配位化合物、主族金属元素、非金属元素、过渡元素、常见离子的分离和鉴定安排内容，每章后均有思考题和习题，方便学生检查学习效果。
《无机化学》可作为高等院校化学、化工、制药、环境、材料、生物、轻工、食品等专业本科生的教材，也可供化学工作者参考。

第1章化学反应基础知识1
1.1基本概念和术语1
1.1.1原子量和分子量1
1.1.2物质的量及单位1
1.1.3摩尔质量和摩尔体积2
1.2气体2
1.2.1理想气体状态方程2
1.2.2理想气体混合物5
1.3溶液7
1.3.1溶液浓度的表示方法7
1.3.2物质的溶解度8
思考题9
习题9

第2章化学反应的方向11
2.1化学反应方向的焓变判据11
2.1.1热力学中常用的术语12
2.1.2热力学第一定律15
2.1.3常见化学反应的过程15
2.1.4化学反应热效应17
2.1.5热效应的计算19
2.1.6焓变对化学反应方向的影响23
2.2化学反应方向的熵变判据23
2.2.1熵及熵的性质23
2.2.2熵变对化学反应方向的影响25
2.3化学反应方向的吉布斯自由能变判据27
2.3.1吉布斯自由能27
2.3.2吉布斯自由能变对化学反应方向的影响28
思考题30
习题31

第3章化学反应的限度33
3.1化学平衡状态33
3.1.1可逆反应与化学平衡33
3.1.2化学平衡常数33
3.2化学反应方向判据39
3.2.1摩尔反应吉布斯自由能与标准平衡常数的关系39
3.2.2非平衡状态（non-equilibriumstate）化学反应的方向39
3.3化学平衡的移动40
3.3.1浓度对化学平衡的影响41
3.3.2压力对化学平衡的影响42
3.3.3温度对化学平衡的影响43
3.3.4吕·查德理原理45
思考题45
习题46

第4章化学反应速率49
4.1反应速率的定义49
4.1.1平均速率49
4.1.2瞬时速率50
4.2反应速率与反应物浓度的关系50
4.2.1速率方程50
4.2.2动力学方程52
4.3反应速率理论简介54
4.3.1基本概念和术语54
4.3.2碰撞理论55
4.3.3过渡态理论56
4.4影响化学反应速率的因素57
4.4.1温度对化学反应速率的影响57
4.4.2催化剂对化学反应速率的影响59
思考题60
习题61

第5章酸碱平衡63
5.1电解质溶液63
5.1.1强电解质溶液63
5.1.2弱电解质溶液64
5.2酸碱理论64
5.2.1酸碱理论的发展64
5.2.2酸碱质子理论65
5.3水溶液的酸碱平衡67
5.3.1水的离子积67
5.3.2水溶液中的酸碱性和pH值68
5.3.3弱酸、弱碱的离解平衡(dissociation equilibrium)68
5.4酸碱溶液pH值的计算70
5.4.1一元弱酸、弱碱水溶液中的有关计算70
5.4.2多元弱酸、弱碱的水溶液中的有关计算74
5.4.3两性物质的离解平衡76
5.5缓冲溶液77
5.5.1同离子效应77
5.5.2缓冲溶液的组成及缓冲作用77
5.5.3缓冲溶液pH值的计算78
5.5.4缓冲溶液的缓冲容量和缓冲范围79
5.5.5缓冲溶液的选择和配制80
思考题81
习题82

第6章沉淀-溶解平衡84
6.1溶度积原理84
6.1.1溶度积84
6.1.2溶度积与溶解度84
6.2沉淀溶解平衡的移动85
6.2.1同离子效应85
6.2.2盐效应86
6.2.3酸效应86
6.2.4配合效应86
6.3溶度积规则及应用86
6.3.1溶度积规则86
6.3.2沉淀生成87
6.3.3沉淀溶解88
6.3.4分步沉淀90
6.3.5沉淀的转化91
思考题91
习题93

第7章氧化还原反应及电化学基础94
7.1氧化还原反应的基本概念94
7.1.1氧化数94
7.1.2氧化还原反应95
7.1.3氧化还原反应方程式配平95
7.2原电池98
7.2.1原电池组成和原电池符号98
7.2.2电极类型99
7.2.3电池电动势100
7.2.4电池电动势与电池反应吉布斯自由能的关系100
7.2.5标准电动势与电池反应平衡常数101
7.3电极电势101
7.3.1电极电势的产生101
7.3.2标准电极电势102
7.3.3标准电极电势计算104
7.4影响电极电势的因素105
7.4.1能斯特(Nernst)方程105
7.4.2浓度对电极电势的影响106
7.4.3酸度对电极电势的影响109
7.5电极电势及电池电动势的应用110
7.5.1电极电势应用110
7.5.2电池电动势应用112
7.6元素电势图113
7.7水的电势-pH图114
思考题115
习题117

第8章原子结构119
8.1原子的玻尔模型120
8.1.1经典物理学局限性120
8.1.2氢原子光谱121
8.1.3氢原子的玻尔模型122
8.2原子的量子力学模型123
8.2.1微观粒子的波粒二象性123
8.2.2微观粒子测不准关系124
8.2.3波函数和薛定谔方程125
8.2.4原子核外电子运动状态126
8.2.5波函数和电子云的空间图形129
8.3多电子结构和元素周期律131
8.3.1屏蔽效应和钻穿效应131
8.3.2鲍林近似能级图133
8.3.3多电子原子的核外电子排布规律134
8.3.4原子核外电子排布与元素周期律136
8.4主要原子参数及其变化规律139
8.4.1原子半径139
8.4.2电离能140
8.4.3电子亲和能141
8.4.4电负性142
思考题143
习题144

第9章分子结构147
9.1离子键理论147
9.1.1离子键的形成147
9.1.2离子的特征149
9.1.3离子晶体151
9.1.4离子极化作用154
9.2共价键理论155
9.2.1价键理论156
9.2.2杂化轨道理论160
9.2.3价电子对互斥理论165
9.2.4分子轨道理论168
9.2.5原子晶体172
9.3金属键理论172
9.3.1改性共价键理论172
9.3.2金属能带理论173
9.3.3金属晶体174
9.4分子间作用力175
9.4.1分子的极性与变形性176
9.4.2分子间作用力177
9.4.3氢键179
9.4.4分子晶体180
思考题180
习题181

第10章配位化合物183
10.1基本概念183
10.1.1配合物的组成183
10.1.2配合物的命名185
10.1.3螯合物186
10.1.4新型配合物187
10.2配合物的空间构型和磁性188
10.2.1配合物的空间构型188
10.2.2配合物的磁性189
10.3配合物的化学键理论189
10.3.1价键理论189
10.3.2晶体场理论195
10.4配合物的稳定性200
10.4.1配位平衡和平衡常数200
10.4.2影响配位化合物稳定性的因素202
10.4.3配位平衡的移动203
10.5配合物的应用207
10.5.1在分析化学中的应用207
10.5.2在工业生产中的应用209
10.5.3在生命科学中的作用210
10.5.4与生物化学的关系210
思考题211
习题212

第11章主族金属元素（一）214
11.1s区元素概述214
11.2碱金属215
11.2.1碱金属单质的物理化学性质215
11.2.2碱金属的氢化物217
11.2.3碱金属的氧化物217
11.2.4碱金属的氢氧化物219
11.2.5碱金属重要盐类的性质220
11.2.6碱金属配位化合物220
11.3碱土金属220
11.3.1碱土金属单质的物理化学性质220
11.3.2碱土金属的氢化物221
11.3.3碱土金属的氧化物222
11.3.4碱土金属的氢氧化物222
11.3.5碱土金属的盐类223
11.3.6碱土金属配位化合物223
11.4锂、铍的特殊性224
11.4.1对角线规则224
11.4.2锂的特殊性及锂、镁的相似性224
11.4.3铍的特殊性及铍、铝的相似性224
11.5碱金属和碱土金属的生物效应225
11.5.1碱金属的生物效应225
11.5.2碱土金属的生物效应226
思考题227
习题227

第12章主族金属元素(二)229
12.1p区元素概述229
12.2铝229
12.2.1铝的物理化学性质229
12.2.2氧化铝和氢氧化铝230
12.2.3铝盐231
12.3锡、铅232
12.3.1锡和铅的物理化学性质233
12.3.2锡和铅的氧化物和氢氧化物233
12.3.3锡和铅的化合物235
12.3.4Sn(Ⅱ)的还原性和Pb(Ⅳ)的氧化性236
12.4砷、锑、铋237
12.4.1砷、锑、铋的物理化学性质237
12.4.2砷、锑、铋的氧化物和氧化物的水合物238
12.4.3砷、锑、铋的化合物239
思考题241
习题241

第13章非金属元素244
13.1概述244
13.1.1单质244
13.1.2化合物245
13.2卤素248
13.2.1卤素单质的物理化学性质248
13.2.2卤化氢和氢卤酸251
13.2.3卤化物、卤素互化物和多卤化物254
13.2.4卤素的氧化物、含氧酸和盐257
13.2.5拟卤素262
13.3氧族元素263
13.3.1氧族元素的通性263
13.3.2氧和臭氧265
13.3.3硫及其化合物268
13.3.4硒、碲及其化合物278
13.4氮族元素281
13.4.1氮及其化合物281
13.4.2磷及其化合物291
13.5碳、硅、硼300
13.5.1碳、硅、硼的物理化学性质301
13.5.2碳的氧化物、含氧酸和盐303
13.5.3硅的氧化物、含氧酸和盐305
13.5.4硼的氧化物、氢化物、含氧酸和盐307
13.6氢和稀有气体310
13.6.1氢310
13.6.2稀有气体312
思考题315
习题315

第14章过渡元素（一）317
14.1过渡元素概述317
14.2钛副族317
14.2.1钛的物理、化学性质318
14.2.2钛的氧化物和钛酸盐319
14.2.3钛的卤化物320
14.2.4锆和铪的重要化合物321
14.3钒副族321
14.3.1钒族元素的物理化学性质321
14.3.2钒族元素的重要化合物322
14.4铬副族324
14.4.1铬的物理化学性质324
14.4.2铬(Ⅲ)的化合物325
14.4.3Cr(Ⅵ)化合物328
14.4.4钼和钨的重要化合物331
14.5锰副族333
14.5.1锰的物理化学性质334
14.5.2Mn(Ⅱ)的化合物334
14.5.3Mn(Ⅳ)的化合物335
14.5.4Mn(Ⅵ)和Mn(Ⅶ)的化合物336
14.5.5锝和铼的重要化合物338
14.6铁系元素339
14.6.1铁系元素单质的物理化学性质340
14.6.2铁系元素的氧化物和氢氧化物341
14.6.3铁盐、钴盐和镍盐342
14.6.4铁系元素的配合物344
14.7铂系元素348
14.7.1铂系元素单质的重要物理化学性质349
14.7.2铂系元素的重要化合物350
14.8稀土元素和镧系元素351
14.9锕系元素简介356
思考题358
习题359

第15章过渡元素(二)362
15.1铜副族元素362
15.1.1铜副族元素单质的物理化学性质363
15.1.2铜副族元素的氧化物和氢氧化物364
15.1.3铜副族元素的化合物365
15.1.4铜副族元素的配合物369
15.1.5铜(Ⅰ)与铜(Ⅱ)的相互转化370
15.2锌副族元素371
15.2.1锌副族元素单质的物理化学性质372
15.2.2锌副族元素的氧化物和氢氧化物374
15.2.3锌副族元素的化合物375
思考题379
习题380

第16章常见离子的分离和鉴定382
16.1离子的分离和鉴定概述382
16.1.1鉴定反应和鉴定反应的条件382
16.1.2鉴定反应的灵敏度和选择性383
16.1.3空白试验和对照试验384
16.1.4离子分别鉴定和混合离子分离鉴定385
16.2常见阳离子的分离和鉴定385
16.2.1阳离子与常用试剂的反应385
16.2.2阳离子混合物的分离鉴定方法389
16.3常见阴离子的分离和鉴定402
16.3.1阴离子的初步检验402
16.3.2阴离子的鉴定403
思考题406
习题407

附录408
附录1常用物理量、单位和符号408
附录2国际单位制(SI)409
附录3一些基本的物理常数410
附录4一些物质的标准热力学数据(298.15K，100kPa)411
附录5一些有机物的标准摩尔燃烧焓ΔcHm417
附录6弱酸弱碱在水中的解离常数(298.15K)417
附录7常用缓冲溶液的配制及pH范围418
附录8难溶电解质的溶度积(298K)418
附录9标准电极电势(298.15K)419
附录10一些弱电解质、难溶物和配离子标准电极电势(298.15K)425
附录11元素原子参数428
附录12鲍林(Pauling)离子半径429
附录13某些键的键能和键长430
附录14一些配离子的稳定常数(298K)431

参考文献432

元素周期表