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第一章化学基础知识
气态、液态、固态是物质的三种通常的聚集状态,这三种聚集状态各有其特点,它们在一定条件下可以相互转化。在特殊条件下,物质还以等离子状态存在。本章重点介绍理想气体的基本性质和难挥发性非电解质稀溶液的依数性。
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●1.1气体
气态是物质聚集状态中一种较为简单的聚集状态。气体的基本特征是具有扩散性和可压缩性,人们对气体性质的研究比较早,也比较多,从而得到了许多经验公式。
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●1.2液体和溶液
液体的性质介于气态物质和固态物质之间,有确定的体积,不易压缩,没有显著的热膨胀性等。在无机化学中接触较多的是溶液。溶液时一种或一种以上的物质以分子或离子的形式溶解在另一种物质中形成的均一、稳定的混合物。本小节主要介绍的是溶液的饱和蒸气压,以及稀溶液的依数性。
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第二章化学热力学基础
热力学是在研究提高热机效率的实践中发展起来的研究热能和机械能及其他形式能量之间的转化规律的一门科学。化学热力学则是用热力学的理论和方法研究化学,它可以解决化学反应中能量变化问题,同时也可以解决化学反应进行的方向和进行的限度等问题。化学热力学在讨论物质的变化时,着眼于物质宏观性质的变化,不需要涉及物质的微观结构,就可以得到许多有用的结论。化学热力学的内容既广而且深,在本章中只介绍最基本的概念、理论、方法和应用。
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●2.1热力学第一定律
本节主要介绍热力学的基本概念、常用术语、热力学第一定律以及功和热。
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●2.2热化学
化学反应总是伴有热量的吸收或放出,这种能量变化对化学反应来说十分重要。研究化学反应中的热效应就形成了热化学。由于热不是状态函数,所以化学反应的热效应与反应过程有关,化学反应中应用最为普遍的是恒容、恒压过程,本节主要介绍恒容、恒压反应热以及它们之间的关系,热化学反应方程式的书写以及盖斯定律。
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●2.3化学反应的方向
热力学第一定律是关于能量转换及其能量守恒的定律,热化学是关于化学反应的热效应及其计算,它们都不能判断化学反应的方向,而化学反应进行的方向和限度,正是热力学所要讨论的另一个重要问题。本节主要介绍化学反应进行的方向以及熵、自由能两个状态函数。
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第三章化学反应速率
化学热力学研究化学反应进行的方向和程度,不涉及反应时间问题,不能表示化学反应进行的快慢。在通常条件下,有些化学反应从热力学考虑似乎进行的趋势很大,但反应速率却很小,几乎不可能发生反应。化学反应速率属于反应的现实性问题,研究反应现实性问题的分支学科就是化学动力学。本章主要介绍化学反应速率及影响因素,对反应机理和反应速率理论做了简单介绍。
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●3.1反应速率的定义
本节主要介绍平均速率和瞬时速率的定义、物理意义及几何意义。
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●3.2反应速率与反应物浓度的关系
本节通过对速率方程、反应级数、速率常数的介绍,阐述了反应物浓度与反应速率的关系。
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●3.3反应机理
本节主要介绍了基元反应以及化学反应是怎样开始的,经历怎样的具体步骤。
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●3.4反应速率理论简介
20世纪,反应速率理论的研究取得了进展。主要的成果有在气体分子运动论的基础上提出的化学反应速率的碰撞理论,以及在量子力学和统计力学的基础上提出的化学反应速率的过渡态理论。本节对这两个理论进行了简单介绍。
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●3.5温度对反应速率的影响
大多数化学反应的反应速率随温度的升高而急剧增加(光化学反应例外)。本节介绍了阿仑尼乌斯公式,讨论了温度对反应速率的影响。
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●3.6催化剂与催化反应简介
本节简单介绍了催化剂和催化反应。
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第四章化学平衡
本章主要研究化学反应在指定的条件下,反应物可以转变成生成物的最大限度。讨论恒温恒压无体积功的化学反应在参与反应的物质不均处于标准状态或均不处于标准状态时进行方向的判据。也将进一步讨论各种化学热力学数据之间的关系,使化学热力学知识更加完整。
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●4.1化学平衡状态
本节主要介绍了化学平衡的建立、经验平衡常数及平衡的转化率。
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●4.2化学反应进行的方向
本节主要介绍了标准平衡常数以及如何利用标准平衡常数判断化学反应方向。
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●4.3化学反应等温式
本节介绍了几种热力学数据之间的关系。
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●4.4化学平衡的移动
本节介绍了浓度、压强、温度对化学平衡的影响。
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第五章酸碱解离平衡
本章在化学平衡的基础上讨论了水溶液体系的酸碱解离平衡,介绍了几种近代的酸碱理论。在比较各种酸碱概念是,不是判断哪种酸碱理论更为“正确”,而是要考虑它们的适用范围。
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●5.1弱酸和弱碱的解离平衡
本节主要介绍了弱酸、弱碱水溶液的解离平衡,缓冲溶液以及各种溶液pH值的计算。
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●5.2盐的水解
本节主要介绍了盐溶液的水解及相关计算。
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●5.3电解质溶液理论和酸碱理论的发展
本节介绍了电解质溶液理论和近代酸碱理论的发展。
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第六章沉淀溶解平衡
本章研究的是难溶性的强电解质与其溶解后生成的离子之间的平衡。主要介绍了沉淀溶解平衡的实现及相关计算。
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●6.1溶度积常数
本节主要介绍沉淀溶解平衡的实现、溶度积常数及溶度积原理。
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●6.2沉淀的生成的计算与应用
本节主要介绍沉淀的生成的计算以及应用。
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●6.3沉淀的溶解与转化
本节主要介绍沉淀的溶解和沉淀之间的转化。
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第七章氧化还原反应
氧化还原反应是一类极其重要的化学反应,不仅在科学实验、生产和生活中具有重要意义,而且对于氧化还原反应的研究还具有重要的理论价值。本章在化学热力学基础和化学平衡的基础上,重点讨论恒温恒压下有非体积功——电功的化学反应。通过讨论该类反应的进行程度,以及计算该类反应的平衡常数的特有办法,提出判断该类反应进行方向的特有的热力学判据,从而掌握更加完整的化学热力学理论。
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●7.1氧化还原反应和原电池
本节主要介绍了原电池、电极电势的相关概念。
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●7.2电池反应的热力学
本节主要讨论了恒温恒压有非体积功的反应的进行程度,以及计算该类反应的平衡常数的特有办法,提出判断该类反应进行方向的特有的热力学判据。
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●7.3影响电极电势的因素
本节主要从酸度、沉淀物的生成讨论对电极电势的影响。
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●7.4图解法讨论电极电势
列表的方式使得集中而全面地了解某一种元素的相关电极电势数据遇到困难。用图解的方法讨论与某元素相关的电极电势不仅能克服上述的不便,而且会提供元素及其化合物的更多的信息。本节主要是用图解法来讨论电极电势。
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●7.5化学电源和电解
本节简单介绍了锌锰电池、银锌电池、铅蓄电池、燃料电池锂电池等电池的基本构成和电极反应。通过实例介绍了分解电压,利用图示介绍了超电势。并进一步说明超电势在实际中的应用。
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第八章配位化学基础
配位化合物式无机化学研究的主要对象之一。1893年,瑞士人维尔纳发表的一篇研究分子加合物的论文,标志锗配位化学分支学科的建立。一个多世纪以来,配位化学的研究无论在广度上还是在深度上都得到迅猛的发展。今天的配位化学已不仅式现代无机化学研究的主体,它的发展也推动了分析化学、有机化学、物理化学和生物化学等分支学科的发展。
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●8.1配位化合物的基本概念
配位化合物以前叫络合物,是很难为其下一个准确的定义的,直到1980年中国化学会公布了《无机化学命名原则》,配位化合物才有明确定义。本节根据该规定定义了配位化合物,介绍了配位化合物的命名及异构现象。
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●8.2配位化合物的价键理论
将杂化轨道理论应用与配位单元的结构与成键研究,就形成配位化合物的价键理论,也称为配位化合物的杂化轨道理论。配体中配位原子的孤电子对向中心空的杂化轨道配位形成配位键,配位化合物的构型是指配位单元的构型,而配位单元的构型则是由中心的轨道杂化方式决定。
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●8.3配位化合物的晶体场理论
配位化合物的价键理论在解释配位单元的几何构型、配位化合物的磁性、配位化合物的稳定性和配位化合物的反馈键等方面都很成功。但价键理论也有许多不足之处,如不能定量地讨论能量问题,也不能解释配位化合物地颜色等光谱现象,而且在解释某些平面四边形配位单元地存在时更显得无能为力。而配位化合物得晶体场理论却能弥补这些不足,从而显示出该理论得重要意义。
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●8.4配位化合物得稳定性
配位化合物的内外界之间在水溶液中全部解离,内界也就是配位单元部分解离,存在着配位解离平衡。这种解离平衡也会受到酸碱、沉淀剂、氧化还原反应等因素的影响发生移动。配位化合物得稳定性,其实质就是配位单元的稳定性,中心的电荷数、中心所在的周期数、配体、螯合效应等因素都影响着配位单元的稳定性。