化学应用基础

第一模块化学反应速率与化学平衡

第1章化学反应速率与化学平衡2

1.1气体2

1.1.1气体的压力单位和压力表2

1.1.2高压气体钢瓶及标识3

1.1.3理想气体状态方程3

1.1.4气体分压定律4

1.2化学反应速率4

1.2.1化学反应速率的表示与测定5

1.2.2化学反应速率理论6

1.2.3影响化学反应速率的因素8

1.3化学平衡11

1.3.1化学平衡与平衡常数11

1.3.2化学平衡的有关计算14

1.3.3化学平衡的移动及应用14

习题17

第2章酸碱平衡19

2.1溶液浓度表示19

2.1.1浓度表示和计算19

2.1.2浓度换算20

2.1.3溶液配制20

2.2酸碱平衡21

2.2.1酸碱质子理论21

2.2.2强酸、强碱溶液酸碱度计算21

2.2.3弱电解质的解离平衡21

2.2.4缓冲溶液及配制23

2.3沉淀与溶解平衡26

2.3.1溶度积26

2.3.2溶度积规则及其应用28

2.3.3沉淀分离技术29

习题30

实训1缓冲溶液配制和pH的测定31

【阅读材料】pH值快速测定技术32

第3章氧化还原平衡33

3.1氧化还原反应33

3.1.1氧化还原反应概念33

3.1.2氧化还原反应方程式的配平34

3.2原电池的组成和设计35

3.2.1电对概念35

3.2.2原电池的组成与符号36

3.3电极电势37

3.3.1标准电极电势37

3.3.2非标准电极电势的计算39

3.3.3电极电势的应用40

习题43

第4章配位平衡44

4.1配合物的基本概念44

4.1.1配合物的组成44

4.1.2配合物的命名46

4.2配合物在溶液中的状况47

4.2.1配位平衡47

4.2.2配合物稳定常数的应用48

4.3配合物的应用49

习题51

第二模块化工分析技术

第5章物性参数测定技术54

5.1熔点测定技术54

5.1.1熔点54

5.1.2熔点测定的意义55

5.1.3熔点测定方法55

5.2电动势测定技术56

5.2.1电池电动势测定原理56

5.2.2SDC数字电位差综合测试仪56

5.3电导率测定技术56

5.3.1电导与电导率57

5.3.2摩尔电导率57

5.3.3电导的应用58

5.4液体黏度测定技术59

5.4.1液体黏度59

5.4.2黏度的测定59

习题61

实训2天然水及实验用水的纯度测定61

【阅读材料】机油黏度过大过小的危害63

第6章物质含量分析技术64

6.1分析技术基本概念64

6.1.1滴定分析法64

6.1.2标准溶液及配制方法66

6.1.3滴定分析的计算67

6.1.4误差与偏差68

6.1.5有效数字70

6.2酸碱滴定技术71

6.2.1酸碱指示剂71

6.2.2酸碱滴定原理72

6.2.3酸碱滴定的应用76

实训3食醋中总酸含量的测定76

6.3配位滴定技术78

6.3.1方法原理78

6.3.2金属指示剂81

6.3.3应用示例(水的总硬度测定)82

实训4EDTA标准溶液的标定和水的总硬度测定83

6.4氧化还原滴定技术85

6.4.1高锰酸钾法85

6.4.2碘量法86

实训5高锰酸钾标准溶液的标定和亚铁盐含量的测定87

6.5吸光度测定技术89

6.5.1物质对光的选择性吸收89

6.5.2朗伯-比尔定律90

实训6工业产品中微量铁含量的测定91

习题94

【技能拓展】Excel在化学实验数据处理中的应用95

第三模块物质结构和化合物基础

第7章物质结构100

7.1核外电子运动状态100

7.1.1电子云的概念101

7.1.2核外电子运动状态的描述101

7.1.3核外电子排布规律103

7.2元素周期表106

7.2.1电子结构与元素周期表106

7.2.2元素周期律107

7.3共价键和分子结构110

7.3.1共价键理论110

7.3.2杂化轨道理论113

7.3.3分子间作用力与氢键116

7.4晶体结构与性能120

7.4.1分子晶体120

7.4.2离子晶体121

7.4.3原子晶体123

7.4.4金属晶体124

7.4.5晶体比较124

习题125

【阅读材料】揭秘晶体的常见用途125

第8章常见金属元素及其化合物128

8.1铬及其重要化合物128

8.1.1铬的元素电势图128

8.1.2单质及其性质129

8.1.3铬(Ⅲ)的化合物129

8.1.4铬（Ⅵ）的化合物130

8.1.5含铬废水的处理131

8.2锰及其重要化合物131

8.2.1锰的元素电势图132

8.2.2单质及其性质132

8.2.3锰(Ⅱ)的化合物132

8.2.4锰(Ⅳ)的化合物133

8.2.5锰(Ⅶ)的化合物133

8.2.6高锰酸钾的应用134

8.3铁及其重要化合物134

8.3.1铁的元素电势图135

8.3.2单质及其性质135

8.3.3铁的氧化物和氢氧化物135

8.3.4铁(Ⅱ)盐136

8.3.5铁(Ⅲ)盐136

8.3.6铁的配位化合物137

8.3.7重铬酸钾容量法测定铁矿石中的全铁138

8.4锌族元素及其化合物138

8.4.1锌族的元素电势图138

8.4.2锌族元素单质138

8.4.3氧化物和氢氧化物139

8.4.4盐类139

8.4.5配合物141

8.4.6化学沉淀法处理废水中的汞141

8.5铜族元素及其化合物142

8.5.1铜族的元素电势图142

8.5.2铜族元素单质142

8.5.3氧化物143

8.5.4氢氧化物144

8.5.5盐类144

8.5.6配合物147

8.5.7从废液中回收银148

实训7硫酸亚铁铵的制备和产品质量检测148

习题150

【阅读材料】合金材料151

第四模块有机化合物

第9章认识有机化合物154

9.1烃的结构与命名154

9.1.1烷烃结构与命名154

9.1.2烯烃结构与命名158

9.1.3炔烃的结构与命名163

9.1.4芳烃的结构与命名164

9.1.5卤代烃的结构与命名167

9.2含氧有机化合物的结构与命名169

9.2.1醇的结构与命名169

9.2.2酚的结构与命名171

9.2.3醚的结构与命名172

9.2.4醛和酮的结构与命名173

9.2.5羧酸及其衍生物的结构与命名174

9.3含氮及杂环有机化合物的结构与命名177

9.3.1胺的结构与命名177

9.3.2偶氮及重氮化合物的结构与命名178

9.3.3杂环有机化合物的结构与命名178

习题180

【技能拓展】化学软件ChemOffice的应用（物质结构、反应方程式、反应装置的绘制）183

第10章烃186

10.1烷烃186

10.1.1物性概述186

10.1.2烷烃的取代反应和应用188

10.1.3烷烃的来源和制备190

10.1.4环烷烃的结构与性质191

10.2烯烃193

10.2.1物性概述193

10.2.2烯烃的加成反应和应用193

10.2.3烯烃的取代反应和应用197

10.2.4烯烃的氧化反应与应用197

10.2.5双烯合成反应199

10.2.6烯烃的制备199

10.2.7烯烃的聚合物200

10.3炔烃201

10.3.1物性概述201

10.3.2炔烃的加成反应和应用201

10.3.3炔烃的氧化反应和应用203

10.3.4端基炔烃的反应与应用204

10.3.5炔烃的制备204

习题205

【阅读材料】塑料制品及性能207

第11章芳烃210

11.1物性概述211

11.2芳烃的取代反应和应用211

11.2.1苯环上的取代反应211

11.2.2苯环侧链上的反应214

11.2.3苯环上亲电取代反应的历程215

11.3芳烃的定位规律和应用215

11.3.1两类定位基215

11.3.2二取代苯的定位规律216

11.3.3定位规律的应用217

11.4对二甲苯的制备与应用217

习题218

【阅读材料】可燃气体爆炸极限及防爆措施219

第12章卤代烃221

12.1卤代烃的分类和物性概述221

12.1.1卤代烃的分类221

12.1.2卤代烃的物理性质222

12.2卤代烷的化学反应及应用223

12.2.1取代反应223

12.2.2消除反应225

12.2.3与金属镁反应——格氏试剂的生成226

12.3卤代烯烃和卤代芳烃227

12.3.1卤代烯烃与卤代芳烃的分类227

12.3.2不同结构的卤代烯烃和卤代芳烃反应活性的差异228

12.3.3双键位置对卤原子活泼性影响的理论解释228

12.4卤代烃的制备230

12.4.1烃类的卤代230

12.4.2不饱和烃与卤素或卤化氢的加成230

12.4.3由醇制备231

12.4.4芳环上的氯甲基化231

习题231

第13章醇、酚、醚233

13.1醇酚醚的分类和物性概述233

13.1.1醇的分类233

13.1.2醇的物性概述234

13.1.3酚的分类235

13.1.4酚的物性概述236

13.1.5醚的分类237

13.1.6醚的物性概述237

13.2醇的化学反应及应用238

13.2.1醇与活泼金属的反应——醇的酸性239

13.2.2羟基被卤原子取代的反应239

13.2.3酯化反应240

13.2.4脱氢和氧化241

13.2.5脱水反应243

13.3酚的化学反应及应用244

13.3.1酚羟基的反应244

13.3.2芳环上的取代反应246

13.3.3氧化和加氢反应248

13.4醚的化学反应及应用249

习题250

【阅读材料】一种相转移剂——冠醚251

第14章醛和酮253

14.1物性概述253

14.2羰基的加成反应和应用254

14.2.1与氢氰酸(HCN)的加成254

14.2.2与NaHSO3的加成255

14.2.3与格利雅试剂的加成256

14.2.4与醇的加成256

14.2.5与氨的衍生物加成257

14.3醛、酮的α-H原子反应和应用259

14.3.1卤代与卤仿反应259

14.3.2羟醛缩合反应259

14.4醛、酮的氧化还原反应和应用261

14.4.1氧化反应261

14.4.2还原反应261

14.4.3歧化反应［康尼查罗(Cannizzaro)反应］263

习题263

【阅读材料】家装中甲醛的污染与预防265

第15章羧酸及其衍生物266

15.1物性概述266

15.2羧酸的酸性及变化267

15.2.1羧酸的酸性268

15.2.2羧酸的αH卤代反应270

15.2.3脱羧反应271

15.2.4还原反应271

15.3羧酸衍生物的制备271

15.3.1酰卤的生成271

15.3.2酸酐的生成272

15.3.3酯的生成273

15.3.4酰胺的生成273

15.4羧酸衍生物的性质和应用274

15.4.1水解274

15.4.2醇解274

15.4.3氨解275

15.4.4还原反应275

15.4.5酰胺的特殊反应275

15.5乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯合成法和应用276

15.5.1乙酰乙酸乙酯合成法和应用276

15.5.2丙二酸二乙酯合成法和应用278

习题279

【阅读材料】百特事件——塑料增塑剂的利与弊280

第16章含氮及杂环有机化合物282

16.1胺类化合物283

16.1.1胺的性质及应用283

16.1.2季铵盐和季铵碱及应用287

16.1.3重要的胺287

16.2重氮和偶氮化合物288

16.2.1重氮化合物的制备289

16.2.2重氮盐的性质及其在有机合成上的应用289

16.3五元杂环化合物291

16.3.1含一个杂原子的五元杂环291

16.3.2含两个杂原子的五元杂环化合物293

16.4六元杂环化合物295

16.4.1含一个杂原子的六元杂环295

16.4.2含两个杂原子的六元杂环297

16.5氨基酸与味精298

16.5.1氨基酸298

16.5.2味精299

习题299

实训81溴丁烷的制备301

实训9乙酸乙酯的制备303

实训10环己酮的制备305

实训11乙酰苯胺的制备306

实训12肥皂的制备308

第五模块物质的聚集态和化学热力学基础

第17章化学热力学基础312

17.1热力学基本概念312

17.1.1系统和环境312

17.1.2系统的性质313

17.1.3状态和状态函数313

17.1.4热力学平衡态314

17.1.5变化过程314

17.1.6状态函数法315

17.2热力学第一定律315

17.2.1热与功315

17.2.2热力学能316

17.2.3热力学第一定律316

17.2.4焦耳实验317

17.3体积功的计算317

17.3.1体积功计算通式317

17.3.2不同过程的功318

17.4恒容热、恒压热及焓319

17.4.1恒容热(QV)319

17.4.2恒压热(Qp)及焓319

17.4.3热容320

17.4.4显热计算321

17.5热力学第一定律对理想气体的应用321

17.5.1理想气体内能和焓322

17.5.2热力学第一定律对理想气体pVT变化过程的应用322

17.5.3热力学第一定律对相变过程的应用324

17.6化学反应热325

17.6.1反应进度325

17.6.2化学反应热326

17.6.3热化学方程式327

17.7标准摩尔反应焓变的计算328

17.7.1盖斯定律328

17.7.2由标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变328

17.7.3由标准摩尔燃烧焓计算标准摩尔反应焓变329

17.8熵和熵变330

17.8.1熵函数与熵增原理331

17.8.2熵变的计算331

17.9吉布斯函数335

17.10化学反应方向的判断336

17.10.1化学反应方向判据式336

17.10.2标准摩尔反应吉布斯函数336

17.10.3标准摩尔生成吉布斯函数337

实训13燃烧热的测定337

习题339

第18章溶液及相平衡342

18.1拉乌尔定律和亨利定律342

18.1.1拉乌尔定律343

18.1.2亨利定律343

18.1.3理想稀溶液344

18.2稀溶液的依数性345

18.2.1蒸气压下降345

18.2.2沸点升高345

18.2.3凝固点降低346

18.2.4渗透压347

18.3理想液态混合物348

18.3.1理想液态混合物348

18.3.2理想双液系气液平衡时蒸气总压及气液组成349

18.4相平衡基本概念350

18.4.1相和相数350

18.4.2物种数和组分数350

18.4.3自由度和自由度数351

18.4.4相律351

18.5单组分系统的相图352

18.5.1单组分系统相律分析352

18.5.2水的相图分析353

18.5.3纯物质两相平衡时压力与温度的关系353

18.6二组分理想溶液的气液平衡相图355

18.6.1二组分理想溶液的蒸气压组成图355

18.6.2二组分理想溶液的沸点组成图357

18.6.3杠杆规则357

18.7二组分实际溶液的气液平衡相图358

18.7.1具有一般正(负)偏差的系统358

18.7.2具有最大正偏差的系统358

18.7.3具有最大负偏差的系统359

18.7.4精馏原理359

18.8液态完全不互溶双液系的蒸气压360

18.8.1液态完全不互溶双液系的蒸气压360

18.8.2水蒸气蒸馏361

【知识拓展】分配定律362

实训14双液系的气液平衡相图的绘制362

习题364

第19章胶体及应用367

19.1胶体及其主要特性367

19.1.1胶体的分类367

19.1.2胶团的结构368

19.1.3溶胶的光学性质368

19.1.4溶胶的动力学性质369

19.1.5溶胶的电学性质370

19.1.6溶胶的聚沉作用371

19.1.7胶体的性质与意义372

19.2乳状液372

19.2.1乳状液的定义及分类372

19.2.2乳状液的不稳定性373

19.2.3乳状液的应用374

习题375

【阅读材料】胶体化学的发展前景375

附录

附录1常见物质的热力学数据377

附录2弱酸、弱碱的离解常数(298.15K)379

附录3难溶化合物的溶度积常数(298.15K)379

附录4标准电极电势(298.15K)380

附录5常见配离子的稳定常数(298.15K)382

附录6常见化合物的相对分子质量表382

参考文献384

元素周期表