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內容簡介: |
《工科大学化学》吸取了多年来的化学教学实践经验,针对材料、环境、机械、电子、计算机、汽车、建筑、智能制造、生物、食品等理工科四年制本科生对化学知识的需求,整合了无机化学、分析化学、物理化学以及生产与生活化学的相关知识编写而成。本书保证了化学基本概念、原理的完整性、连贯性及针对性等各方面的统一,同时,以解决生产生活中实践问题为导向介绍原理和方法,以材料、机械、电子、环境、食品专业领域的工程案例为依托介绍化学理论在各领域的应用和作用,以化学知识点为载体融入人生小哲理等课程思政内容,深入浅出地介绍了近现代化学基本知识。同时本书在相关知识点旁配有二维码,读者可扫码观看视频或阅读相关资料。全书主要包括物质结构与性质、化学热力学基础、化学反应动力学、溶液中的平衡与滴定分析法、化学与生产生活等内容。 《工科大学化学》可作为应用型高等学校非化学化工类专业的通识教材,也可供化学相关专业的工作者参考使用。
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目錄:
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第1章绪论1 1.1什么是化学1 1.2化学研究的对象1 1.3亚原子粒子2 1.4化学的分支3 1.5化学发展简史4 1.5.1无机化学及其发展简史4 1.5.2有机化学及其发展简史5 1.5.3分析化学及其发展简史7 1.5.4物理化学及其发展简史8 习题9 第2章原子结构与元素周期表10 2.1原子结构10 2.1.1波粒二象性★10 2.1.2原子结构理论的发展★13 2.1.3描述电子运动状态的四个量子数14 2.2核外电子的排布★16 2.2.1电子分布和近似能级图16 2.2.2基态原子的核外电子排布19 2.3元素周期律与元素周期表★21 2.4原子参数22 2.4.1原子半径22 2.4.2电离能24 2.4.3电子亲和能25 2.4.4电负性26 习题27 第3章化学键与分子间作用力30 3.1离子键★30 3.2化学键参数与极性★31 3.2.1键能31 3.2.2键长31 3.2.3键角32 3.2.4键的极性33 3.2.5分子的极性33 3.2.6相似相溶原理35 3.3共价键35 3.3.1经典的Lewis价键学说35 3.3.2现代价键理论★36 3.3.3共价键的本质36 3.3.4现代价键理论的要点37 3.3.5共价键的特点38 3.3.6共价键的类型39 3.4杂化轨道理论★40 3.4.1理论要点41 3.4.2杂化类型41 3.4.3分子中σ键和π键44 3.5金属键★45 3.5.1“自由电子”理论45 3.5.2金属键的能带理论46 3.6氢键★48 3.6.1氢键的定义48 3.6.2氢键的特点49 3.6.3氢键的大小49 3.6.4氢键对理化性质的影响49 3.7分子间作用力★50 3.7.1分子的极化50 3.7.2分子间力50 习题51 第4章化学热力学基础54 4.1热力学的基本概念54 4.1.1系统与环境54 4.1.2状态和状态性质55 4.1.3过程与途径56 4.1.4热力学平衡状态56 4.2热力学第一定律56 4.2.1功和热56 4.2.2体积功57 4.2.3热力学第一定律的表述57 4.2.4可逆过程58 4.2.5焓58 4.2.6化学反应的热效应59 4.3热力学第二定律64 4.3.1自发过程的特征64 4.3.2热力学第二定律的经典表述65 4.3.3熵65 4.4热力学第三定律67 4.4.1热力学第三定律67 4.4.2标准摩尔熵67 4.5化学反应方向的判断68 4.5.1吉布斯自由能G68 4.5.2过程方向的判据68 习题70 第5章化学反应动力学与化学平衡72 5.1化学反应速率72 5.1.1化学反应速率的表示方法72 5.1.2反应速率理论简介73 5.2影响反应速率的因素75 5.2.1浓度对反应速率的影响75 5.2.2温度对反应速率的影响78 5.2.3催化剂对反应速率的影响80 5.3化学平衡81 5.3.1平衡常数82 5.3.2影响化学平衡的因素83 习题84 第6章化学分析中的误差与数据处理87 6.1误差87 6.1.1误差的分类及产生原因★88 6.1.2误差的表示方法★89 6.1.3提高分析结果准确度的方法90 6.2有效数字及其应用91 6.2.1有效数字91 6.2.2有效数字的修约规则92 6.2.3有效数字的运算规则93 习题93 第7章酸碱平衡与酸碱滴定法95 7.1酸碱理论基础★95 7.1.1酸碱质子理论95 7.1.2水的电离和溶液的酸碱性★96 7.2酸碱溶液pH的计算98 7.2.1强酸碱溶液98 7.2.2一元弱酸、弱碱溶液pH的计算98 7.2.3多元弱酸的电离平衡99 7.3缓冲溶液★100 7.3.1缓冲溶液的组成100 7.3.2缓冲溶液pH的计算101 7.3.3缓冲溶液的缓冲范围及选择102 7.4酸碱滴定法103 7.4.1酸碱指示剂★103 7.4.2酸碱滴定曲线和指示剂的选择★106 7.4.3酸碱标准溶液的配制和标定★113 习题115 第8章配合物与配位滴定法117 8.1配位化合物的基本概念117 8.1.1配合物的组成★118 8.1.2配合物的命名★119 8.2配合物的类型120 8.2.1简单配合物120 8.2.2螯合物121 8.2.3EDTA及其螯合物121 8.2.4夹心配合物122 8.2.5配合物的应用123 8.3配位化合物的平衡常数★124 8.3.1稳定常数和解离常数124 8.3.2逐级稳定常数124 8.4副反应系数和条件稳定常数125 8.4.1副反应及副反应系数125 8.4.2条件稳定常数128 8.5配位滴定法★129 8.5.1配位滴定的滴定曲线129 8.5.2金属指示剂130 8.6提高配合滴定选择性的方法131 8.6.1控制溶液的酸度131 8.6.2使用掩蔽剂132 8.7配合滴定法的应用133 8.7.1直接滴定133 8.7.2返滴定133 8.7.3置换滴定133 习题134 第9章电化学与氧化还原滴定法136 9.1氧化还原反应概述136 9.1.1氧化数136 9.1.2氧化和还原的定义★137 9.1.3氧化还原反应的本质137 9.1.4氧化还原电对138 9.1.5氧化还原方程式的配平138 9.2原电池和电极电势139 9.2.1原电池★139 9.2.2电极电势142 9.2.3电动势与ΔrGm和K的关系146 9.2.4影响电极电势的因素146 9.3电极电势的应用148 9.3.1计算原电池的电动势148 9.3.2判断氧化剂和还原剂的强弱148 9.3.3判断氧化还原反应进行的方向149 9.3.4判断氧化还原反应进行的程度150 9.4电解池150 9.4.1电解池的概念150 9.4.2电极极化和超电势151 9.5实用电化学152 9.5.1化学电源152 9.5.2电解池的应用156 9.6金属的腐蚀与防护157 9.6.1化学腐蚀158 9.6.2电化学腐蚀158 9.6.3金属腐蚀的防护159 9.7氧化还原滴定法160 9.7.1氧化还原滴定曲线160 9.7.2氧化还原指示剂161 9.7.3高锰酸钾法162 9.7.4重铬酸钾法164 习题166 第10章沉淀溶解平衡与沉淀滴定法170 10.1沉淀溶解平衡170 10.1.1溶解度170 10.1.2沉淀溶解平衡171 10.1.3溶度积与溶解度的关系171 10.1.4影响溶解平衡的因素172 10.2溶度积规则及其应用173 10.2.1溶度积规则173 10.2.2沉淀的生成173 10.2.3沉淀的溶解174 10.2.4沉淀的转化174 10.3沉淀滴定法概述175 10.3.1沉淀滴定法概述175 10.3.2确定沉淀滴定终点的方法175 习题177 第11章化学与环境180 11.1环境与环境问题180 11.1.1环境与环境系统180 11.1.2环境问题181 11.2大气污染及其防治181 11.2.1大气污染及大气污染物181 11.2.2典型的大气污染及防治182 11.2.3室内空气污染186 11.3水体污染及其防治187 11.3.1水体污染的概念和分类187 11.3.2典型的水体污染现象188 11.4土壤污染及其防治189 11.4.1土壤污染定义及其来源189 11.4.2土壤污染来源190 11.4.3土壤污染的特点190 习题191 第12章化学与材料192 12.1材料科学发展192 12.1.1材料的发展过程192 12.1.2材料的分类193 12.2金属材料196 12.2.1传统金属材料196 12.2.2首饰金属材料197 12.2.3稀土金属材料199 12.3合金材料199 12.3.1铁合金200 12.3.2铜合金200 12.3.3铝合金201 12.3.4钛合金201 12.3.5镁合金201 12.3.6新型合金材料201 12.4无机非金属材料202 12.4.1新型陶瓷202 12.4.2半导体材料203 12.4.3传感材料204 12.5高分子材料204 12.5.1高分子概述205 12.5.2塑料206 12.5.3橡胶206 12.5.4纤维207 12.5.5高分子涂料207 12.5.6高分子黏合剂207 12.5.7新型高分子材料208 习题209 第13章化学与能源211 13.1能源概述211 13.1.1能源的分类211 13.1.2能源的利用与发展212 13.1.3我国能源消费现状及特点212 13.1.4能量产生与转化的化学原理214 13.2核能216 13.2.1核反应与核能216 13.2.2核能开发利用的前景218 13.3新型清洁能源218 13.3.1太阳能219 13.3.2氢能220 13.3.3生物质能221 13.3.4废弃物的资源化利用222 习题224 第14章化学与食品225 14.1食物的颜色225 14.1.1天然色素226 14.1.2合成色素227 14.1.3食物颜色变化228 14.2食品的香气229 14.2.1蔬菜的香气229 14.2.2水果的香气230 14.2.3肉的香气231 14.2.4乳品的香气231 14.2.5发酵食品的香气231 14.2.6烘烤的香气232 14.3食物的味233 14.3.1味感的生理基础233 14.3.2甜味234 14.3.3苦味235 14.3.4酸味236 14.3.5咸味236 14.3.6鲜味237 14.3.7辣味237 14.4食品添加剂的作用与危害238 习题239 第15章日用化学品241 15.1洗涤用品241 15.1.1表面张力241 15.1.2表面活性与表面活性剂242 15.1.3表面活性剂结构特点242 15.1.4表面活性剂结构与分类243 15.1.5肥皂243 15.1.6合成洗涤剂244 15.1.7洗涤去污原理244 15.2化妆用品245 15.2.1化妆品的作用246 15.2.2化妆品的成分246 15.2.3护肤化妆品247 15.2.4护发化妆品248 15.2.5美容化妆品248 15.2.6特种化妆品249 15.3日化产品的危害250 15.3.1表面活性剂的健康危害250 15.3.2化妆品的健康危害251 习题251 第16章危险化学品253 16.1危险化学品概述253 16.1.1物理危险254 16.1.2健康危害255 16.1.3环境危害255 16.1.4常见的危险化学品255 16.1.5易制毒化学品255 16.1.6易制爆危险化学品255 16.2剧毒化学品的定义和判定界限256 16.3危险化学品防灾应急方法256 16.4预防危险化学品发生事故的方法257 16.5危险化学品引发的火灾、爆炸事故的预防措施258 16.6灭火措施258 习题259 第17章人体元素化学263 17.1人体元素概述264 17.1.1人体元素的含量264 17.1.2人体元素的分布264 17.1.3人体元素的年龄变化265 17.2常量元素265 17.2.1构成碳水化合物的元素——碳、氢、氧265 17.2.2脂肪267 17.2.3构成蛋白质的元素——氮、磷、硫267 17.2.4构成人体电解质的元素——钠、钾、氯268 17.2.5金属常量元素——钙、镁268 17.3人体微量元素269 17.3.1锌元素269 17.3.2铁元素269 17.3.3铜元素269 17.3.4锰元素270 17.3.5碘元素270 17.3.6锶元素270 17.3.7铬元素271 17.3.8硒元素271 17.4合理膳食与健康272 习题272 附录274 附表1常见单质和无机物的热力学函数值274 附表2常见有机物的热力学函数值276 附表3常见弱电解质的解离常数277 附表4金属无机有机配位体配合物的稳定常数278 附表5不同pH值下EDTA的lgαY(H)值282 附表6标准电极电势表283 附表7难溶电解质的标准溶度积常数290 附表8剧毒化学品一览表292 参考文献295
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“工科大学化学”是非化学化工类工科专业本科学生的一门必修通识基础课程,主要介绍现代化学的基本概念、原理、方法和技术,以及化学在生产生活中的应用等知识,同时以化学知识为载体的思政教育也贯穿其中。本书针对我国高等教育改革和发展的全新历史阶段,将教学模式、教学内容、教学方法的改革都体现在教材中。本书力求以学生为中心、以生产生活问题为教学案例、以人生小哲理为思政特色,结合微视频、数字化等现代信息手段目录中带★处章节有微课,可扫码观看,努力创造的学习条件,营造高效的学习氛围。 为适应学科交叉融合背景下对复合型、应用型工科人才的需求,一方面基于学生掌握必备的专业知识;另一方面有助于扩大学生的知识面,编写了这本《工科大学化学》教材。本书坚持“以本为本、四个回归”的基本原则,针对应用型工科专业对化学的基本概念、基本原理、基本方法和技术的需求,对原有的大学化学、无机化学、分析化学和物理化学的相关知识进行整合与重组,以物质结构、价键理论、化学热力学、化学动力学、电化学、配位化学、元素化学、四大平衡和四大滴定为基础构建了新的工科专业基础化学教学体系;同时,本书紧密结合生产与生活实际,编写了材料与化学、能源与化学、环境与化学、食品与化学、日用品化学、危险化学品、人体元素化学等章节。通过本教材的学习力求让学生通过阅读和自学可以清晰地了解近现代化学知识体系,以及化学在人们生产生活中的作用和地位。 本书在编写过程中非常注重内容的基础性、完整性、连贯性、先进性及针对性等各方面的统一。在知识内容组织上,力求概念阐述准确严密,内容安排深入浅出、循序渐进,并注意各章内容的相互依托与交叉,便于教师教学和学生自学。本书始终贯穿案例教学,应用问题导向和人生小哲理,讨论化学在相关学科专业中的应用,培养德智体美劳全面发展的高素质人才。 本书由李强林、肖秀婵、任亚琦任主编,秦淼、李玺、阳丽任副主编。李强林编写第1、2、3、8、10、16章,肖秀婵编写第6、7、11、17章,任亚琦编写第9、13章,李玺编写第12、14、15章,秦淼编写第4、5、17章,阳丽编写第8、11章。此外,邱诚、任燕玲、景江、曾星等也参与本书的编写工作。 本书在编写中参考了国内外出版的一些文献、教材和著作,从中受到许多启发和教益,在此向这些作者表示诚挚的感谢。本书得到四川大学胡常伟教授的审校,在此表示感谢。 由于笔者水平有限,书中难免存在不足和疏漏之处,恳请读者和专家批评指正,深表感谢。 编者 2020年6月
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