大學化學講義

《大學化學講義》是由彭笑剛主編，高等教育出版社於2022年9月15日出版的教材。

基本介紹

• 中文名：大學化學講義 
• 作者：彭笑剛 
• 出版時間：2022年9月15日 
• 出版社：高等教育出版社 
• 頁數：568 頁 
• ISBN：9787040591361 
• 定價：75 元 
• 裝幀：平裝 

內容簡介

全書內容共十章。第一章為科學概論，給剛剛進入大學的新生提供科學大廈的導引。微觀世界（主要為量子化學）共兩章內容，包括元素與原子、分子與化學鍵。巨觀化學基本框架包括多分子系統基本理論與分子間相互作用、溶液基礎、化學平衡等三章，其中不可避免地包含一些支撐基本框架的實驗內容。常見化學平衡用一章的內容覆蓋，從大量實驗事實出發理解這些廣泛存在的化學系統。化學反應過程與速率一章，大體接近在分子水平上討論巨觀化學動力學。化學測量單獨列為一章，偏重光譜學測量。最後一章為有機化學與生命，主要從原子和分子（量子化學）角度出發，研討為什麼少數幾個元素構成了生命的化學基礎，同時簡要介紹有機分子的特殊性質。

圖片目錄

前輔文

第一章 科學概論

1. 本章提要

2. 科學的核心思想

2.1 科學的範疇

2.1.1 科學的定義

2.1.2 科學問題

2.2 科學的前提

2.2.1 科學的前提假設

2.2.2 可知性假設

2.2.3 繼承性假設

2.3 科學研究的對象

2.3.1 科學與客觀世界

2.3.2 科學認識與相互作用

2.3.3 科學與概念

3. 科學與其他認知方式的關係

3.1 科學與哲學

3.1.1 科學與思辨哲學

3.1.2 科學與邏輯學

3.2 科學與宗教

3.2.1 科學與嚴肅神學

3.2.2 科學與迷信

3.3 科學與數學

3.3.1 數學不是科學

3.3.2 科學不能達到、很多時候也不需要達到數學的精確度

4. 科學的結構

4.1 分科而治

4.1.1 學科的起源

4.1.2 學科關聯

4.1.3 學科樹

4.2 物理學

4.2.1 自然哲學時期

4.2.2 現代物理：能量和場取代力

4.3 生物學

4.3.1 個體性與群體性

4.3.2 研究對象與環境

習題

第二章 元素與原子

1. 本章提要

2. 元素

2.1 化學學科的起點

2.1.1 世界由元素（原子）構成

2.1.2 化學的第一個可實證基本變數與化學反應方程式

2.1.3 元素守恆定律

2.1.4 元素與原子

2.2 原子和元素簡史

2.2.1 前科學時期

2.2.2 確立元素概念

2.2.3 確立原子概念

2.2.4 元素周期表

3. 物質

3.1 牛頓物質觀

3.1.1 物質的量、引力質量、慣性質量

3.1.2 質點與原子論

3.1.3 光是物質嗎？

3.2 現代科學物質觀

3.2.1 質量與能量的相關性

3.2.2 光的波粒二象性

3.2.3 微觀物質粒子的波粒二象性

3.3 化學與現代物質觀

3.3.1 化學的微觀實物粒子

3.3.2 微觀實物粒子相互作用與運動規律

4. 微觀粒子的相互作用和結構

4.1 波動方程

4.1.1 經典波動運動

4.1.2 薛丁格方程

4.1.3 能量量子化

4.1.4 波函式、本徵波函式、機率密度

4.1.5 波函式的相位

4.2 氫原子結構

4.2.1 玻爾核外電子運動模型

4.2.2 氫原子的薛丁格方程

4.2.3 氫原子核外電子波函式的四個量子數

4.2.4 氫原子電子繞核運動本徵波函式及徑向波函式

4.2.5 氫原子電子角度波函式

4.2.6 氫原子核外電子波函式的相位與電子云分布函式

5. 原子核外電子排布與元素周期表

5.1 多電子原子結構

5.1.1 多電子原子電子軌道量子數和波函式

5.1.2 電子-電子相互作用與電子能級

5.1.3 多電子原子的能級排序

5.2 原子核外電子排布

5.2.1 原子核外電子排布規則

5.2.2 電子態與電子層

5.2.3 價電子層與元素周期律

5.3 元素周期律

5.3.1 電離能的周期性

5.3.2 電子親和能和電負性的周期性

5.3.3 原子半徑的含義與周期性

5.3.4 原子極化率與價電子云變形性

5.3.5 同族元素性質

5.3.6 同周期元素的性質

習題

第三章 分子與化學鍵

1. 本章提要

2. 從原子（元素）到分子

2.1 水和氣不是元素

2.1.1 水在樸素物質觀中的突出地位

2.1.2 水的形成實驗

2.1.3 空氣是混合物

2.1.4 放棄燃素說

2.1.5 確立原子與分子概念

2.2 分子

2.2.1 分子及其相關概念的定義

2.2.2 分子式與命名

3. 經典化學鍵與價鍵理論

3.1 經典化學鍵

3.1.1 化學鍵概念簡述

3.1.2 樸素化學鍵觀念

3.2 價鍵理論

3.2.1 電子對理論

3.2.2 雙原子分子化學鍵的價鍵理論

3.2.3 化學鍵的飽和性與方向性

3.2.4 多原子分子化學鍵的鍵角

3.2.5 雜化軌道理論

4. 化學鍵的分子軌道理論

4.1 分子軌道理論基本思想

4.1.1 價鍵理論與分子軌道理論異同

4.1.2 分子軌道理論基礎

4.1.3 分子軌道理論基本方法

4.2 不同結構類型的分子軌道

4.2.1 氫分子離子（H+2）的分子軌道

4.2.2 同核雙原子分子的分子軌道與成鍵情況

4.2.3 異核雙原子分子的分子軌道與成鍵情況

4.2.4 三原子分子：群軌道方法

4.2.5 多原子分子的分子軌道：分層群軌道方法

4.2.6 有機分子的分子軌道：節面群軌道方法

4.3 分子軌道理論小結

5. 化學鍵與分子結構

5.1 定域分子軌道與經典化學鍵

5.1.1 定域分子軌道

5.1.2 定域分子軌道與雜化軌道

5.1.3 化學鍵鍵強

5.2 分子結構與組成

5.2.1 分子構型

5.2.2 分子組成

5.3 化學鍵類型與分子分類

5.3.1 共價鍵和共價分子概念重新檢驗

5.3.2 有機化學中的共價鍵

5.3.3 離子鍵

5.3.4 離子化合物及其特性

5.3.5 固體分子：從苯到石墨烯

5.3.6 金屬與金屬鍵

5.3.7 導體、半導體與絕緣體的化學鍵特徵

5.4 電子-電子相互作用

5.4.1 分子軌道理論與價鍵理論的不同思路

5.4.2 電子-電子相互作用與電子極化率

習題

第四章 多分子系統與分子間相互作用

1. 本章提要

2. 巨觀化學系統的理論

2.1 巨觀化學系統的熱力學詮釋

2.1.1 巨觀化學系統的模型概要

2.1.2 經典熱力學基本思想與熱力學第一定律

2.1.3 熵與熱力學第二定律

2.1.4 摩爾數可變系統的熱力學第二定律與吉布斯框架

2.1.5 摩爾數可變系統的平衡條件

2.2 統計熱力學：從單分子到超多分子系統

2.2.1 分子圖像不可或缺

2.2.2 巨觀化學系統的三個基本變數

2.2.3 在超多分子系統中觀察相互作用的結果

2.2.4 熵與狀態多樣性、熵增加原理

2.2.5 溫度是系統多樣性改變難易程度的量度

2.2.6 玻爾茲曼分布

2.2.7 量子能隙與能量最低原理

2.3 超多分子系統的基本性質

2.3.1 超多分子系統的能量：基態能與熱能

2.3.2 分子量子自由度與熱能計算

2.3.3 熱容

2.3.4 分子運動自由度的熵

3. 超多分子系統的相態與相變

3.1 氣、液、固三相的分子運動特點

3.1.1 氣態分子運動形式

3.1.2 液態分子運動形式

3.1.3 固態分子運動形式

3.2 相變與相平衡

3.2.1 溫度和壓強相關的相穩定性

3.2.2 相平衡條件與相變方向

3.2.3 相圖

3.3 相變與相平衡小結

4. 分子間相互作用

4.1 分子間相互作用特點

4.1.1 分子間相互作用的獨特地位

4.1.2 分子間相互作用的特殊描述方法

4.2 分子間相互作用電勢能

4.2.1 點電荷相互作用的電勢能

4.2.2 電中性分子電勢能與電偶極矩

4.2.3 偶極相互作用電磁勢能定量模型

4.2.4 分子間相互作用頻率效應

4.3 分子間相互作用與分子結構

4.3.1 永久偶極與分子結構

4.3.2 光頻介電常數、分子價電子極化率與分子結構

4.3.3 氫鍵與電子極化率

4.3.4 分子間相互作用電勢能強度

4.4 超多分子系統中分子間相互作用

4.4.1 液態中分子間相互作用熱能與基態能

4.4.2 液態分子間相互作用能的實驗確定

4.4.3 分子間相互作用能實驗與理論對比

習題

第五章 溶液

1. 本章提要

2. 溶液形成

2.1 混合物

2.1.1 混合物概述

2.1.2 氣相混合物

2.1.3 氣相混合物的化學勢

2.1.4 氣相混合物形成的驅動力

2.2 理想溶液

2.2.1 理想溶液模型

2.2.2 理想溶液化學勢

2.3 非理想溶液

2.3.1 非理想溶液的普遍性、溶劑-溶質

2.3.2 溶液濃度

2.3.3 溶解度

2.3.4 活度與非理想溶液理論模型

*2.3.5 非理想溶液的混合性質

3. 稀溶液依數性

3.1 混合物的相平衡與相變

3.1.1 混合物的相平衡條件

3.1.2 混合物相變方向

3.1.3 基於相變的混合物提純

3.1.4 均相溶液、膠體與界面

3.2 稀溶液依數性

3.2.1 溶液飽和蒸氣壓降低

3.2.2 稀溶液溶劑沸點升高

3.2.3 稀溶液溶劑冰點降低

3.2.4 滲透壓升高

4. 水溶液

4.1 水的特殊性質

4.1.1 水在地球生態圈的獨特地位

4.1.2 水分子前線分子軌道與氫鍵

4.2 離子化合物與電解質

4.2.1 離子化合物的電離與溶解

4.2.2 阿倫尼烏斯電離理論簡介

4.2.3 離子鍵強度：異裂與均裂

4.2.4 離子鍵百分比與電解質

4.3 電解質水溶液

4.3.1 離子水合作用

4.3.2 離子的晶格半徑與水合離子半徑

4.3.3 水溶液中的氫離子和氫氧根離子

4.3.4 電解質晶體在水中的溶解度：基本原理

4.3.5 離子晶體在水中的溶解度：實驗規律

習題

第六章 化學平衡理論

1. 本章提要

2. 均相系統化學平衡

2.1 均相系統中的化學平衡基礎

2.1.1 化學變化的巨觀圖像

2.1.2 定溫定壓均相系統中化學反應的基本變數

2.1.3 定溫定壓均相系統化學平衡條件

2.1.4 定溫定壓均相系統化學平衡基本方程

2.2 均相系統的化學反應平衡常數

2.2.1 均相化學平衡常數與化學反應方向

2.2.2 標準生成自由能與化學平衡常數計算

2.2.3 化學反應焓與標準生成焓

2.2.4 化學反應基態能與熱能

2.2.5 化學平衡常數的不同形式

3. 多相系統化學反應的終極反應程度

3.1 多相系統中的化學反應

3.1.1 多相反應的特殊性

3.1.2 多相系統反應分類

3.2 固相化學反應

3.2.1 多固相系統的化學反應

3.2.2 固相與流體相組成的多相反應系統

4. 影響化學平衡和平衡常數的因素

4.1 外界條件對化學平衡和平衡常數的影響

4.1.1 化學平衡是動態平衡

4.1.2 溫度對化學平衡的影響

4.1.3 壓強對化學平衡的影響

4.2 系統內因素對化學平衡和平衡常數的影響

4.2.1 反應中摩爾數不變組分對化學平衡的影響

4.2.2 反應物或產物濃度對化學平衡的影響

習題

第七章 常見化學平衡

1. 本章提要

2. 常見化學平衡總述

2.1.1 化學平衡與物質類別

2.1.2 無機化學反應的基本特點

3. 電解質解離平衡

3.1 “溶致”解離平衡

3.1.1 從化學平衡看電解質晶體溶於水

*3.1.2 水合離子的化學勢：困境

*3.1.3 水合離子的化學勢：路易斯-德拜-休克爾模型

*3.1.4 水合離子的化學勢：熱力學自洽模型

3.1.5 弱電解質的解離平衡

3.2 影響解離平衡的溶液因素

3.2.1 同離子效應

3.2.2 鹽效應

4. 酸鹼平衡與酸鹼理論

4.1 酸鹼理論

4.1.1 酸鹼理論簡史

4.1.2 酸鹼平衡

4.1.3 酸鹼平衡常數

4.2 酸鹼溶液的pH

4.2.1 水的自解離

4.2.2 pH

4.2.3 酸鹼強度：鍵合特性與分子間相互作用頻率特性

4.2.4 酸鹼強度：實驗規律與理論解讀

4.2.5 酸鹼平衡與共軛酸鹼

4.3 酸鹼平衡套用

4.3.1 中和滴定與容量分析

4.3.2 強鹼滴定強酸（或強酸滴定強鹼）

4.3.3 強鹼滴定弱酸（或強酸滴定弱鹼）

4.3.4 緩衝溶液

5. 配位平衡與配合物

5.1 配合物的定義與結構

5.1.1 配合物的歷史沿革

5.1.2 配合物與價鍵理論

5.1.3 分子軌道理論與配合物

5.2 配合物分類

5.2.1 配合物分類方法

5.2.2 螯合物

5.3 配合物穩定性與配位平衡

5.3.1 配合物穩定性與軟硬酸鹼理論

5.3.2 配位平衡

5.3.3 配位滴定

6. 電化學與氧化還原平衡

6.1 氧化還原反應

6.1.1 氧化作用與還原作用

6.1.2 氧化數

6.1.3 分子中原子的氧化性和還原性

6.1.4 給定元素不同氧化數原子的氧化性和還原性

6.1.5 分子軌道理論與氧化還原性

6.2 氧化還原平衡與電化學

6.2.1 氧化還原反應與電子轉移

6.2.2 氧化還原反應配平

6.2.3 氧化還原平衡常數與標準電池電動勢

6.2.4 半反應與標準電極電勢

6.2.5 標準電極電勢與氧化還原性

6.2.6 電動勢與能斯特方程

習題

第八章 化學反應過程與速率

1. 本章提要

2. 化學反應概論

2.1 化學反應的原子分子圖像

2.1.1 化學反應與物理變化

2.1.2 穩定分子與瞬間電子態

2.2 化學反應過程

2.2.1 基元反應與複雜反應

2.2.2 基元反應中吉布斯自由能壘態濃度與反應物濃度

2.2.3 微觀反應動力學

3. 化學反應速率

3.1 化學反應速率定義及實驗規律

3.1.1 化學反應速率定義

3.1.2 質量作用定律

3.1.3 微分動力學方程與反應級數

3.1.4 速率常數與活化能

3.1.5 積分動力學方程

3.2 化學動力學理論

3.2.1 化學動力學理論概要

3.2.2 有效碰撞理論

3.2.3 過渡態理論

3.2.4 非平衡態熱力學理論

3.2.5 活化能、指前因子與活化熵

3.2.6 催化反應與催化劑

4. 實驗反應動力學

4.1 動力學實驗研究

4.1.1 實驗動力學的研究目標

4.1.2 實驗動力學濃度測定的時間解析度

4.1.3 實驗動力學濃度數據處理

4.2 初始速率法

4.2.1 初始速率法的基礎與優勢

4.2.2 初始速率法與反應級數

4.2.3 初始速率法與反應活化能

習題

第九章 化學測量

1. 本章提要

2. 化學測量學

2.1 化學測量基礎

2.1.1 測量的局限性與相對性

2.1.2 化學測量的演化

2.2 化學測量分類

2.2.1 分析化學與儀器分析

2.2.2 分析化學中的定性分析

2.2.3 容量分析

2.2.4 光學與電學分析

3. 光譜學基礎

3.1 光譜學基本原理

3.1.1 光與物質

3.1.2 光譜與光譜學

3.1.3 光譜選律

3.2 實驗光譜學初步

3.2.1 光譜儀簡介

3.2.2 吸收光譜實驗

3.2.3 發射光譜實驗

4. 光譜測量與分子性質

4.1 吸收光譜

4.1.1 X射線吸收光譜

4.1.2 紫外-可見吸收光譜

4.1.3 紅外吸收光譜

4.1.4 核磁共振譜

4.2 分子激發態與發射光譜

4.2.1 分子激發態

4.2.2 電子激發態

4.2.3 螢光光譜和磷光光譜

4.2.4 原子發射光譜

4.3 散射與衍射光譜

4.3.1 X射線晶體衍射

4.3.2 光電子能譜

4.3.3 拉曼散射光譜

習題

第十章 有機化學與生命

1. 本章提要

2. 生命的分子基礎

2.1 生命中的化學分子

2.1.1 有機化學與無機化學

2.1.2 生命體中的無機分子

2.1.3 有機分子成鍵特性

2.1.4 有機分子的高熵特性

2.1.5 生命演化與有機合成化學

2.2 有機分子組成與結構特性

2.2.1 氫、碳、氮、氧：神奇的小原子

2.2.2 碳-氫鍵與封端原子

2.2.3 碳-氫鍵、碳-碳鍵與中心原子

2.2.4 水環境與氧、氮元素

2.3 有機分子的基本性質

2.3.1 碳-氫鍵和碳-碳鍵：鍵強極強但極性很弱的共價鍵

2.3.2 散而強的分子間相互作用

2.3.3 極大的分子熵與柔性

3. 有機化學鍵與有機分子空間構型

3.1 有機化學鍵

3.1.1 離域分子軌道的普遍性：碳-氫鍵

3.1.2 離域分子軌道的普遍性：碳-碳鍵

3.1.3 烷烴C—C間LMO共價鍵

3.2 有機分子空間構型

3.2.1 同分異構體

3.2.2 立體異構體

3.2.3 構象異構

4. 有機分子分類

4.1 碳氫化合物

4.1.1 烷烴

4.1.2 支鏈烷烴與常見有機物命名

4.1.3 烯烴和炔烴

4.1.4 苯與芳香化合物

4.1.5 共軛結構與光電功能有機分子

4.2 含雜原子有機化合物

4.2.1 醇、酚、醚與含硫類似物

4.2.2 羰基化合物

4.2.3 含氮化合物

4.3 生物大分子

4.3.1 功能多樣、結構簡單的生物大分子

4.3.2 蛋白質

4.3.3 糖類

4.3.4 DNA和RNA

5. 有機化學反應

5.1 有機化學反應特點

5.1.1 均裂與異裂

5.1.2 有機溶劑

5.2 有機反應類型

5.2.1 取代反應

5.2.2 消除反應與加成反應

5.2.3 氧化還原反應

5.2.4 聚合反應

習題

索引