無機元素化學（第三版）

成書過程

修訂背景

隨著人類對化學世界的探索和認識不斷向新的深度和廣度延伸，化學學科迎來新的飛躍。新進展、新知識、新概念不斷湧現，呈現“五多”的發展趨勢，即多交叉、多層次、多尺度、多整合、多方法；不同學科之間交叉融合更加明顯。

21世紀要求化學家除具備化學專業紮實的基礎外，還需要有寬廣的知識面，多學科的基礎。無機化學基礎教材建設需要跟上時代發展的步伐，第三版就是在這一背景下完成的。

修訂情況

該次修訂增加的內容超分子化學簡介、石墨烯、可燃冰等由劉新錦編寫、高飛插圖，其餘部分的修訂由劉新錦完成。該書編寫過程中參閱並引用了中國國內外有關的專著和論文。數位化資源由朱亞先製作。

出版工作

2021年4月1日，《無機元素化學（第三版）》由科學出版社出版發行。

出版工作人員及單位

責任編輯	責任校對	責任印製	封面設計
丁里	何艷萍	師艷茹	迷底書裝

內容簡介

該書共17章，主要內容包括：鹼金屬和鹼土金屬、硼族元素、碳族元素、氮族元素、氧族元素、鹵素、氫和氫能源、銅族與鋅族元素、過渡元素概論、過渡元素（一）、過渡元素（二）、鑭系元素和錒系元素、無機功能材料化學、環境化學、化學元素與人體健康、無機製備化學、超分子化學，各章配有套用專題、專題討論或案例分析、學習要點或小結、習題或思考題及部分習題參考答案，書後配有七個附錄。

教材目錄

第三版前言

第二版序

第二版前言

第一版前言

第1章鹼金屬和鹼土金屬1

1.1概述1

1.2金屬單質的物理性質2

1.3金屬單質的化學性質3

1.4鋰、鈹的特殊性和對角線規則4

1.4.1鋰、鈹的特殊性4

1.4.2對角線規則5

1.5氧化物、過氧化物、超氧化物、臭氧化物6

1.6氫氧化物8

1.7鹽類和配合物9

1.7.1鹼金屬鹽類的特點9

1.7.2鹼土金屬鹽類的特點10

1.7.3碳酸鹽的熱穩定性11

1.7.4焰色反應12

1.7.5鹼金屬、鹼土金屬的配位性12

1.8套用15

1.8.1鋰電池15

1.8.2鋰離子電池16

1.9專題討論17

1.9.1鋰的標準電極電勢反常的討論17

1.9.2氧化物的熱力學穩定性19

1.9.3離子性鹽類溶解性的判斷方法19

習題23

第2章硼族元素26

2.1硼族元素的缺電子性27

2.1.1AlCl₃的二聚與缺電子性27

2.1.2H₃BO₃的“解離”與缺電子性28

2.1.3缺電子化合物的加合性28

2.1.4B(Me)₃與Al(Me)₃在成鍵上的差異29

2.2硼、鋁的單質29

2.2.1硼和鋁的製備29

2.2.2性質30

2.3硼氫化物和鹵化物31

2.3.1硼氫化物31

2.3.2鹵化物35

2.4硼的含氧化合物36

2.4.1氧化硼36

2.4.2硼酸37

2.4.3硼砂38

2.4.4硼酸鹽的結構39

2.5硼氮化物39

2.5.1氮化硼39

2.5.2硼氮六環40

2.6鋁的化合物40

2.6.1鹵化鋁40

2.6.2聚合氯化鋁41

2.6.3類質同晶體42

2.7鎵、銦、鉈43

2.7.1存在和性質43

2.7.2氫氧化物和氧化物43

2.7.3鹵化物43

2.7.4砷化鎵的反應性與製備方法44

2.8套用44

2.8.1缺電子化合物的重要套用——催化作用44

2.8.2無機阻燃劑45

2.8.3加料順序對α-Al₂O₃晶體形貌和性質的影響46

2.9專題討論：BX₃的成鍵特點與路易斯酸性46

習題47

第3章碳族元素50

3.1概述50

3.2碳的成鍵特徵及在本族中的特殊性51

3.2.1碳原子間有強烈的自相成鍵傾向51

3.2.2碳的配位數通常為4（形成多中心橋鍵除外）52

3.2.3CO₂是分子晶體，而SiO₂為原子晶體52

3.2.4碳的氫化物有最高的熱穩定性53

3.3碳及其化合物53

3.3.1碳的同素異形體53

3.3.2碳的氧化物57

3.3.3碳酸及碳酸鹽59

3.3.4碳化物60

3.4矽及其化合物62

3.4.1單質矽62

3.4.2矽的氫化物和鹵化物62

3.4.3二氧化矽、矽酸、矽膠和矽酸鹽64

3.5鍺、錫、鉛及其化合物67

3.5.1存在67

3.5.2單質的性質67

3.5.3錫、鉛的化合物68

3.6套用71

3.6.1改進的鉛酸蓄電池——密封膠體蓄電池71

3.6.2人工合成金剛石的新途徑72

3.7石墨烯72

3.8專題討論75

3.8.1惰性電子對效應75

3.8.2共價化合物的水解過程76

習題79

第4章氮族元素81

4.1概述81

4.2氮的成鍵特徵83

4.3分子氮83

4.4氮的氫化物、銨鹽84

4.4.1氨84

4.4.2銨鹽85

4.4.3羥胺86

4.4.4聯氨87

4.4.5疊氮酸及其鹽87

4.5氮的鹵化物88

4.6氮的氧化物、含氧酸及其鹽89

4.6.1氮的氧化物89

4.6.2亞硝酸及其鹽93

4.6.3硝酸及其鹽94

4.7磷及其化合物96

4.7.1磷的同素異形體96

4.7.2磷的成鍵特徵97

4.7.3磷化氫98

4.7.4磷的鹵化物99

4.7.5磷的氧化物100

4.7.6磷的含氧酸及其鹽101

4.8砷、銻、鉍105

4.8.1存在和性質105

4.8.2砷、銻、鉍的成鍵特徵105

4.8.3氧化物及其水合物105

4.8.4氫化物106

4.8.5鹵化物107

4.8.6硫化物107

4.8.7氧化還原反應108

4.9套用（NO套用研究進展）109

4.10專題討論：p區元素組成的AB_m型分子或離子幾何構型的簡易、快速確定109

4.10.1m+n規則的要點110

4.10.2套用m+n規則的幾點說明110

4.10.3實例分析110

4.10.4討論111

習題112

第5章氧族元素114

5.1氧、硫的成鍵特徵115

5.1.1氧的成鍵特徵115

5.1.2硫的成鍵特徵117

5.2氧和臭氧117

5.2.1氧氣的性質及製備117

5.2.2三線態氧與單線態氧118

5.2.3氧化物119

5.2.4臭氧120

5.3過氧化氫121

5.3.1過氧化氫的結構121

5.3.2過氧化氫的性質121

5.3.3過氧化氫的製備123

5.4硫及其化合物123

5.4.1單質硫123

5.4.2硫化氫和硫化物124

5.4.3硫的含氧化合物126

5.4.4硫的其他化合物133

5.5硒和碲簡介135

5.5.1硒化氫和碲化氫135

5.5.2硒和碲的含氧化合物135

5.6套用（鈉硫電池）136

習題137

第6章鹵素139

6.1概述139

6.1.1鹵素的主要特點139

6.1.2氟的特殊性142

6.2鹵素單質143

6.2.1鹵素在自然界中的存在形式143

6.2.2單質的性質143

6.2.3單質的製備147

6.2.4鹵素的用途149

6.3鹵化氫與氫鹵酸的性質與製備149

6.3.1性質149

6.3.2氫鹵酸的製備151

6.4鹵化物、鹵素互化物及多鹵化物152

6.4.1鹵化物152

6.4.2鹵素互化物152

6.4.3多鹵化物155

6.5鹵素的含氧化合物156

6.5.1鹵素的氧化物156

6.5.2鹵素含氧酸及含氧酸鹽157

6.6擬鹵素和擬鹵化物161

習題162

第7章氫和氫能源164

7.1氫164

7.1.1氫的分布和同位素164

7.1.2正氫和仲氫164

7.2氫的成鍵特徵165

7.2.1形成共價單鍵165

7.2.2形成離子鍵165

7.2.3特殊的鍵型166

7.2.4形成氫鍵166

7.3氫化物166

7.3.1離子型氫化物167

7.3.2金屬型氫化物168

7.4制氫氣方法168

7.4.1金屬與水、酸或鹼反應制氫氣168

7.4.2金屬氫化物與水反應制氫氣168

7.4.3電解水制氫氣169

7.4.4化石燃料制氫氣169

7.4.5熱化學循環制氫169

7.4.6太陽能光催化分解水制氫170

7.4.7生物制氫171

7.5氫能源172

習題172

第8章銅族與鋅族元素174

8.1銅族元素174

8.1.1銅族元素通性174

8.1.2金屬單質175

8.1.3銅族元素的重要化合物176

8.1.4配合物182

8.1.5Cu(Ⅰ)與Cu(Ⅱ)的相互轉化184

8.1.6ⅠB族元素與ⅠA族元素性質對比186

8.2鋅族元素187

8.2.1鋅族元素的通性187

8.2.2金屬單質189

8.2.3鋅族元素的主要化合物190

8.2.4Hg(Ⅰ)與Hg(Ⅱ)的相互轉化193

8.2.5配合物194

8.2.6ⅡB族元素與ⅡA族元素性質對比195

習題196

第9章過渡元素概論201

9.1過渡元素的通性202

9.1.1原子半徑202

9.1.2物理性質203

9.1.3化學性質204

9.1.4氧化態及其穩定性205

9.1.5形成配位化合物的傾向206

9.1.6顏色207

9.1.7磁性207

9.2過渡元素的成鍵特徵208

9.2.1含氮的配合物208

9.2.2低氧化態配合物的穩定性212

9.2.3羰基配合物與CO的活化213

9.2.4配位催化作用214

9.2.5羰基簇合物215

9.2.618電子規則216

9.2.7金屬金屬多重鍵217

9.3過渡金屬與富勒烯配合物219

9.4套用219

9.4.1電鍍合金219

9.4.2分離220

9.4.3新一代合成氨釕基催化劑220

9.4.4SO₂氧化為SO₃的催化劑——V₂O₅220

9.4.5Tl氧化為Tl的催化劑——Mn(Ⅱ)220

習題221

第10章過渡元素（一）223

10.1鈦223

10.1.1單質鈦的性質及用途224

10.1.2鈦的重要化合物224

10.1.3TiO₂的製備簡介227

10.2釩228

10.2.1單質釩的性質及用途228

10.2.2釩的重要化合物228

10.3鉻230

10.3.1單質鉻的性質及用途230

10.3.2鉻的重要化合物231

10.3.3鉻(Ⅲ)的配合物234

10.3.4鉻(Ⅲ)與鉻(Ⅵ)的相互轉化235

10.3.5鉻(Ⅱ)的化合物235

10.4錳236

10.4.1錳的單質及其性質236

10.4.2錳的重要化合物237

10.5鐵系元素240

10.5.1鐵、鈷、鎳的性質和用途241

10.5.2鐵、鈷、鎳的氧化物和氫氧化物241

10.5.3重要鹽類242

10.5.4鐵、鈷、鎳的重要配合物245

習題249

第11章過渡元素（二）255

11.1鋯和鉿255

11.2鈮和鉭256

11.3鉬和鎢257

11.3.1性質和用途257

11.3.2重要化合物258

11.4鎝與錸260

11.5鉑系元素262

11.5.1單質的性質262

11.5.2重要化合物262

11.5.3鉑系金屬與富勒烯配合物264

習題265

第12章鑭系元素和錒系元素267

12.1鑭系元素267

12.1.1鑭系元素的性質267

12.1.2鑭系元素的重要化合物271

12.1.3鑭系元素的提取和分離277

12.1.4稀土元素的套用279

12.2錒系元素280

12.2.1錒系元素的通性281

12.2.2釷和鈾及其重要化合物282

習題284

第13章無機功能材料化學286

13.1納米材料286

13.1.1神奇的納米材料286

13.1.2納米材料的套用288

13.2儲氫材料290

13.2.1發現過程290

13.2.2儲氫材料的組成及特性290

13.2.3作用機理291

13.2.4儲氫合金的套用292

13.3壓電材料293

13.4微孔晶體材料294

13.5半導體材料296

13.5.1本徵半導體296

13.5.2摻雜半導體297

13.5.3套用299

13.6超導材料299

13.6.1超導性299

13.6.2超導材料的組成300

13.6.3套用300

習題301

第14章環境化學302

14.1大氣污染302

14.1.1臭氧層破壞302

14.1.2溫室效應303

14.1.3酸雨304

14.2水體中有毒無機污染物與廢水處理305

14.2.1含鉻廢水的處理306

14.2.2含汞廢水處理309

14.2.3含鎘廢水處理——化學沉澱法310

14.2.4含鉛廢水處理——沉澱法311

14.2.5含砷廢水的處理311

14.2.6含氰化合物的廢水處理312

習題314

第15章化學元素與人體健康315

15.1生物體內元素的分類與最佳營養濃度定律315

15.1.1宏量元素316

15.1.2微量元素316

15.1.3最佳營養濃度定律316

15.2生物利用化學元素的規則——豐度規則和可利用規則317

15.3生命元素的存在形式和在周期表中的分布特點318

15.3.1生命元素的存在形態318

15.3.2生命元素在周期表中的分布特點318

15.4宏量元素的生理功能與人體健康318

15.5必需微量元素的生理功能與人體健康321

15.6微量元素與地方病及防治325

15.7有害元素326

15.8化學解毒劑328

習題329

第16章無機製備化學330

16.1納米粒子的製備330

16.1.1分類和基本原理330

16.1.2納米粒子的製備331

16.2低熱固相化學合成335

16.2.1固相反應與液相反應的差別335

16.2.2套用實例336

16.2.3結束語337

16.3微波合成化學338

16.3.1微波作用的特點338

16.3.2微波無機合成化學339

16.4金屬單質的製備342

16.4.1金屬的分類342

16.4.2金屬單質的製備343

16.4.3主族金屬單質的製備343

16.4.4過渡金屬單質的製備346

16.4.5稀土金屬的製備352

16.4.6埃林厄姆圖在冶金工業中的套用353

16.5典型無機化合物的製備355

16.5.1無水金屬氯化物的製備355

16.5.2氧化法製備含金屬元素的高價態化合物358

習題360

第17章超分子化學362

17.1超分子化學簡介362

17.2新術語363

17.3超分子體系穩定的因素367

17.4案例分析370

17.4.1案例1：冠醚370

17.4.2案例2：環糊精372

17.4.3案例3：氫鍵自組裝的“分子餅”374

17.4.4案例4：可燃冰——籠合物374

思考題376

部分習題參考答案377

參考文獻382

附錄387

附錄一普通物理常數387

附錄二單位和換算因數387

附錄三微溶化合物的溶度積（291~298K）388

附錄四一些物質的Δ_fH_m，Δ_fG_m和S_m（298.15K）389

附錄五標準電極電勢（298K）395

附錄六酸鹼的解離常數（298K）408

附錄七某些配離子的標準穩定常數（298K）409

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

配套教材

《無機元素化學（第三版）》有配套使用的學習指導與習題解答——《無機元素化學學習指導（第二版）》。

書名	作者	出版社	出版時間	書號
無機元素化學學習指導（第二版）	朱亞先、林麗榕、劉新錦	科學出版社	2021-12-01	9787030705082

《無機元素化學（第三版）》有配套的動畫、PPT等數位化資源。

教材特色

該書適應新形勢下對教材的要求：定位準確，選材新穎，激活傳統內容，並與現代接軌；反映學科進展與交叉；體現五大關聯：經典與現代、基礎與前沿、結構與性能、巨觀與微觀、性質與套用；引入研究熱點：超分子、石墨烯、新型鋰電池、可燃冰、納米材料、化學元素與人體健康等。

該書注重從基礎理論對物質的性質和化學反應的規律進行闡釋和探討，讓傳統的描述性化學成為易於理解、記憶和掌握的科學。通過案例分析或專題討論，引導、啟發讀者利用所學基礎知識解決實際問題；把難以理解的部分變得通俗易懂；進一步提升讀者探索高新領域的興趣，為創新儲備動力。

無機元素化學（第三版）

基本介紹