工科化学（第2版）

　　《工科化学》（第2版）分为理论篇和实验篇两篇，主要内容包括化学基础知识、物质的聚集状态、化学热力学、化学动力学基础、水溶液反应原理、氧化还原反应与电化学、物质结构基础、危险货物基础知识、化学与材料和化学实验。《工科化学》（第2版）配有MOOC课程，同时还附有教学PPT、习题答案，便于读者学习与使用。《工科化学》（第2版）可供高等院校工科类非化工类专业的学生使用，也可作为文管类学生学习化学的参考用书。

　　戴春爱，北京交通大学理学院化学系副教授， 硕导。主要从事能源与环境、水处理新技术及环境材料等领域的研究。主要承担无机化学、分析化学、工科化学、材料化学等课程的教学。颜鲁婷，女，博士研究生，北京交通大学理学院教授。

理  论  篇 第1章　化学基础知识 3 1.1　物质变化及性质 3 1.2　物质的构成与组成 3 1.2.1　原子、离子、分子 3 1.2.2　元素 6 1.3　物质的分类 6 1.3.1　混合物和纯净物 6 1.3.2　单质和化合物 7 1.4　化学用语 8 1.4.1　元素符号和离子符号 8 1.4.2　化学式 9 1.4.3　化合价 10 1.4.4　电子式 11 1.5　化学反应类型 11 1.6　化学反应方程式 11 1.6.1　化学反应方程式的写法 11 1.6.2　化学反应方程式的配平 12 1.7　化学计算 13 1.7.1　有关化学式的计算 13 1.7.2　有关化学反应方程式的计算 15 1.7.3　有关溶液的计算 16 习题 18 第2章　物质的聚集状态 25 2.1　气体 25 2.1.1　理想气体状态方程 25 2.1.2　理想气体混合物 26 2.1.3　实际气体状态方程 29 2.2　液体 30 2.2.1　液体的蒸气压 30 2.2.2　液体的沸腾 32 2.3　溶液 32 2.3.1　溶液浓度的表示方法 32 2.3.2　溶解度 33 2.3.3　非电解质稀溶液的依数性 36 2.4　胶体 39 2.4.1　胶体的制备与净化 40 2.4.2　胶体的性质 41 2.4.3　胶团的结构 42 2.4.4　胶体的稳定性 43 2.5　固体 43 2.5.1　晶体的特征 44 2.5.2　晶体的微观结构及分类 45 拓展视野　水的三相点 48 习题 49 第3章　化学热力学 51 3.1　基本概念 51 3.1.1　系统与环境 51 3.1.2　状态与状态函数 51 3.1.3　过程与途径 52 3.2　热力学定律 52 3.2.1　热和功 52 3.2.2　热力学能 53 3.2.3　热力学定律的数学表达式 53 3.3　化学反应的热效应 53 3.3.1　定容反应热QV 54 3.3.2　焓与定压反应热Qp 55 3.3.3　QV 与Qp 的关系 55 3.4　反应热的计算 56 3.4.1　化学反应进度与标准状态 56 3.4.2　赫斯定律 57 3.4.3　化学反应的标准摩尔焓变 （T） 58 3.4.4　物质的标准摩尔生成焓 （B, T） 58 3.4.5　物质的标准摩尔燃烧焓 （B, T） 60 3.5　化学反应的方向 61 3.5.1　自发过程 61 3.5.2　熵函数 61 3.5.3　吉布斯函数 63 3.5.4　化学反应的标准摩尔吉布斯函数变 （T） 63 3.5.5　化学反应等温方程 65 3.6　化学平衡 66 3.6.1　可逆反应与化学平衡 66 3.6.2　标准平衡常数 66 3.6.3　标准平衡常数的应用 68 3.6.4　化学平衡的移动 69 拓展视野　太阳能分解水制氢 72 习题 74 第4章　化学动力学基础 77 4.1　化学反应速率的定义 77 4.2  化学反应速率的测定 78 4.3  浓度对化学反应速率的影响 79 4.3.1  一级反应 79 4.3.2  二级反应 81 4.3.3  零级反应 81 4.3.4  反应级数的测定 82 4.4  温度对化学反应速率的影响 84 4.4.1  阿伦尼乌斯方程 84 4.4.2  阿伦尼乌斯方程的应用 85 4.4.3  其他形式的温度与化学反应速率关系式 86 4.5  活化能 86 4.5.1  简单碰撞理论 86 4.5.2  过渡状态理论 87 4.5.3  活化能对化学反应速率的影响规律 88 4.6  催化剂 88 4.6.1  催化剂的作用机理和基本特征 89 4.6.2  均相催化剂和多相催化剂 90 4.6.3  酶 92 拓展视野　合成氨工业史话 92 习题 94 第5章  水溶液反应原理 97 5.1  酸碱平衡 98 5.1.1  酸碱质子理论 98 5.1.2  水的解离平衡和溶液的pH 100 5.1.3  弱电解质的解离平衡 101 5.1.4  同离子效应与缓冲溶液 104 5.2  沉淀溶解平衡 108 5.2.1  溶度积 108 5.2.2  溶度积规则 109 5.2.3  影响沉淀溶解平衡的因素 110 5.2.4  两种沉淀之间的平衡 113 5.3  配位平衡 115 5.3.1  配合物 115 5.3.2  配位平衡 118 5.3.3  配位平衡的移动 120 5.3.4  配合物的应用 121 拓展视野　金属 - 有机框架材料 125 习题 127 第6章  氧化还原反应与电化学 130 6.1  氧化还原反应 130 6.1.1  氧化数 130 6.1.2  氧化与还原 131 6.1.3  氧化还原反应方程式的配平 131 6.2  原电池 133 6.2.1  原电池的概念 133 6.2.2  原电池的组成及电极反应 134 6.2.3  电极类型 135 6.2.4  原电池符号 135 6.3  电极电势 136 6.3.1  电极电势的产生 136 6.3.2  参比电极 137 6.3.3  标准电极电势的测定 139 6.4  电极电势的影响因素 140 6.4.1  能斯特方程 140 6.4.2  浓度对电极电势的影响 141 6.4.3  酸碱性对电极电势的影响 142 6.5  电极电势的应用 143 6.5.1  比较氧化剂和还原剂的氧化还原能力相对强弱 143 6.5.2  判断氧化还原反应进行的方向 144 6.5.3  衡量氧化还原反应进行的限度 146 6.5.4  元素电势图及其应用 147 6.6  电化学应用 149 6.6.1  化学电源 149 6.6.2  金属腐蚀与防护 154 拓展视野　改变世界的锂离子电池 157 习题 159 第7章　物质结构基础 162 7.1  原子结构 162 7.1.1  原子核外电子的运动状态 162 7.1.2  四个量子数 163 7.1.3  原子核外电子的排布 164 7.2  元素的性质与原子结构的关系 165 7.2.1  元素周期律 165 7.2.2  原子半径 165 7.2.3  电离能 166 7.2.4  电子亲和能 167 7.2.5  电负性 168 7.3  化学键 169 7.3.1  离子键 169 7.3.2  共价键 170 7.3.3  金属键 173 7.4  分子间作用力和氢键 176 7.4.1  分子间作用力 176 7.4.2  氢键 177 习题 178 第8章　危险货物基础知识 179 8.1  危险货物的定义、分类及编号 179 8.1.1  危险货物的定义 179 8.1.2  危险货物的分类 179 8.1.3  危险货物的编号 180 8.2  危险货物的分类标准 181 8.2.1  第1类：爆炸品 181 8.2.2  第2类：气体 182 8.2.3  第3类：易燃液体 182 8.2.4  第4类：易燃固体、易于自燃的物质、遇水放出易燃气体的物质 182 8.2.5  第5类：氧化性物质和有机过氧化物 183 8.2.6  第6类：毒性物质和感染性物质 184 8.2.7  第7类：放射性物质 185 8.2.8  第8类：腐蚀性物质 185 8.2.9  第9类：杂项危险物质和物品，包括危害环境物质 185 8.3  化学品的危险性分类 186 8.4  危险货物运输包装和危险性标签 186 8.4.1  危险货物运输包装 186 8.4.2  危险性标签 188 习题 195 第9章　化学与材料 196 9.1  材料的定义及分类 196 9.2  化学与材料的关系 196 9.3  材料的化学制备方法 196 9.3.1  固相法 197 9.3.2  液相法 198 9.3.3  气相法 203 9.3.4  等离子体法 205 9.4  材料表面化学分析 205 9.4.1  表面元素组成及价态分析 206 9.4.2  表面键合情况分析 208 9.4.3  表面形貌分析 209 9.4.4  表面能的测定 211 9.4.5  表面电荷的测定 211 9.5  材料表面化学改性 212 9.5.1  化学镀与电镀 212 9.5.2  化学气相沉积 214 9.5.3  等离子体表面改性 215 9.5.4  表面改性剂改性 216 9.5.5  接枝聚合表面改性 217 习题 218 实  验  篇 第10章  化学实验 221 10.1  蒸馏和沸点测定 221 10.1.1  实验目的 221 10.1.2  实验原理 221 10.1.3  实验仪器和药品 221 10.1.4  实验步骤 222 10.1.5  数据记录与处理 222 10.1.6  思考题 223 10.2  电解法测定阿伏伽德罗常数及摩尔气体常数 223 10.2.1  实验目的 223 10.2.2  实验原理 223 10.2.3  实验仪器和药品 223 10.2.4  实验步骤 224 10.2.5  数据记录与处理 225 10.2.6  思考题 226 10.3  酸度计的使用——测量溶液的pH及测定原电池电动势 226 10.3.1  实验目的 226 10.3.2  实验原理 226 10.3.3  实验仪器和药品 227 10.3.4  实验步骤 227 10.3.5  数据记录与处理 227 10.3.6  思考题 227 10.4  水硬度的测定 228 10.4.1  实验目的 228 10.4.2  实验原理 228 10.4.3  实验仪器和药品 228 10.4.4  实验步骤 229 10.4.5  数据记录与处理 229 10.4.6  思考题 230 10.5  银氨配离子配位数的测定 230 10.5.1  实验目的 230 10.5.2  实验原理 230 10.5.3  实验仪器和药品 231 10.5.4  实验步骤 231 10.5.5  数据记录与处理 231 10.5.6  思考题 232 10.6  反应级数及活化能测定 232 10.6.1  实验目的 232 10.6.2  实验原理 232 10.6.3  实验仪器和药品 233 10.6.4  实验步骤 233 10.6.5  数据记录与处理 234 10.6.6  思考题 235 10.7  常见阳离子的分离和鉴定 235 10.7.1  实验目的 235 10.7.2  实验原理 235 10.7.3  实验仪器和药品 236 10.7.4  实验步骤 236 10.7.5  数据记录与处理 237 10.7.6  思考题 237 10.8  纳米银胶体溶液的制备 238 10.8.1  实验目的 238 10.8.2  实验原理 238 10.8.3  实验仪器和药品 238 10.8.4  实验步骤 238 10.8.5  数据记录与处理 239 10.8.6  思考题 239 附录A  一些物质的热力学性质 240 附录B  某些物质的标准摩尔燃烧焓（298.15 K） 258 附录C  弱酸、弱碱的解离常数 259 附录D  溶度积常数（298.15 K） 261 附录E  某些配离子的稳定常数（298.15 K） 263 附录F  标准电极电势表（298.15 K） 265 附录G  不同温度下水的饱和蒸气压和密度（1 atm） 270 参考文献 272