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绪论 化学的昨天、今天和明天1

第一篇 能源篇33

第一章 现代文明社会的动力33

1.1 我们身边的能源33

阅读1-1 能量的本质33

1.2 能量在系统与环境之间的转换35

阅读1-2 热力学第一定律36

1.3 燃料中的能量藏在哪里37

阅读1-3 化学反应的反应热40

1.4 藏在化学键中的能量41

1.5 化学反应的反应热的计算43

阅读1-4 盖斯定律45

1.6 什么样的化学反应可以自发进行47

阅读1-5 热力学第二定律和第三定律49

1.7 化学反应自发进行的判据51

阅读1-6 非标准态下的吉布斯自由能变的求解56

1.8 化学反应的决定因素之一——反应能垒57

阅读1-7 活化能和化学反应速率59

第二章 可以转化成电能的化学能61

2.1 电池的来历61

2.2 能做电功的化学反应——氧化还原反应62

2.3 怎样设计一个电池63

2.4 原电池65

2.4.1 原电池的基本组成65

阅读2-1 原电池的表示方式——电池符号66

2.4.2 原电池的电动势67

2.4.3 标准态及标准态下的电池电动势68

阅读2-2 标准氢电极与标准电极电势68

2.4.4 标准电动势与氧化还原反应的标准平衡常数的关系70

2.5 生活中常见的电池71

2.5.1 干电池和液体电池71

阅读2-3 非标准态下原电池电动势的计算——能斯特方程72

2.5.2 可充电电池75

2.5.3 燃料电池76

2.6 实用的电化学工艺77

2.6.1 电解78

2.6.2 电镀80

2.7 不希望发生的电化学反应82

2.7.1 腐蚀82

2.7.2 防腐83

第三章 取之不尽、用之不竭的新能源86

3.1 太阳能利用的现状和展望86

3.2 核能91

3.2.1 核裂变发电91

阅读3-1 化学反应的机理与速率93

阅读3-2 化学反应速率方程95

3.2.2 核聚变能发电96

3.3 其他能源98

能源篇习题103

第二篇 材料篇117

第四章 千姿百态的金属及其合金材料117

4.1 金属的通性117

4.1.1 金属的钝化118

4.1.2 合金及其性质118

阅读4-1 合金的性质119

4.2 航天材料铝和钛120

4.2.1 铝及铝合金120

阅读4-2 金属键理论和金属性质的关系122

4.2.2 航天领域的“新宠”——钛及钛合金123

4.3 探究铝原子和钛原子的原子结构126

4.3.1 原子的组成126

4.3.2 核外电子的运动方式127

4.3.3 微观粒子的波粒二象性129

4.3.4 核外电子的运动方式及波函数130

阅读4-3 描述核外电子运动的四个量子数131

4.3.5 核外电子的排布133

4.4 金属元素的通论136

4.4.1 核外电子排布和周期律137

阅读4-4 原子参数的周期性变化规律138

4.4.2 金属的存在和分类143

4.5 对元素周期表的再思考152

4.6 自然界中金属的存在形式及主要原因153

4.6.1 钠和氯怎样结合在一起154

阅读4-5 金属离子与非金属离子的“黏合剂”——离子键155

4.6.2 离子晶体的特点156

阅读4-6 简单离子晶体中离子的排布方式与离子半径的关系157

第五章 古老而又充满生机的无机非金属材料159

5.1 利用太阳能的材料——硅159

5.1.1 共价键是如何形成的161

阅读5-1 共价键的成键要素163

5.1.2 硅为什么是半导体165

阅读5-2 金属键的能带理论166

5.2 古老又年轻的碳材料167

阅读5-3 杂化轨道的组成与分子空间结构的关系172

5.3 非金属的性质175

5.3.1 非金属的化学性质175

5.3.2 性质特殊的氢176

5.4 无机非金属材料简介178

5.4.1 用途广泛的陶瓷材料178

5.4.2 吸光材料181

阅读5-4 研究晶体结构的基本方法——X射线衍射（XRD）原理简介183

5.5 材料的尺度和特殊性质——纳米材料184

第六章 生活在聚合物的世界里188

6.1 棉和丝给人们的启示188

阅读6-1 纤维素的结构189

阅读6-2 分子间作用力191

6.2 你认识这些聚合物吗194

阅读6-3 聚合反应的机理197

6.3 聚合物从哪里来199

6.4 聚合物的性质与功能203

6.4.1 聚合物的分子链203

6.4.2 橡胶的弹性从哪里来205

6.4.3 塑料的性质207

6.5 在聚合物的世界里创造低碳生活210

材料篇习题213

第三篇 生活篇223

第七章 生存依赖饮食223

7.1 食品中的能量223

7.1.1 糖类223

阅读7-1 淀粉的化学结构224

7.1.2 糖类的甜味225

7.2 美味的菜肴和水果的作用228

7.2.1 从蛋白质到氨基酸228

阅读7-2 酶的催化机理简介228

阅读7-3 蛋白质的结构231

7.2.2 脂类233

阅读7-4 从油脂到肥皂236

7.2.3 无机盐236

阅读7-5 血红蛋白的作用机理237

7.2.4 维生素240

阅读7-6 视觉的起点244

7.3 食品添加剂247

7.3.1 食品用色素247

7.3.2 甜味剂249

阅读7-7 产生甜味的沙氏理论249

7.3.3 怎样使我们的食品保存得更久些250

7.3.4 咖啡伴侣251

阅读7-8 烯烃的结构和亲电加成机理252

7.4 化学与农业254

7.4.1 农药254

7.4.2 植物生长调节剂258

7.4.3 农药和植物生长调节剂的危害260

第八章 健康需要药物支持262

8.1 药物的作用方式262

8.1.1 特异性药物262

8.1.2 非特异性药物264

8.2 药物的发展265

8.2.1 天然药物265

8.2.2 微生物发酵药物267

8.2.3 合成药物269

阅读8-1 酯化反应271

8.2.4 转基因药物272

8.3 直接作用于基因的新型药物举例273

8.3.1 限制逆转录药物273

阅读8-2 核酸的结构及生理作用275

8.3.2 反义药物280

8.3.3 癌症治疗和基因导向药物280

阅读8-3 一级反应及其药物的代谢282

8.4 药物滥用的危害284

阅读8-4 分子的异构问题285

8.4.1 滥用抗生素288

8.4.2 毒品288

阅读8-5 化学与精神生活292

8.4.3 兴奋剂294

阅读8-6 固醇类分子介绍295

第九章 锦上添花的日用品299

9.1 给你一个干净的世界299

9.1.1 衣物洗涤剂299

阅读9-1 表面活性剂的结构和性质301

9.1.2 厨房洗涤剂303

9.1.3 洗发用品303

9.2 满足感官的护肤品和化妆品304

9.2.1 护肤品304

9.2.2 毛发用化妆品305

9.3 满足视觉的色彩307

阅读9-2 有机化合物的颜色与结构309

9.4 满足嗅觉的香味312

阅读9-3 有机化合物的官能团及重要性318

9.5 美化居室而不是作茧自缚320

阅读9-4 芳香类化合物的亲电取代321

第十章 神奇的水与生命、生活324

10.1 生命离不开水324

10.1.1 水的特殊结构324

10.1.2 水为生命提供了温和舒适的生存环境325

10.1.3 水为生命温暖过冬提供了条件325

阅读10-1 不同温度下水的密度326

10.1.4 水是良好的溶剂327

阅读10-2 酸碱缓冲溶液以及缓冲原理328

10.2 水与生活330

10.2.1 植物叶子的自净化作用330

阅读10-3 表面张力和润湿现象331

阅读10-4 表面活性剂的润湿和增溶作用331

10.2.2 生活中常见的毛细现象332

阅读10-5 毛细现象332

10.2.3 天气预报里的化学问题333

10.2.4 水的饱和蒸气压334

10.2.5 在青藏高原上煮鸡蛋335

阅读10-6 水的相图336

10.2.6 稀溶液的依数性——沸点升高，凝固点降低337

阅读10-7 稀溶液的蒸气压338

10.2.7 稀溶液的依数性——渗透压338

生活篇习题342

第四篇 环境篇353

第十一章 我们天天沐浴的大气353

11.1 光化学烟雾353

11.2 臭氧空洞356

11.2.1 大气层的构造356

阅读11-1 等离子357

11.2.2 臭氧空洞的形成机制358

11.2.3 物质的“量”的重要性360

阅读11-2 定量分析361

11.3 酸雨362

11.3.1 我国的酸雨状况362

11.3.2 酸雨的形成机制364

11.3.3 物质的酸碱性364

阅读11-3 酸碱溶液pH的计算366

11.4 温室效应368

阅读11-4 光的激发、跃迁波长与能量369

11.5 汽车尾气及其治理370

阅读11-5 催化剂及催化原理371

阅读11-6 均相催化与多相催化374

第十二章 水与我们的生存及环境377

12.1 天然水的组成和水质特征377

12.1.1 天然水的组成377

12.1.2 水质与水质指标378

阅读12-1 水溶液及分散体系378

12.2 水体富营养化380

12.3 我国淡水资源以及饮用水的状况381

12.4 水体的金属离子污染382

12.4.1 镉污染382

12.4.2 汞污染383

12.4.3 铅污染383

12.4.4 铬污染384

12.5 金属与水体中其他物质的作用385

阅读12-2 配位化合物386

12.6 水体的有机物污染390

12.7 还地球清澈的水环境392

12.7.1 污水的治理392

阅读12-3 沉淀和沉淀平衡及移动395

12.7.2 水的净化方法400

阅读12-4 软硬酸碱理论404

第十三章 大地与人类的渊源406

13.1 土壤的特点407

阅读 胶体的性质、电荷和结构407

13.1.1 土壤中的胶体物质对环境的影响409

13.1.2 土壤环境中的化学平衡体系410

13.2 土壤的重金属污染413

13.2.1 土壤重金属污染的基本特征413

13.2.2 重金属镉、铅中毒事件414

13.3 土壤农药污染事件416

13.4 土壤污染及治理417

13.4.1 土壤重金属污染的防治417

13.4.2 土壤化学农药污染的防治420

环境篇习题425

附录431

附录1 常用重要的物理常数431

附录2 常用的单位换算关系431

附录3 常见物质的△fH？、△fG？和S？（298.15 K）432

附录4 弱酸和弱碱在水中的解离常数437

附录5 常见难溶电解质的溶度积Ksp（291.15 K）439

附录6 标准电极电势（298.15 K）440

附录7 常见配离子的稳定常数Kf443

附录8 常见阳离子系统分析443

附录9 诺贝尔化学奖统计445

参考文献450