無機及分析化學（第二版）

第1章緒論1
1.1無機及分析化學課程的地位和作用1
1.2無機及分析化學課程的基本內容和教學基本要求2
1.2.1近代物質結構理論2
1.2.2化學平衡理論2
1.2.3元素化學3
1.2.4物質組成的化學分析法及有關理論3
1.2.5紫外-可見分光光度法3
1.3定量分析方法簡介4
1.3.1化學分析法4
1.3.2儀器分析法4

第2章定量分析化學概述6
2.1定量分析的一般過程6
2.2有效數字及其應用6
2.2.1有效數字的概念6
2.2.2有效數字的修約規則7
2.2.3有效數字的運算規則7
2.3定量分析中的誤差問題8
2.3.1誤差產生的原因8
2.3.2誤差與準確度9
2.3.3精密度與偏差10
2.3.4誤差、準確度和精密度的關係11
2.3.5提高分析結果準確度的方法11
2.4有限實驗資料的統計處理12
2.4.1平均值的置信區間12
2.4.2可疑數據的取捨13
2.4.3顯著性檢驗14
2.4.4分析結果的資料處理和報告16
習題16

第3章化學熱力學和化學動力學基礎19
3.1基本概念19
3.1.1化學計量係數和化學反應進度19
3.1.2系統和環境20
3.1.3狀態與狀態函數21
3.1.4過程與途徑21
3.2熱力學第一定律21
3.2.1熱和功21
3.2.2熱力學能22
3.2.3熱力學第一定律22
3.3熱化學22
3.3.1反應熱和反應焓變22
3.3.2熱化學方程式24
3.3.3反應熱的計算25
3.4化學反應的方向27
3.4.1化學反應的自發性27
3.4.2化學反應的熵變28
3.4.3化學反應方向的判據30
3.5化學平衡34
3.5.1可逆反應和化學平衡34
3.5.2平衡常數及其相關計算35
3.5.3多重平衡規則36
3.5.4影響化學平衡的因素36
3.6化學反應速率40
3.6.1化學反應速率及其標記法40
3.6.2濃度對反應速率的影響41
3.6.3溫度對反應速率的影響44
3.6.4反應物濃度和反應時間的關係（速率方程的積分形式）46
3.6.5反應速率理論簡介47
3.6.6催化劑對反應速率的影響49
習題50

第4章酸堿平衡和沉澱溶解平衡55
4.1酸堿平衡55
4.1.1酸堿質子理論56
4.1.2酸堿溶液的pH計算59
4.1.3同離子效應與緩衝溶液64
4.2強電解質溶液66
4.2.1離子氛的概念66
4.2.2活度和活度係數67
4.3沉澱溶解平衡67
4.3.1溶度積常數Ksp67
4.3.2溶解度和溶度積的換算68
4.3.3影響難溶電解質溶解度的因素69
4.3.4溶度積規則及其應用71
習題76

第5章氧化還原反應79
5.1氧化還原的基本概念和反應方程式的配平79
5.1.1氧化數79
5.1.2氧化和還原79
5.1.3氧化還原反應方程式的配平80
5.2原電池和電極電勢81
5.2.1原電池81
5.2.2電極電勢的產生84
5.2.3電極電勢的確定和標準電極電勢84
5.2.4電極電勢的理論計算86
5.2.5影響電極電勢的因素——能斯特方程86
5.3電極電勢的應用88
5.3.1判斷原電池的正、負極，計算原電池的電動勢88
5.3.2判斷氧化還原反應的方向89
5.3.3比較氧化劑和還原劑的相對強弱90
5.3.4判斷氧化還原反應的限度91
5.3.5測定某些化學平衡常數93
5.4元素電勢圖及其應用95
5.4.1元素的標準電極電勢圖95
5.4.2元素電勢圖的應用95
習題96

第6章原子結構和元素週期律99
6.1氫原子光譜和玻爾理論99
6.1.1氫原子光譜99
6.1.2原子的玻爾模型100
6.2原子的量子力學模型100
6.2.1微觀粒子的運動特徵100
6.2.2波函數和原子軌道102
6.2.3四個量子數104
6.3多電子原子核外電子的分佈106
6.3.1多電子原子軌道的能級106
6.3.2基態原子中電子分佈的原理107
6.3.3基態原子中電子的分佈107
6.3.4簡單基態陽離子中電子的分佈107
6.4元素週期系和元素基本性質的週期性109
6.4.1原子的電子層結構與元素週期系109
6.4.2元素基本性質的週期性110
習題114

第7章分子結構和晶體結構117
7.1離子鍵理論與離子晶體117
7.1.1離子鍵的形成和特徵118
7.1.2離子的性質118
7.1.3離子晶體120
7.2共價鍵理論123
7.2.1經典共價鍵理論123
7.2.2現代價鍵理論123
7.2.3雜化軌道理論127
7.2.4價層電子對互斥理論131
7.2.5分子軌道理論134
7.2.6鍵參數137
7.3分子間力與氫鍵140
7.3.1分子的極性和分子的變形性140
7.3.2分子間作用力的種類142
7.3.3分子間作用力與物質性質的關係143
7.3.4氫鍵143
7.4原子晶體和分子晶體145
7.4.1分子晶體145
7.4.2原子晶體146
7.5金屬鍵和金屬晶體147
7.5.1改性共價鍵理論147
7.5.2金屬能帶理論148
7.5.3金屬晶體149
7.5.4晶體類型小結151
7.6離子的極化151
7.6.1離子極化151
7.6.2離子極化對物質結構和性質的影響152
習題153

第8章配位化合物和配位平衡157
8.1配位化合物的基本概念157
8.1.1配位化合物的定義157
8.1.2配位化合物的組成158
8.1.3配位化合物的命名160
8.1.4配位化合物的類型161
8.2配位化合物的化學鍵理論163
8.2.1價鍵理論163
8.2.2晶體場理論167
8.3配位平衡171
8.3.1配位平衡常數171
8.3.2配離子溶液中相關離子濃度的計算172
8.3.3配位平衡的移動173
習題176

第9章化學分析法179
9.1滴定分析法概論179
9.1.1滴定方法分類179
9.1.2滴定分析法對化學反應的要求和滴定方式180
9.1.3標準溶液的配製法和濃度標記法180
9.1.4滴定分析中的基本計算182
習題9-1184
9.2酸堿滴定法185
9.2.1酸堿指示劑185
9.2.2酸堿溶液中各組分的分佈187
9.2.3一元酸堿的滴定188
9.2.4多元酸(堿)、混合酸(堿)的滴定193
9.2.5酸堿滴定法的應用195
9.2.6終點誤差199
9.2.7非水溶液中的酸堿滴定簡介200
習題9-2203
9.3配位滴定法204
9.3.1EDTA及其配合物的穩定性204
9.3.2配位元滴定曲線207
9.3.3配位滴定中酸度條件的控制209
9.3.4金屬指示劑210
9.3.5混合離子的分別滴定212
9.3.6配位元滴定的方式和應用215
習題9-3217
9.4氧化還原滴定法218
9.4.1條件電極電勢及其影響因素219
9.4.2氧化還原準確滴定條件和反應速率222
9.4.3氧化還原滴定曲線和終點的確定224
9.4.4氧化還原預處理228
9.4.5常用的氧化還原滴定法229
9.4.6電勢滴定法簡介234
習題9-4236
9.5沉澱溶解平衡在無機及分析化學中的應用237
9.5.1影響沉澱純度的因素237
9.5.2沉澱的形成和沉澱條件239
9.5.3重量分析法241
9.5.4沉澱滴定法243
習題9-5247

第10章吸光光度法249
10.1概述249
10.1.1光的基本性質249
10.1.2分光光度法的特點250
10.1.3紫外-可見吸收光譜的形成250
10.1.4物質有色的原因251
10.2光吸收的基本定律252
10.2.1透光度和吸光度252
10.2.2朗伯-比爾定律(Lambert-Beer′slaw)252
10.2.3吸光度的加和性253
10.2.4對朗伯-比爾定律的偏離253
10.3分光光度計的基本部件254
10.4顯色反應和顯色反應條件的選擇255
10.4.1對顯色反應的要求255
10.4.2顯色反應條件的選擇256
10.5吸光度測量條件的選擇257
10.5.1入射光波長的選擇257
10.5.2參比溶液的選擇258
10.5.3吸光度測量範圍的選擇258
10.6分光光度法的應用259
10.6.1定性分析259
10.6.2定量分析259
10.6.3酸堿解離常數的測定261
10.6.4配合物組成的測定262
習題262

第11章元素化學264
11.1元素概述264
11.1.1化學元素的自然資源264
11.1.2化學元素與生命265
11.1.3化學元素與環境265
11.2s區元素267
11.2.1s區元素的通性267
11.2.2s區元素的重要化合物268
11.3p區元素270
11.3.1p區元素的通性270
11.3.2p區重要元素及其化合物271
11.4d區元素281
11.4.1d區元素的通性282
11.4.2d區重要元素及其化合物283
11.5ds區元素286
11.5.1ds區元素的通性286
11.5.2ds區元素的重要化合物287
11.6f區元素289
11.6.1鑭系元素的通性290
11.6.2錒系元素概述291
11.6.3釷和鈾的化合物291
複習思考題292
習題292

第12章無機及分析化學中常用的分離和富集方法294
12.1分離程式的意義294
12.2沉澱分離法294
12.2.1無機沉澱劑沉澱分離法295
12.2.2有機沉澱劑沉澱分離法296
12.2.3共沉澱分離法297
12.3萃取分離法298
12.3.1萃取分離的基本原理299
12.3.2重要的萃取體系300
12.4色譜分離法301
12.4.1柱上色譜分離法301
12.4.2紙上色譜分離法302
12.4.3薄層色譜分離法303
12.5離子交換分離法304
12.5.1離子交換樹脂的種類和性質304
12.5.2離子交換親和力305
12.5.3離子交換分離過程306
12.5.4離子交換分離法的應用306
習題307

部分習題參考答案308

附錄318
附錄1一些重要的物理常數318
附錄2某些物質的標準摩爾生成焓、標準摩爾生成吉布斯函數(25℃，標準態壓力p=100kPa)318
附錄3常見弱酸和弱鹼的標準解離常數320
附錄4常見配離子的穩定常數(298.15K)321
附錄5常見難溶和微溶電解質的溶度積常數(18～25℃，I=0)322
附錄6標準電極電勢(298.15K)323
附錄7條件電極電勢(298.15K)324
附錄8常見的指示劑325
附錄9常見化合物的分子量327
參考文獻330

《機及分析化學》是一本化類近源專業通用型的化學基礎課教材，適用於工科院校化工、製藥、材料、環境、輕工、生物、食品等不同專業的化學基礎教學的要求。第一版自2011年8月出版以來已有七年，在這幾年的教材使用過程中，我們認真聽取了使用院校的意見，本著通用性、適用性、先進性的原則進行修訂。為優化課程內容，在保持原有課程體系的基礎上對教學內容進行了一定的補充、刪除和重組。考慮到實驗課教學中要用到有效數字，將原第6章定量分析化學概述變為第2章，將宏觀的、學生在高中就已熟悉、容易理解掌握的化學熱力學、反應速率、化學平衡部分提到前面，而將微觀結構理論部分的原子結構、分子結構、晶體結構調節到後面，將配位平衡從解離平衡中剝離，與配位化合物合併為第8章“配位化合物和配位平衡”，刪除了“配位化合物的應用”一節，增加了配位元化合物晶體場理論中的“晶體場穩定化能的計算”。

全書共分十二章，介紹了定量分析化學概論、化學熱力學和化學動力學基礎、酸堿平衡和沉澱溶解平衡、氧化還原反應、原子結構和元素週期律、分子結構和晶體結構、配位元化合物和配位平衡、化學分析法(四大滴定分析法和重量分析法)、吸光光度法、元素化學、機及分析化學中常用的分離和富集方法等。標有*的章節由授課教師根據學時數與教學要求酌情選擇。教材各章均附有大量精選練習題，書末有習題答案、附錄、參考文獻。

本次修訂分工如下：第1章、第2章、第6章、附錄由劉玉林(安徽理工大學)編寫，第3章、第8章由吳瑛(塔里木大學)編寫，第4章由馬洪坤(塔里木大學)編寫，第5章由馮豔（安徽理工大學）編寫，第7章由馬家舉(安徽理工大學)編寫，第9章由王傳虎、吳景梅（蚌埠學院）編寫，第10章、第12章由黃若峰(安徽理工大學)編寫，第11章由史宜望(蚌埠學院)編寫，全書由主編負責統稿、修改和定稿。

在本書的編寫過程中，我們參考了國內外教材，在此對這些教材的作者表示衷心的感謝，感謝使用本教材的所有老師和同學，感謝本書參考文獻的作者。

限於編者水準及時間倉促，難免有疏漏及不妥之處，懇請讀者批評指正。

編者
2018年6月
 
第一版前言

《機及分析化學》是由獨立的“機化學”和“分析化學”優化整合而成的新教學體系的一門基礎課程。本教材以工科化學課程教學指導委員會修訂的“機化學”和“分析化學”教學基本要求為依據，對兩門課程的教學內容進行重新組織和整體架構，對基本理論和基礎知識進行了系統的調整、取捨、有機整合，減少了重複，節省了學時，使教學內容更切合工科院校化工、製藥、材料、環境、輕工、生物、食品等不同專業的化學基礎教學的要求。

參加本書編寫的作者均是長期從事機及分析化學教學和科研的一線教師，具有豐富的教學實踐經驗和較高的學術水準。為保證教材編寫品質，使概念闡述得準確，參編教師參閱了大量國內外相關教材文獻，做出了辛苦的努力。

全書共分十二章，分別介紹了原子結構和元素週期系、分子結構和晶體結構、配位元鍵和配位元化合物、化學熱力學和化學動力學基礎、定量分析化學概論、水溶液中的解離平衡、氧化還原反應、化學分析法(四大滴定分析法和重量分析法)、吸光光度法、機及分析化學中常用的分離和富集方法等。教材各章均附有大量精選練習題，方便教學和自學。

本課程是化工及相關各專業的第一門基礎化學課程。編寫時注重以中學化學為基礎，循序漸進，內容編排的深度、廣度和知識的連貫性等方面力爭符合學生的認知規律。本著理論“必需、夠用”為度，結合各相關專業特點和後續課程需要，將原屬於兩門課程的基本內容進行精選，突出重點，加強基礎。精簡複雜公式和煩瑣計算的推導，刪除了過深的理論分析和闡述，力求做到言簡意賅、通俗易懂。同時，注重基礎理論和生產實際相聯繫，元素化學精選有實用價值的常見重要元素及其化合物，簡明闡述其重要特性及變化規律。

參加本書編寫的有皖西學院劉宜樹(第4、8章)、吳平(第5、7章)，蚌埠學院王傳虎、吳景梅(第9章)、史宜望(第11章)，安徽理工大學馬家舉(第3章)、黃若峰(第10、12章)、劉玉林(第1、2、6章、附錄)。全書由主編們共同負責統稿、修改和定稿。

在本書的編寫過程中，我們參考了國內外教材，在此對這些教材的作者表示衷心的感謝。限於編者水準及時間倉促，難免有疏漏及不妥之處，懇請讀者批評指正。

編者
于安徽理工大學
2011年4月