無機及分析化學(第二版)（簡體書）

《無機及分析化學》（第二版）是作者根據多年來的教學實踐編寫而成，全書共十六章，包括化學熱力學和化學動力學基礎、水溶液中的四大平衡及其在滴定分析中的應用、重量分析法、物質結構基礎和元素化學等內容。本書編寫時在內容和章節上做了精心安排，以理論為基礎，以實際應用為目的，同時考慮到初入高校學生的實際知識水平，力求深入淺出。《無機及分析化學》（第二版）不僅可以作為高等院校理工類專業化學基礎課程的教材，也可供其他相關專業人員參考使用。

前言
《無機及分析化學》是化工類及相關專業的基礎化學教材。自2017年首版以來，得到了應用型高校教師和學生的廣泛好評，也收到了許多建設性的意見。此版修訂過程中，仍以無機化學和分析化學的理論知識為基礎，認真采納了各方教材使用者的建議，加之編寫組對課程認識的提升及對教材使用的反思，結合當前應用型人才培養的要求，在教材中補充了學科前沿研究以及實際生產中的應用案例，以期進一步提升教材的質量，便於讀者更好地理解基礎知識點、了解其實際應用。
本次教材主要在以下幾個方面進行了修訂和改進：
1.增加科學前沿和實際應用案例：把化學領域的最新研究成果作為案例解讀融入到教材中，並精心選擇實際應用案例插入在相關知識點處，開拓了學生的視野，為他們提供更好的學習體驗，使學生能夠更好地體會基礎理論的實用性和重要性。
2.改進了例題和習題：這次修訂調整和充實了許多內容，增加了更多綜合性、實用性的例題和習題，對相關知識要點進行了重點講解和延伸性討論，並對重要知識進行了梳理和總結，增加了教材的全面性，有利於學生扎實鞏固知識，更好地應用所學知識解決實際問題。
3.建設“立體化”教材：本次修訂借助王偉教授主持的國家級一流課程《無機及分析化學》的教學資源，在教材中插入二維碼，通過手機掃描可以鏈接相關內容的講解視頻，供學生進行鞏固性的學習。這樣拓寬了教學渠道，為學生提供了一個方便快捷的“隨身”課堂，有利於培養學生的信息化運用能力和自主學習能力，最大限度地滿足教師教學需要和學生學習需要。
盡管在編寫和修訂過程中力求完善，但限於水平，書中難免還會有疏漏之處，敬請批評、指正。

編者
2023年10月

第一版前言
無機及分析化學是由無機化學和分析化學兩大基礎課程整合而成的一門重要的基礎理論課程，是高等學校理工科化工類、近化工類各專業的第一門基礎課，它不僅為後續課程的開展奠定了必要的理論基礎，也對日後的實際工作起一定的指導作用，是培養相關專業技術人才建立整體知識結構與能力結構的重要組成部分。
本書作為高等學校化工類、近化工類各專業的“無機及分析化學”課程教材，以工科應用型人才的培養為定位，編寫時注重基礎知識和基本理論，盡量做到突出工科特色，體現時代性，力求內容精練，面向應用，舍棄不必要的推導和證明，減少與後續課程的重復。本書根據編者多年的教學經驗和實踐體會編寫而成，在內容編排上循序漸進，包含了化學熱力學和化學動力學基礎、物質結構基礎、水溶液中的四大平衡及其在滴定分析中的應用、重量分析法和元素化學等內容，盡量體現易學的特點；在文字敘述上由淺入深，力求條理清晰、簡潔，便於讓學生自學。
本書適用於化學化工、應用化學、製藥、環境、材料、醫學、輕化及冶金等專業，同時也適用於農林、土木、生物、食品、海洋等相關專業，可供高等院校本科及高等職業技術院校師生參考。
全書共１６章，其編寫分工如下：緒論、第2、4、8、9、12、13、15、16章由嚴新編寫；第1章由嚴新、王文娟共同編寫；第3、5～7章由徐茂蓉編寫；第10、11、14章由嚴新、葛成艷共同編寫。全書計量單位採用法定計量單位。
由於時間倉促，作者水平有限，書中難免有疏漏之處，希望廣大讀者不吝賜教。

編者
2017年4月

緒論001

第1章化學反應的方向、限度和速率003
1.1化學反應的方向003
1.1.1化學熱力學的基本概念003
1.1.2熱力學第一定律006
1.1.3焓與焓變007
1.1.4熱化學方程式007
1.1.5標準摩爾反應焓的計算010
1.1.6化學反應的方向011
1.2氣體的性質014
1.2.1理想氣體狀態方程015
1.2.2道爾頓分壓定律015
1.3化學反應的限度016
1.3.1化學平衡017
1.3.2平衡常數017
1.3.3化學平衡的移動021
1.4化學反應速率027
1.4.1反應速率的定義028
1.4.2基元反應與質量作用定律028
1.4.3速率方程029
1.4.4反應速率的影響因素030
習題033

第2章酸堿平衡037
2.1酸堿理論037
2.1.1酸堿電離理論037
2.1.2酸堿質子理論038
2.1.3酸堿電子理論040
2.2水溶液中酸堿的電離平衡040
2.2.1水的電離常數040
2.2.2溶液的pH值041
2.2.3一元弱酸堿的電離常數042
2.2.4多元弱酸堿的電離常數042
2.2.5酸堿的強弱043
2.3酸堿溶液中pH值的計算044
2.3.1一元弱酸堿溶液044
2.3.2緩衝溶液045
2.3.3多元弱酸堿 050
2.4質子平衡式051
2.4.1酸堿溶液中的平衡關係051
2.4.2質子平衡式（PBE）052
2.4.3溶液中酸堿各種存在形式的分布053
2.4.4用PBE計算溶液的pH值055
2.5強電解質的電離062
2.5.1離子氛062
2.5.2活度和活度系數063
習題064

第3章定量分析概論066
3.1分析方法的分類066
3.1.1化學分析法066
3.1.2儀器分析法067
3.2定量分析的誤差067
3.2.1誤差的分類067
3.2.2誤差的表示方法069
3.3數據處理071
3.3.1平均值的置信區間071
3.3.2可疑數據的取舍072
3.4有效數字073
3.4.1有效數字的概念073
3.4.2數的修約074
3.4.3有效數字的運算規則075
3.5滴定分析概述076
3.5.1常用術語076
3.5.2滴定分析法的方法及方式076
3.6基準物質和標準溶液078
3.6.1基準物質078
3.6.2標準溶液的配制079
3.6.3標準溶液的濃度表示方法079
3.6.4滴定分析法中的計算081
習題083

第4章酸堿滴定法086
4.1酸堿指示劑086
4.1.1變色原理和變色範圍086
4.1.2混合指示劑088
4.1.3影響指示劑變色範圍的因素088
4.1.4指示劑的選擇原則089
4.2酸堿滴定曲線089
4.2.1強堿（酸）滴定強酸（堿）089
4.2.2強堿（酸）滴定一元弱酸（堿）092
4.2.3多元弱酸的滴定096
4.3酸堿滴定法的應用099
4.3.1混合堿的分析099
4.3.2銨鹽中氮含量的測定100
習題103

第5章沉澱溶解平衡106
5.1沉澱溶解平衡106
5.1.1溶度積常數106
5.1.2溶解度107
5.2沉澱溶解平衡的移動109
5.2.1溶度積規則109
5.2.2沉澱的生成與溶解110
5.2.3分步沉澱和沉澱轉化113
5.3影響沉澱溶解度的因素115
5.3.1同離子效應115
5.3.2鹽效應115
5.3.3酸效應116
5.3.4配位效應117
習題118

第6章沉澱滴定法120
6.1沉澱滴定法概述120
6.1.1沉澱滴定法對化學反應的要求120
6.1.2銀量法滴定曲線120
6.2莫爾法（Mohr法）121
6.2.1方法原理121
6.2.2滴定條件122
6.2.3應用範圍123
6.3佛爾哈德法（Volhard法）123
6.3.1方法原理123
6.3.2滴定條件124
6.3.3應用範圍124
6.4法揚司法（Fajans法）125
6.4.1方法原理125
6.4.2法揚司法常用吸附指示劑125
6.4.3滴定條件125
6.5沉澱滴定法的應用126
6.5.1銀量法常用標準溶液的配制和標定126
6.5.2銀量法的應用示例126
習題128

第7章重量分析法130
7.1重量分析法概述130
7.1.1重量分析法的分類130
7.1.2重量分析法的特點131
7.2沉澱重量法對沉澱的要求131
7.2.1分析過程131
7.2.2對沉澱形式的要求131
7.2.3對稱量形式的要求131
7.2.4對沉澱劑的要求132
7.3沉澱的形成機理及影響沉澱純度的因素132
7.3.1沉澱的類型132
7.3.2沉澱形成的一般過程133
7.3.3共沉澱與後沉澱134
7.3.4提高沉澱純度的方法136
7.4沉澱條件的選擇136
7.4.1晶形沉澱的沉澱條件136
7.4.2無定形沉澱的沉澱條件137
7.4.3均相沉澱法137
7.4.4影響沉澱溶解度的因素138
7.5稱量形式的獲得139
7.5.1沉澱的過濾和洗滌139
7.5.2沉澱的烘幹和灼燒140
7.6重量分析法的計算與應用141
7.6.1重量分析法的計算141
7.6.2重量分析法的應用142
習題143

第8章配位化合物145
8.1配合物的基本概念145
8.1.1配合物的組成145
8.1.2配合物的命名及化學式的書寫147
8.2配合物的分類和異構現象149
8.2.1配合物的分類149
8.2.2配合物的異構現象150
8.3配合物的化學鍵理論151
8.3.1價鍵理論152
8.3.2晶體場理論154
8.4配合物在溶液中的離解平衡158
8.4.1配合物的平衡常數158
8.4.2關於配位平衡的計算159
8.5配合物的性質及應用161
習題164

第9章配位滴定法167
9.1EDTA及其螯合物167
9.2副反應和條件穩定常數168
9.3金屬離子指示劑174
9.4配位滴定曲線177
9.5配位滴定中酸度的控制179
9.6提高配位滴定選擇性的方法181
9.6.1分步滴定的條件181
9.6.2控制溶液的酸度182
9.6.3使用掩蔽劑和解蔽劑183
9.6.4選用其他滴定劑185
9.7配位滴定的方式和應用186
9.7.1直接滴定法186
9.7.2返滴定法187
9.7.3間接滴定法187
9.7.4置換滴定法187
習題192

第10章氧化還原反應和電化學基礎194
10.1氧化還原反應194
10.1.1元素的氧化數194
10.1.2氧化和還原的定義195
10.1.3氧化還原反應196
10.1.4氧化還原反應方程式的配平196
10.2原電池198
10.2.1原電池的組成198
10.2.2原電池符號199
10.3電極電勢200
10.3.1電極電勢的產生200
10.3.2標準氫電極200
10.3.3電動勢與標準電極電勢201
10.3.4標準電極電勢表201
10.3.5電池電動勢Ecell和ΔrG m的關係202
10.4能斯特方程203
10.4.1電極反應的能斯特方程203
10.4.2電池反應的能斯特方程204
10.5影響電極電勢的因素205
10.6電極電勢的應用208
10.6.1判斷氧化劑和還原劑的相對強弱208
10.6.2判斷氧化還原反應的方向209
10.6.3計算氧化還原反應的平衡常數210
10.7元素電勢圖211
習題214

第11章氧化還原滴定法216
11.1氧化還原滴定法對反應的要求216
11.2氧化還原滴定曲線217
11.2.1滴定曲線的繪製217
11.2.2滴定突躍範圍219
11.3氧化還原滴定中的指示劑220
11.4常用的幾種氧化還原滴定法221
11.4.1高錳酸鉀法221
11.4.2重鉻酸鉀法223
11.4.3碘量法224
11.5氧化還原滴定結果的計算227
習題230

第12章原子結構232
12.1核外電子運動狀態232
12.1.1氫原子光譜232
12.1.2玻爾的原子結構理論233
12.1.3微觀粒子運動的波粒二象性235
12.1.4測不準原理235
12.2核外電子運動狀態描述236
12.2.1薛定諤方程236
12.2.2四個量子數236
12.2.3波函數和原子軌道238
12.2.4概率密度和電子云239
12.2.5徑向分布圖240
12.3多電子原子軌道的能級241
12.3.1鮑林近似能級圖241
12.3.2科頓原子軌道能級圖242
12.3.3屏蔽效應和鉆穿效應242
12.4基態原子的核外電子排布244
12.4.1能量最低原理244
12.4.2泡利不相容原理244
12.4.3洪特規則246
12.4.4元素原子的電子層結構246
12.5元素周期表249
12.5.1周期與能級組249
12.5.2主族與副族250
12.5.3五個區250
12.6原子參數的周期性251
12.6.1原子半徑251
12.6.2電離能253
12.6.3電子親和能254
12.6.4電負性255
習題256

第13章分子結構259
13.1現代價鍵理論259
13.1.1氫分子的形成259
13.1.2價鍵理論基本要點260
13.1.3共價鍵的特徵260
13.1.4共價鍵的鍵型261
13.1.5鍵參數262
13.2雜化軌道理論264
13.2.1雜化軌道理論的基本要點264
13.2.2雜化軌道的基本類型264
13.3價層電子對互斥理論268
13.3.1價層電子對互斥理論的基本要點268
13.3.2判斷分子空間構型的基本步驟269
13.4分子軌道理論271
13.4.1分子軌道理論基本要點271
13.4.2幾種簡單的分子軌道的形成272
習題274

第14章晶體結構276
14.1晶體276
14.1.1晶體的特徵276
14.1.2晶體的內部結構277
14.2原子晶體277
14.3金屬晶體278
14.3.1金屬鍵278
14.3.2金屬鍵的能帶理論278
14.3.3金屬晶體280
14.4離子晶體281
14.4.1離子鍵281
14.4.2離子的特徵282
14.4.3離子晶體283
14.4.4離子的極化285
14.5分子晶體287
14.5.1分子間力287
14.5.2氫鍵289
14.5.3分子晶體291
14.6石墨——混合鍵型晶體292
14.7總結292
習題296

第15章主族元素298
15.1堿金屬和堿土金屬298
15.1.1單質298
15.1.2化合物300
15.2硼族元素303
15.2.1硼及其化合物303
15.2.2鋁及其化合物306
15.3碳族元素307
15.3.1碳及其化合物307
15.3.2硅及其化合物310
15.4氮族元素313
15.4.1氮的化合物313
15.4.2磷及其化合物316
15.4.3砷、銻、鉍及其重要化合物319
15.5氧族元素320
15.5.1氧及其化合物320
15.5.2硫及其化合物323
15.6鹵素326
15.6.1單質327
15.6.2鹵化氫與鹵化物327
15.6.3鹵素含氧酸及其鹽329
15.7氫和稀有氣體329
15.7.1氫329
15.7.2稀有氣體330
15.8p區元素小結331
15.8.1單質的聚集狀態331
15.8.2p區元素的次級周期性331
15.8.3含氧酸及其鹽的強度變化規律332
習題335

第16章副族元素338
16.1d區元素338
16.1.1d區元素綜述338
16.1.2鈦340
16.1.3釩341
16.1.4鉻和鉬341
16.1.5錳343
16.1.6鐵系金屬344
16.2ds區元素347
16.2.1銅分族347
16.2.2鋅分族350
16.3f區元素353
習題354

部分習題答案356

附錄360
附錄1一些物質的熱力學性質（298.15K，p=100kPa）360
附錄2弱酸、弱堿的電離常數K361
附錄3常見難溶電解質的溶度積常數Ksp（298.15K）361
附錄4標準電極電勢E（298.15K）362
附錄5一些物質的摩爾質量365