无机化学（第二版）（展树中）

本书根据大学本科无机化学教学的基本要求编写，全书共13章，包括化学结构的基本原理（原子结构、分子结构、晶体结构）、化学反应与化学平衡（电离平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原平衡和配位平衡）及元素化学的基本知识。在充分体现无机化学课程的系统性、基础性的同时，也注重对无机化学的应用和发展加以适当介绍。本书以60学时的理论教学为基点，可以根据不同的教学要求做相应的调整，既能适应短学时无机化学教学的要求，又能满足较长学时教学的需要。本书可供高等学校化学化工类、材料类、食品类、轻工类、冶金类、生物工程等专业作为教材使用，亦可作为相关专业的教学参考书。

展树中，华南理工大学化学与化工学院，无机化学教研室主任 教授，1999.01-2001.04：在日本 Nara Women 大学从事金属有机化学的研究工作。2001.05-2002.12：在德国 Karlsruhe 大学从事金属磷化学的研究工作。2003.01-2004.01：在英国 East Anglia 大学从事有机金属与催化以及药物的研究工作。2004.4至今：华南理工大学，教授，博士生导师，无机化学教研室主任。一直从事本科生的教学工作，每年都承担包括《无机化学》、《无机化学实验》、《大学化学实验》等课程的教学工作。近三年来，承担国家自然基金项目一项，发表SCI论文40篇

绪论1

0.1化学的发展和展望1

0.1.1化学在社会发展中的作用和地位1

0.1.2无机化学的发展和展望2

0.2化学的计量4

0.2.1物质的量4

0.2.2浓度5

0.2.3理想气体状态方程、分压和分压定律6

思考题8

习题8

1原子结构与元素周期系10

1.1原子结构的认识历程10

1.1.1经典的原子核模型10

1.1.2氢原子光谱的玻尔模型10

1.2量子力学模型对核外电子运动状态的描述12

1.2.1核外电子运动的波粒二象性12

1.2.2核外电子运动状态的近代描述13

1.3原子的核外电子排布16

1.3.1多电子原子的能级16

1.3.2核外电子排布规律18

1.4原子的电子层结构和元素周期系22

1.4.1原子的电子层结构与周期的划分22

1.4.2原子的电子层结构与族的划分23

1.4.3原子的电子层结构与元素的分区24

1.5元素通论24

1.5.1元素性质与元素的原子结构24

1.5.2元素的存在及形式29

思考题30

习题32

2分子结构35

2.1化学键的发展史35

2.2价键理论36

2.2.1共价键的形成36

2.2.2价键理论的要点36

2.2.3共价键的特征36

2.2.4共价键的类型36

2.2.5键参数37

2.3杂化轨道理论与分子的几何构型39

2.3.1杂化轨道理论的要点39

2.3.2s和p原子轨道的杂化40

2.4价层电子对互斥理论43

2.4.1价层电子对互斥理论的要点43

2.4.2预言分子的几何构型43

2.5分子轨道理论46

2.5.1分子轨道理论的要点47

2.5.2分子轨道的形成47

2.5.3分子轨道的能级48

2.5.4分子轨道理论的应用实例49

2.6分子间力50

2.6.1分子的极性50

2.6.2分子的极化和变形性51

2.6.3分子间力52

2.7氢键及其现代意义54

思考题56

习题57

3晶体结构与性质59

3.1晶体的形成59

3.1.1密堆积形成晶体59

3.1.2键连形成晶体62

3.2晶体、晶格与晶胞63

3.3晶胞、粒子与晶体类型64

3.3.1晶胞中的粒子数与晶体化学式64

3.3.2粒子的种类与晶体的类型65

3.4金属晶体66

3.4.1金属晶体的结构66

3.4.2金属键66

3.5离子晶体、离子键68

3.5.1离子晶体的结构特征68

3.5.2离子半径69

3.5.3离子键和离子晶体的性质70

3.6离子的极化71

3.6.1离子的极化作用和变形性71

3.6.2离子极化对物质结构和性质的影响73

3.7晶体结构与性能73

3.7.1晶体的宏观特性73

3.7.2单晶体和多晶体74

3.8晶体结构的转化与晶体的缺陷74

3.8.1晶体结构的转化74

3.8.2晶体的缺陷75

3.9准晶体75

思考题76

习题77

4化学反应速率和化学平衡79

4.1化学热力学初步79

4.1.1热力学的基本概念和术语79

4.1.2热力学第一定律81

4.1.3热化学81

4.1.4化学反应的方向85

4.2化学反应速率87

4.2.1化学反应速率的概念和表示方法88

4.2.2反应速率理论89

4.2.3影响反应速率的因素90

4.3化学平衡94

4.3.1可逆反应与化学平衡94

4.3.2平衡常数94

4.3.3多重平衡规则96

4.3.4有关化学平衡的计算96

4.3.5标准平衡常数与摩尔反应吉布斯函数变的关系97

4.3.6化学平衡移动99

4.4化学反应速率和化学平衡在工业生产中综合应用的示例102

思考题103

习题105

5酸碱和离子平衡109

5.1酸碱理论109

5.1.1酸碱的电离理论109

5.1.2酸碱的质子理论109

5.1.3酸碱的电子理论112

5.2电解质简介113

5.2.1电解质的分类113

5.2.2强电解质的电离113

5.3弱电解质的电离114

5.3.1水的电离和溶液的酸碱性114

5.3.2一元弱酸、一元弱碱的电离115

5.3.3同离子效应和盐效应118

5.3.4多元弱酸的电离118

5.4缓冲溶液120

5.4.1缓冲作用原理120

5.4.2缓冲溶液的pH120

5.4.3缓冲容量和缓冲范围122

5.4.4缓冲溶液的配制和应用122

5.5盐类的水解123

5.5.1弱酸强碱盐的水解123

5.5.2弱碱强酸盐的水解124

5.5.3弱酸弱碱盐的水解125

5.5.4多元弱酸盐的水解126

5.5.5影响盐类水解的因素126

5.5.6盐类水解的抑制与应用127

5.6沉淀-溶解平衡127

5.6.1溶度积原理127

5.6.2难溶电解质沉淀的生成与溶解129

5.6.3分步沉淀133

5.6.4沉淀的转化134

思考题134

习题135

6氧化还原反应电化学基础137

6.1氧化还原反应137

6.1.1氧化态137

6.1.2氧化和还原137

6.1.3氧化还原反应方程式的配平138

6.2原电池140

6.2.1原电池的概念140

6.2.2原电池的表示方法141

6.2.3原电池的电动势141

6.3电极电势141

6.3.1金属电极电势的产生141

6.3.2电极电势的确定142

6.3.3能斯特方程143

6.4电极电势的应用146

6.4.1判断氧化剂和还原剂的相对强弱146

6.4.2预测氧化还原反应的方向146

6.4.3判断氧化还原反应的限度147

6.5元素电势图149

6.5.1元素电势图的表示方法149

6.5.2利用元素电势图判断歧化反应150

6.5.3应用元素电势图计算电极电势150

6.6电化学的应用151

6.6.1电解151

6.6.2化学电源152

6.6.3金属的腐蚀与防护156

思考题158

习题158

7配位化合物162

7.1配合物的基本概念162

7.1.1配合物的定义162

7.1.2配合物的组成162

7.1.3配合物的化学式和命名163

7.2配合物中的化学键模型164

7.2.1价键理论164

7.2.2晶体场理论169

7.3配位平衡175

7.3.1配合物的不稳定常数和稳定常数175

7.3.2应用不稳定常数的计算176

7.4配合物的应用179

7.4.1在化学分析中的应用179

7.4.2在冶金工业中的应用179

7.4.3在元素分离中的应用180

7.4.4配位催化180

7.4.5在生物和医药方面的应用180

7.5配位化学的发展现状181

思考题182

习题182

8s区元素185

8.1氢185

8.1.1氢气的制备185

8.1.2氢气的性质185

8.1.3氢化物186

8.1.4氢能源187

8.2金属概论188

8.2.1金属的分类188

8.2.2金属的自然存在188

8.2.3金属的冶炼188

8.2.4合金189

8.3碱金属和碱土金属190

8.3.1概述190

8.3.2碱金属和碱土金属元素的单质191

8.4碱金属和碱土金属的化合物192

8.4.1氧化物192

8.4.2氢氧化物194

8.4.3盐类195

8.4.4配合物196

8.4.5生命中的碱金属与碱土金属197

思考题197

习题198

9p区元素(1)200

9.1硼族元素200

9.1.1硼族元素通性200

9.1.2硼及其化合物200

9.1.3铝及其化合物203

9.2碳族元素205

9.2.1碳族元素通性205

9.2.2碳及其化合物206

9.2.3硅及其化合物209

9.2.4锡、铅及其化合物211

9.3氮族元素214

9.3.1氮族元素通性214

9.3.2氮及其化合物215

9.3.3磷及其化合物221

9.3.4砷及其化合物223

思考题224

习题225

10p区元素(2)228

10.1氧族元素228

10.1.1氧族元素通性228

10.1.2氧及其化合物228

10.1.3硫及其化合物231

10.1.4酸雨的危害与治理239

10.2卤族元素240

10.2.1卤族元素通性240

10.2.2卤素的单质241

10.2.3卤化氢、卤化物和卤离子的键合方式243

10.2.4卤素含氧酸245

10.3拟卤素247

10.3.1拟卤素的通性247

10.3.2氰及其化合物247

10.3.3CN-的配位方式248

10.4稀有气体248

10.4.1稀有气体的存在和分离248

10.4.2稀有气体的性质和用途248

10.4.3稀有气体化合物249

思考题250

习题250

11d区元素(1)253

11.1过渡元素的基本性质253

11.1.1过渡元素的电子层结构与性质253

11.1.2氧化态253

11.1.3氧化物及其水合物的酸碱性255

11.1.4配位性255

11.1.5水合离子的颜色255

11.1.6磁性255

11.1.7催化性256

11.1.8过渡金属的存在形式与制备方式256

11.2钛钒257

11.2.1钛及其化合物257

11.2.2钒及其化合物259

11.3铬260

11.3.1铬金属260

11.3.2铬(Ⅲ)化合物260

11.3.3铬(Ⅵ)化合物261

11.3.4铬的配合物262

11.3.5铬废水的处理262

11.4锰263

11.4.1锰金属263

11.4.2锰(Ⅱ)化合物263

11.4.3锰(Ⅳ)化合物264

11.4.4锰(Ⅵ)和锰(Ⅶ)化合物264

11.4.5锰的配合物265

11.5铁钴镍265

11.5.1铁系元素的单质265

11.5.2铁的重要化合物266

11.5.3钴和镍的重要化合物268

11.6铂系元素271

11.6.1铂系元素的单质272

11.6.2铂、钯的重要化合物272

思考题273

习题274

12d区元素(2)277

12.1铜族元素277

12.1.1铜族元素的单质277

12.1.2铜的重要化合物278

12.1.3银的重要化合物281

12.1.4金的重要化合物282

12.2锌族元素282

12.2.1锌族元素的单质282

12.2.2锌的主要化合物283

12.2.3汞的重要化合物284

12.2.4含镉、汞废水的处理286

思考题287

习题288

13f区元素290

13.1镧系元素290

13.2稀土元素292

13.2.1稀土元素的存在及分组292

13.2.2稀土元素的提取和分离293

13.2.3稀土金属294

13.2.4稀土元素的重要化合物294

13.2.5稀土元素的应用296

13.3锕系元素297

13.3.1锕系元素的通性297

13.3.2单质298

13.3.3钍和铀的化合物299

13.4放射性同位素299

13.5原子核反应300

13.5.1放射性蜕变301

13.5.2粒子轰击原子核301

13.5.3核裂变反应301

13.5.4热核反应301

思考题302

习题302

附录303

附录Ⅰ有关计量单位303

附录Ⅱ一些物质的热力学数据（25℃，100kPa）305

附录Ⅲ弱酸、弱碱在水中的电离常数（25℃）311

附录Ⅳ难溶电解质的溶度积（18～25℃）312

附录Ⅴ标准电极电势(25℃)312

附录Ⅵ一些配离子的不稳定常数(25℃)316

附录Ⅶ一些无机化合物的商品名或俗名316

附录Ⅷ本书使用的符号意义318

部分习题参考答案321

索引326

参考文献334

元素周期表

 

前言

本教材是为了满足少学时无机化学教学的需求而编写。第一版（2010年）教材使用以来，受到学生和同行的好评，同时也提出了有益的见解。根据各方面的反馈意见，无机化学教研室进行了全面的总结。在原来教材的基础上，做了适当的修改和补充，具体内容包括：

（1）基本保持第一版的框架和特色，在内容上进行了适当的调整、补充和完善。

（2）为满足读者获取无机化学学科发展新信息的需求，又增加了一些新兴研究领域的介绍，并提供了相关的参考文献。例如在第3章中，增加了准晶体的内容；在第8章中，补充一些超分子方面的内容和应用；在第9章中，对石墨烯加以介绍；在第 11章中，修正和补充了一些有关有机金属化学方面的内容和知识。

（3）在各章之后适当增加了一些思考题和习题。

本书以60学时的理论教学为基点，可以根据不同的教学要求做相应的调整，既能适应短学时无机化学教学的要求，又能满足较长学时教学的需要。书中标有“”号的为选学内容。

再版教材由展树中和李朴主编。全书的策划、审定由展树中负责，统稿、复核由李朴完成。参加编写的人员有，李朴（绪论，第1、第2章）、魏小兰（第3章）、李白滔（第4章）、邹智毅（第5、第6、第7章）、展树中（第8、第11、第12、第13章）、章浩和王湘利（第9、第10章）。本书也参考了一些院校教材和公开发表的材料内容，在此对相关人员和单位深表感谢。化学工业出版社为本书的编辑出版做了大量的工作，在此谨向他们致以诚挚的谢意。

限于编写水平，本书难免有不妥之处，敬请同行和读者批评指正。

编者于华南理工大学

2018年3月

第一版前言

时代在前进，科学在迅猛发展。如何更好地反映化学学科发展的新成就，使化学的教学更能适应化学可学性和新世纪人才培养的需要，是高等学校的使命和目标。随着高等学校教学改革的进一步深入，专业培养计划总学时的减少，化学学科课程的学时数减少势不可挡，对老师的教和学生的学带来很大的冲击，无机化学教学面临的问题更为严重。无机化学是化学化工类和一些非化学化工专业（环境、生物、材料、轻工、食品等）学生入校后的第一门化学基础课，《无机化学》教材的质量直接影响到学生的学习积极性和学习效率。同时无机化学课的教学还起到承前启后的作用，一方面承担和启发学生从中学到大学学习方法和思维方式的过渡，另一方面好的无机化学教材是学生学好大学化学课程的重要保证。

现今无机化学教材种类繁多，但存在的不足是教材内容与讲课学时不匹配，造成学生负担过重。为了适应新时代发展的需要，全面培养和提升学生的综合素质和创新能力，为社会培养有用人才，我们特编写了本教材。

本书编写人员都来自无机化学教学第一线，多年来他们一直承担无机化学教学工作，同时又都工作在科研第一线，使新编《无机化学》既注重经典化学理论的教学，又能使基础化学知识与现代科研成果紧密地结合起来。本书在汲取国内外同类教材优点的同时还具有以下特点。

1.注重教材的可读性和可讲授性。教材内容由浅入深，循序渐进，让学生能读懂，便于自学。例如，在原子结构一章中，内容编写以史话方式，遵循从德谟克里特的原子概念、道尔顿的原子论、汤姆逊的均匀模型、卢瑟福的行星模型、玻尔的原子理论到现代量子力学模型的原子结构认识过程。同时引入有关原子结构的相关概念和理论，使枯燥的内容具有可读性和可讲授性。

2.一条主线贯穿教材始终。长期以来人们总认为无机化学的内容比较分散，不易系统掌握。本书把结构因素（原子结构、分子结构、晶体结构）—化学平衡（电离平衡、沉淀平衡、氧化还原平衡和配位平衡）—元素部分连成一线，围绕主线精编各章内容，阐述物质的性能与其结构之间的关系。从而使学生能以一个整体思想来学习无机化学，更容易理解和掌握。

3.适应学科发展，适当更新教材内容。教材给人们的印象如果是一成不变，也就无法调动教师和学生的教学积极性。为适应时代发展的需要，本书在重视基础教学内容的同时，还特别注意无机化学中不断出现的新理论、新反应和新方法，及时反映无机化学前沿领域的新成果。例如，在晶体结构一章，比较详细地介绍晶体的生长、结构、晶体性能与其结构的关系以及实际中的应用。

4.密切联系生产生活实际，拓展学生的知识面。引入周围的实际事例到新编教材，有助于学生建立应用的概念，提高学生学习的积极性。元素部分列举了一些实例，使理论知识和现实问题的解决相结合。

5.学科前沿内容的引入。学生最感兴趣的是新东西，新编教材本着这一思路引入学科前沿内容。配位化学是无机化学的一个重要分支，元素部分把配位化学理论贯穿始终。

6.本书以60学时的理论教学为基点，可以根据不同的教学要求做相应的调整，既能适应短学时无机化学教学的要求，又能满足较长学时（例如70学时）教学的需要。书中标有“”号的为选学内容。

本教材由古国榜、展树中、李朴主编。全书的策划、审定由古国榜负责，具体内容的选定、定稿由展树中负责，统稿、复核由李朴完成。参加编写的人员有，李朴（绪论，第1、2章）、魏小兰（第3章）、李白滔（第4章）、邹智毅（第5、6、7章）、展树中（第8、11、12、13章）、章浩和王湘利（第9、10章）。本书编写也参考了兄弟院校教材和公开发表的有关内容，在此对有关的作者和出版社深表感谢。

限于时间短，书中难免存在不妥之处，敬请同行和读者批评指正。

编者

2010年5月