本书为“十四五”职业教育国家规划教材,在讲述专业知识的同时,有机融入了“推动绿色发展,促进人与自然和谐共生”“弘扬科学家精神”等党的二十大报告内容,有利于培养学生的家国情怀,提高学生的道德素养。
全书共分九章,内容包括物质结构、化学反应速率和化学平衡、重要元素及其化合物、定量分析基础、酸碱平衡与酸碱滴定法、配位化合物与配位滴定法、氧化还原反应与氧化还原滴定法、沉淀溶解平衡与沉淀滴定法、常用分离方法简介。每章末均有同步练习,便于学生更好地理解和应用课程内容。为拓宽学生视野,每章末还编排了相关的阅读材料。
本书可作为高职高专制药技术类、生物技术类、化工类、环境类、医学类、农林类、食品类、材料类等相关专业的教材,也可作为以上各相关专业成人教育、职业培训教材,还可供有关专业人员参考。
韩忠霄,曾任学院环境与化学工程系直属党支部书记(2008年退居管理二线)。教授,双师型教师,学院有突出贡献的专业带头人,首批骨干教师,生化制药技术专业教学团队负责人。中国化学会会员,河北省化学会会员,河北省冶金学会会员,河北省医药行业协会会员。1982年3月至今从事《无机化学》、《分析化学》、《普通化学》、《无机及分析化学》等专业基础课和《环境监测》(填补全国冶金中专空白)、《钢铁材料分析》(填补全国冶金中专空白)、《药物分析与检验技术》等专业课的教学及相关科研工作,特别是投身于高职环保类、化工类、制药类等专业其专业基础课几大化学的整合研究实践。主持参加“高职工科四大化学课程新体系的建设”、“无机及分析化学创新教育教学改革”等省级及院级教科研课题多项,其中获全国冶金职业教育优秀科研成果二等奖1项、院级优秀教学成果一等奖1项。身为化学检验工考评员参加高职院校、相关企业化学检验工职业技能鉴定多次。作为主要指导教师指导我院三名学生选手参加第 二届“全国石油与化工职业院校学生化学检验工技能大赛”,取得一等奖3项,二等奖7项的好成绩,本人被聘为本届技能大赛化学分析项目的裁判员参加大赛裁判工作。1992年始主持中国科学院“大型仪器功能开发项目--原子吸收间接法在农业分析中的应用研究”、河北省科技厅“可见光响应光催化功能材料的制备、结构和性能研究”等课题,主要参研河北省科技厅、教育厅课题多项。在河北大学学报、无机盐工业、教育与职业等全国中文核心期刊发表“用原子吸收间接法测定水果蔬菜和果汁饮料中维生素C”、“聚苯胺改性纳米二氧化钛的制备及其对含氰废水的降解”、“试论高职教育对创新人才的培养”等论文40余篇,其中“用原子吸收间接法测定水果蔬菜中水溶性总糖”等多篇论文被美国《ChemicalAbstracts》、我国的《分析化学文摘》、《中国化学化工文摘》收录。获得国家发明专利2项。现被聘为二级教授。
绪论1
一、无机及分析化学的任务和作用1
二、分析方法的分类1
三、无机及分析化学课程的基本内容3
四、无机及分析化学课程的学习方法4
第一章物质结构6
第一节原子核外电子的运动状态6
一、电子云6
二、核外电子的运动状态7
第二节原子核外电子的排布9
一、电子排布和近似能级图9
二、核外电子的排布规则9
三、原子的电子结构与元素周期律11
第三节元素性质的周期性变化13
一、原子半径13
二、电负性15
三、元素的金属性与非金属性16
四、氧化数16
第四节化学键16
一、离子键17
二、共价键18
*三、杂化轨道理论22
第五节分子的极性24
一、键的极性与分子的极性24
*二、分子的极性与偶极矩25
*第六节分子间的作用力25
一、分子的极化25
二、分子间力26
三、氢键27
阅读材料1四个量子数29
阅读材料2晶体知识29
阅读材料3纳米技术与纳米材料30
同步练习31
第二章化学反应速率和化学平衡33
第一节化学反应速率33
一、化学反应速率的概念及表示方法33
二、影响化学反应速率的因素34
第二节化学平衡36
一、可逆反应和化学平衡36
二、化学平衡常数37
三、有关化学平衡的计算39
四、化学平衡的移动41
五、反应速率与化学平衡的综合应用43
阅读材料化学反应速率理论简介43
同步练习44
第三章重要元素及其化合物48
第一节概述48
一、元素在自然界中的分布48
二、元素的分类49
三、元素在自然界中的存在形态49
第二节非金属元素及其化合物50
一、卤素及其化合物50
二、氧、硫及其化合物52
三、氮、磷及其化合物55
四、碳、硅、硼及其化合物58
第三节金属元素及其化合物59
一、过渡元素的通性59
二、铜、银、锌和汞60
三、铬、锰和铁62
*第四节生命元素简介64
一、宏量元素64
二、微量元素64
三、有害元素65
阅读材料1 化学元素家族的新成员——113号、115号、117号、118号元素65
阅读材料2 过渡元素的生物作用67
同步练习68
第四章定量分析基础70
第一节定量分析的一般程序70
一、试样的采集与制备71
二、试样的分解71
三、试样的预处理72
四、测定73
五、数据处理73
六、分析检验记录与检验报告73
第二节提高分析结果准确度的方法74
一、分析检验中的误差74
二、分析检验的准确度与精密度75
三、提高分析结果准确度的方法78
第三节分析数据的处理79
一、有效数字及其运算规则79
*二、置信度与平均值的置信区间82
三、可疑数据的取舍83
第四节滴定分析概述85
一、滴定分析的基本概念86
二、滴定分析方法86
三、滴定分析对化学反应的要求87
四、滴定方式87
第五节标准滴定溶液的制备88
一、溶液浓度的表示方法88
二、标准滴定溶液的制备方法90
第六节滴定分析的计算93
一、基本单元的概念93
二、计算示例94
阅读材料1 在线分析97
阅读材料2 人工智能算法在化学分析数据处理中的应用97
同步练习98
第五章酸碱平衡与酸碱滴定法103
第一节酸碱质子理论104
一、质子酸碱的概念104
二、酸碱反应105
三、水溶液中的酸碱反应及其平衡105
*第二节影响酸碱平衡的因素107
一、稀释作用108
二、同离子效应与盐效应108
三、酸度及其对弱酸弱碱型体分布的影响109
第三节酸碱水溶液pH的计算112
一、质子条件式112
二、一元弱酸、弱碱水溶液pH的计算113
三、多元弱酸、弱碱水溶液pH的计算114
四、两性物质水溶液pH的计算115
五、缓冲溶液及其pH的计算116
第四节酸碱指示剂120
一、酸碱指示剂的变色原理120
二、酸碱指示剂的变色范围120
三、混合指示剂122
第五节酸碱滴定曲线和指示剂的选择123
一、强酸强碱的滴定123
二、一元弱酸弱碱的滴定125
三、多元酸碱的滴定127
第六节酸碱滴定法的应用129
一、酸碱标准滴定溶液的制备130
二、应用实例131
三、计算示例135
第七节非水溶液中的酸碱滴定137
一、溶剂的种类与性质138
二、非水滴定条件的选择139
三、非水滴定的标准滴定溶液和终点的检测139
四、非水滴定法的应用实例141
阅读材料绿色化学141
同步练习142
第六章配位化合物与配位滴定法147
第一节概述149
一、配位化合物及配位平衡149
二、配位滴定对反应的要求152
三、氨羧配位剂152
第二节EDTA及其配合物153
一、EDTA的性质及其解离平衡153
二、EDTA与金属离子的配位特点154
第三节EDTA配合物的解离平衡155
一、EDTA 与金属离子的主反应及配合物的稳定常数155
二、影响配位平衡的主要因素156
三、条件稳定常数158
四、滴定所允许的最低pH和酸效应曲线159
第四节配位滴定法的基本原理161
一、配位滴定曲线161
二、金属指示剂162
第五节提高配位滴定选择性的方法165
一、利用控制溶液酸度的方法165
二、利用掩蔽和解蔽的方法166
三、选用其他配位剂滴定169
第六节配位滴定法的应用169
一、EDTA标准滴定溶液的制备169
二、应用实例170
阅读材料配合物在生化、医药中的应用172
同步练习173
第七章氧化还原反应与氧化还原滴定法179
第一节氧化还原反应179
一、基本概念179
二、氧化还原反应方程式的配平182
*第二节电极电势184
一、能斯特方程式184
二、标准电极电势185
三、条件电极电势185
四、电极电势的应用188
第三节氧化还原滴定法的基本原理189
一、氧化还原滴定曲线190
二、氧化还原滴定中的指示剂191
第四节常用的氧化还原滴定法193
一、高锰酸钾法193
二、重铬酸钾法197
三、碘量法198
四、亚硝酸钠法203
五、其他氧化还原滴定法简介206
第五节氧化还原滴定计算示例207
阅读材料1 能斯特209
阅读材料2 双氧水在日常生活和生产中的作用210
同步练习210
第八章沉淀溶解平衡与沉淀滴定法215
第一节难溶电解质的溶解平衡215
一、溶度积216
二、分步沉淀218
三、沉淀的溶解方法218
四、沉淀的转化219
第二节沉淀滴定法220
一、莫尔法220
*二、佛尔哈德法221
*三、法扬司法223
第三节沉淀滴定法的应用224
一、银量法标准滴定溶液的制备224
二、应用实例225
第四节称量分析法226
一、沉淀法226
*二、挥发法230
*三、萃取法230
同步练习231
第九章常用分离方法简介235
第一节组分分离的意义及回收效果235
一、分离与富集235
二、分离与富集的效果评价236
第二节沉淀与共沉淀分离法236
一、常量组分的沉淀分离236
二、共沉淀及微(痕)量组分的分离富集238
第三节溶剂萃取分离法238
一、溶剂萃取的基本原理239
二、重要的萃取体系240
三、溶剂萃取分离技术及操作242
第四节离子交换分离法242
一、离子交换树脂的种类及性质242
二、离子交换树脂的性能参数243
三、离子交换树脂对离子的亲和力244
四、离子交换分离技术及操作244
第五节色谱分离法245
一、纸色谱法245
二、薄层色谱法246
三、色谱分离操作与定性定量方法246
阅读材料1 超临界流体萃取247
阅读材料2 物质分离新技术248
同步练习248
世界职业院校技能大赛相关赛项基础知识练习题251
附录258
附录1弱酸弱碱在水中的解离常数(25℃,I =0)258
附录2金属配合物的稳定常数lgK(18~25℃,I=0. 1)260
附录3标准电极电势(25℃)261
附录4条件电极电势264
附录5一些常见难溶化合物的溶度积(18~25℃)266
附录6一些化合物的分子量267
附录7不同温度下标准滴定溶液的体积补正值269
参考文献271