无机化学（李瑞祥）（第二版）

上篇化学原理

第1章物质的聚集状态1

1.1气体1

1.1.1理想气体状态方程式1

1.1.2气体分压定律2

1.1.3气体扩散定律3

1.1.4气体分子的速率分布和能量分布3

1.1.5实际气体状态方程式5

1.2液体6

1.2.1气体的液化6

1.2.2液体的汽化7

1.3固体9

1.3.1晶体与非晶体9

1.3.2对称元素和对称操作10

1.3.3晶胞和点阵单元11

1.3.4晶系与点阵型式15



第2章化学热力学18

2.1热力学*定律19

2.1.1基本概念及术语19

2.1.2能量守恒和转化定律——热力学*定律22

2.1.3焓——恒压条件下的热效应24

2.2化学反应的热效应25

2.2.1反应进度25

2.2.2标准摩尔焓变26

2.2.3标准摩尔焓变的计算28

2.3热力学第二定律、熵函数31

2.3.1可逆过程和*功32

2.3.2自发过程的共同特征——不可逆性35

2.3.3热力学第二定律描述37

2.3.4熵函数38

2.4吉布斯（Gibbs）自由能与化学反应方向41

2.4.1热力学*、第二定律的联合表达式41

2.4.2吉布斯自由能和过程自发进行的方向与限度41

2.4.3标准态下反应摩尔吉布斯自由能的计算42



第3章化学反应速率47

3.1反应速率的定义47

3.1.1平均速率47

3.1.2瞬时速率48

3.2反应机理50

3.2.1基元反应50

3.2.2反应机理探讨51

3.3浓度对反应速率的影响52

3.3.1速率方程52

3.3.2反应级数52

3.3.3速率常数k53

3.4反应物浓度与时间的关系54

3.4.1零级反应54

3.4.2一级反应55

3.4.3二级反应56

3.4.4三级反应56

3.5温度对化学反应速率的影响57

3.6反应速率理论简介59

3.6.1碰撞理论59

3.6.2过渡态理论61

3.7催化剂对反应速率的影响62



第4章化学平衡66

4.1化学反应的可逆性与平衡态66

4.2平衡常数67

4.2.1经验平衡常数67

4.2.2标准平衡常数68

4.2.3标准平衡常数与吉布斯自由能的关系69

4.2.4各种平衡常数的计算69

4.3外界因素对平衡的影响71

4.3.1浓度对化学平衡的影响71

4.3.2压力对化学平衡的影响72

4.3.3温度对化学平衡的影响72

4.3.4两个需要说明的问题73



第5章溶液77

5.1溶液浓度的表示方法77

5.2非电解质稀溶液的依数性78

5.2.1蒸气压下降——拉乌尔（Raoult）定律79

5.2.2沸点升高和凝固点降低79

5.2.3依数性的应用81

5.3溶胶82

5.3.1溶胶的制备和净化82

5.3.2溶胶的光学性质83

5.3.3溶胶的电学性质84

5.3.4溶胶的稳定性和聚沉84



第6章电解质溶液88

6.1强电解质溶液理论88

6.1.1离子氛和离子强度88

6.1.2活度和活度系数89

6.2弱酸、弱碱的电离平衡90

6.2.1一元弱酸、弱碱的电离平衡90

6.2.2解离度α91

6.2.3同离子效应和盐效应92

6.3水的解离平衡和溶液的pH值93

6.3.1水的离子积常数93

6.3.2溶液的pH值93

6.3.3酸碱指示剂94

6.4多元弱酸的电离平衡95

6.5缓冲溶液98

6.6盐的水解101

6.6.1各种盐的水解101

6.6.2影响水解的因素106

6.7酸碱理论的发展107

6.7.1酸碱电离理论107

6.7.2酸碱质子理论107

6.7.3酸碱的强弱108

6.7.4酸碱电子理论109



第7章难溶性强电解质的沉淀-溶解平衡112

7.1溶度积和溶解度112

7.1.1溶度积常数112

7.1.2溶度积原理113

7.1.3溶度积与溶解度的关系114

7.1.4盐效应对溶解度的影响114

7.1.5同离子效应对溶解度的影响115

7.2沉淀-溶解平衡的移动115

7.2.1沉淀的生成115

7.2.2沉淀的溶解116

7.2.3分步沉淀117

7.2.4沉淀的转化121



第8章氧化还原反应124

8.1基本概念124

8.1.1氧化数和氧化还原反应124

8.1.2氧化还原电对126

8.1.3离子-电子法配平氧化还原反应方程式126

8.2原电池与电极电势128

8.2.1原电池128

8.2.2电极电势130

8.2.3标准电极电势131

8.2.4电池电动势和化学反应吉布斯自由能的关系133

8.3影响电极电势的因素135

8.3.1Nernst方程135

8.3.2浓度、酸度、生成沉淀、生成配合物对电极电势的影响137

8.4电极电势的应用139

8.4.1判断氧化剂、还原剂的相对强弱139

8.4.2判断反应进行的方向；判断氧化还原反应的顺序；选择合适的氧化剂和还原剂140

8.4.3求平衡常数及溶度积141

8.5元素电势图解及应用142

8.5.1元素电势图142

8.5.2氧化态图144

8.5.3电势-pH图145

8.6电解147

8.6.1原电池与电解池147

8.6.2电解定律148

8.6.3分解电压148

8.7新型化学电池148

8.7.1燃料电池148

8.7.2锂离子电池149

8.7.3镍-金属氢化物电池150

8.7.4全钒液流电池——新型储能电池150



第9章原子结构及元素性质的周期性155

9.1核外电子的运动状态156

9.1.1氢原子光谱156

9.1.2Bohr原子结构模型158

9.2微观粒子运动的特殊性159

9.2.1微观粒子具有波粒二象性159

9.2.2测不准原理159

9.3波函数和原子轨道160

9.3.1Schrdinger方程——微粒的波动方程160

9.3.2波函数和原子轨道160

9.4概率密度和电子云164

9.4.1概率密度164

9.4.2电子云164

9.5波函数和电子云的空间图像165

9.5.1角度部分166

9.5.2径向部分168

9.5.3电子云的空间形状170

9.6原子核外电子排布和元素周期系170

9.6.1多电子原子的原子轨道能级170

9.6.2原子核外电子的排布（电子结构）172

9.6.3原子的电子层结构和元素周期性173

9.7元素基本性质的周期性176

9.7.1原子半径176

9.7.2电离能178

9.7.3电子亲和能180

9.7.4元素的电负性181



第10章化学键与分子结构186

10.1离子键186

10.1.1离子键的形成186

10.1.2离子键的特点187

10.1.3离子的特征187

10.1.4离子晶体188

10.2现代共价键理论190

10.2.1价键理论190

10.2.2杂化轨道理论193

10.2.3价层电子对互斥理论197

10.2.4分子轨道理论201

10.2.5金属键理论207

10.2.6键参数208

10.3分子间的作用力、氢键、离子极化作用211

10.3.1分子间的作用力211

10.3.2氢键213

10.3.3离子的极化作用214



第11章配位化合物219

11.1配位化合物的基本概念219

11.1.1配位化合物的定义219

11.1.2配位化合物的组成220

11.1.3配位化合物的命名223

11.1.4配位化合物的类型224

11.1.5配合物的立体构型和几何异构226

11.2配位化合物的化学键理论227

11.2.1价键理论227

11.2.2晶体场理论230

11.3配位化合物的稳定性241

11.3.1配位化合物的稳定常数241

11.3.2影响配位化合物稳定性的因素243

11.3.3软硬酸碱理论与配离子稳定性244

11.4配位平衡的移动246

11.4.1配位平衡与酸碱电离平衡246

11.4.2配位平衡与沉淀-溶解平衡247

11.4.3配位平衡与氧化还原平衡249

11.5配合物的取代反应与配合物的“活动性”250

11.6配位化合物的应用252



下篇元素及化合物

第12章氢和稀有气体256

12.1氢256

12.1.1氢在自然界的分布256

12.1.2氢的成键特征257

12.1.3氢的性质和用途258

12.1.4氢的制备259

12.1.5氢化物260

12.1.6氢能源262

12.2稀有气体264

12.2.1稀有气体的发现264

12.2.2稀有气体的性质264

12.2.3稀有气体的用途265

12.2.4稀有气体的化合物266

12.2.5稀有气体化合物的结构（价键理论，分子轨道理论讨论）269



第13章碱金属和碱土金属272

13.1碱金属和碱土金属的通性272

13.2碱金属和碱土金属的单质274

13.2.1物理性质274

13.2.2化学性质274

13.2.3金属单质的制备277

13.3碱金属和碱土金属的化合物278

13.3.1M 和M2 的特征278

13.3.2氧化物278

13.3.3氢氧化物280

13.3.4盐类283

13.3.5配位化合物285

13.3.6生物效应286

13.4碱金属和碱土金属的应用287

13.5离子晶体盐类的溶解性288



第14章硼族元素292

14.1硼族元素的通性292

14.2硼和铝的单质及其化合物293

14.2.1单质293

14.2.2硼的氢化物297

14.2.3硼和铝的卤化物300

14.2.4含氧化合物302

14.3镓、铟、铊305

14.3.1镓、铟、铊的单质305

14.3.2镓、铟、铊的化合物306

14.4惰性电子对效应和周期表中的斜对角线关系307

14.4.1惰性电子对效应307

14.4.2周期表中的斜对角线关系308



第15章碳族元素311

15.1碳族元素的通性311

15.2碳族元素的单质及其化合物313

15.2.1碳族元素在自然界中的分布313

15.2.2碳族元素单质314

15.2.3碳化物和氧化物319

15.2.4含氧酸及其盐325

15.2.5氢化物330

15.2.6卤化物和硫化物331

15.3碳族元素的应用334

15.4无机化合物的水解性336

15.4.1影响水解的因素336

15.4.2水解产物的类型337



第16章氮族元素340

16.1氮族元素的通性340

16.2氮族元素的成键特征341

16.2.1氮的成键特征341

16.2.2磷的成键特征342

16.2.3砷、锑、铋的成键特征343

16.3氮族元素的单质343

16.3.1氮的单质343

16.3.2单质磷344

16.3.3砷、锑、铋的单质346

16.4氮族元素的氢化物346

16.4.1氮的氢化物346

16.4.2磷的氢化物352

16.4.3砷、锑、铋的氢化物353

16.5氮族元素的氧化物354

16.5.1氮的化合物354

16.5.2磷的氧化物355

16.5.3砷、锑、铋的氧化物356

16.5.4砷、锑、铋的硫化物357

16.6氮族元素的含氧酸及其盐359

16.6.1亚硝酸及其盐359

16.6.2硝酸及其盐360

16.6.3磷的含氧酸及其盐 364

16.6.4砷、锑、铋的含氧酸及其盐368

16.7氮族元素的卤化物368

16.7.1磷的卤化物368

16.7.2砷、锑、铋的三卤化物369

16.8氮分子的活化370



第17章氧族元素375

17.1氧族元素的通性375

17.2氧、臭氧377

17.2.1氧在自然界的分布377

17.2.2氧的制备和空气液化377

17.2.3氧的结构、性质378

17.2.4臭氧380

17.2.5氧的成键特征382

17.2.6氧化物383

17.3水384

17.3.1水的结构和水的物理性质385

17.3.2水的化学性质387

17.3.3水的污染与净化388

17.4过氧化氢389

17.4.1过氧化氢的分子结构389

17.4.2过氧化氢的性质和用途389

17.4.3过氧化氢的制备390

17.5硫及其化合物391

17.5.1硫的存在和用途391

17.5.2硫的成键特征392

17.5.3硫的制备、性质和用途392

17.5.4硫化氢和硫化物393

17.5.5氧化物395

17.5.6硫的含氧酸396

17.5.7硫的其他化合物402

17.6硒和碲404

17.6.1氢化物404

17.6.2含氧酸404

17.6.3用途405

17.7氧族元素的应用406

17.8无机酸强度的变化规律407

17.8.1影响无机酸强度的直接因素：电子密度407

17.8.2氢化物酸性强弱的规律407

17.8.3含氧酸酸性强弱的规律408



第18章卤素411

18.1卤素的通性411

18.2卤素单质及其化合物414

18.2.1卤素的成键特征414

18.2.2卤素单质及性质414

18.2.3卤素的存在形式、制备和用途417

18.3卤化氢和氢卤酸420

18.3.1卤化氢的物理性质420

18.3.2卤化氢的化学性质421

18.3.3氢卤酸的制法422

18.4卤化物、卤素互化物、拟卤素和拟卤化物423

18.4.1卤化物423

18.4.2卤素互化物424

18.4.3拟卤素和拟卤化物424

18.5卤素的含氧化合物425

18.5.1卤素的氧化物425

18.5.2卤素的含氧酸及其盐426

18.6卤素的应用430

18.7无机含氧酸的氧化还原性431

18.7.1含氧酸氧化还原的周期性431

18.7.2影响含氧酸氧化能力的因素432



第19章铜、锌副族437

19.1铜副族元素438

19.1.1铜副族元素单质438

19.1.2铜的化合物439

19.1.3银的化合物442

19.1.4金的化合物443

19.2锌副族元素443

19.2.1锌副族元素单质443

19.2.2锌和镉的化合物444

19.2.3汞的化合物445

19.2.4Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体简介 448

19.2.5ⅡB族元素与ⅡA族元素性质的对比449



第20章过渡金属（一）452

20.1钛副族元素452

20.1.1钛副族元素概述及通性452

20.1.2钛453

20.1.3钛的重要化合物455

20.1.4锆与铪456

20.2钒副族元素457

20.2.1钒副族元素概述及通性457

20.2.2钒457

20.2.3钒的重要化合物458

20.2.4铌和钽460

20.3铬副族元素460

20.3.1铬副族元素概述及通性460

20.3.2铬460

20.3.3钼和钨465

20.4锰副族元素467

20.4.1锰副族元素概述及通性467

20.4.2锰467

20.4.3锝和铼470

20.5二氧化钛——高功能化新型无机材料470



第21章过渡金属（二）474

21.1铁系元素474

21.1.1铁系元素概述及通性474

21.1.2铁476

21.1.3钴和镍481

21.2铂系元素482

21.2.1铂系元素的单质482

21.2.2铂系元素化合物484

21.3过渡金属（二）的应用487



第22章f区元素490

22.1镧系元素490

22.1.1镧系元素的通性490

22.1.2镧系元素的单质494

22.1.3镧系元素的重要化合物495

22.2稀土元素501

22.2.1稀土元素在自然界中的存在形式和分布501

22.2.2稀土元素的分组502

22.2.3稀土元素的分离502

22.2.4稀土元素的用途504

22.3锕系元素507

22.3.1锕系元素的通性507

22.3.2锕系元素的单质509

22.3.3钍及其化合物509

22.3.4铀及其化合物511



第23章放射化学514

23.1原子核的基本性质515

23.1.1原子核的半径与密度515

23.1.2原子核结构模型515

23.1.3亚原子粒子518

23.1.4原子核的结合能518

23.2核转变化学519

23.2.1核衰变519

23.2.2原子核衰变的一般规律520

23.2.3核反应521

23.2.4核裂变522

23.2.5核聚变523

23.3放射性化合物的合成及应用523

23.3.1放射性化合物的合成523

23.3.2放射性化合物的应用524



附录526

附录1常用单位换算表526

附录2一些化学物质的热力学数据527

附录3凝固点降低常数529

附录4沸点升高常数529

附录5弱酸的电离常数530

附录6难溶化合物的溶度积531

附录7配离子的不稳定常数532

附录8标准电极电势（25℃）532



参考文献543