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化學應用基礎(曹國慶) ![]()
《化學應用基礎》為江蘇省重點建設高職教材,該教材將傳統(tǒng)的四大化學課程進行模塊化整合,共分為化學反應速率與化學平衡、化工分析技術、物質結構和化合物基礎、有機化合物、物質的聚集態(tài)和化學熱力學基礎五大模塊,共19章及14個實訓內容。全書在適當位置插入啟發(fā)式、探究式的小問題,以促進學生思考,并將教材與生活、社會相結合。
《化學應用基礎》重視化學技能的培養(yǎng)和化學在實際生活中的應用,適用于高職應用化工技術、精細化工、材料、環(huán)境工程、生物化工和制藥等專業(yè)的學生和教師使用。 適讀人群 :適用于高職應用化工技術、精細化工、材料、環(huán)境工程、生物化工和制藥等專業(yè)的學生和教師使用。 在應用型人才的培養(yǎng)過程中,在強調應用型的同時,也不可能舍棄理論知識的教學。本書作者教授化學課程多年,有著豐富的經驗。他將四大化學的重要的內容融入一本書,在知識點的選擇和設置上都根據編者的教學經驗精細設計;在理論知識之余還加入實訓內容,使本書應用性強,符合應用型人才培養(yǎng)特點。
高職教育的目標是要培養(yǎng)具備高技能、有技術的應用型人才,現(xiàn)將這種理念應用到化學學科的教學;瘜W學習的根本就在于能將化學知識應用于生活、應用于生產和能為后續(xù)的專業(yè)課程服務。經過多年的高職化學教學的實踐與探索,我們編寫了這本《化學應用基礎》教材。
本教材將傳統(tǒng)的四大化學課程進行模塊化整合,形成一本由“化學反應速率與化學平衡”、“化工分析技術”、“物質結構和化合物基礎”、“有機化合物”、“物質的聚集態(tài)和化學熱力學基礎”五大模塊組成,共19章及14個實訓內容的綜合性教材。本教材編寫注意突出了以下幾個特點: 1.模塊化整合內容,重構課程體系 “化學應用基礎”課程是應用化工技術、精細化工、材料、環(huán)境工程、生物化工和制藥等專業(yè)的重要基礎課程,該課程內容的設置和教學質量將直接影響到專業(yè)的培養(yǎng)目標。在編寫該教材時,編者剔除了四大化學中理論性強又不實用的內容,根據各專業(yè)的培養(yǎng)目標,選擇了四大化學中的部分內容并進行有機整合,形成了《化學應用基礎》的五大模塊內容,內容雖然龐大但又自成體系。 2.結合專業(yè)需求,靈活教學內容 由于不同專業(yè)培養(yǎng)目標和后續(xù)課程的不同,其對“化學應用基礎”課程要求是不一樣的。根據不同專業(yè)的要求,模塊中的教學內容可作適當取舍,達到服務于專業(yè)、服務于培養(yǎng)目標的要求。譬如分析檢驗專業(yè),因后續(xù)有更詳細的定量化學分析和儀器分析課程,“化工分析技術”模塊就可以不在此進行教學了;對于精細化工技術中涂料生產專業(yè),“物質的聚集態(tài)和化學熱力學基礎”模塊中增加了“膠體及應用”內容。 3.培養(yǎng)實訓技能,應用于生活和生產 本教材的14個實訓內容,有不少是物質的制備技術實訓,培養(yǎng)學生在實驗室進行生產試驗的能力;也有與生活密切相關的實訓,如水的pH測定、水的純度測定等。體現(xiàn)教材服務生活和生產。 4.促進思考,培養(yǎng)興趣 教材中有許多諸如“想一想”、“練一練”等思考內容,可促進學生在教學中當場思考,及時理解教學內容。教材章節(jié)后還有許多小資料可供學生在課后閱讀,擴大學生的視野,培養(yǎng)學生學習興趣。 5.拓展課外技能 用計算機繪制化學結構和進行實驗數(shù)據處理也是高職學生應該要有的一項技能。在本教材中還介紹了ChemOffice化學結構軟件的使用和用Excel軟件進行實驗數(shù)據處理的方法。 全書由南京科技職業(yè)學院、揚州工業(yè)職業(yè)技術學院有著多年高職教學經驗的教師及企業(yè)科研人員合作編寫而成。參加本書編寫的有南京科技職業(yè)學院曹國慶(編寫第1~4章)、胡智學(編寫第14~16章)、雷玲(編寫第17、18章)、朱云(編寫第9~11章)、武亞明(編寫第12、13章)、陳玉霞(編寫第7、8、19章)和揚州工業(yè)職業(yè)技術學院王元有(編寫第5、6章)。江蘇中丹制藥有限公司馬鋒高級工程師對本書的編寫提出了許多寶貴意見和建議,在此表示感謝。本教材由南通大學石玉軍教授擔任主審,全書由曹國慶統(tǒng)稿和修改。 鑒于編者的知識和能力有限,書中難免存在缺點和不足之處,敬請讀者和同行批評指正。 編者 2016年6月
曹國慶,南京科技職業(yè)學院教研室主任,副教授。1987年7月至今于南京科技職業(yè)學院(原南京化工職業(yè)技術學院)任教。任教課程有無機化學、分析化學、有機化學、儀器分析等。
作者為“化學應用基礎”院級精品課程主持人;主持的“化學應用基礎”多媒體課件獲江蘇省高校團體二等獎。
第一模塊化學反應速率與化學平衡
第1章化學反應速率與化學平衡2 1.1氣體2 1.1.1氣體的壓力單位和壓力表2 1.1.2高壓氣體鋼瓶及標識3 1.1.3理想氣體狀態(tài)方程3 1.1.4氣體分壓定律4 1.2化學反應速率4 1.2.1化學反應速率的表示與測定5 1.2.2化學反應速率理論6 1.2.3影響化學反應速率的因素8 1.3化學平衡11 1.3.1化學平衡與平衡常數(shù)11 1.3.2化學平衡的有關計算14 1.3.3化學平衡的移動及應用14 習題17 第2章酸堿平衡19 2.1溶液濃度表示19 2.1.1濃度表示和計算19 2.1.2濃度換算20 2.1.3溶液配制20 2.2酸堿平衡21 2.2.1酸堿質子理論21 2.2.2強酸、強堿溶液酸堿度計算21 2.2.3弱電解質的解離平衡21 2.2.4緩沖溶液及配制23 2.3沉淀與溶解平衡26 2.3.1溶度積26 2.3.2溶度積規(guī)則及其應用28 2.3.3沉淀分離技術29 習題30 實訓1緩沖溶液配制和pH的測定31 【閱讀材料】pH值快速測定技術32 第3章氧化還原平衡33 3.1氧化還原反應33 3.1.1氧化還原反應概念33 3.1.2氧化還原反應方程式的配平34 3.2原電池的組成和設計35 3.2.1電對概念35 3.2.2原電池的組成與符號36 3.3電極電勢37 3.3.1標準電極電勢37 3.3.2非標準電極電勢的計算39 3.3.3電極電勢的應用40 習題43 第4章配位平衡44 4.1配合物的基本概念44 4.1.1配合物的組成44 4.1.2配合物的命名46 4.2配合物在溶液中的狀況47 4.2.1配位平衡47 4.2.2配合物穩(wěn)定常數(shù)的應用48 4.3配合物的應用49 習題51 第二模塊化工分析技術 第5章物性參數(shù)測定技術54 5.1熔點測定技術54 5.1.1熔點54 5.1.2熔點測定的意義55 5.1.3熔點測定方法55 5.2電動勢測定技術56 5.2.1電池電動勢測定原理56 5.2.2SDC數(shù)字電位差綜合測試儀56 5.3電導率測定技術56 5.3.1電導與電導率57 5.3.2摩爾電導率57 5.3.3電導的應用58 5.4液體黏度測定技術59 5.4.1液體黏度59 5.4.2黏度的測定59 習題61 實訓2天然水及實驗用水的純度測定61 【閱讀材料】機油黏度過大過小的危害63 第6章物質含量分析技術64 6.1分析技術基本概念64 6.1.1滴定分析法64 6.1.2標準溶液及配制方法66 6.1.3滴定分析的計算67 6.1.4誤差與偏差68 6.1.5有效數(shù)字70 6.2酸堿滴定技術71 6.2.1酸堿指示劑71 6.2.2酸堿滴定原理72 6.2.3酸堿滴定的應用76 實訓3食醋中總酸含量的測定76 6.3配位滴定技術78 6.3.1方法原理78 6.3.2金屬指示劑81 6.3.3應用示例(水的總硬度測定)82 實訓4EDTA標準溶液的標定和水的總硬度測定83 6.4氧化還原滴定技術85 6.4.1高錳酸鉀法85 6.4.2碘量法86 實訓5高錳酸鉀標準溶液的標定和亞鐵鹽含量的測定87 6.5吸光度測定技術89 6.5.1物質對光的選擇性吸收89 6.5.2朗伯-比爾定律90 實訓6工業(yè)產品中微量鐵含量的測定91 習題94 【技能拓展】Excel在化學實驗數(shù)據處理中的應用95 第三模塊物質結構和化合物基礎 第7章物質結構100 7.1核外電子運動狀態(tài)100 7.1.1電子云的概念101 7.1.2核外電子運動狀態(tài)的描述101 7.1.3核外電子排布規(guī)律103 7.2元素周期表106 7.2.1電子結構與元素周期表106 7.2.2元素周期律107 7.3共價鍵和分子結構110 7.3.1共價鍵理論110 7.3.2雜化軌道理論113 7.3.3分子間作用力與氫鍵116 7.4晶體結構與性能120 7.4.1分子晶體120 7.4.2離子晶體121 7.4.3原子晶體123 7.4.4金屬晶體124 7.4.5晶體比較124 習題125 【閱讀材料】揭秘晶體的常見用途125 第8章常見金屬元素及其化合物128 8.1鉻及其重要化合物128 8.1.1鉻的元素電勢圖128 8.1.2單質及其性質129 8.1.3鉻(Ⅲ)的化合物129 8.1.4鉻(Ⅵ)的化合物130 8.1.5含鉻廢水的處理131 8.2錳及其重要化合物131 8.2.1錳的元素電勢圖132 8.2.2單質及其性質132 8.2.3錳(Ⅱ)的化合物132 8.2.4錳(Ⅳ)的化合物133 8.2.5錳(Ⅶ)的化合物133 8.2.6高錳酸鉀的應用134 8.3鐵及其重要化合物134 8.3.1鐵的元素電勢圖135 8.3.2單質及其性質135 8.3.3鐵的氧化物和氫氧化物135 8.3.4鐵(Ⅱ)鹽136 8.3.5鐵(Ⅲ)鹽136 8.3.6鐵的配位化合物137 8.3.7重鉻酸鉀容量法測定鐵礦石中的全鐵138 8.4鋅族元素及其化合物138 8.4.1鋅族的元素電勢圖138 8.4.2鋅族元素單質138 8.4.3氧化物和氫氧化物139 8.4.4鹽類139 8.4.5配合物141 8.4.6化學沉淀法處理廢水中的汞141 8.5銅族元素及其化合物142 8.5.1銅族的元素電勢圖142 8.5.2銅族元素單質142 8.5.3氧化物143 8.5.4氫氧化物144 8.5.5鹽類144 8.5.6配合物147 8.5.7從廢液中回收銀148 實訓7硫酸亞鐵銨的制備和產品質量檢測148 習題150 【閱讀材料】合金材料151 第四模塊有機化合物 第9章認識有機化合物154 9.1烴的結構與命名154 9.1.1烷烴結構與命名154 9.1.2烯烴結構與命名158 9.1.3炔烴的結構與命名163 9.1.4芳烴的結構與命名164 9.1.5鹵代烴的結構與命名167 9.2含氧有機化合物的結構與命名169 9.2.1醇的結構與命名169 9.2.2酚的結構與命名171 9.2.3醚的結構與命名172 9.2.4醛和酮的結構與命名173 9.2.5羧酸及其衍生物的結構與命名174 9.3含氮及雜環(huán)有機化合物的結構與命名177 9.3.1胺的結構與命名177 9.3.2偶氮及重氮化合物的結構與命名178 9.3.3雜環(huán)有機化合物的結構與命名178 習題180 【技能拓展】化學軟件ChemOffice的應用(物質結構、反應方程式、反應裝置的繪制)183 第10章烴186 10.1烷烴186 10.1.1物性概述186 10.1.2烷烴的取代反應和應用188 10.1.3烷烴的來源和制備190 10.1.4環(huán)烷烴的結構與性質191 10.2烯烴193 10.2.1物性概述193 10.2.2烯烴的加成反應和應用193 10.2.3烯烴的取代反應和應用197 10.2.4烯烴的氧化反應與應用197 10.2.5雙烯合成反應199 10.2.6烯烴的制備199 10.2.7烯烴的聚合物200 10.3炔烴201 10.3.1物性概述201 10.3.2炔烴的加成反應和應用201 10.3.3炔烴的氧化反應和應用203 10.3.4端基炔烴的反應與應用204 10.3.5炔烴的制備204 習題205 【閱讀材料】塑料制品及性能207 第11章芳烴210 11.1物性概述211 11.2芳烴的取代反應和應用211 11.2.1苯環(huán)上的取代反應211 11.2.2苯環(huán)側鏈上的反應214 11.2.3苯環(huán)上親電取代反應的歷程215 11.3芳烴的定位規(guī)律和應用215 11.3.1兩類定位基215 11.3.2二取代苯的定位規(guī)律216 11.3.3定位規(guī)律的應用217 11.4對二甲苯的制備與應用217 習題218 【閱讀材料】可燃氣體爆炸極限及防爆措施219 第12章鹵代烴221 12.1鹵代烴的分類和物性概述221 12.1.1鹵代烴的分類221 12.1.2鹵代烴的物理性質222 12.2鹵代烷的化學反應及應用223 12.2.1取代反應223 12.2.2消除反應225 12.2.3與金屬鎂反應——格氏試劑的生成226 12.3鹵代烯烴和鹵代芳烴227 12.3.1鹵代烯烴與鹵代芳烴的分類227 12.3.2不同結構的鹵代烯烴和鹵代芳烴反應活性的差異228 12.3.3雙鍵位置對鹵原子活潑性影響的理論解釋228 12.4鹵代烴的制備230 12.4.1烴類的鹵代230 12.4.2不飽和烴與鹵素或鹵化氫的加成230 12.4.3由醇制備231 12.4.4芳環(huán)上的氯甲基化231 習題231 第13章醇、酚、醚233 13.1醇酚醚的分類和物性概述233 13.1.1醇的分類233 13.1.2醇的物性概述234 13.1.3酚的分類235 13.1.4酚的物性概述236 13.1.5醚的分類237 13.1.6醚的物性概述237 13.2醇的化學反應及應用238 13.2.1醇與活潑金屬的反應——醇的酸性239 13.2.2羥基被鹵原子取代的反應239 13.2.3酯化反應240 13.2.4脫氫和氧化241 13.2.5脫水反應243 13.3酚的化學反應及應用244 13.3.1酚羥基的反應244 13.3.2芳環(huán)上的取代反應246 13.3.3氧化和加氫反應248 13.4醚的化學反應及應用249 習題250 【閱讀材料】一種相轉移劑——冠醚251 第14章醛和酮253 14.1物性概述253 14.2羰基的加成反應和應用254 14.2.1與氫氰酸(HCN)的加成254 14.2.2與NaHSO3的加成255 14.2.3與格利雅試劑的加成256 14.2.4與醇的加成256 14.2.5與氨的衍生物加成257 14.3醛、酮的α-H原子反應和應用259 14.3.1鹵代與鹵仿反應259 14.3.2羥醛縮合反應259 14.4醛、酮的氧化還原反應和應用261 14.4.1氧化反應261 14.4.2還原反應261 14.4.3歧化反應[康尼查羅(Cannizzaro)反應]263 習題263 【閱讀材料】家裝中甲醛的污染與預防265 第15章羧酸及其衍生物266 15.1物性概述266 15.2羧酸的酸性及變化267 15.2.1羧酸的酸性268 15.2.2羧酸的αH鹵代反應270 15.2.3脫羧反應271 15.2.4還原反應271 15.3羧酸衍生物的制備271 15.3.1酰鹵的生成271 15.3.2酸酐的生成272 15.3.3酯的生成273 15.3.4酰胺的生成273 15.4羧酸衍生物的性質和應用274 15.4.1水解274 15.4.2醇解274 15.4.3氨解275 15.4.4還原反應275 15.4.5酰胺的特殊反應275 15.5乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯合成法和應用276 15.5.1乙酰乙酸乙酯合成法和應用276 15.5.2丙二酸二乙酯合成法和應用278 習題279 【閱讀材料】百特事件——塑料增塑劑的利與弊280 第16章含氮及雜環(huán)有機化合物282 16.1胺類化合物283 16.1.1胺的性質及應用283 16.1.2季銨鹽和季銨堿及應用287 16.1.3重要的胺287 16.2重氮和偶氮化合物288 16.2.1重氮化合物的制備289 16.2.2重氮鹽的性質及其在有機合成上的應用289 16.3五元雜環(huán)化合物291 16.3.1含一個雜原子的五元雜環(huán)291 16.3.2含兩個雜原子的五元雜環(huán)化合物293 16.4六元雜環(huán)化合物295 16.4.1含一個雜原子的六元雜環(huán)295 16.4.2含兩個雜原子的六元雜環(huán)297 16.5氨基酸與味精298 16.5.1氨基酸298 16.5.2味精299 習題299 實訓81溴丁烷的制備301 實訓9乙酸乙酯的制備303 實訓10環(huán)己酮的制備305 實訓11乙酰苯胺的制備306 實訓12肥皂的制備308 第五模塊物質的聚集態(tài)和化學熱力學基礎 第17章化學熱力學基礎312 17.1熱力學基本概念312 17.1.1系統(tǒng)和環(huán)境312 17.1.2系統(tǒng)的性質313 17.1.3狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)313 17.1.4熱力學平衡態(tài)314 17.1.5變化過程314 17.1.6狀態(tài)函數(shù)法315 17.2熱力學第一定律315 17.2.1熱與功315 17.2.2熱力學能316 17.2.3熱力學第一定律316 17.2.4焦耳實驗317 17.3體積功的計算317 17.3.1體積功計算通式317 17.3.2不同過程的功318 17.4恒容熱、恒壓熱及焓319 17.4.1恒容熱(QV)319 17.4.2恒壓熱(Qp)及焓319 17.4.3熱容320 17.4.4顯熱計算321 17.5熱力學第一定律對理想氣體的應用321 17.5.1理想氣體內能和焓322 17.5.2熱力學第一定律對理想氣體pVT變化過程的應用322 17.5.3熱力學第一定律對相變過程的應用324 17.6化學反應熱325 17.6.1反應進度325 17.6.2化學反應熱326 17.6.3熱化學方程式327 17.7標準摩爾反應焓變的計算328 17.7.1蓋斯定律328 17.7.2由標準摩爾生成焓計算標準摩爾反應焓變328 17.7.3由標準摩爾燃燒焓計算標準摩爾反應焓變329 17.8熵和熵變330 17.8.1熵函數(shù)與熵增原理331 17.8.2熵變的計算331 17.9吉布斯函數(shù)335 17.10化學反應方向的判斷336 17.10.1化學反應方向判據式336 17.10.2標準摩爾反應吉布斯函數(shù)336 17.10.3標準摩爾生成吉布斯函數(shù)337 實訓13燃燒熱的測定337 習題339 第18章溶液及相平衡342 18.1拉烏爾定律和亨利定律342 18.1.1拉烏爾定律343 18.1.2亨利定律343 18.1.3理想稀溶液344 18.2稀溶液的依數(shù)性345 18.2.1蒸氣壓下降345 18.2.2沸點升高345 18.2.3凝固點降低346 18.2.4滲透壓347 18.3理想液態(tài)混合物348 18.3.1理想液態(tài)混合物348 18.3.2理想雙液系氣液平衡時蒸氣總壓及氣液組成349 18.4相平衡基本概念350 18.4.1相和相數(shù)350 18.4.2物種數(shù)和組分數(shù)350 18.4.3自由度和自由度數(shù)351 18.4.4相律351 18.5單組分系統(tǒng)的相圖352 18.5.1單組分系統(tǒng)相律分析352 18.5.2水的相圖分析353 18.5.3純物質兩相平衡時壓力與溫度的關系353 18.6二組分理想溶液的氣液平衡相圖355 18.6.1二組分理想溶液的蒸氣壓組成圖355 18.6.2二組分理想溶液的沸點組成圖357 18.6.3杠桿規(guī)則357 18.7二組分實際溶液的氣液平衡相圖358 18.7.1具有一般正(負)偏差的系統(tǒng)358 18.7.2具有最大正偏差的系統(tǒng)358 18.7.3具有最大負偏差的系統(tǒng)359 18.7.4精餾原理359 18.8液態(tài)完全不互溶雙液系的蒸氣壓360 18.8.1液態(tài)完全不互溶雙液系的蒸氣壓360 18.8.2水蒸氣蒸餾361 【知識拓展】分配定律362 實訓14雙液系的氣液平衡相圖的繪制362 習題364 第19章膠體及應用367 19.1膠體及其主要特性367 19.1.1膠體的分類367 19.1.2膠團的結構368 19.1.3溶膠的光學性質368 19.1.4溶膠的動力學性質369 19.1.5溶膠的電學性質370 19.1.6溶膠的聚沉作用371 19.1.7膠體的性質與意義372 19.2乳狀液372 19.2.1乳狀液的定義及分類372 19.2.2乳狀液的不穩(wěn)定性373 19.2.3乳狀液的應用374 習題375 【閱讀材料】膠體化學的發(fā)展前景375 附錄 附錄1常見物質的熱力學數(shù)據377 附錄2弱酸、弱堿的離解常數(shù)(298.15K)379 附錄3難溶化合物的溶度積常數(shù)(298.15K)379 附錄4標準電極電勢(298.15K)380 附錄5常見配離子的穩(wěn)定常數(shù)(298.15K)382 附錄6常見化合物的相對分子質量表382 參考文獻384 元素周期表
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