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书名：大学化学
定价：58.0
ISBN：9787030583178
作者：无
版次：1
出版时间：2018-08
内容提要：
本书内容分为三部分：**部分无机化学原理，包括化学热力学导论、化学反应速率、化学平衡、物质结构、氧化还原反应与电化学、配合物与配位平衡；第二部分元素无机化学，介绍重要元素单质和无机化合物的存在、制备、物理化学性质及应用，并简介无机材料；第三部分定量分析基础。本书既重视理论论述的科学性，也重视理论的应用。与本书配套的电子教案可以从中山大学教学网站下载
目录：
目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 化学研究的对象 1
1.1.1 化学的定义 1
1.1.2 化学变化的基本特征 2
1.1.3 化学的二级学科 2
1.2 化学与人类社会发展的关系 5
1.2.1 化学在科学中的位置 5
1.2.2 化学为人类创造物质财富的贡献 7
1.2.3 化学与人类生存环境 9
1.2.4 化学与人类健康 9
1.2.5 化学对人类文化发展的影响 9
1.3 学习化学的方法 10
1.3.1 重视做好化学实验 10
1.3.2 重视化学理论的指导作用 10
1.3.3 在学习中掌握逻辑思维方法 11
1.3.4 抓好各个学习环节 11
1.3.5 学一点化学史 11
本章教学要求 12
第2章 化学热力学导论 13
2.1 热力学基本概念及热力学**定律 13
2.1.1 基本概念 13
2.1.2 热力学**定律、热和功 15
2.1.3 化学反应的热效应与焓 17
2.2 赫斯定律及其应用 18
2.2.1 反应进度 18
2.2.2 热化学方程式 19
2.2.3 赫斯定律 20
2.2.4 几种热效应 21
2.2.5 食物与燃料 24
2.3 过程的自发性、熵、热力学第二定律和第三定律 25
2.3.1 过程的自发性 25
2.3.2 熵、热力学第二定律 25
2.3.3 热力学第三定律和标准熵 26
2.4 吉布斯自由能与化学反应自发性判据 28
2.4.1 吉布斯自由能 28
2.4.2 标准摩尔生成吉布斯自由能 29
2.4.3 吉布斯-亥姆霍兹方程 29
本章教学要求 31
习题 32
第3章 化学反应速率 34
3.1 化学反应速率定义和测定方法 34
3.2 浓度对化学反应速率的影响 35
3.2.1 速率方程 36
3.2.2 有效碰撞理论 37
3.3 温度对化学反应速率的影响 39
3.3.1 阿伦尼乌斯反应速率公式 39
3.3.2 阿伦尼乌斯公式的应用 40
3.4 催化剂对化学反应速率的影响 41
3.4.1 过渡状态理论 42
3.4.2 催化剂影响化学反应速率的历程 43
本章教学要求 44
习题 44
第4章 化学平衡 45
4.1 化学平衡的概念 45
4.1.1 化学反应的可逆性和可逆反应 45
4.1.2 化学平衡定义与特征 45
4.2 化学平衡常数 46
4.2.1 化学平衡常数的定义与特征 46
4.2.2 实验平衡常数 48
4.2.3 标准平衡常数 50
4.2.4 与平衡常数有关的计算 51
4.3 范特霍夫等温式 53
4.3.1 范特霍夫等温式的推导 53
4.3.2 范特霍夫等温式的应用 54
4.3.3 多重平衡规则 55
4.4 影响化学平衡的因素 56
4.4.1 浓度对化学平衡的影响 56
4.4.2 压力对化学平衡的影响 57
4.4.3 温度对化学平衡的影响 59
4.4.4 勒夏特列原理 61
4.5 溶液 61
4.5.1 难挥发的非电解质稀溶液的依数性 62
4.5.2 电解质溶液 63
4.6 水溶液中的酸碱平衡 64
4.6.1 酸碱理论 64
4.6.2 一元弱酸(碱)的电离平衡 67
4.6.3 多元弱酸(碱)的电离平衡 70
4.6.4 酸碱电离平衡的移动及应用 72
4.7 难溶强电解质的沉淀溶解平衡 74
4.7.1 溶度积常数 74
4.7.2 溶度积规则 77
4.7.3 同离子效应和盐效应对沉淀生成的影响 77
4.7.4 沉淀的溶解 78
4.7.5 沉淀的转化 79
本章教学要求 79
习题 80
第5章 物质结构 83
5.1 原子结构 83
5.1.1 原子结构发现简史与微观粒子运动的特点 83
5.1.2 量子力学对原子结构的描述及薛定谔方程 84
5.1.3 原子核外电子排布及元素周期表 89
5.2 化学键与分子结构 99
5.2.1 离子键理论 100
5.2.2 价键理论 101
5.2.3 杂化轨道理论 105
5.2.4 价层电子对互斥理论 107
5.2.5 金属键理论 110
5.2.6 分子间力及氢键 111
5.3 晶体结构 115
5.3.1 晶体的特征 115
5.3.2 晶体结构的描述 115
5.3.3 晶体的类型 116
本章教学要求 119
习题 119
第6章 氧化还原反应与电化学 121
6.1 氧化还原的基本概念 121
6.1.1 氧化数 121
6.1.2 氧化还原反应 122
6.1.3 氧化还原反应方程式的配平 123
6.2 原电池、电动势与电极电势 125
6.2.1 原电池 125
6.2.2 电动势与电极电势 127
6.2.3 影响电极电势因素 能斯特方程 133
6.3 原电池的热力学 136
6.3.1 反应自发性的电动势判据 136
6.3.2 氧化还原平衡与其他平衡共存的多重平衡 138
6.4 与电极电势有关的图形 139
6.4.1 电极电势-pH图 139
6.4.2 元素电势图 142
6.5 化学电源与电解 144
6.5.1 化学电源 144
6.5.2 电解 145
本章教学要求 147
习题 147
第7章 配位化合物与配位平衡 150
7.1 配位化合物的基本概念 150
7.1.1 配位化合物的定义 150
7.1.2 配位化合物的组成 150
7.1.3 配位化合物的命名 152
7.1.4 配位化合物的异构现象 153
7.2 配位化合物的结构理论 154
7.2.1 价键理论 155
7.2.2 晶体场理论 158
7.3 配位平衡 161
7.3.1 配位解离平衡与配合物稳定常数 161
7.3.2 配位平衡的移动 162
本章教学要求 164
习题 164
第8章 元素无机化学 166
8.1 元素概述 166
8.2 s区元素 167
8.2.1 概述 167
8.2.2 氢 167
8.2.3 碱金属与碱土金属 168
8.3 p区元素 175
8.3.1 概述 175
8.3.2 卤素 175
8.3.3 氧族元素 181
8.3.4 氮族元素 190
8.3.5 碳族元素 197
8.3.6 硼族元素 204
8.3.7 稀有气体元素 208
8.4 d 区元素 210
8.4.1 通性 210
8.4.2 钪 212
8.4.3 钛 212
8.4.4 钒 214
8.4.5 铬、钼、钨 214
8.4.6 锰 216
8.4.7 铁系元素 218
8.5 ds区元素 221
8.5.1 通性 221
8.5.2 铜族 223
8.5.3 锌族 226
8.6 f 区元素 227
8.6.1 概述 227
8.6.2 镧系元素 228
8.6.3 锕系元素简介 230
8.7 无机材料 231
8.7.1 材料的定义与分类 231
8.7.2 金属材料与合金材料 231
8.7.3 无机非金属材料 234
8.7.4 纳米材料 237
本章教学要求 239
习题 240
第9章 定量分析基础 243
9.1 定量分析数据的处理方法 243
9.1.1 测量误差及其来源 243
9.1.2 随机误差的分布规律 244
9.1.3 测量数据的处理方式 248
9.1.4 有效数字及其运算规则 249
9.2 重量分析法 251
9.2.1 沉淀的几种类型 252
9.2.2 沉淀重量分析法对沉淀的要求 252
9.2.3 沉淀的形成及影响其纯度的因素 253
9.2.4 沉淀条件的控制 254
9.2.5 重量分析结果的计算 255
9.2.6 重量分析法的应用 256
9.3 酸碱滴定法 256
9.3.1 酸碱电离平衡及相关参数 256
9.3.2 酸碱滴定方程 258
9.3.3 酸碱滴定终点与滴定误差 259
9.3.4 酸碱滴定法的应用 260
9.4 配位滴定法 261
9.4.1 配位反应平衡及相关参数 262
9.4.2 配位滴定方程 266
9.4.3 配位滴定终点与滴定误差 267
9.4.4 配位滴定法的应用 268
9.5 氧化还原滴定法 269
9.5.1 氧化还原反应及相关参数 270
9.5.2 氧化还原滴定方程 272
9.5.3 滴定终点的判定与滴定误差 275
9.5.4 氧化还原滴定法的应用 276
9.6 吸光光度法 277
9.6.1 吸光光度法的基本原理 277
9.6.2 吸光光度法的仪器结构和常用类型 279
9.6.3 吸光光度法的实验条件选择 280
9.6.4 吸光光度法的应用 281
本章教学要求 282
习题 282
参考文献 285
附录 286
附录1 常用物理化学常数 286
附录2 SI基本单位、导出单位及与SI单位一起使用的单位 286
附录3 一些单质和化合物的热力学函数(298.15K，101.325kPa) 287
附录4 常见弱酸、弱碱水溶液电离平衡常数(298.15K) 294
附录5 常见难溶化合物的溶度积(298.15K) 295
附录6 常见配离子的累积稳定常数(298.15K) 296
附录7 溶液中的标准电极电势(298.15K) 297
附录8 原子半径(pm) 299
附录9 电负性 300
在线试读：
第1章绪论
化学对人类社会的发展起着重大作用，可以说，现代人类的衣、食、住、行和健康都离不开化学。化学作为中心科学的地位正被越来越多的人所认识。本章将简要介绍化学研究的对象、化学与人类社会发展的关系及学习化学的方法。
1.1 化学研究的对象
1.1.1化学的定义
先看我们熟悉的物质发生变化的两个例子。
【例1.1】氢气在氧气中燃烧生成水：
在研究这个变化时，涉及“物质的组成”——氢气、氧气和水，分别由氢分子、氧分子和水分子组成；每个氢分子由2个氢原子组成，每个氧分子由2个氧原子组成，每个水分子由2个氢原子和1个氧原子组成。在这个过程中，物质发生了变化，物质的组成也发生了变化。同时，也涉及“物质的结构”——氢分子、氧分子和水分子，它们分别由相应的原子通过“共用电子对”形成“共价键”而构成：
另外，在这个过程中，两种物质(氢气和氧气)发生变化，生成了一种新的物质(水)；物质的“凝聚态”也变了，氢气和氧气均为气体(gas)，而水是液体(liquid)。
发生这一变化的过程伴随着能量的变化，这是一个放热过程(－285.83kJ·mol－1)。
【例1.2】钠与氯气作用生成氯化钠：
2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)
这同样涉及物质的组成、结构和变化(新物质的生成及过程中的能量变化)。这是一个放热过程(－410.9kJ·mol－1)。钠和氯化钠是晶体(crystal)，而氯气是气体。
这些变化涉及物质的三个层次：原子(或带电的原子，即离子)、分子及其凝聚态(气态、液态、固态、等离子体等)。
这样，我们可以给出“化学”的定义：“化学是从原子、分子及其凝聚态层次上研究物质的组成、结构、性质、变化规律及其应用的科学”。其中，“分子”是化学研究的中心层次，因此有学者认为可以简称“化学是分子的科学”。在变化过程中生成了新的物质，但各元素的原子核不发生改变，这种变化称为“化学变化”(chemicalchange)，或“化学反应”(chemicalreaction)。
1.1.2化学变化的基本特征
由上述两个例子可归纳出“化学变化”的三个基本特征。
1.新物质生成，但各元素原子核均不改变
化学变化过程中，参加反应的物质(反应物)原有的化学键被破坏，而重组为新的化学键(生成新的物质，即生成物)。例如，H2分子中的H—H键、O2分子中的O=O键被破坏，而H—O—H键生成。
注意：化学变化中各元素原子核不变。由于化学键的重组只涉及原子核外电子的变化，各元素原子核均不变，因此不会产生“新的元素”。对比核裂变和核聚变过程，虽然也生成了新的物质，如
但是参加反应的各元素原子核也发生了改变，生成了新的元素。这类变化不属于“化学变化”
范围，而称为“核反应”(nuclearreaction)，通常属“核物理学”研究范围。
2.化学变化是定量变化，服从“质量守恒定律”
由于化学变化只涉及核外电子的重组，各元素原子核不发生变化，不产生新的元素，因此反应系统中所有元素的原子核总数和核外电子总数在反应前后并无变化，它们的总质量必然不变，即遵守“质量守恒定律”。例如，2.016gH2与15.999gO2完全化合，必然生成18.015gH2O。
3.化学变化过程伴随能量变化，服从“能量守恒定律”
由于破坏反应物的化学键需要从环境中吸收能量，而生成新的化学键则要向环境放出能量，所以化学变化过程中必然伴随着能量变化。如前所述，molH2(g)与molO2(g)完全化
合为1molH2O(l)的过程中，反应系统向环境放出能量(－285.83kJ·mol－1)，而环境的能量等量增加(+285.83kJ·mol－1)。这样，反应系统和环境总的能量变化为(－285.83kJ·mol－1)+285.83kJ·mol－1=0kJ·mol－1
这就是“能量守恒定律”。在热力学中，就是“热力学**定律”。
1.1.3化学的二级学科
在自然科学中，数学、物理学、化学、生物学等被列为“一级学科”。通常认为，现代化学是从19世纪末开始发展的。1895年，德国科学家伦琴(W.K.R？ntgen)发现了X射线；1896年，法国科学家贝克勒尔(A.H.Becquerel)发现了铀的放射性；1897年，英国科学家汤姆孙(J.J.Thomson)发现了电子。这三项重大发现动摇了物理学的传统观念，也冲击着道尔顿(J.Dalton)“原子是不可分割的*小微粒”这一观点，其重要意义在于打开了“原子结构”和“原子核结构”的大门，使物理学和化学研究进入了“微观世界”，孕育了新的科学概念和科学理论。在随后的20多年中，物理学中提出了“量子论”(M.Planck,1900年)、“相对论”(A.Einstein，1905年)和“量子力学”(E.Schr？dinger和W.Heisenberg,1926年)，在化学中则提出了“原子结构理论”和“分子结构理论”，这标志着现代化学进入了蓬勃发展阶段。自20世纪30年代起，按照研究对象、研究方法或研究目标的不同，现代化学划分为无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子学科5个二级学科。
1.无机化学
无机化学是研究除碳氢化合物及其衍生物之外的所有元素的单质和化合物的组成、结构、性质、变化规律及应用的化学分支学科。
人类早期的化学实践活动大多属于“无机化学”的范畴，如陶器制造(1万年前)、青铜器制造(5000年前)、“点金术”和“炼丹术”(2100年前)、黑**制造(1300多年前)等。无机化学(也就是早期的化学)在18世纪中叶至19世纪中叶奠定了理论基础，其发展的主要里程碑有：1748年罗蒙诺索夫(M.B.Ломонóсов)提出“质量守恒定律”；1808年道尔顿提出“原子论”；1811年阿伏伽德罗(A.Avogadro)提出“分子论”；1840年赫斯(G.H.Hess)提出“赫斯定律”及1869年门捷列夫(Д.И.Менделéев)创立“元素周期律”。从此，无机化学形成一门独立的化学分支。无机化学的现代化始于20世纪20～30年代原子结构和分子结构理论的建立与现代测试分析技术的应用，它使无机化学的研究由宏观深入微观，把无机物的性质、反应与其分子、原子结构联系起来。随着无机化学的发展，按照被研究对象的不同，无机化学划分为普通元素化学、稀有元素化学、配位化学、金属间化合物化学、同位素化学、无机合成化学、无机高分子化学等分支。
2.有机化学
有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支学科。已知的有机化合物达1000多万种，而无机化合物则只有几十万种。有机化合物具有不同于无机化合物的特征，如分子组成复杂、容易燃烧、熔点低(通常低于400℃)、难溶于水、反应速率慢、副反应多等。有机化学可以划分为天然有机化学、合成有机化学、结构有机化学等。天然有机化学研究动物、植物、微生物等天然有机物的结构、性能，并进行人工合成。合成有机化学则利用天然的(如煤焦油、石油、动植物等)或人工的原料，合成各种染料、香料、医药、农药、肥料、炸药、有机光电材料、塑料、纤维和橡胶等。1965年，我国人工合成了一种具有生物活性的蛋白质——牛胰岛素；1970年，77单位的多核苷酸基因片段被合成，标志着有机化学在探索生命现象中发挥着越来越重要的作用。结构有机化学主要研究有机物结构理论，进行结构测定和分析，它对其他有机化学分支起着理论指导作用。
3.分析化学
分析化学是研究物质化学组成的分析方法及有关理论的一门化学分支学科，其任务是鉴定物质的化学成分、测定各成分的含量和物质的化学结构(分子结构、晶体结构)，它们依次属于定性分析、定量分析和结构分析研究的内容。根据分析对象属于无机物还是有机物，可把分析化学分为无机分析化学和有机分析化学。根据测定原理的不同，分析化学的分析方法可分为两大类：以物质的化学反应为基础的分析方法称为“化学分析法”，它是分析化学的基础，主要包括重量分析法和滴定分析法；以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法，因需要特殊的仪器，称为“仪器分析法”，它包括原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光谱法、紫外-可见分光光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法、X射线荧光分析法、X射线衍射分析法、分子发光(荧光、磷光)和化学发光法、质谱法、电化学分析法、色谱法、热分析法、激光光谱分析法、圆二色谱法和电子能谱法等。仪器分析是在化学分析的基础上发展起来的，一些仪器分析方法需要先用化学分析手段进行试样处理、分离、掩蔽或富集，然后用仪器测定，可以说二者是相辅相成的。随着近代计算机科学、物理学、数学和生物学的成就不断地被引入分析化学，仪器分析法已发展成为一门化学信息科学，即产生、获得和处理各种化学信息(除了物质的化学组成、含量和化学结构之外，还包括状态分析、表面分析、微区分析、化学反应参数测定和其他化学信息)。这些信息被其他化学分支及物理学、生物学等学科广泛采用，并应用于工农业生产、贸易、环境监测和医学等领域。
4.物理化学
物理化学是借助物理学的原理和方法来探求化学变化基本规律的一门化学分支学科，是整个化学学科的基础理论部分，它包括化学热力学、化学动力学和结构化学三部分。化学热力学研究化学反应过程的能量变化、方向和限度；化学动力学研究化学反应的速率、机理和化学反应的控制；结构化学研究物质的结构(原子、分子、晶体结构)及其与物质的性能之间的关系。物理化学的基本原理在各个化学分支都得到广泛应用，化学热力学、化学动力学、催化和表面化学的成果更促进了石油炼制、石油化工和材料等工业的发展。物理学提供的新技术，如超快速(10－15～10－12s)激光光谱技术、分子束技术、X射线衍射、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱等，以及计算机科学成果的引入，大大促进了物理化学的发展，其发展趋势具有以下几个特点：
(1)从体相到表相。多相化学反应总是在表相上进行。应用光电子能谱，可以研究物质表相几层原子范围内的组成和结构。这类“表面化学”的研究促进了催化化学的发展和应用，并成为新材料的生长点。
(2)从静态到动态。化学热力学研究方法是典型的由静态判断动态的例子，因此无法给出变化过程的细节。随着超快速激光光谱技术和分子束技术出现并应用于化学动力学研究，诞生了“分子反应动力学”(又称“微观反应动力学”或“化学动态学”)，使超快过程(10－15～10－12s)的动态研究成为可能。例如，蛋白质行使其功能时，“构象”变化发生在10－6s之内，目前已可以对此做动态研究，这将加深对复杂的生命化学过程的认识。
(3)从平衡态到非平衡态。平衡态热力学(可逆过程热力学)只限于研究孤立系统或封闭系统，而大多数真实体系属于开放系统(非平衡系统)。20世纪60年代以来，非平衡系统的研究发展迅速，已形成了“非平衡态热力学”，它与生命科学、化学反应动力学等有密切的联系，成为当前物理化学研究的前沿之一。
5.高分子学科
高分子学科(或科学)是在有机化学、物理化学、生物化学、物理学等学科的基础上形成的。1924年，施陶丁格(H.Staudinger)首次明确提出“大分子”的概念；1928年，卡罗瑟斯(W.H.Carothers)建立了缩聚反应理论；20世纪30年代，自由基聚合获得成功，一系列烯类聚合物相继投产。从此，“高分子学科”真正成为化学的一门分支学科。“高分子”是指相对分子质量为104～106的大分子，一般由许多相同的、简单的结构单元通过共价键(有些以离子键)有规律地重复连接而成，因此又称“聚合物”(polymer)。按主链元素组成的不同，高分子可分为3类：①碳链高分子，主链完全由碳原子组成，如乙烯基类和二烯烃类聚合物；②杂链高分子，主链除碳原子外，还含有氧、氮、硫等原子，如聚醚、聚酯、聚酰胺等；③元素有机高分子，主链不是由碳原子，而是由硅、硼、铝、氧、氮、硫、磷等原子组成，如有机硅橡胶。高分子学科包括高分子化学和高分子物理两部分，二者相互渗透，很难截然分开。高分子物理的任务是研究聚合物的结构与性能的关系及其应用；高分子化学的任务是根据性能的要求，研究聚合理，探索*佳工艺条件，选择合适原料、引发剂等，合成出预期结构和性能的聚合物。近年来，高分子学科的研究已朝着提高聚合物产量和综合性能、注重环境保护和功能化等方向发展，在精细高分子合成、高分子设计、新的合成方法和表征手段及特殊功能高分子材料方面的研究十分活跃。这里的特殊功能高分子材料包括高性能结构材料、光敏高分子、高分子导体和半导体、光导体、高分子分离膜、高分子试剂、催化剂和药物、自然降解用毕寿终聚合物(环保聚合物)、生物高分子、具有能量转换性能聚合物和信息传递大分子等。可以说，一场新材料革命已经开始，高分子学科和无机材料学科等将在其中发挥重大作用。
应当指出，化学作为一门自然科学，被划分为若干分支学科，有其自身发展和社会生产发展的客观需要，而各个分支学科之间又是紧密联系、互相渗透的。例如，无机化学被公认是化学的基础；物理化学为各个化学分支提供了基本理论；分析化学方法和技术在各个化学分支中被广泛应用；高分子学科是由有机化学等学科衍生出来的；无机化学与有机化学的互相渗透产生“金属有机化学”，这两门化学分支的界限现已很难明确划分。化学与其他科学的互相渗透也是十分显著的：化学与生物学的互相渗透产生了生物化学；计算机科学的成果应用于化学而形成“计算化学”；无机化学原理(特别是配位化学原理)应用于生物体系，就诞生了“生物无机化学”等。因此，要学习好化学，不但要求掌握化学各个分支学科的基础理论和基本知识，而且必须对物理学、数学、生物学、计算机科学等学科的理论和知识有相当的了解。
1.2 化学与人类社会发展的关系
(Relationship between development of human society and chemistry)
化学已经对人类社会的发展做出了巨大贡献。下面从化学在科学中的位置、化学为人类创造物质财富的贡献、化学与人类生存环境、化学与人类健康和化学对人类文化发展的影响五个方面论述化学与人类社会发展的关系。
1.2.1化学在科学中的位置
20世纪，化学科学和与它密切相关的化学工业取得了辉煌的成就。1900年在美国《化学文摘》(ChemicalAbstracts,CA)上登录的从天然产物中分离出来的和人工合成的已知化合物只有55万种，1945年达到110万种，1970年为236.7万种。由于化学科学的发展，以后新化合物增长的速度每隔10年翻一番，到1999年12月31日已达2340万种。在这100年中，化学合成和人工分离了2285万种新化合物、新药物、新材料、新分子来满足人类生活和高新技术发展的需要，而在1900年前人类几百万年的历史长河中，人们只知道55万种化合物。没有一门其他科学能像化学那样在过去的100年中为人类社会创造出如此多的新物质。化学是一门中心科学(centralscience)，这是基于以下四个方面的原因。
1.研究对象
从研究对象而言，化学是一门承上启下的中心科学。按照研究对象由简单到复杂的程度，“科学”可以划分为上游、中游和下游：数学、物理学是上游，化学是中游，材料学、生命科学、医学、环境学等是下游。上游科学研究的对象较简单，但研究的理论深度很深，而且其方法学具有普遍适应性；下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，还需要借用上游科学、中游科学的理论和方法；化学则处在中心位置，是从上游到下游的必经之地，化学科学创造和分离的物质，正是材料学、生命科学、医学、环境学、物理学研究的物质基础。
如果从“研究对象尺寸”角度看，化学也正处于物理学和其他科学的“包围”之中(表1.1)，除了提供研究对象的物质基础外，材料学、生命科学、医学、药学、环境学研究中的许多重大问题，只有在“分子”水平上才能获得解决，而“分子”及其各种凝聚态正是化学研究的主要对象之一。因此，化学理论的发展，促进了材料学、生命科学、医学、药学、环境学的发展。
2.化学与其他科学的紧密联系
化学作为中心科学，与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学八大朝阳科学(sunrisescience)都有紧密的联系，它们互相交叉和渗透，产生了许多重要的交叉学科。例如，化学与生物学的互相渗透，产生了“生物化学—分子生物学”、“生物大分子的结构化学—结构生物学”和“生物大分子的物理化学—生物物理学”；化学与材料学的互相渗透，产生了“材料化学”；化学与信息学的互相渗透，产生了“化学信息学”；化学与环境学的互相渗透，产生了“环境化学”；化学与药学的互相渗透，产生了“药物化学”；化学与物理学的互相渗透，产生了“固体化学—凝聚态物理学”、“溶液理论、胶体化学—软物质物理学”、“量子化学—原子分子物理学”等。有的交叉科学有两个名称，前一名称是化学家使用，后一名称则是相关学科的科学家使用。
又如，“基因学”中的“基因测序”用的是凝胶色谱等分离化学和仪器分析方法；分子晶
定价：58.0
ISBN：9787030583178
作者：无
版次：1
出版时间：2018-08
内容提要：
本书内容分为三部分：**部分无机化学原理，包括化学热力学导论、化学反应速率、化学平衡、物质结构、氧化还原反应与电化学、配合物与配位平衡；第二部分元素无机化学，介绍重要元素单质和无机化合物的存在、制备、物理化学性质及应用，并简介无机材料；第三部分定量分析基础。本书既重视理论论述的科学性，也重视理论的应用。与本书配套的电子教案可以从中山大学教学网站下载
目录：
目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 化学研究的对象 1
1.1.1 化学的定义 1
1.1.2 化学变化的基本特征 2
1.1.3 化学的二级学科 2
1.2 化学与人类社会发展的关系 5
1.2.1 化学在科学中的位置 5
1.2.2 化学为人类创造物质财富的贡献 7
1.2.3 化学与人类生存环境 9
1.2.4 化学与人类健康 9
1.2.5 化学对人类文化发展的影响 9
1.3 学习化学的方法 10
1.3.1 重视做好化学实验 10
1.3.2 重视化学理论的指导作用 10
1.3.3 在学习中掌握逻辑思维方法 11
1.3.4 抓好各个学习环节 11
1.3.5 学一点化学史 11
本章教学要求 12
第2章 化学热力学导论 13
2.1 热力学基本概念及热力学**定律 13
2.1.1 基本概念 13
2.1.2 热力学**定律、热和功 15
2.1.3 化学反应的热效应与焓 17
2.2 赫斯定律及其应用 18
2.2.1 反应进度 18
2.2.2 热化学方程式 19
2.2.3 赫斯定律 20
2.2.4 几种热效应 21
2.2.5 食物与燃料 24
2.3 过程的自发性、熵、热力学第二定律和第三定律 25
2.3.1 过程的自发性 25
2.3.2 熵、热力学第二定律 25
2.3.3 热力学第三定律和标准熵 26
2.4 吉布斯自由能与化学反应自发性判据 28
2.4.1 吉布斯自由能 28
2.4.2 标准摩尔生成吉布斯自由能 29
2.4.3 吉布斯-亥姆霍兹方程 29
本章教学要求 31
习题 32
第3章 化学反应速率 34
3.1 化学反应速率定义和测定方法 34
3.2 浓度对化学反应速率的影响 35
3.2.1 速率方程 36
3.2.2 有效碰撞理论 37
3.3 温度对化学反应速率的影响 39
3.3.1 阿伦尼乌斯反应速率公式 39
3.3.2 阿伦尼乌斯公式的应用 40
3.4 催化剂对化学反应速率的影响 41
3.4.1 过渡状态理论 42
3.4.2 催化剂影响化学反应速率的历程 43
本章教学要求 44
习题 44
第4章 化学平衡 45
4.1 化学平衡的概念 45
4.1.1 化学反应的可逆性和可逆反应 45
4.1.2 化学平衡定义与特征 45
4.2 化学平衡常数 46
4.2.1 化学平衡常数的定义与特征 46
4.2.2 实验平衡常数 48
4.2.3 标准平衡常数 50
4.2.4 与平衡常数有关的计算 51
4.3 范特霍夫等温式 53
4.3.1 范特霍夫等温式的推导 53
4.3.2 范特霍夫等温式的应用 54
4.3.3 多重平衡规则 55
4.4 影响化学平衡的因素 56
4.4.1 浓度对化学平衡的影响 56
4.4.2 压力对化学平衡的影响 57
4.4.3 温度对化学平衡的影响 59
4.4.4 勒夏特列原理 61
4.5 溶液 61
4.5.1 难挥发的非电解质稀溶液的依数性 62
4.5.2 电解质溶液 63
4.6 水溶液中的酸碱平衡 64
4.6.1 酸碱理论 64
4.6.2 一元弱酸(碱)的电离平衡 67
4.6.3 多元弱酸(碱)的电离平衡 70
4.6.4 酸碱电离平衡的移动及应用 72
4.7 难溶强电解质的沉淀溶解平衡 74
4.7.1 溶度积常数 74
4.7.2 溶度积规则 77
4.7.3 同离子效应和盐效应对沉淀生成的影响 77
4.7.4 沉淀的溶解 78
4.7.5 沉淀的转化 79
本章教学要求 79
习题 80
第5章 物质结构 83
5.1 原子结构 83
5.1.1 原子结构发现简史与微观粒子运动的特点 83
5.1.2 量子力学对原子结构的描述及薛定谔方程 84
5.1.3 原子核外电子排布及元素周期表 89
5.2 化学键与分子结构 99
5.2.1 离子键理论 100
5.2.2 价键理论 101
5.2.3 杂化轨道理论 105
5.2.4 价层电子对互斥理论 107
5.2.5 金属键理论 110
5.2.6 分子间力及氢键 111
5.3 晶体结构 115
5.3.1 晶体的特征 115
5.3.2 晶体结构的描述 115
5.3.3 晶体的类型 116
本章教学要求 119
习题 119
第6章 氧化还原反应与电化学 121
6.1 氧化还原的基本概念 121
6.1.1 氧化数 121
6.1.2 氧化还原反应 122
6.1.3 氧化还原反应方程式的配平 123
6.2 原电池、电动势与电极电势 125
6.2.1 原电池 125
6.2.2 电动势与电极电势 127
6.2.3 影响电极电势因素 能斯特方程 133
6.3 原电池的热力学 136
6.3.1 反应自发性的电动势判据 136
6.3.2 氧化还原平衡与其他平衡共存的多重平衡 138
6.4 与电极电势有关的图形 139
6.4.1 电极电势-pH图 139
6.4.2 元素电势图 142
6.5 化学电源与电解 144
6.5.1 化学电源 144
6.5.2 电解 145
本章教学要求 147
习题 147
第7章 配位化合物与配位平衡 150
7.1 配位化合物的基本概念 150
7.1.1 配位化合物的定义 150
7.1.2 配位化合物的组成 150
7.1.3 配位化合物的命名 152
7.1.4 配位化合物的异构现象 153
7.2 配位化合物的结构理论 154
7.2.1 价键理论 155
7.2.2 晶体场理论 158
7.3 配位平衡 161
7.3.1 配位解离平衡与配合物稳定常数 161
7.3.2 配位平衡的移动 162
本章教学要求 164
习题 164
第8章 元素无机化学 166
8.1 元素概述 166
8.2 s区元素 167
8.2.1 概述 167
8.2.2 氢 167
8.2.3 碱金属与碱土金属 168
8.3 p区元素 175
8.3.1 概述 175
8.3.2 卤素 175
8.3.3 氧族元素 181
8.3.4 氮族元素 190
8.3.5 碳族元素 197
8.3.6 硼族元素 204
8.3.7 稀有气体元素 208
8.4 d 区元素 210
8.4.1 通性 210
8.4.2 钪 212
8.4.3 钛 212
8.4.4 钒 214
8.4.5 铬、钼、钨 214
8.4.6 锰 216
8.4.7 铁系元素 218
8.5 ds区元素 221
8.5.1 通性 221
8.5.2 铜族 223
8.5.3 锌族 226
8.6 f 区元素 227
8.6.1 概述 227
8.6.2 镧系元素 228
8.6.3 锕系元素简介 230
8.7 无机材料 231
8.7.1 材料的定义与分类 231
8.7.2 金属材料与合金材料 231
8.7.3 无机非金属材料 234
8.7.4 纳米材料 237
本章教学要求 239
习题 240
第9章 定量分析基础 243
9.1 定量分析数据的处理方法 243
9.1.1 测量误差及其来源 243
9.1.2 随机误差的分布规律 244
9.1.3 测量数据的处理方式 248
9.1.4 有效数字及其运算规则 249
9.2 重量分析法 251
9.2.1 沉淀的几种类型 252
9.2.2 沉淀重量分析法对沉淀的要求 252
9.2.3 沉淀的形成及影响其纯度的因素 253
9.2.4 沉淀条件的控制 254
9.2.5 重量分析结果的计算 255
9.2.6 重量分析法的应用 256
9.3 酸碱滴定法 256
9.3.1 酸碱电离平衡及相关参数 256
9.3.2 酸碱滴定方程 258
9.3.3 酸碱滴定终点与滴定误差 259
9.3.4 酸碱滴定法的应用 260
9.4 配位滴定法 261
9.4.1 配位反应平衡及相关参数 262
9.4.2 配位滴定方程 266
9.4.3 配位滴定终点与滴定误差 267
9.4.4 配位滴定法的应用 268
9.5 氧化还原滴定法 269
9.5.1 氧化还原反应及相关参数 270
9.5.2 氧化还原滴定方程 272
9.5.3 滴定终点的判定与滴定误差 275
9.5.4 氧化还原滴定法的应用 276
9.6 吸光光度法 277
9.6.1 吸光光度法的基本原理 277
9.6.2 吸光光度法的仪器结构和常用类型 279
9.6.3 吸光光度法的实验条件选择 280
9.6.4 吸光光度法的应用 281
本章教学要求 282
习题 282
参考文献 285
附录 286
附录1 常用物理化学常数 286
附录2 SI基本单位、导出单位及与SI单位一起使用的单位 286
附录3 一些单质和化合物的热力学函数(298.15K，101.325kPa) 287
附录4 常见弱酸、弱碱水溶液电离平衡常数(298.15K) 294
附录5 常见难溶化合物的溶度积(298.15K) 295
附录6 常见配离子的累积稳定常数(298.15K) 296
附录7 溶液中的标准电极电势(298.15K) 297
附录8 原子半径(pm) 299
附录9 电负性 300
在线试读：
第1章绪论
化学对人类社会的发展起着重大作用，可以说，现代人类的衣、食、住、行和健康都离不开化学。化学作为中心科学的地位正被越来越多的人所认识。本章将简要介绍化学研究的对象、化学与人类社会发展的关系及学习化学的方法。
1.1 化学研究的对象
1.1.1化学的定义
先看我们熟悉的物质发生变化的两个例子。
【例1.1】氢气在氧气中燃烧生成水：
在研究这个变化时，涉及“物质的组成”——氢气、氧气和水，分别由氢分子、氧分子和水分子组成；每个氢分子由2个氢原子组成，每个氧分子由2个氧原子组成，每个水分子由2个氢原子和1个氧原子组成。在这个过程中，物质发生了变化，物质的组成也发生了变化。同时，也涉及“物质的结构”——氢分子、氧分子和水分子，它们分别由相应的原子通过“共用电子对”形成“共价键”而构成：
另外，在这个过程中，两种物质(氢气和氧气)发生变化，生成了一种新的物质(水)；物质的“凝聚态”也变了，氢气和氧气均为气体(gas)，而水是液体(liquid)。
发生这一变化的过程伴随着能量的变化，这是一个放热过程(－285.83kJ·mol－1)。
【例1.2】钠与氯气作用生成氯化钠：
2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)
这同样涉及物质的组成、结构和变化(新物质的生成及过程中的能量变化)。这是一个放热过程(－410.9kJ·mol－1)。钠和氯化钠是晶体(crystal)，而氯气是气体。
这些变化涉及物质的三个层次：原子(或带电的原子，即离子)、分子及其凝聚态(气态、液态、固态、等离子体等)。
这样，我们可以给出“化学”的定义：“化学是从原子、分子及其凝聚态层次上研究物质的组成、结构、性质、变化规律及其应用的科学”。其中，“分子”是化学研究的中心层次，因此有学者认为可以简称“化学是分子的科学”。在变化过程中生成了新的物质，但各元素的原子核不发生改变，这种变化称为“化学变化”(chemicalchange)，或“化学反应”(chemicalreaction)。
1.1.2化学变化的基本特征
由上述两个例子可归纳出“化学变化”的三个基本特征。
1.新物质生成，但各元素原子核均不改变
化学变化过程中，参加反应的物质(反应物)原有的化学键被破坏，而重组为新的化学键(生成新的物质，即生成物)。例如，H2分子中的H—H键、O2分子中的O=O键被破坏，而H—O—H键生成。
注意：化学变化中各元素原子核不变。由于化学键的重组只涉及原子核外电子的变化，各元素原子核均不变，因此不会产生“新的元素”。对比核裂变和核聚变过程，虽然也生成了新的物质，如
但是参加反应的各元素原子核也发生了改变，生成了新的元素。这类变化不属于“化学变化”
范围，而称为“核反应”(nuclearreaction)，通常属“核物理学”研究范围。
2.化学变化是定量变化，服从“质量守恒定律”
由于化学变化只涉及核外电子的重组，各元素原子核不发生变化，不产生新的元素，因此反应系统中所有元素的原子核总数和核外电子总数在反应前后并无变化，它们的总质量必然不变，即遵守“质量守恒定律”。例如，2.016gH2与15.999gO2完全化合，必然生成18.015gH2O。
3.化学变化过程伴随能量变化，服从“能量守恒定律”
由于破坏反应物的化学键需要从环境中吸收能量，而生成新的化学键则要向环境放出能量，所以化学变化过程中必然伴随着能量变化。如前所述，molH2(g)与molO2(g)完全化
合为1molH2O(l)的过程中，反应系统向环境放出能量(－285.83kJ·mol－1)，而环境的能量等量增加(+285.83kJ·mol－1)。这样，反应系统和环境总的能量变化为(－285.83kJ·mol－1)+285.83kJ·mol－1=0kJ·mol－1
这就是“能量守恒定律”。在热力学中，就是“热力学**定律”。
1.1.3化学的二级学科
在自然科学中，数学、物理学、化学、生物学等被列为“一级学科”。通常认为，现代化学是从19世纪末开始发展的。1895年，德国科学家伦琴(W.K.R？ntgen)发现了X射线；1896年，法国科学家贝克勒尔(A.H.Becquerel)发现了铀的放射性；1897年，英国科学家汤姆孙(J.J.Thomson)发现了电子。这三项重大发现动摇了物理学的传统观念，也冲击着道尔顿(J.Dalton)“原子是不可分割的*小微粒”这一观点，其重要意义在于打开了“原子结构”和“原子核结构”的大门，使物理学和化学研究进入了“微观世界”，孕育了新的科学概念和科学理论。在随后的20多年中，物理学中提出了“量子论”(M.Planck,1900年)、“相对论”(A.Einstein，1905年)和“量子力学”(E.Schr？dinger和W.Heisenberg,1926年)，在化学中则提出了“原子结构理论”和“分子结构理论”，这标志着现代化学进入了蓬勃发展阶段。自20世纪30年代起，按照研究对象、研究方法或研究目标的不同，现代化学划分为无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子学科5个二级学科。
1.无机化学
无机化学是研究除碳氢化合物及其衍生物之外的所有元素的单质和化合物的组成、结构、性质、变化规律及应用的化学分支学科。
人类早期的化学实践活动大多属于“无机化学”的范畴，如陶器制造(1万年前)、青铜器制造(5000年前)、“点金术”和“炼丹术”(2100年前)、黑**制造(1300多年前)等。无机化学(也就是早期的化学)在18世纪中叶至19世纪中叶奠定了理论基础，其发展的主要里程碑有：1748年罗蒙诺索夫(M.B.Ломонóсов)提出“质量守恒定律”；1808年道尔顿提出“原子论”；1811年阿伏伽德罗(A.Avogadro)提出“分子论”；1840年赫斯(G.H.Hess)提出“赫斯定律”及1869年门捷列夫(Д.И.Менделéев)创立“元素周期律”。从此，无机化学形成一门独立的化学分支。无机化学的现代化始于20世纪20～30年代原子结构和分子结构理论的建立与现代测试分析技术的应用，它使无机化学的研究由宏观深入微观，把无机物的性质、反应与其分子、原子结构联系起来。随着无机化学的发展，按照被研究对象的不同，无机化学划分为普通元素化学、稀有元素化学、配位化学、金属间化合物化学、同位素化学、无机合成化学、无机高分子化学等分支。
2.有机化学
有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支学科。已知的有机化合物达1000多万种，而无机化合物则只有几十万种。有机化合物具有不同于无机化合物的特征，如分子组成复杂、容易燃烧、熔点低(通常低于400℃)、难溶于水、反应速率慢、副反应多等。有机化学可以划分为天然有机化学、合成有机化学、结构有机化学等。天然有机化学研究动物、植物、微生物等天然有机物的结构、性能，并进行人工合成。合成有机化学则利用天然的(如煤焦油、石油、动植物等)或人工的原料，合成各种染料、香料、医药、农药、肥料、炸药、有机光电材料、塑料、纤维和橡胶等。1965年，我国人工合成了一种具有生物活性的蛋白质——牛胰岛素；1970年，77单位的多核苷酸基因片段被合成，标志着有机化学在探索生命现象中发挥着越来越重要的作用。结构有机化学主要研究有机物结构理论，进行结构测定和分析，它对其他有机化学分支起着理论指导作用。
3.分析化学
分析化学是研究物质化学组成的分析方法及有关理论的一门化学分支学科，其任务是鉴定物质的化学成分、测定各成分的含量和物质的化学结构(分子结构、晶体结构)，它们依次属于定性分析、定量分析和结构分析研究的内容。根据分析对象属于无机物还是有机物，可把分析化学分为无机分析化学和有机分析化学。根据测定原理的不同，分析化学的分析方法可分为两大类：以物质的化学反应为基础的分析方法称为“化学分析法”，它是分析化学的基础，主要包括重量分析法和滴定分析法；以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法，因需要特殊的仪器，称为“仪器分析法”，它包括原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光谱法、紫外-可见分光光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法、X射线荧光分析法、X射线衍射分析法、分子发光(荧光、磷光)和化学发光法、质谱法、电化学分析法、色谱法、热分析法、激光光谱分析法、圆二色谱法和电子能谱法等。仪器分析是在化学分析的基础上发展起来的，一些仪器分析方法需要先用化学分析手段进行试样处理、分离、掩蔽或富集，然后用仪器测定，可以说二者是相辅相成的。随着近代计算机科学、物理学、数学和生物学的成就不断地被引入分析化学，仪器分析法已发展成为一门化学信息科学，即产生、获得和处理各种化学信息(除了物质的化学组成、含量和化学结构之外，还包括状态分析、表面分析、微区分析、化学反应参数测定和其他化学信息)。这些信息被其他化学分支及物理学、生物学等学科广泛采用，并应用于工农业生产、贸易、环境监测和医学等领域。
4.物理化学
物理化学是借助物理学的原理和方法来探求化学变化基本规律的一门化学分支学科，是整个化学学科的基础理论部分，它包括化学热力学、化学动力学和结构化学三部分。化学热力学研究化学反应过程的能量变化、方向和限度；化学动力学研究化学反应的速率、机理和化学反应的控制；结构化学研究物质的结构(原子、分子、晶体结构)及其与物质的性能之间的关系。物理化学的基本原理在各个化学分支都得到广泛应用，化学热力学、化学动力学、催化和表面化学的成果更促进了石油炼制、石油化工和材料等工业的发展。物理学提供的新技术，如超快速(10－15～10－12s)激光光谱技术、分子束技术、X射线衍射、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱等，以及计算机科学成果的引入，大大促进了物理化学的发展，其发展趋势具有以下几个特点：
(1)从体相到表相。多相化学反应总是在表相上进行。应用光电子能谱，可以研究物质表相几层原子范围内的组成和结构。这类“表面化学”的研究促进了催化化学的发展和应用，并成为新材料的生长点。
(2)从静态到动态。化学热力学研究方法是典型的由静态判断动态的例子，因此无法给出变化过程的细节。随着超快速激光光谱技术和分子束技术出现并应用于化学动力学研究，诞生了“分子反应动力学”(又称“微观反应动力学”或“化学动态学”)，使超快过程(10－15～10－12s)的动态研究成为可能。例如，蛋白质行使其功能时，“构象”变化发生在10－6s之内，目前已可以对此做动态研究，这将加深对复杂的生命化学过程的认识。
(3)从平衡态到非平衡态。平衡态热力学(可逆过程热力学)只限于研究孤立系统或封闭系统，而大多数真实体系属于开放系统(非平衡系统)。20世纪60年代以来，非平衡系统的研究发展迅速，已形成了“非平衡态热力学”，它与生命科学、化学反应动力学等有密切的联系，成为当前物理化学研究的前沿之一。
5.高分子学科
高分子学科(或科学)是在有机化学、物理化学、生物化学、物理学等学科的基础上形成的。1924年，施陶丁格(H.Staudinger)首次明确提出“大分子”的概念；1928年，卡罗瑟斯(W.H.Carothers)建立了缩聚反应理论；20世纪30年代，自由基聚合获得成功，一系列烯类聚合物相继投产。从此，“高分子学科”真正成为化学的一门分支学科。“高分子”是指相对分子质量为104～106的大分子，一般由许多相同的、简单的结构单元通过共价键(有些以离子键)有规律地重复连接而成，因此又称“聚合物”(polymer)。按主链元素组成的不同，高分子可分为3类：①碳链高分子，主链完全由碳原子组成，如乙烯基类和二烯烃类聚合物；②杂链高分子，主链除碳原子外，还含有氧、氮、硫等原子，如聚醚、聚酯、聚酰胺等；③元素有机高分子，主链不是由碳原子，而是由硅、硼、铝、氧、氮、硫、磷等原子组成，如有机硅橡胶。高分子学科包括高分子化学和高分子物理两部分，二者相互渗透，很难截然分开。高分子物理的任务是研究聚合物的结构与性能的关系及其应用；高分子化学的任务是根据性能的要求，研究聚合理，探索*佳工艺条件，选择合适原料、引发剂等，合成出预期结构和性能的聚合物。近年来，高分子学科的研究已朝着提高聚合物产量和综合性能、注重环境保护和功能化等方向发展，在精细高分子合成、高分子设计、新的合成方法和表征手段及特殊功能高分子材料方面的研究十分活跃。这里的特殊功能高分子材料包括高性能结构材料、光敏高分子、高分子导体和半导体、光导体、高分子分离膜、高分子试剂、催化剂和药物、自然降解用毕寿终聚合物(环保聚合物)、生物高分子、具有能量转换性能聚合物和信息传递大分子等。可以说，一场新材料革命已经开始，高分子学科和无机材料学科等将在其中发挥重大作用。
应当指出，化学作为一门自然科学，被划分为若干分支学科，有其自身发展和社会生产发展的客观需要，而各个分支学科之间又是紧密联系、互相渗透的。例如，无机化学被公认是化学的基础；物理化学为各个化学分支提供了基本理论；分析化学方法和技术在各个化学分支中被广泛应用；高分子学科是由有机化学等学科衍生出来的；无机化学与有机化学的互相渗透产生“金属有机化学”，这两门化学分支的界限现已很难明确划分。化学与其他科学的互相渗透也是十分显著的：化学与生物学的互相渗透产生了生物化学；计算机科学的成果应用于化学而形成“计算化学”；无机化学原理(特别是配位化学原理)应用于生物体系，就诞生了“生物无机化学”等。因此，要学习好化学，不但要求掌握化学各个分支学科的基础理论和基本知识，而且必须对物理学、数学、生物学、计算机科学等学科的理论和知识有相当的了解。
1.2 化学与人类社会发展的关系
(Relationship between development of human society and chemistry)
化学已经对人类社会的发展做出了巨大贡献。下面从化学在科学中的位置、化学为人类创造物质财富的贡献、化学与人类生存环境、化学与人类健康和化学对人类文化发展的影响五个方面论述化学与人类社会发展的关系。
1.2.1化学在科学中的位置
20世纪，化学科学和与它密切相关的化学工业取得了辉煌的成就。1900年在美国《化学文摘》(ChemicalAbstracts,CA)上登录的从天然产物中分离出来的和人工合成的已知化合物只有55万种，1945年达到110万种，1970年为236.7万种。由于化学科学的发展，以后新化合物增长的速度每隔10年翻一番，到1999年12月31日已达2340万种。在这100年中，化学合成和人工分离了2285万种新化合物、新药物、新材料、新分子来满足人类生活和高新技术发展的需要，而在1900年前人类几百万年的历史长河中，人们只知道55万种化合物。没有一门其他科学能像化学那样在过去的100年中为人类社会创造出如此多的新物质。化学是一门中心科学(centralscience)，这是基于以下四个方面的原因。
1.研究对象
从研究对象而言，化学是一门承上启下的中心科学。按照研究对象由简单到复杂的程度，“科学”可以划分为上游、中游和下游：数学、物理学是上游，化学是中游，材料学、生命科学、医学、环境学等是下游。上游科学研究的对象较简单，但研究的理论深度很深，而且其方法学具有普遍适应性；下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，还需要借用上游科学、中游科学的理论和方法；化学则处在中心位置，是从上游到下游的必经之地，化学科学创造和分离的物质，正是材料学、生命科学、医学、环境学、物理学研究的物质基础。
如果从“研究对象尺寸”角度看，化学也正处于物理学和其他科学的“包围”之中(表1.1)，除了提供研究对象的物质基础外，材料学、生命科学、医学、药学、环境学研究中的许多重大问题，只有在“分子”水平上才能获得解决，而“分子”及其各种凝聚态正是化学研究的主要对象之一。因此，化学理论的发展，促进了材料学、生命科学、医学、药学、环境学的发展。
2.化学与其他科学的紧密联系
化学作为中心科学，与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学八大朝阳科学(sunrisescience)都有紧密的联系，它们互相交叉和渗透，产生了许多重要的交叉学科。例如，化学与生物学的互相渗透，产生了“生物化学—分子生物学”、“生物大分子的结构化学—结构生物学”和“生物大分子的物理化学—生物物理学”；化学与材料学的互相渗透，产生了“材料化学”；化学与信息学的互相渗透，产生了“化学信息学”；化学与环境学的互相渗透，产生了“环境化学”；化学与药学的互相渗透，产生了“药物化学”；化学与物理学的互相渗透，产生了“固体化学—凝聚态物理学”、“溶液理论、胶体化学—软物质物理学”、“量子化学—原子分子物理学”等。有的交叉科学有两个名称，前一名称是化学家使用，后一名称则是相关学科的科学家使用。
又如，“基因学”中的“基因测序”用的是凝胶色谱等分离化学和仪器分析方法；分子晶