《化学原理及应用》是海军重点建设教材项目的主要建设成果之一，该教材以化学学科知识体系的完整性为基础，重点突出化学基本原理与海军军事装备间的联系，将舰用化学电源、舰船平台腐蚀与防护、潜艇大气控制、舱内环境净化等海军特色军事应用融入基本原理。2015年公开出版后反响良好，曾受到化学化工类教学指导委员会相关委员的高度评价，是支撑海军工程大学;大学化学课程获评湖北省一流本科课程、海军优秀课程、海军精品课程的重要教材。但《化学原理及应用》出版时间距今已10年，教材内容形式滞后于时代与学科发展。针对这一问题，课程团队对第一版教材做了修订，开展数智化改造升级。本版教材突出化学学科基础知识与信息技术的融合应用。本次修订梳理了教材知识图谱，依托数字化技术将知识点相关视频嵌入教材对应章节，借助AI技术为读者推送知识点相关研究前沿及其在军事装备中的相关应用，凸显教材数智化特征，以适应当前AI赋能基础教育高质量发展趋势。本书由李瑜、王轩、李红霞主编并确立编写大纲。具体编写人员分工如下：第1章由李瑜、李曦共同执笔；第2章由李红霞、王轩、辛颉共同执笔；第3章由李帅杰、李宇、肖玲共同执笔；第4～6章由肖玲、李红霞共同修订，全书由李瑜、王轩、李红霞整理定稿。由于学科发展涵盖领域众多，发展速度快，加之编者水平及能力有限，书中疏漏之处敬请读者提出宝贵意见和建议。

编者2025年1月

第一版前言化学是在原子、分子和离子层次上研究物质的组成、结构和性质以及物质的化学变化规律和变化中的能量关系的学科。化学和物理学都是自然科学的核心学科。现代化学自18世纪诞生以来，为人类作出了杰出的贡献，在科学发展和人类文明进步中有举足轻重的作用和地位。现代文明的三大支柱能源、材料和信息，无一不涉及化学问题。化学工业同微电子工业一样是国民经济的支柱产业，化学已渗透到现代工农业、军事领域和人类生活的各个角落，许多专家认为，在人类最关心的环境、新能源、新材料、医药卫生、粮食增产、资源利用等问题中，化学处于中心地位，是一门满足社会需求的中心学科。化学同其他学科互相渗透，日益密切，派生了大量的交叉学科和边缘学科。化学是联系许多自然科学及工程技术的重要媒介，是自然科学中处于承上启下地位的学科，并且是信息技术、能源技术、生物工程、激光技术、空间技术、海洋工程等新技术门类的重要支柱。高等教育的主要目标是培养学生科学文化综合素质教育以及思维能力、认知能力、分析问题和解决问题能力。化学课程一直与物理等课程共同担当着培养学生科学素质的重任，是科学素质教育的不可或缺的组成部分。化学的思维、化学的方法、化学的能力与大多数非化学课程有明显的差别，在化学教学中，把那些渗透在生活和工程实际中的问题，与化学变化的基本理论相结合，将使受教育者的思维更加开阔、知识层次更加深厚。海军为技术密集型军种，其舰船平台和武备所处的海水和海洋大气环境为化学活性很高的环境，作为未来一名指挥军官和工程技术人员，必须具备一定的化学素养和化学思维能力。化学知识的缺陷，将会影响其正确分析问题和解决问题的能力。具备一定的化学知识和技能，将有助于我们运用物质特性及其变化的观点解释、分析和处理工作中遇到的许多与化学密切相关的问题。针对现行大学化学教材同军事装备特别是和海军舰船实际联系不多的问题，本书突出化学原理与海军舰船实际相联系及化学在军事上的应用等内容，使课程内容更加贴近实际。本书在保持内容科学化和系统化的基础上，将整个内容分为上、下两篇：化学原理篇以及化学与应用篇。化学原理篇为基础理论部分，分三章介绍化学反应基本规律、电化学基本原理以及物质结构与性质；化学与应用篇重点介绍化学在海军舰船以及军事和电子信息方面的应用知识，其中包括：化学与舰船、化学与军事、化学与电子信息三章内容。本书的编写体现了编者的一贯思想，在某些内容编排上采用了一些新的创意，力图准确、简明地阐述化学基本原理，简明扼要和深入浅出地论述基本概念，使学员能够较好地了解化学学科的基本理论和知识；另一方面，本书突出化学在海军舰船和军事上的应用，重点介绍与舰船动力、舰船防护、舰船隐身等密切相关的化学知识，发挥课程在海军人才培养中的作用。本书有少量选学内容，排小号字以示区别，各校可根据教学实际自行选择。本书由余红伟、魏徵、晏欣等编写。第1章由余红伟、魏徵、晏欣、饶秋华、李瑜共同编写；第2章由魏徵、余红伟、晏欣、朱金华共同编写；第3章由余红伟、魏徵、晏欣、宋玉苏、李瑜共同编写，第4章由余红伟、魏徵、晏欣、文庆珍共同编写；第5章由魏徵、晏欣、余红伟、王轩共同编写；第6章由魏徵、余红伟、王轩、李瑜编写；附录由魏徵编写。全书由余红伟、魏徵、晏欣统稿。在本书的编写过程中，海军工程大学王源升教授提出了很多宝贵意见并在百忙中审阅书稿，同时本教材得到;海军院校和士兵训练机构教材重点建设项目支持，特别是得到了海军工程大学训练部装备处支持，在此一并致谢。本书参考了许多已公开出版的教材和文献，并引用了其中的一些图表、数据和习题，在此向所有参考书和文献的作者们表示最诚挚的谢意。由于编者水平的限制，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请读者和专家批评指正。

编者2015年1月于武汉

《化学原理及应用》（第二版）以化学学科的核心化学反应为主线，围绕自然界元素如何通过化学键组成物质、物质间化学反应的基本原理、化学基本原理的应用三个核心问题设置了化学原理、化学与应用上、下两篇共6章内容。上篇化学原理包括物质结构与性质、化学反应基本规律、电化学基本原理等3章，物质结构与性质部分主要介绍原子结构、分子结构、晶体结构以及金属单质、 新型碳单质和有机高分子化合物的结构与性质；化学反应基本规律部分主要从化学热力学和化学动力学两个方面阐述了化学反应的基本规律；电化学基本原理部分包括电池、电极、电解等基本原理及腐蚀防护基本原理。下篇化学与应用，主要包括化学与舰船、化学与军事、化学与电子信息材料等3章，突出化学基本原理在舰船、军事、电子信息方面的应用。本书配有知识图谱、微课视频等，读者可扫码获取。《化学原理及应用》（第二版）可作为高等院校机械、电子、材料、地质、能源、环境、冶金、海洋等非化学化工类专业尤其是船舶与海洋工程、军事工业、电子信息材料专业的基础化学课程教材使用。也可供高等学校相关专业教师以及企事业单位科技工作者学习参考。

无

上篇 化学原理第1章 物质结构与性质 0021.1 原子结构和元素周期系 0031.1.1 核外电子运动的特殊性 0031.1.2 核外电子运动状态的描述 0051.1.3 核外电子分布与元素周期系 0081.1.4 元素性质的周期性 0111.2 化学键和分子结构 0141.2.1 离子键 0141.2.2 共价键 0151.2.3 杂化轨道和分子的几何构型 0181.2.4 分子间力和氢键 0221.3 晶体结构 0251.3.1 晶体及其结构 0261.3.2 晶体的基本类型 0271.3.3 实际晶体 0311.4 金属单质及其性质 0331.4.1 过渡金属元素通论 0331.4.2 金属单质的主要制备方法 0341.4.3 金属合金的类型 0351.5 新型碳单质及其性质 0361.5.1 石墨烯 0371.5.2 富勒烯 0371.5.3 碳纳米管 0381.6 有机高分子化合物的结构与性质 0391.6.1 高分子化合物基本概念 0391.6.2 高分子化合物的合成 0411.6.3 高分子化合物的结构 042 1.6.4 高分子化合物的分子运动与性质 0451.6.5 几种重要的合成树脂 0471.6.6 离子交换树脂 050习题 053

第2章 化学反应基本规律 0592.1 化学反应中的质量守恒与能量守恒 0602.1.1 化学反应的质量守恒定律 0602.1.2 化学反应的能量守恒定律热力学第一定律 0612.1.3 反应热 0632.1.4 反应热的计算 0652.2 化学反应进行的方向 0672.2.1 自发过程及其特征 0672.2.2 化学反应焓变与自发性 0682.2.3 化学反应的熵变 0682.2.4 吉布斯函数变与化学反应自发性 0702.3 化学反应进行的限度化学平衡 0742.3.1 化学平衡原理 0742.3.2 溶液中的化学平衡弱酸弱碱的质子转移平衡 0802.3.3 溶液中的化学平衡难溶电解质的沉淀溶解平衡 0872.3.4 溶液中的化学平衡配位化合物的配位平衡 0912.4 化学反应速率 0952.4.1 化学反应速率的表示方法 0962.4.2 反应速率理论和活化能 0962.4.3 影响化学反应速率的因素 098习题 101

第3章 电化学基本原理 1093.1 氧化还原反应中的能量变化 1103.1.1 化学能与电动势关系式的推导 1103.1.2 化学能与电动势的关系式 1113.2 原电池和电极电势 1113.2.1 原电池 1113.2.2 电极电势 1133.2.3 影响电极电势的因素和能斯特方程式 1153.2.4 电极电势的应用 1183.3 电解 1213.3.1 电解原理和电解池 1213.3.2 分解电压和超电势 1223.3.3 电解的产物 1243.3.4 电解的应用 1253.4 金属的腐蚀与防护 1263.4.1 金属腐蚀的类型 1263.4.2 金属的电化学腐蚀 1273.4.3 影响金属电化学腐蚀速率的因素 1293.4.4 金属腐蚀的防护 130习题 133

下篇 化学与应用第4章 化学与舰船 1404.1 舰船环境化学 1414.1.1 舰船的水环境 1414.1.2 潜艇舱室的空气环境 1464.2 舰用化学电池 1504.2.1 铅蓄电池(铅酸蓄电池) 1504.2.2 鱼雷动力电池 1524.2.3 AIP潜艇动力燃料电池 1564.3 舰艇用油 1584.3.1 液体燃料 1584.3.2 柴油 1674.3.3 润滑剂 1734.4 舰船涂料 1784.4.1 涂料的作用 1784.4.2 涂料的组成 1794.4.3 舰船涂料的要求与特点 1804.4.4 功能涂料 1824.5 舰船平台的防护 1924.5.1 舰船平台腐蚀的防护 1934.5.2 舰船船体海生物附着的防护 1954.6 复合材料和舰船隐身材料 1984.6.1 复合材料 1984.6.2 舰船隐身材料 200习题 206

第5章 化学与军事 2075.1 化学武器及其防护 2085.1.1 化学武器及其毒害作用 2085.1.2 化学武器的防护 2115.2 新概念非致命武器 2125.2.1 人员失能型化学武器 2135.2.2 武备失效型化学武器 2145.3 生物武器及其防护 2165.3.1 生物武器的发展历史 2165.3.2 生物武器的类型 2165.3.3 生物武器的特点 2185.3.4 几种生物武器介绍 2195.3.5 生物武器的防护与禁止生物武器公约 2205.4 含能物质 (材料) 2205.4.1 火炸药的发展历史 2215.4.2 火炸药的基本类型 2215.4.3 炸药 2225.4.4 火箭推进剂 2255.4.5 烟火剂 2285.4.6 新型含能材料 228习题 229

第6章 化学与电子信息材料 2306.1 半导体材料 2316.2 磁性材料 2326.3 光导纤维 2326.4 光刻胶 2336.4.1 肉桂型负性光刻胶 2346.4.2 重氮型正性光刻胶 2356.5 光致变色信息存储材料 2356.5.1 光致变色俘精酰亚胺高分子化合物 2366.5.2 光致变色二芳基乙烯高分子 2376.6 压电材料 2376.6.1 压电现象和压电原理 2376.6.2 聚偏氟乙烯压电膜的制备、性能和应用 238习题 239

参考文献 240

附录 241附录1 一些物质的热力学性质 (100kPa 和298.15K) 241附录2 一些常见弱电解质在水溶液中的K?? a 或K?? b 值 243附录3 一些常见难溶物质的溶度积常数 244附录4 一些配离子的稳定常数 245附录5 一些电对的标准电极电势(298.15K) 245