|
关于我们
 书单推荐 新书推荐 |
无机及分析化学（第二版） 
定 价：59 元 丛书名：普通高等教育“十二五”规划教材
9 7 4 8 1 7 2 0 2 3 9 0 4 读者对象:材料、环境、生物（包括医学、食品、农林）等主要专业大类的高等学校师生 
无机及分析化学(第二版)是在?无机及分析化学?(科学出版社,2006年)基础上修订而成。
本次修订对教材内容进行了适当补充、删减和重组,修订过程中更加注重教材内容的简明扼要,阅读材料以小字体编排.无机及分析化学(第二版)共18章,主要内容包括气体、溶液和胶体,化学热力学初步,化学反应速率和化学平衡,物质结构基础,四大平衡和四大滴定分析,吸光光度分析法,电势分析法,非金属及金属元素化学,定量分析中的分离方法,绿色化学概论,材料与化学,生命与化学,环境与化学等内容. 更多科学出版社服务，请扫码获取。 
无机及分析化学(第二版)可作为工、农、林、水产、医、师等高等院校材料类、环境类、生物类专业本科生的教材也可供化学、材料、环境、生物等领域的科技工作者参考。
《无机及分析化学》自2006年出版以来，得到了许多高校的关注和使用，取得了良好的教学效果，启迪了学生的科学思维，起到了培养学生自学能力与创新能力的作用。为加强无机及分析化学课程建设与教学改革，适应新形势下高等教育改革和发展、多元化教学的需要，在广泛调研基础上，我们联合有关高校对本书进行了修订。
本书是“无机及分析化学”四川省精品课程和四川省精品开放课程配套教材，同时被评为首批四川省“十二五”普通高等教育本科规划教材。本书配套建设了《无机及分析化学学习指导》(第二版)、“制备实验小量化、分析实验减量化、实验内容绿色化”的《无机及分析化学实验》以及多媒体课件。 在保持原课程体系基础上，本次修订对教学内容进行了适当补充、删减和重组，修订过程中更加注重教材内容的简明扼要，概念和文字更加准确、精炼，其中带*号的为选学内容，阅读材料以小字体编排。全书共18章，包括绪论，气体、溶液和胶体，化学热力学初步，化学反应速率和化学平衡，物质结构基础，酸碱平衡与酸碱滴定法，沉淀溶解平衡与沉淀滴定法，氧化还原平衡与氧化还原滴定法，配位平衡与配位滴定法，吸光光度分析法，电势分析法，非金属元素化学，金属元素化学，定量分析中的分离方法，绿色化学概论，材料与化学，生命与化学，环境与化学。后4章作为培养学生兴趣和扩大知识面的阅读材料。 参加本书修订的单位有：西南科技大学、西南石油大学、北京建筑大学、华北水利水电大学、西安科技大学、西昌学院、嘉应学院。参加修订的教师有：钟国清(第l、8、17章、附录)，王海荣(第2、4章)，方景毅(第3、5章)，郑飞、张万明、焦钰(第6、7章)，沈娟、黄婕(第9章)，朱远平(第10章)，张廷红(第u章)，王崇臣(第12章)，张欢、李侃社(第13章)，王崇臣、李侃社(第14章)，杨定明(第15章)、杨定明、申丽华(第16章)，蒋琪英(第18章)。全书由主编、副主编共同统稿、修改，最后由钟国清定稿。 在本书编写过程中得到了科学出版社的大力支持，在此表示衷心的感谢。 由于编者水平所限，加之时间仓促，不妥和疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。 编者 2014年4月
第1章 绪 论
1.1 无机及分析化学的研究内容和任务 1.1.1 化学的研究对象和重要作用 化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化以及变化过程中的能量关系的科学.它涉及存在于自然界的物质———地球上的矿物、空气中的气体、海洋里的水和盐、在动物身上找到的化学物质,以及由人类创造的新物质;它涉及自然界的变化———与生命有关的化学变化,还有由化学家发明和创造的新变化.因此,化学包含着两种不同类型的工作,一些化学家在研究自然界并试图了解它,另一些化学家则在创造自然界不存在的新物质和完成化学变化的新途径. 大千世界是由各种各样、形形色色的物质所组成的.物质有两种基本形态:一种是具有静 止质量的物质,称为“实物”,如日月星辰、江河湖海、山岳丘陵、动植物、微生物、原子、分子、离 子、电子等;另一种是只有运动质量没有静止质量的物质,称为“场”,如引力场、电磁场、原子核 内场等.实物和场是物质存在的两种基本形态,它们可互相转化但不会被消灭,也不可能凭空 创造出来.化学所研究的物质是实物. 物质永远处于不停的运动、变化和发展状态之中.世界上没有不运动的物质,也没有脱离物质的运动.物质的运动形式可归纳为机械的、物理的、化学的、生命的和社会的五种.这些运动形式既互相联系,又互相区别,每一种运动形式都有其特殊的本质.化学主要研究物质的化学运动形式. 化学运动形式即化学变化的主要特征是生成了新的物质.但从物质构造层次讲,化学变化是在原子核不变的情况下,发生了原子的化分(原有化学键或分子的破坏)和化合(新的化学键或分子的形成)而生成了新物质.核裂变或核聚变的核反应虽然也有新物质生成,但它们不是原子层次的反应,故不属于化学变化.因此,化学应是在分子、原子或离子水平上,研究物质的组成、结构、性质、变化以及变化过程中能量关系的科学. 物质的各种运动形式是彼此联系的,并在一定条件下互相转化.物质的化学运动形式与其他运动形式也是有联系并互相转化的.化学变化总伴随有物理变化,生物过程总伴随着不间断的化学变化.因此,研究化学时还要结合其他许多有关学科的理论和实践. 化学是一门既古老又年轻的科学.人类的化学实践在历史上很早就开始了,如火的利用、造纸、酿酒、染色、中草药、火药、冶金、陶瓷等.从古代开始,化学就一直伴随古人的生产和生活.直到17世纪后期,英国著名科学家波义耳(R.Boyle)指出“化学的对象和任务就是寻找和认识物质的组成和性质”,化学才走上了科学的道路.如果从这时算起,化学作为一门科学仅有300多年的历史.18世纪发现了质量守恒定律、定组成定律、倍比定律等,为化学新理论的诞生打下了基础.19世纪初,道尔顿(J.DAlton)和阿伏伽德罗(A.AvogAdro)分别创立了原子论和原子分子论;1869年俄国著名化学家门捷列夫(D.I.Mendele v)提出了元素周期律,从此进入了近代化学的发展时期.20世纪是化学取得巨大成就的世纪,1926年,量子力学的建立冲破经典力学的束缚,开辟了现代原子结构理论发展的新历程;1931年,丹麦科学家玻尔(N.H.D.Bohr)把量子的概念首先引入原子结构理论 ,成功地解释了氢原子光谱 .在此基础上,化学键理论及晶体结构的研究 ,都获得了新发展 .物质结构理论的发展 ,使人们从微观上更深入地认识物质的性质与结构的关系 ,对于无机物、有机物的合成和各种新材料的研制 ,都具有指导作用 .化学热力学和动力学的应用 ,从宏观上推动各类化学反应的研究 ,大大促进了化学工业的发展 .20世纪 ,在化学高速发展的背景下 ,中国化学家不遑多让 ,侯氏制碱法、抗疟疾药物青蒿素、人工合成牛胰岛素等 ,都让中国人的名字写在了化学的荣誉榜上 .总体来看,化学在以下几个方面创造了我们美好的生活 :化肥将人类从饥饿中拯救出来 ,高分子合成材料改善了我们的生活 ,药物成为人类健康的守护神 ,染料的发明和应用使我们的生活多姿多彩 . 传统化学按研究对象和内在逻辑的不同 ,分为无机化学、有机化学、分析化学和物理化学四大分支 .随着科学技术的进步和生产的发展 ,各门学科之间的相互渗透日益增强 ,化学已经渗透到农业、生命科学、药学、环境科学、计算机科学、工程学、地质学、物理学、冶金学等许多领域,从而形成了许多应用化学的新分支和边缘学科 ,如农业化学、生物化学、医药化学、环境化学、地球化学、海洋化学、材料化学、计算化学、核化学、激光化学、高分子化学等 .同时 ,原有的 “四大分支 ”中的某些内容 ,已经发展成为一些新的独立分支 ,如热力学、动力学、电化学、配位化学、化学生物学、稀有元素化学、胶体化学等 .我国著名科学家徐光宪教授作了如下的比喻 : “把21世纪的化学比作一个人 ,那么物理化学、理论化学和计算化学是脑袋 ,分析化学是耳目 ,配位化学是心腹 ,无机化学是左手 ,有机化学和高分子化学是右手 ,材料科学是左腿 ,生命科学是右腿 ,通过这两条腿使化学科学坚实地站在国家目标的地坪上 .”化学是一门 “中心科学 ”,它不仅生产用于制造住所、衣物和交通用的材料 ,发明提高和保证粮食供应的新方法 ,创造新的药物 ,而且多方面改善着我们的生活 ,因而化学也是一门实用科学 . 第63届联合国大会通过决议将2011年定为 “国际化学年 ”,以纪念化学学科所取得的成就以及对人类文明的贡献 .近100年来 ,化学作为一门中心科学 ,推动了物质科学与生命科学等其他科学的发展 .化学在认识热或温度、做功、能量等方面与物理学有许多相似之处 ,而物理学的相关理论又推动了化学的发展 ;生命科学在分子水平上离不开化学的支持,疾病的早期诊断与治疗、DNA的检测、药物分子的开发、生殖与发育、营养与健康等都与化学有着紧密的联系 .尤其是20世纪中期以后 ,化学与生命、材料、能源、环境、信息等学科领域的交叉融合 ,不仅促进了学科自身的发展 ,也催生了众多新兴交叉前沿学科 ,如分子生物学、分子纳米结构、纳米材料和相关纳米技术等 .近100年来 ,化学在解决粮食问题、战胜疾病、解决能源问题、改善环境问题、发展国家防御与安全所用的新材料和新技术等方面起到了不可或缺的关键作用 .石油的开采、核技术的应用、电池的发展、航空材料的制造等都是例证 .现在 ,化学已为新能源、新材料的研究 ,乃至信息、医药、资源和环境等领域的发展提供了物质基础和技术保障 . 在现代生活中 ,特别是在人类的生产活动中 ,化学起着重要的作用 .例如 ,运用对物质结构和性质的知识 ,科学地选择使用原材料 ;运用化学变化的规律 ,可研制各种新产品 .又如 ,当前人类关心的能源和资源的开发、粮食的增产、人口的控制、环境的保护、海洋的综合利用、生物工程等都离不开化学知识 ;现代化的生产和科学技术往往需要综合运用多种学科的知识 ,而它们都与化学有着密切的联系 .以稀土元素为例 ,过去仅用于打火石、玻璃着色等方面 ,用途十分有限 .20世纪50年代以来 ,由于人们采用离子交换和有机溶剂萃取技术 ,分离、提纯稀土产品获得成功 ,同时通过研究又不断发现了稀土元素及其化合物的许多优良性能 ,所以它的 应用迅速扩展 .在荧光材料、磁性材料、激光材料、超导材料、储氢材料、新型半导体材料、原子 反应堆材料等方面 ,稀土元素都显示出重要作用 .我国是稀土储量最多的国家 ,稀土元素化学 在材料科学中的迅速发展 ,必将对我国的现代化建设做出日益重要的贡献 .合成高分子材料 在目前人们使用的各种材料中已占一半以上 ,近些年来又有许多新发展 ,含有碳纤维、硼纤维 的各种复合材料以及具有光、电、磁等功能的各种功能高分子材料 ,均在现代科技中发挥了重 要作用 .在新能源的开发和利用方面 ,近年来许多国家对无污染的氢能源的研究和应用不断 取得新的成果 .可以预料不久的将来 ,会出现以氢能为主要能源的新时代 . 生命科学与化学的联系更为密切 .植物体的根、茎、叶、花、果实、种子 ,动物体的骨骼、肌肉、脏器以及它们的各种体液都是由各种化学元素经过生理、生化等各种变化而构成的 .农、林、果、鱼、畜产品的初加工、深加工及其副产品和废物的综合利用 ;粮食、油料、蔬菜、水果、水产品、肉奶蛋等的储存保鲜 ;使用饲料添加剂、生长激素、微量元素、必需氨基酸等调节动植物有机体的生理过程 ,以提高农牧业产品的质量和产量 ;利用杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂保护植物不受害虫、病菌、啮齿类动物的侵害 ;利用各种兽药和疫苗防治畜禽疾病和传染病 ;卫生监督、环境监控、产品质量的检验 ;微量元素肥料和化学肥料的合理使用 ,土壤结构的改良 ;盐碱地的治理、污水的净化等 ,都离不开化学的基本原理、基本知识和基本操作技能 . 伴随其他科学技术和生产水平的提高 ,新的精密仪器、现代化的实验手段和计算机的广泛应用 ,化学科学也在突飞猛进地发展 ,正在从描述性的科学向推理性的科学过渡 ,从定性科学向定量科学发展 ,从宏观现象向微观结构深入 .面向未来 ,化学将向更广度、更深层次的方向延伸 ;新工具的不断创造和应用 ,将促进化学的创新发展 ;绿色化学将带来化学化工生产方式的变革 ;化学在解决战略性、全局性、前瞻性重大问题上 ,将继续发挥更大的作用 .目前 ,世界上出现的以信息技术、生物工程、新型材料、新的能源、海洋开发等新技术为主导的技术革命是与化学密切相关的 ,离开化学和化学工业的发展 ,这些新技术的发展和应用都是不可能的 . 1.1.2 无机及分析化学的性质、任务和学习方法 在化学的各门分支学科中 ,无机化学是研究所有元素的单质和化合物 (碳氢化合物及其衍生物除外 )的组成、结构、性质和反应的学科 ;分析化学是研究物质组成成分及其含量的测定原理、测定方法和操作技术的学科 .无机及分析化学是高等学校材料类、环境类、农林类、生物类专业一门重要的必修基础课 ,它不是化学学科发展的一门分支学科 ,而是主要介绍无机化学和分析化学等学科中的基础知识、基本原理和基本操作技术 .在此基础上 ,运用微观理论知识 ,去揭示物质的组成、结构及其性质与变化规律的关系 ;用宏观理论知识中的化学热力学与化学动力学知识 ,计算化学反应中的能量变化 ,继而判断化学反应的方向、限度、快慢及反应历程 ,以及研究化学反应与外界条件的关系等 ,并将这些知识在水溶液中的四大化学平衡及元素化学内容中予以应用和深化 ,我们可从中了解到化学与材料科学、环境科学和生物科学融合的巨大潜力 . 许多专业的基础课和专业课也与化学有着不可分割的联系 .例如 ,材料分析测试技术 ,材料合成 ,材料化学 ,环境监测 ,水处理技术 ,大气、水污染控制 ,动物、植物生物化学 ,动物、植物生理学 ,病理学 ,药理学 ,土壤学 ,肥料学 ,植物保护学 ,饲料学 ,农畜产品加工学等专业基础课和专业课都需要一定的化学基础知识 .又如 ,学习生理学必须了解生物体的新陈代谢作用 ,生物体内的酸碱平衡以及各种代谢平衡 ,这些平衡都是以化学平衡理论为基础的 ;各种酶的作用又是催化剂原理的具体体现 .总之 ,对化学在专业学习和专业工作中的重要意义 ,大家在今后的学习和实践中会有更深刻的体会 . 无机及分析化学的教学任务是 :通过本课程学习 ,掌握与材料科学、环境科学、农林科学、生物科学有关的化学基本理论、基本知识和基本操作技能 ;在学习溶液基础知识时 ,重点掌握四大平衡理论的原理和以滴定分析方法为主的测定物质含量的方法 ,建立准确的 “量”的概念 ;了解这些理论、知识和技能在专业中的应用 ,为后续课程的学习和今后的工作打下良好的化学基础 ,同时扩大知识面 .总之 ,在教学中培养自学能力、分析和解决日常生活和生产实践中一些化学问题的能力 ,以及培养严谨的科学态度和习惯 ,是无机及分析化学教学的重要任务 . 无机及分析化学的学习方法 :1学习中要注重基本概念和基本理论的理解和应用 .在学习某一内容时 ,首先要注意研究的对象和背景 ,弄清问题是怎样提出的 ,用什么办法解决问题 ,结果如何 ,有什么实际意义和应用 ,然后再研究细致的内容、推导过程、实验步骤等 ,这才能抓住要领 .2培养自学能力 .21世纪的教育是终身教育 ,知识财富的创造速度非常之快 ,每隔3~5年翻一番 .就化学而言 ,美国化学文摘服务社 (CAS)给各种新化合物编有注册号 ,在1950年初大约是200万种 ,而到1990年已突破1000万种 ,2000年已达到2340万种 ,2010年已超过3500万种 ,目前平均每天增加3000种.面对浩瀚的信息量 ,任何人即使日夜攻读 ,也难读完和记住现有的知识 .将来从事工作所必需的很多知识仅在学校学习期间肯定是不能学完的 ,需要不断地学习、更新知识来适应社会 ,增强自己的竞争力 ,即运用已有知识创造性地解决问题和发现新知识 ,因此培养自学能力就显得非常重要 .掌握知识是提高自学能力的基础 ,而提高自学能力又是掌握知识的主要条件 ,两者是相互促进的 .我们提倡课前预习 ,课后复习、归纳 ,将知识系统化 .每学完一章 ,应对该章内容进行书面总结 ,包括基本概念、基本原理、基本公式和有关计算 ,弄清该章的主要内容 .此外 ,有目的地阅读一些杂志或参考书 ,有助于加深对某一知识的理解和拓宽知识面 .3理论与实践结合 .化学是一门以实验为基础的科学,许多化学的理论和规律很大的一部分是从实验总结出来的 .既要重视理论的掌握 ,又要重视实验技能的训练 ,努力培养实事求是、严谨治学的科学态度 . 1.2 误差及数据处理 1.2.1 误差的分类 分析测试中 ,因受分析方法、测量仪器、所用试剂和操作者主观条件等因素限制 ,分析结果与真实值不完全一致 .测定结果与真实值之间的差异称为误差 .误差有正、负之分 ,当测定值大于真实值时为正误差 ,当测定值小于真实值时为负误差 .但客观存在的真实值不可能知道 ,实际工作中常用 “标准值 ”代替真值 .标准值是用多种可靠的分析方法 ,由具有丰富经验的人员经过反复多次测定而得出的比较准确的结果 .误差是客观存在的 ,不可避免的 .作为分析工作者 ,应该了解误差理论和误差产生原因 ,以便使误差减少到最小程度 ,获得尽可能准确的分析结果 .按来源不同 ,误差可分为系统误差和偶然误差 . 1.系统误差 系统误差 (可测误差 )是由某些比较确定的原因引起的 ,它对分析结果的影响比较固定 ,即误差的正、负通常是一定的 ,其大小也有一定的规律性 ,重复测量的情况下 ,它有重复出现的性质,因此其大小往往可以测出 ,并且还可通过实验减小或消除 .按误差产生的原因 ,系统误差可分为下列几种 : (1)方法误差 .它是分析方法本身造成的误差 .例如 ,滴定分析中反应进行不完全、滴定终点与化学计量点不相符、有其他副反应发生等 . (2) 仪器、试剂误差 .它是仪器本身不准确和试剂不纯而引起的误差 .例如 ,天平两臂不等长引起称量误差、砝码质量和滴定管刻度不准确、所用试剂或蒸馏水中含有杂质等 . (3)操作误差 .它是指正常操作条件下因分析人员掌握操作规程和实验条件有出入而引起的误差 .例如 ,滴定管读数偏低或偏高、对颜色的分辨能力不够敏锐等所造成的误差 . 2.偶然误差 偶然误差 (随机误差 )是由一些偶然因素所引起的误差 ,是偶然的或不能控制的 .这类误差对分析结果的影响不固定 ,有时大 ,有时小 ,有时正 ,有时负 .例如 ,实验室中环境温度、气压、湿度等的微小波动 ,滴定管读数最后一位估计不准 .当人们对一个量进行重复测量 ,然后把所得结果进行统计分析时发现 ,偶然误差符合正态分布规律 ,如图1Ｇ1所示 ,其规律是 :1绝对值相等的正误差和负误差出现的机会相等 ;2小误差出现的次数多 ,大误差出现的次数少 ,个别特别大的误差出现的次数极少 . 特别注意 ,系统误差和偶然误差都是指在正常操作的情况下所产生的误差 .因操作不细心而加错试剂、记错读数、溶液溅失等违反操作规程所造成的错误称为过失 .过失不属于误图1Ｇ1 偶然误差正态 分布曲线 差,过失是完全可以避免的 . 1.2.2 误差和偏差的表示方法 1.准确度与误差 测定值与真实值之间的接近程度称为准确度 ,用误差表示 .误差越小 ,准确度越高 .误差又分为绝对误差和相对误差 . (1)绝对误差 .实验测得的数值 x与真实值 T之间的差值称为绝对误差 E,即 E＝x－T (1Ｇ1) 例如 ,测定一样品中某组分的含量时 ,分析结果为18.00％ ,而其真实值为18.13％ ,则其绝对误差为－0.13％ .绝对误差有正、负号 ,正号表示分析结果偏高 ,负号表示偏低 . (2)相对误差 .相对误差是指绝对误差占真实值的百分数 ,即 E Er＝T ×100％ (1Ｇ2) 对多次测定结果则采用平均绝对误差和平均相对误差 ,平均绝对误差即为测定结果平均值与真实值之差 ,平均绝对误差占真实值的百分数即为平均相对误差 ,即 E＝x－T (1Ｇ3) E Er＝T ×100％ (1Ｇ4) 2.精密度与偏差 对同一样品多次平行测定结果之间的符合程度称为精密度 ,用偏差表示 .偏差越小 ,说明测定结果精密度越高 .偏差有多种表示方法 . (1)绝对偏差和相对偏差 .由于真实值往往不知道 ,因而只能用多次分析结果的平均值代表分析结果 (以平均值为 “标准 ”),这样计算出来的误差称为偏差 .偏差也分为绝对偏差及相对偏差 . 绝对偏差是指某一次测量值与平均值之差 ,即 di＝ i－(1Ｇ5) 相对偏差是指某一次测量的绝对偏差占平均x值的x百分数 ,即 dr＝di×100％ (1Ｇ6) (2)平均偏差 .为表示多次测量的总体偏x离程度 ,常用平均偏差 (d),它是指各次偏差的绝对值之和的平均值 ,即 d＝ d1＋d2＋d3＋ .＋dn ＝ ∑ndi 1Ｇ7) i＝1( 平均偏差没有正、负号.平均偏差占平均n值的百分数称为相对平n均偏差 (dr ),即 dr＝d×100％ (1Ｇ8) (3)标准偏差和相对标准偏差 .在分析工x作中 ,标准偏差是表示精密度较好的方法 .当测定次数有限时 (标准偏差常用式 (表示 n＜20 ),1Ｇ9) ∑nxi－x ∑din s＝ i＝1 ()2 ＝ i＝12 (1Ｇ9) n－1n－1 用标准偏差表示精密度比平均偏差好 ,能更清楚地说明数据的分散程度 .例如 ,甲、乙两人各自测得一组数据 ,偏差 (i)分别为 d 甲 ＋0.3、－0.2、－0.4、＋0.2、＋0.1、＋0.4、0.0、－0.3、＋0.2、－0.3 乙 ＋0.1、0.0、－0.7、＋0.2、－0.1、＋0.2、＋0.5、＋0.3、－0.2、－0.1两组数据的平均偏差相等 ,均为0.24 ,但乙的测定数据中有两个较大的偏差 (－0.7、＋0.5 ),说明数据离散程度大 .它们的标准偏差为 (0.3 )2＋ (－0.2 )2＋ (－0.4 )2＋ .＋ (－0.3 )2 s甲＝ 10－1＝0.28 s乙＝ (0.1 )2＋ (0.0 )2＋ (－0.7 )2＋ .＋ (－0.1 )2＝0.3310－1显然 ,甲的精密度比乙的高 .相对标准偏差也称为变异系数 ,是标准偏差占平均值的百分数 ,即 s sr＝x ×100％ (1Ｇ10 )
你还可能感兴趣
我要评论
|
