《无机化学（第三版）》为《湖南大学化学主干课程系列教材》之一，第二版被评为普通高等教育“十一五”***规划教材。 《无机化学（第三版）》共 20 章，包括绪论、化学热力学基础、化学反应速率与化学平衡、酸碱解离平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原反应、原子结构与元素周期律、分子结构与化学键理论概述、酸碱理论的发展与溶剂化学、配位化学基础、s 区元素、p 区元素、ds 区元素、d 区元素、镧系元素、元素化学定性分析、核化学、生物无机化学、固体无机化学、金属有机化学。

第 1章 绪 论
内容提要
(1)了解化学、无机化学的基本概念及发展历史。
(2)掌握原子、分子、离子、超分子的基本概念。
(3)掌握单质、化合物、相对分子质量、物质的量的概念。
(4)掌握等离子体、气体、液体、固体物质的存在形式及特点；掌握理想气体状态方程。
(5)掌握溶液的概念、性质、溶液浓度的计算及难挥发非电解质稀溶液的依数性。
1.1 关于化学
人们总是希望手机越来越轻薄，续航能力越来越强；希望服装材质既舒适透气，又易清洗；能源既**富足，又不污染环境；对人类社会有重要贡献的化肥和农药，人们又希望它们绿色健康 解决这些难题的重任落在了化学家身上，其中很多看似不可能完成的任务已经被化学家解决。化学这门古老的科学在现代社会历久弥坚、充满活力。
化学作为一门核心、实用、创造性的科学，已经为人类认识物质世界和人类的文明进步作出了巨大贡献。化学创立了研究物质结构和形态的理论、方法和实验手段，合成了数以千万计的化学物质，为阐明生命的起源、发现生物活性物质、新材料及新**的设计合成奠定了理论和实验基础。
1.1.1化学的基本概念及其发展
关于化学的经典描述是：化学是研究物质的化学组成、结构、性质及其变化规律和变化过程中能量关系的科学，是自然科学的一个分支。物质按相对大小可分割成一系列容易分清的层次：地球上宏观物体—分子—原子—原子核—基本粒子 化学主要是从原子和分子层次研究物质，是一门实用和创造性的**科学。
随着科学发展及现代数学、物理、信息方法融入化学，化学科学被赋予新的内涵。我国香山科学会议第 128次学术讨论会——化学学科发展战略研讨会提出了一个很有价值的关于化学的定义：化学是主要研究从原子、分子片、分子、超分子到分子和原子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态和组装态的合成和反应、分离和分析、结构和形态、物理性能和生物活性及其规律和应用的自然科学。
化学的灵魂在于创造，创造新的结构和物质；魅力在于变化，出神入化，永无止境。目前化学发展呈现四大趋势：①各学科之间壁垒弱化、界限模糊，许多原创性成果都诞生在学科交叉处；②化学研究的尺度从未如此宽泛，当前已经从原子、分子到超越分子的尺度，超分子体系和分子聚集体成为化学研究的重要对象之一；③化学正在走向精准化，包括精准合成、精准组装、精准检测、精准计算等；④化学过去被认为是实验科学，而今，实验、理论和计算成为当代化学的三大支柱。
1.1.2化学发展简史
实用化学工艺历史几乎同人类社会本身的历史一样悠久。17世纪以前为古化学时期，经历了炼丹、炼金、医药化学和冶金化学，具有实用和经验的特点，尚未形成理论体系。 17世纪中叶到 19世纪末是化学作为独立学科的形成和发展时期，称为近代化学时期，经历了元素说、燃素说和氧化说。“化学之父”玻意耳指出，化学本身是自然科���中的独立部分。拉瓦锡通过研究燃烧现象，提出物质燃烧的实质是该物质和氧的结合，这是继玻意耳之后完成的化学史上第二个重大突破。也是在 19世纪，道尔顿的原子学说、盖吕萨克定律、阿伏伽德罗定律、元素周期表与元素周期律等纷纷出现，使化学在实践和理论方面都取得了重大突破，并确立了无机化学、有机化学、物理化学和分析化学各分支学科。19世纪末到 20世纪初，物理学革命性的发展为化学提供了飞跃发展的基础，使化学得到****的发展。现代化学键理论的建立与量子化学的诞生、晶体结构与晶体化学、核化学的发展等，使化学的研究深入探索原子、分子、晶体的内部结构，此阶段称为现代化学时期。20世纪 60年代，化学的发展更加深入和迅速，化学元素学科及其与相关学科之间的关系发生了根本变化。物理学为化学提供了先进的测试手段；分子生物学向化学提出了许多挑战性问题；保护人类的生存环境、维护生态平衡等课题需要化学家参与；与新技术的发展密切相关的新材料的开发应用都是化学学科大显身手的领域。
21世纪化学科学的研究层次拓宽，分子间在不同层次上的相互作用成为化学家关注的**之一。化学可以根据原子层次、分子片层次、分子层次、超分子层次、分子聚集体层次等划分研究对象。化学学科可以根据研究内容和方法划分为新的二级学科，如合成化学、分离化学、分析化学、物理化学、理论化学等；也可从学科交叉角度重新划分，如与生命科学交叉的化学生物学，与材料科学交叉的纳米材料化学，与资源与环境科学交叉的绿色化学，与数学、信息学和生命科学交叉的化学信息学等。
1.1.3化学学科发展方向与契机
21世纪科学发展的特点是各学科纵横交叉解决实际问题。化学学科的发展方向涉及化学学科的自身发展及化学与相关学科的融合发展，研究科学基本问题与解决实际问题相结合。各相关学科(生物和材料等)与化学在大量问题上相遇及可持续发展战略向化学学科提出了大量化学基础问题，给化学未来的发展带来契机。
1.2关于无机化学
1.2.1无机化学定义
无机化学是研究除碳氢化合物及其衍生物外的所有化学元素及其化合物的组成、结构、性质、反应和应用及化学反应中能量变化的学科。无机化学的特点是内容丰富，涉及众多的元素及其化合物的结构与性质，反应多，体系庞杂，规律性差，被戏称为“无理化学”。
无机化学是化学分支学科之一，也是有机化学、分析化学、物理化学的先行课程。化学系学生步入大学后的**门专业基础课便是无机化学。随着科学的发展，无机化学的内容有了“爆炸”性增加，在知识特性上也有了质的变化，不再是过去的单纯描述性的资料累积，而是进入了理论成熟、定量精密的**阶段。
无机化学充满了魅力，无机元素所涵盖的化学多样性带来了新的、有时令人惊讶的化合物，对生物化学、材料和医药等领域有深刻的影响。元素周期表仍然是无机化学中对化学趋势进行合理化预测的重要工具。
1.2.2无机化学发展简史
*初化学所研究的对象多为无机物，所以近代无机化学的建立就标志着近代化学的创始。有三位科学家对近代化学的建立作出了很大的贡献，即英国的玻意耳、法国的拉瓦锡和英国的道尔顿。
19世纪 60年代，已知的元素已达 60多种，俄国化学家门捷列夫研究了这些元素的性质，在 1869年提出元素周期律：元素的性质随着元素相对原子质量的增加呈周期性的变化。这个定律揭示了化学元素的自然系统分类。元素周期表就是根据元素周期律将化学元素按周期和族进行排列的，元素周期律对于无机化学的研究、应用起了极为重要的作用。
19世纪末的一系列发现，开创了现代无机化学：1895年伦琴发现 X射线；1896年贝克勒尔发现铀的放射性； 1897年汤姆孙发现电子； 1898年居里夫妇发现钋和镭的放射性。 20世纪初卢瑟福和玻尔提出的原子是由原子核和电子所组成的结构模型，改变了道尔顿原子学说的原子不可再分的观念。1916年科塞尔提出离子键理论，路易斯提出共价键理论，圆满地解释了元素的价态和化合物的结构等问题；1924年德布罗意提出电子等物质微粒具有波粒二象性的理论；1926年薛定谔建立微粒运动的波动方程；1927年海特勒和伦敦应用量子力学处理氢分子，证明在氢分子中的两个氢核间，电子概率密度有显著的集中，从而提出了化学键的现代观点。此后，经过多方面的努力工作，发展成为化学键的价键理论、分子轨道理论和配位场理论。这三个基本理论是现代无机化学的理论基础。
无机化学的现代化始于化学键理论的建立和新型仪器的应用，无机化合物的研究也由宏观深入微观，从而把它们的性质、反应与结构联系起来；特种技术对无机特种材料生产的需要，有力地推动了无机化学的研究。到 20世纪 50年代，国际上无机化学已进入蓬勃发展时期，有人称之为“无机化学的复兴”。近三十多年来，无机化学研究新发展主要是许多新型化合物(如夹心、笼状、簇状和穴状等化合物 )的合成和应用，以及新的边缘学科 (如生物无机化学、金属有机化学和无机固体化学等)的开拓和发展。
近年来，无机化学的研究领域几乎涉及各个学科。从 20世纪 50年代起，随着科学水平的提高，对无机化合物微观结构和反应机理有了更深入的了解，而理论模型的发展又促进了无机化学研究的系统化和理论化。科学研究的新兴领域及交叉学科如材料、生命等几乎都涉及无机化学。无机化学家还面临着环境、能源等领域提出的问题，其中也涉及相当多的无机化学前沿课题。
本书考虑无机化学学科发展现状，其内容包括化学的基本原理 (第 2～6章、第 9章)、物质结构与化学键(第 7、8章)、配位化学 (第 10章)、元素化学 (第 11～15章)、元素化学定性分析(第 16章)、核化学(第 17章)、生物无机化学(第 18章)、固体无机化学(第 19章)、金属有机化学(第 20章)等。
1.2.3当今无机化学活跃的领域
当今无机化学的活跃领域主要是超分子化学、光电功能配合物、磁性分子材料、生物无机化学、金属有机化学、纳米化学等，并取得了很大的进展。超分子化学的研究包括晶体工程、分子工程、配位聚合物和金属纳米粒子。磁性分子材料的研究主要集中在分子内自旋载体之间的相互作用及其机理、三维有序分子磁体、低维分子磁体、具有复合功能的分子磁性材料等。生物无机化学主要集中在金属蛋白的突变、结构及性质研究，金属酶模拟，金属及其配合物与生物大分子的相互作用和识别，金属离子生物效应的化学基础，无机**化学，生物矿化等。无机固体材料集中在固体导电材料、无机磁性材料、无机光学材料、固体传感材料、微孔与介孔材料。
1.3化学基础知识
1.3.1原子、分子、离子、超分子
化学研究的基本单元包括原子、分子、离子、超分子等。
原子：指化学反应中不可再分的基本粒子，由原子核和核外电子构成；原子核又由质子、中子等更小的粒子组成。质子带正电，电子带负电，中子不带电；中性原子的质子数 = 核电荷数 = 原子核外电子数 = 原子序数。因为电子的质量极小，可忽略不计，所以原子的质量数 ≈质子数 + 中子数。
原子核中质子数相同的一类原子统称为元素。例如，自然界中，有 8个质子和 8个中子组成的氧原子(168O )，也有 8个质子和 9个中子组成的氧原子(178O )，还有 8个质子和 10个中子组成的氧原子(188O )，这些氧原子的质子数都是 8，所以把这些氧原子统称为氧元素
同一元素的原子，由于中子数不同，原子质量也会不同，每一种原子称为一种核素。例如，碳元素中存在 6个中子和 7个中子的碳原子，它们的质量数分别为 12和 13， 126C和136C161718 23
就是碳的两种核素； 8O、 8O、 8O分别为氧元素的三种核素；钠元素只存在一种核素 11Na。
某元素的几种不同的核素称为该元素的同位素。同位素有稳定同位素与放射性同位素之分。例如，自然界中氢有 3种同位素，即11H (氕)、 21H (氘)和 31H (氚)。碳有126C、136C稳定同位素和 146C放射性同位素。同一元素的同位素具有相同的电子数和电子构型，因而具有相似的化学性质，但同一元素的不同的同位素具有不同的质量，它们虽然能发生相同的化学反应，平衡常数却有所不同，反应速率也有所不同。常利用这种同位素效应研究反应机理。
原子的相对原子质量( Ar)定义为元素的平均原子质量与核素 12C原子质量的 1/12之比，以往称为原子量。例如， Ar(H) = 1.0079， Ar(O) = 15.999。
分子：分子是保持物质化学性质的*小粒子。
离子：离子是指原子或原子团失去或得到一个或几个电子形成的带电粒子。在中性原子中，电子所带的负电荷与原子核中的质子所带的正电荷相互抵消。当原子得到一个或几个电子时，核外电子数多于核电荷数，从而带负电荷，称为阴离子(anion)；当原子失去一个或几个电子时，核外电子数少于核电荷数，从而带正电荷，称为阳离子 (c

目录 第三版前言 第二版前言 **版前言 第 1章 绪论 1 1.1关于化学 1 1.1.1化学的基本概念及其发展 1 1.1.2化学发展简史 2 1.1.3化学学科发展方向与契机 2 1.2关于无机化学 2 1.2.1无机化学定义 2 1.2.2无机化学发展简史 3 1.2.3当今无机化学活跃的领域 3 1.3化学基础知识 4 1.3.1原子、分子、离子、超分子 4 1.3.2单质、化合物、相对分子质量、物质的量 5 1.3.3化学反应的计量关系 5 1.3.4物质的表现形态 6 1.3.5 溶液 10 习题 14科学家小传——德布罗意与薛定谔的故事 15 第 2章 化学热力学基础 16 2.1热力学**定律 16 2.1.1热力学的基本概念 16 2.1.2热力学**定律的表述 18 2.2热化学19 2.2.1化学反应的热效应 19 2.2.2 赫斯定律 20 2.2.3 生成热 22 2.2.4 燃烧热 25 2.2.5从键能估算反应热 25 2.3化学反应的方向 26 2.3.1可逆过程与不可逆过程 26 2.3.2化学反应的自发过程 26 2.3.3化学反应的进行方向 27 习题 34 科学家小传——吉布斯37 第 3章 化学反应速率与化学平衡 38 3.1化学反应速率 38 3.1.1反应速率的定义 38 3.1.2化学反应速率理论简介 40 3.1.3影响化学反应速率的因素 42 3.2化学反应平衡 48 3.2.1可逆反应与化学平衡 49 3.2.2化学平衡常数 49 3.2.3化学平衡的计算 53 3.3化学平衡移动 55 3.3.1浓度对化学平衡的影响 55 3.3.2压力对化学平衡的影响 57 3.3.3温度对化学平衡的影响 58 3.3.4催化剂与化学平衡 59 3.3.5勒夏特列原理 59 习题 60 科学家小传——克劳修斯62 第 4章 酸碱解离平衡 64 4.1弱酸弱碱的解离平衡 64 4.1.1水的解离平衡和溶液的酸碱性 64 4.1.2一元弱酸弱碱的解离平衡 66 4.1.3多元弱酸的解离平衡 68 4.1.4同离子效应 70 4.1.5 缓冲溶液 71 4.2盐类的水解72 4.2.1 盐的水解 72 4.2.2影响水解的因素 75 4.3强电解质溶液解离理论 75 4.3.1 离子强度 75 4.3.2活度和活度系数 76 4.3.3 盐效应 76 习题 77 知识简介——水的纯化78 第 5章 沉淀溶解平衡 80 5.1沉淀的溶度积原理 80 5.1.1溶度积常数 80 5.1.2溶度积原理 81 5.1.3溶度积与溶解度 82 5.1.4同离子效应 83 5.1.5影响难溶物溶解度的其他因素 84 5.2沉淀与溶解85 5.2.1金属氢氧化物沉淀的生成、溶解与分离85 5.2.2难溶硫化物的沉淀与溶解 86 5.2.3 沉淀转化 87 习题 88 科学家小传——诺贝尔90 第 6章 氧化还原反应 91 6.1氧化还原的基本概念 91 6.1.1 氧化数 91 6.1.2氧化剂和还原剂 92 6.1.3氧化还原电对 93 6.1.4氧化还原反应方程式的配平 94 6.2原电池和电池符号 96 6.2.1 原电池 96 6.2.2 电池符号 98 6.3电极电势和电动势 99 6.3.1电极电势的测量及参比电极 99 6.3.2标准电极电势表 101 6.3.3电池反应的热力学 102 6.3.4 E和 E.的关系——能斯特方程 106 6.3.5影响电极电势的因素 108 6.3.6电极电势的应用 114 6.3.7能斯特方程的应用 ——电势-pH图 118 6.4图解法讨论电极电势 121 6.4.1元素电势图 121 6.4.2 自由能 -氧化数图 124 6.5化学电源与电解 127 6.5.1化学电源简介 127 6.5.2分解电压和超电压 129 习题 130 科学家小传——能斯特 134 第 7章 原子结构与元素周期律 135 7.1原子光谱和玻尔原子模型 135 7.1.1 原子光谱 135 7.1.2玻尔原子模型 136 7.2核外电子的运动状态 137 7.2.1微观粒子的特性 137 7.2.2核外电子运动状态描述与波函数 139 7.2.3原子轨道与电子云的空间图像 143 7.3多电子原子结构与核外电子排布 147 7.3.1多电子原子轨道能级 147 7.3.2多电子原子核外电子排布 150 7.4元素周期表与元素性质的周期性 151 7.4.1元素周期表 151 7.4.2元素性质的周期性 152 习题 156 科学家小传——鲍林 158 第 8章 分子结构与化学键理论概述 159 8.1离子键理论 159 8.1.1离子键的形成 159 8.1.2离子键的性质 160 8.1.3离子键的强度 160 8.1.4离子的特征 161 8.1.5 离子晶体 163 8.2共价键理论 168 8.2.1路易斯理论 168 8.2.2 价键理论 169 8.2.3杂化轨道理论 171 8.2.4价层电子对互斥理论 175 8.2.5分子轨道理论 178 8.3金属键理论 181 8.3.1金属键的改性共价键理论 181 8.3.2金属键的能带理论 182 8.3.3金属晶体的密堆积结构 183 8.4分子间作用力和氢键 184 8.4.1分子的极性与分子极化 184 8.4.2分子间作用力 186 8.4.3 氢键 187 8.4.4离子极化作用 189 习题 192 化学键理论的发展 194 第 9章 酸碱理论的发展与溶剂化学 195 9.1酸碱理论的发展 195 9.1.1各种酸碱理论简介 195 9.1.2软硬酸碱原理 200 9.2溶剂化学 203 9.2.1溶剂的基本概念 203 9.2.2溶剂的性质 204 9.2.3溶剂的分类 206 9.2.4水溶液中的无机化学 207 9.2.5常见非水溶剂简介 212 习题 214 科学展望——在有机溶剂中进行的酶催化反应 216 第 10章 配位化学基础 218 10.1配合物的基本概念 218 10.1.1配合物的定义 218 10.1.2配合物的组成 218 10.1.3配合物的化学式及命名 221 10.1.4配合物的类型 223 10.2配合物的空间构型和异构现象 224 10.2.1配合物的空间构型 224 10.2.2配合物的异构现象 225 10.3配合物的化学键理论 230 10.3.1 价键理论 230 10.3.2晶体场理论和配位场理论 233 10.3.3分子轨道理论 243 10.4配合物的稳定性 248 10.4.1配合物的稳定常数 248 10.4.2影响配合物稳定性的因素 249 习题 254 科学家小传——卡尔文 256 第 11章 s区元素 258 11.1 氢 258 11.1.1 引言 258 11.1.2氢的成键特征 259 11.1.3氢化物 259 11.1.4反应综述 261 11.1.5氢能源 261 11.2碱金属和碱土金属 261 11.2.1碱金属和碱土金属元素的通性 261 11.2.2元素的存在和单质的制备 262 11.2.3化学性质 263 11.2.4重要的化合物及其性质 264 习题 267 科学家小传——戴维 269 第 12章 p区元素 270 12.1稀有气体 270 12.1.1稀有气体的存在、分离和应用 270 12.1.2稀有气体的化合物 271 12.2 卤素 274 12.2.1元素的存在、分离和性质 274 12.2.2卤化氢和氢卤酸 277 12.2.3卤化物和卤素互化物 277 12.2.4卤素的氧化物 280 12.2.5卤素的含氧酸及其盐 282 12.2.6氟的有机化合物 284 12.2.7 拟卤素 286 12.3氧族元素 288 12.3.1元素的存在、分离和性质 288 12.3.2氧、臭氧和过氧化氢 289 12.3.3硫及其重要化合物 291 12.3.4硫的卤化物 296 12.3.5配位氧和双氧配体 296 12.3.6硒和碲及其化合物 297 12.4氮族元素 299 12.4.1元素的存在、分离和性质 299 12.4.2 氢化物 303 12.4.3氧化物、含氧酸及其盐 305 12.4.4 卤化物 312 12.4.5 磷-氮化合物 313 12.5碳族元素 314 12.5.1元素的存在、分离和性质 314 12.5.2金刚石、石墨和富勒烯的性质 317 12.5.3碳的氧化物及其盐 318 12.5.4 含 C—N和 C—S键的化合物 319 12.5.5硅、锗、锡和铅的主要化合物 321 12.6硼族元素 329 12.6.1元素的存在、分离和性质 329 12.6.2硼的含氧化合物和卤化物 331 12.6.3铝的重要化合物 334 习题 335 科学家小传——贝采里乌斯 343 第 13章 ds区元素 344 13.1铜族、锌族元素的通性 344 13.1.1铜族元素通性 345 13.1.2锌族元素通性 345 13.2铜族、锌族元素的存在、提取和性质 346 13.2.1元素的存在和提取 346 13.2.2单质的性质 348 13.3氢氧化物、氧化物、硫化物 350 13.3.1 氢氧化物 350 13.3.2 氧化物 351 13.3.3 硫化物 353 13.4卤化物 353 13.4.1 氧化数为 +1的卤化物 353 13.4.2 氧化数为 +2的卤化物 355 13.5其他重要化合物 358 13.5.1 铜(Ⅱ)化合物 358 13.5.2 银(Ⅰ)化合物 359 13.5.3 汞(Ⅰ)化合物 359