无机化学.第二版(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：叶国华

出版社：中国中医药出版社

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无机化学.第二版试读：

前言

中医药职业教育是我国现代职业教育体系的重要组成部分，肩负着培养新时代中医药行业多样化人才、传承中医药技术技能、促进中医药服务健康中国建设的重要职责。为贯彻落实《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》（国发〔2014〕19号）、《中医药健康服务发展规划（2015—2020年）》（国办发〔2015〕32号）和《中医药发展战略规划纲要（2016—2030年）》（国发〔2016〕15号）（简称《纲要》）等文件精神，尤其是实现《纲要》中“到2030年，基本形成一支由百名国医大师、万名中医名师、百万中医师、千万职业技能人员组成的中医药人才队伍”的发展目标，提升中医药职业教育对全民健康和地方经济的贡献度，提高职业技术院校学生的实际操作能力，实现职业教育与产业需求、岗位胜任能力严密对接，突出新时代中医药职业教育的特色，国家中医药管理局教材建设工作委员会办公室（以下简称“教材办”）、中国中医药出版社在国家中医药管理局领导下，在全国中医药职业教育教学指导委员会指导下，总结“全国中医药行业高等职业教育‘十二五’规划教材”建设的经验，组织完成了“全国中医药行业高等职业教育‘十三五’规划教材”建设工作。

中国中医药出版社是全国中医药行业规划教材唯一出版基地，为国家中医中西医结合执业（助理）医师资格考试大纲和细则、实践技能指导用书、全国中医药专业技术资格考试大纲和细则唯一授权出版单位，与国家中医药管理局中医师资格认证中心建立了良好的战略伙伴关系。

本套教材规划过程中，教材办认真听取了全国中医药职业教育教学指导委员会相关专家的意见，结合职业教育教学一线教师的反馈意见，加强顶层设计和组织管理，是全国唯一的中医药行业高等职业教育规划教材，于2016年启动了教材建设工作。通过广泛调研、全国范围遴选主编，又先后经过主编会议、编写会议、定稿会议等环节的质量管理和控制，在千余位编者的共同努力下，历时1年多时间，完成了83种规划教材的编写工作。

本套教材由50余所开展中医药高等职业教育院校的专家及相关医院、医药企业等单位联合编写，中国中医药出版社出版，供高等职业教育院校中医学、针灸推拿、中医骨伤、中药学、康复治疗技术、护理6个专业使用。

本套教材具有以下特点：

1.以教学指导意见为纲领，贴近新时代实际

注重体现新时代中医药高等职业教育的特点，以教育部新的教学指导意见为纲领，注重针对性、适用性以及实用性，贴近学生、贴近岗位、贴近社会，符合中医药高等职业教育教学实际。

2.突出质量意识、精品意识，满足中医药人才培养的需求

注重强化质量意识、精品意识，从教材内容结构设计、知识点、规范化、标准化、编写技巧、语言文字等方面加以改革，具备“精品教材”特质，满足中医药事业发展对于技术技能型、应用型中医药人才的需求。

3.以学生为中心，以促进就业为导向

坚持以学生为中心，强调以就业为导向、以能力为本位、以岗位需求为标准的原则，按照技术技能型、应用型中医药人才的培养目标进行编写，教材内容涵盖资格考试全部内容及所有考试要求的知识点，满足学生获得“双证书”及相关工作岗位需求，有利于促进学生就业。

4.注重数字化融合创新，力求呈现形式多样化

努力按照融合教材编写的思路和要求，创新教材呈现形式，版式设计突出结构模块化，新颖、活泼，图文并茂，并注重配套多种数字化素材，以期在全国中医药行业院校教育平台“医开讲-医教在线”数字化平台上获取多种数字化教学资源，符合职业院校学生认知规律及特点，以利于增强学生的学习兴趣。

本套教材的建设，得到国家中医药管理局领导的指导与大力支持，凝聚了全国中医药行业职业教育工作者的集体智慧，体现了全国中医药行业齐心协力、求真务实的工作作风，代表了全国中医药行业为“十三五”期间中医药事业发展和人才培养所做的共同努力，谨此向有关单位和个人致以衷心的感谢！希望本套教材的出版，能够对全国中医药行业职业教育教学的发展和中医药人才的培养产生积极的推动作用。需要说明的是，尽管所有组织者与编写者竭尽心智，精益求精，本套教材仍有一定的提升空间，敬请各教学单位、教学人员及广大学生多提宝贵意见和建议，以便今后修订和提高。国家中医药管理局教材建设工作委员会办公室全国中医药职业教育教学指导委员会2018年1月

编写说明

化学是以实践为基础的自然科学，融“教、学、做”于一体，已成为当今化学教学改革的共识。根据无机化学专业基础课的特点，坚持“三基五性”，“三基”即基本知识、基本理论和基本技能，“五性”即思想性、科学性、先进性、启发性和教材适用性，以培养学生化学知识的应用能力和创新能力为主线，参考近几年国内外无机化学教学改革最新成果，由全国12所中医药高等职业院校教师，依照我国高等职业教育改革的最新理念以及全套教材编写的总原则和要求精心编写而成。

本教材是基于中医药行业工作岗位用人情况的调研和各高职高专院校中药、药学和药品生产技术类专业人才培养方案中所规定的无机化学知识要求、技术要求和能力要求，以及《无机化学》教学大纲为依据编写而成，供高职高专三年制或五年制中药学、药学、药品生产技术等专业学生使用。

本教材主要包括物质结构、无机化学基本理论、元素及其化合物和实训四个部分。物质结构部分包括原子结构和分子结构，共2章；基本理论包括溶液理论（溶液、胶体溶液和表面现象）和四大平衡（酸碱平衡、沉淀-溶解平衡、氧化还原平衡和配位平衡）等，共7章；元素化合物部分共3章，主要讲述s区元素、p区元素、d区元素；另根据后续课程需要，列“矿物药简介”一章。实训部分共设计实训十五个，由各院校根据本校情况选用。

在突出重点注重教材内容整体优化的原则下，全书简明扼要、深入浅出、通俗易懂。为达到职业教育的培养目标，本教材非常注重对学生实践能力的培养，较以往相关教材增加了实践教学时数。同时，为了增强学生学习的目的性及教材内容的可读性、趣味性，激发学生的学习积极性，提高学生分析问题、解决问题及自主学习的能力等，每章前设“学习目标”，使教有目的，学有方向；正文插入“知识链接”等，以拓宽学生思路；章后设“重点小结”和“复习思考”，使学生能抓住重点，掌握要点，自我检测学习效果。为顺应教育信息化的发展，制作了与教材配套的ppt课件，供教师及学生参考。

本教材的编写由中国中医药出版社组织，山东中医药高等专科学校、四川中医药高等专科学校、江西中医药大学、广西中医药大学、南阳医学高等专科学校、沧州医学高等专科学校、辽宁卫生职业技术学院、重庆三峡医学高等专科学校、连云港中医药高等职业技术学校、山东省青岛卫生学校、河西学院、烟台南山学院12所院校的教师集体编写而成。

本教材的编写，采用了主编负责、分工合作、集体编写的方法。具体分工如下：叶国华编写绪论；杨婕编写第二章原子结构和第十章配位化合物；熊亚楠编写第三章分子结构；陈凯编写第四章溶液；陈凯和于胜爽编写第六章化学反应速率和化学平衡；薛俊娟编写第五章胶体溶液和表面现象；冯瑞编写第七章酸碱平衡和第十二章p区主要元素及其化合物（第一、二节）；张淑凤编写第八章难溶电解质的沉淀-溶解平衡；戴航编写第九章氧化还原与电极电势；孙倩编写第十一章s区主要元素及其化合物；邹妍琳编写第十二章（第三、四节）；张悦编写第十三章d区主要元素及其化合物；王赟编写第十四章矿物药简介。陈方编写了无机化学实训基本知识和部分实训。

本教材在编写过程中，参考了近年来出版的高等中医药专业的相关教材，在此谨向原书作者表示真挚的谢意。

虽然各编者在教材编写过程中做了大量工作，但由于水平有限，不足之处在所难免，敬请各院校师生在使用过程中提出宝贵意见，以便修订和完善。《无机化学》编委会2018年5月第一章绪　论扫一扫，看课件【学习目标】

1.掌握无机化学的研究内容；生物元素的概念和生理功能。

2.熟悉无机化学课程的内容和学习无机化学的方法。

3.了解无机化学的发展史；无机药物与化学的关系。案例导入炼丹术、炼金术与化学

炼丹术发源于古代中国，是高温冶炼矿石和水银等制成固体丸状丹药，以供皇帝长征不老之用。唐代，炼丹术与道教结合，进入全盛时代，孙思邈的著作《丹房诀要》就讲到不少化学知识，据统计共有化学药物六十多种，还有许多关于化学变化的记载。

炼金术是从黄铜中冶炼黄金的技术，后经阿拉伯传至欧洲。

二者虽然理论荒谬，但通过炼丹和炼金术，人们了解了化学操作的经验，发明了多种实验器具，认识了许多天然矿物，成为化学产生和发展的基础。“化学”（拉丁文chemia）一词就是从阿拉伯语“炼丹术”（拉丁文alchemistica）一词演变而来。

问题：1.什么是化学？化学的研究对象是什么？

2.化学与医药、健康生活有什么关系？第一节　无机化学的发展史和研究内容

化学（chemistry）是一门以实验为基础，研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的基础学科，是自然科学的一个分支。

化学在人类的生存和社会的发展中起重要作用。从古至今，人们就从事与化学相关的生产实践，如制陶、金属冶炼和火药的应用。当今世界，像环境保护、新能源的开发利用、功能材料的研究、生命奥秘的探索等重大问题都与化学紧密相关。一、无机化学的发展史

在社会发展的早期，受当时生产力水平和条件的限制，化学工作者的研究以实用为目的，研究对象主要为矿物等无机物，化学中的许多基本概念和规律，如元素、化合、分解和元素周期律等，大都是在化学早期发展过程中形成和发现的。从这个意义看，早期的化学发展史也就是无机化学发展史。化学的发展大致经历了三个时期。

17世纪以前，化学具有实用和经验的特点，尚未形成理论体系，称为古代化学时期。早在旧石器时代，人类学会利用火，用火加热是人类进行的第一个化学反应，标志着化学史的开端。火的应用为金属冶炼、制陶和药物炮制创造了必要条件。这一时期经历了实用化学、炼丹和炼金、医用化学和冶金化学等阶段。在化学实践活动中制造的用于研究物质变化的各类器皿和创造的各种实验方法，对化学科学的发展做出了重大的贡献。

从17世纪中叶到19世纪末，这一时期明确了化学的科学性，建立了化学的理论体系。1661年，英国科学家波意耳（Boyle，1627—1691）首次提出元素的概念，由此化学被确立为一门科学，进入近代化学时期。18世纪70年代，法国化学家拉瓦锡开创了定量分析的实验方法，否定了古代化学中“燃素说”，提出了燃烧是氧化反应的理论学说；1803年，英国化学家、物理学家道尔顿（John Dalton，1766—1844）提出了原子的概念，创立了“原子学说”，为人们进行物质微观结构的研究奠定了基础，它是化学发展史上的一次飞跃；1811年，意大利物理学家阿佛加德罗（Avogadro）建立了阿佛加德罗定律和分子学说，为研究物质结构奠定了基础。19世纪中叶，人们已经发现了63种元素，测定了几十种元素的原子量。1869年俄国科学家门捷列夫（Менделеев，1834—1907）在总结前人工作的基础上，提出了元素周期律，周期律的建立奠定了现代无机化学的基础，是化学发展史上的一个里程碑。使化学的研究摆脱了对无数个别零散事实作无规律的罗列。19世纪无机化学工业（如制酸、制碱、漂白、火药和无机盐）的兴起，有力地推动了无机化学的发展。这一时期，化学得到了迅速发展，并逐渐形成了无机化学、有机化学、分析化学和物理化学等四大分支学科。

从19世纪末开始，科技的迅猛发展影响着化学，卢瑟福（Ernest Rutherford，1871—1937）含核原子的“天体行星模型”和波尔（Niels Bohr，1885—1962）原子模型的相继建立，初步解释了原子的内部结构和微观粒子的运动规律；20世纪40年代以来，借助量子力学理论和化学、电磁学等实验技术，加深了对物质结构本质的认识，标志着现代化学的建立。人类对原子和分子的微观结构有了进一步了解，建立了现代化学键理论和现代原子结构模型，揭示了分子结构的本质。一个比较完整的具有实验和理论基础的现代无机化学新体系已经建立。

这一时期，化学的发展既高度分化又高度综合。一方面，化学和其他自然科学相互交叉渗透，产生了一系列的边缘学科，如化学和生物学之间的渗透形成生物化学、化学仿生学、生物电化学；化学和物理的结合形成激光化学和核化学；化学和地质学、地理学的交叉又产生了地球化学、海洋化学；化学和数学的交叉形成计算机化学等。另一方面，近30年来，由于有机化学、物理化学、生物化学和催化化学等学科对无机化学的渗透和影响，拓宽了无机化学的研究领域，产生了不少新的分支科学，如无机固体化学、生物无机化学、金属有机化学等。

总之，几个世纪以来，随着生产实践与科学技术的不断发展，化学这门科学从定性向定量发展、从描述性向推理性进步、从无序向系统过渡、从宏观向微观深入，展示出了一部辉煌的发展史。可以预言，未来无机化学将面临着许多新的课题，也充满着无限的生机和挑战。二、无机化学的研究内容

无机化学是化学中最古老的分支学科，其研究对象主要是无机物质，是研究无机物质的组成、性质、结构和反应的学科。无机物质包括所有化学元素的单质和它们的化合物，不过大部分的含碳元素化合22物除外（CO、CO、CS、碳酸盐、氰化物等简单化合物属于无机化合物，其余含碳化合物均属于有机物质）。

近几十年来，无机化学的任务除了传统的研究无机物质的组成、性质、结构和反应外，还要不断运用新的理论和技术，研究新型无机化合物的合成和应用，以及新研究领域的开辟和建立。生命科学在20世纪后半叶的一系列重大发现推动了化学与生物学的融合，生物无机化学利用化学的原理和方法对生物体系中无机元素及其化合物的结构和功能进行了研究。现代无机化学已形成了许多分支学科，如元素无机化学、制备无机化学、配位无机化学等。元素无机化学中的稀土元素化学近年来发展迅速，由于稀土元素的特殊电子构型，使其具有许多独特的光、电、磁性质，新型稀土永磁材料、稀土高温超导材料、稀土发光材料、稀土激光晶体等不断问世，被誉为新材料的宝库。与稀土元素相关的生物无机化学和无机药物化学也都成为了非常活跃的研究领域。

根据中药学、药学专业的需要，在本教材中无机化学课程的内容主要包括物质结构、无机化学基本理论、元素及其化合物和实训四个部分。物质结构部分包括原子结构和分子结构，基本理论包括溶液理论（溶液、胶体溶液和表面现象）和四大平衡（酸碱平衡、沉淀-溶解平衡、氧化还原平衡和配位平衡），元素化合物部分主要讲述s区元素、p区元素、d区元素，加上“矿物药”。实训部分包括无机化学实训基本知识和实训内容两部分。第二节　生物元素与无机药物

人类早已认识到生命机体的构成和活动与生物元素息息相关，生物元素在生物体内含量超标或者不足以及失去平衡，是引起各种疾病的主要原因。随着人类对生命奥秘探索的不断深入，也认识到了无机药物对人类健康的重要性。一、生物元素

生物体内广泛参与生物活动的，以有机化合物形式存在的C、H、O、N、S、P等元素被称为生物非金属元素。此外，生物体液中++2+2+的电解质含有K、Na、Ca、Mg等离子；各种酶、辅酶、结合蛋白质的辅基中含有Fe、Mn、Co、Cu、Zn、Mo等元素，这些元素被称为生物金属元素。生物元素在生物体内维持其正常的生物功能，是生物体内不可缺少的化学元素。（一）生物必需元素的分类

必需元素通常是指构成生物体组织，维持生命正常活动的元素。判断某一元素是否属于必需元素，要遵循3个原则：①若无该元素存在，生物将停止生长或不能完成其生命周期；②该元素在生物体内的功能不能由其他元素完全代替；③该元素具有一定的生物功能或对生物功能产生直接影响，并参与其代谢过程。

根据元素在生物体内的含量和生物效应可分为必需宏量元素、必需微量元素、非必需元素和有害元素。

必需宏量元素：是指参与生物体的各种生理活动，占生物体总质量0.01%以上的元素，如碳、氢、氧、氮、磷、硫、氯、钠、钾、钙和镁等11种元素。

必需微量元素：凡含量只占生物体总质量0.01%以下的元素均称为必需微量元素或必需痕量元素，如铁、铜、锌、铬、锰、钴、镍、锡、钼、钒、锶、硒、硅、硼、碘、氟、砷等17种元素。

非必需微量元素：目前既没有明显的生物作用，也未发现毒性的元素。主要有铷、钡、钛、氖、锆等。

有害元素：对人体生命功能产生侵害的元素，主要是重金属元素以及部分非金属元素，如砷、汞、镉、铅、铋、锑、铍、钛、镓、铟、铊等。

不过必需元素和有害元素间并无明确的界限，许多元素在一定浓度内对人体有益，超过这一定浓度范围就对人体有害，如铜、氟、硒、碘等。元素对人体是否有害，还与元素的价态有关，例如铁，高价态铁对身体有害。

知识拓展必需微量元素与常见地方疾病的关系（二）生物元素的存在形式

生物元素在生物体内的化学形式多样，有些以水合离子形式存在于细胞内、外液中，并维持一定浓度梯度，如Na、Mg、K、Ca、Cl23等元素；有些难溶无机化合物形式存于硬组织中，如SiO、CaCO等；Mo、Mn、Fe、Cu、Co、Ni、Zn等则形成生物大分子，如血红蛋白12中的Fe、维生素B中的Co等；有些以小分子形式存在；有些元素的存在形式还有待进一步研究确定。（三）生物元素的生理功能

生物元素在生物体内起到的生理和生化现象称为生物元素的生理功能。生物元素不仅是生命体的重要组成部分，而且不同元素具有不同特异性的功能，在人体内的生理功能主要有以下几个方面。

1.构成了生命体　生物元素中Ca、P可以构成硬组织，C、H、O、N、S构成有机大分子，如糖类、蛋白质、核酸等。

2.参与运载作用　生物体中某些元素和营养物质的吸收、输送、传递，不是简单的扩散或渗透过程，金属离子或它们所形成的一些配2+合物在这个过程起着载体的作用。例如，血红蛋白中Fe能把氧携带到每一个细胞中去供代谢需要。

3.调节体液的物理、化学特性　体液主要是由水和溶解于其中的电解质所组成的。生物体的大部分生命活动是在体液中进行的。例如，++-Na、K、Cl等为维持体液中水、电解质和酸碱平衡，保证体内正常的生理、生化功能，起着重要的作用。

4.作为酶的活性因子　人体约有四分之一酶的活性与金属离子有关。酶是生物体内具有催化作用、结构复杂的蛋白质。金属酶是指金属离子参与酶的固定组成。例如，酪氨酸酶是含铜的金属酶，属于黑2+素代谢酶。Cu作为细胞色素氧化酶的中心离子，若缺失它，酶便失2+去活性；Fe是许多酶的活性中心。有些酶需要有金属离子存在才能被激活并发挥催化功能，这些酶称为金属激活酶。例如，金属锌不仅是碳酸酐酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等几十种酶的必需成分，而且2+2+2+2+2+也是近百种酶的激活剂；Zn、Mn、Fe、Co、Ni等均可以作为酶的激活剂。

5.维持核酸的正常代谢　核酸是由许多单核苷酸组成的。核酸和核苷酸作为配体，与生命金属元素形成配合物。核酸中的微量元素（如Zn、Co、Cr、Fe、Mn、Cu、Ni、V等）在稳定核酸构型、性质及DNA的正常复制等方面起着重要的作用。

6.充当“信使”作用　生物体需要不断协调机体内各种生物过程，需要有传递各种信息的完善体系。细胞间信号的传递需要有接收2+器，化学信号的接收器是蛋白质。例如，Ca是细胞中功能最多的2+“信使”，当钙媒介蛋白质与Ca结合被激活后，可调节多种酶的活性。2+因此，Ca起到传递某种生命信息的作用。

7.参与激素和维生素的生理作用　激素是人体生长代谢过程中不可缺少的物质，某些微量元素直接参与激素的组成或影响激素的功能。例如，胰岛素中含有铬，甲状腺中含有碘，使其生理功能得到正12常发挥；钴是维生素B的主要成分，起着高效生血的作用，对红细胞的发育成熟和血红蛋白的合成等均有重要的生理功能。二、无机药物（一）无机药物的类型

无机药物是指具有药理作用的简单无机或合成金属化合物。人类很早就使用无机药物治病，临床上广泛使用的无机药物主要有以下几类：

1.简单的无机药物　临床上常用的简单无机药物有很多。例如，2氯化钠用来补充体内电解质；硫酸亚铁治疗缺铁性贫血；芒硝（Na 4224SO·10HO）和玄明粉（Na SO）都用作缓泻剂；一氧化氮有血管舒张作用；硫酸镁可用于治疗胆囊炎胆石症；碳酸锂抗抑郁症；三氧化二砷治疗白血病。

2.合成无机金属药物　进入21世纪，合成无机金属药物的研究取得巨大进展。例如，铂、锑、锡、钒、硒、锗等的配合物用作抗癌药物；银化合物用以抗菌；金化合物治疗类风湿性关节炎；铋化合物抗溃疡；锌与磺胺类的配合物治疗烧伤和烫伤；锑化合物抗寄生虫；稀土配合物具有抗凝血、抗炎抗菌、抗动脉硬化和治疗烧伤等。顺铂是最早用于临床的抗癌药物，推动了癌症的治疗和生物无机化学的形成和发展。

3.矿物药是重要的无机药物　我国矿物药种类繁多，历史悠久。早在春秋战国时期就有矿物药的文字记载，明代李时珍的《本草纲目》对226种矿物药进行了全面而系统的阐述。现今《中华人民共和国药典》收录了部分矿物药。矿物药按金属离子的种类分为钠、汞、铜、铁、砷、铅、钙、硅、铝化合物类和化石类等；按功效分为清热解毒、利水通淋、利血、平肝潜阳、镇静安神、补阳止泻、消积和外用类等；按原料性质分为原矿物、矿物制品和矿物制剂类。

矿物药以其独特、显著的疗效为中华民族的健康做出了巨大的贡献。但是，部分矿物药尚无统一的质量标准，名称因地、因人而异，缺乏统一的质检方法和手段，尤其是微量元素的含量因地域和测试方法的不同而出现较大的差异。因此，应加强矿物药的鉴定、炮制、毒性、重金属检测及临床安全用量的研究，为矿物药的临床正确应用奠定基础。（二）无机药物与化学的关系

无机药物与各化学分支密切相关。无论是药物的研发、提取，还是药物剂型、药理和毒理研究，都要依靠化学知识。例如：

1.合成具有特定功能的无机药物要用无机化学和有机化学理论和方法，了解药物的结构-性质-生物效应关系也要研究各种化学反应。

2.在药物生产中，分析原料药、药物中间体以及制剂中的有效成分及杂质要用化学分析和仪器分析的方法。

3.研究无机药物的稳定性、生物利用度和药物代谢动力学要用无机化学和物理化学的方法。（三）开发无机药物是现代医学发展的需要

目前，无机金属药物的研究涵盖了抗肿瘤药物、抗糖尿病药物、抗寄生虫药物、抗菌抗病毒药物等诸多方面。很多无机药物对人体的某些疾病的治疗具有显著效果，如顺式二氯二氨合铂、碳铂、二氯茂铁是发展中的第一至第三代抗癌药物；EDTA的钙盐是排出人体中铅及某些放射性元素的高效解毒剂等。抗癌的铂配合物、抗炎及抗病毒的金和铜化合物、治疗糖尿病的钒化合物、治疗白血病的砷化合物等的研究开发已成为生物无机化学研究的新潮流。随着无机药物研究成果的不断问世，人类的一些疑难疾病有望得到良好的治疗。第三节　无机化学的学习方法

学习无机化学和学习其他学科一样，没有固定的学习方法，因人而异。培养较强的自学能力，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力是学好无机化学的关键。

无机化学是中药和药学专业的一门基础课，通过无机化学的学习，为有机化学、分析化学、药物化学、中药化学等专业课程的学习打下坚实的基础。无机化学课程内容多，课时少，为确保学好无机化学，要做好如下几个方面：

1.课前预习　在每一次上课前，要浏览本节课的教学内容，以求对这节课的知识有一些认识，对本节课的重点和知识难点有一定的了解。这样既可培养自学能力又能保证有的放矢地听老师讲解。

课前预习也是成功完成化学实训的关键。实训前，要仔细阅读实训内容和有关操作指导，明确目的要求、原理和操作步骤，并简明扼要地写好预习报告，切忌抄书。实训步骤按要求，用方块、箭头或表格形式表达，简单明了。并预留空白位置记录实验现象或原始数据。

2.认真听课，并积极互动（1）认真听课：课堂听讲十分关键，听课时要紧跟教师的思路，积极思考教师提出的问题。特别要注意弄清基本概念、弄懂基本原理。还要注意老师分析问题和解决问题的思路和方法，从中受到启发，以利培养自己良好的思维方式。听课时应做些笔记，重点的内容记下来，以备复习用。（2）积极互动：教学是一种双向活动，是教与学相互作用的过程，互动式教学是化学教学常用的模式。在教学互动过程中，教师、学生都是平等的参与者，教师要创造教学情境，学生要积极参与其中，通过师生互动、生生互动，形成和谐、愉悦的学习气氛，提高教学效率，实现教学相长。

3.重视实验实训　实训课是无机化学课程重要组成部分，是理解和掌握课程内容、学习科学实验方法、培养动手能力的重要环节。实训课前要预习实训内容，做到实训过程中原理清楚、目的性强、步骤明确。要规范操作，仔细观察，正确记录。逐步提高实验操作能力、观察能力、分析问题和解决问题的能力。实训完毕要认真处理实验数据，分析实验现象，得出正确结论，写好实训报告。并通过实训培养实事求是的科学态度和严谨的学风。

4.及时复习　课后复习，及时消化是掌握所学知识的重要环节。本门课程的特点是理论性强，有些概念、理论比较抽象，复习时，要学会善于运用分析对比和联系归纳的方法，掌握概念、原理、公式的含义、特点以及应用条件和适用范围。在理解的基础上，记忆一些基本概念、基本原理、重点公式，努力做到熟练掌握，灵活运用，融会贯通。做练习有利于深入理解、掌握和运用课程内容。要重视书本例题，努力培养独立思考和分析问题、解决问题的能力。特别要提出的是复习要及时，要有计划性。

5.培养自主学习的习惯　提倡学生自主学习，学会学习，培养自学能力。除预习、复习、做练习外，阅读参考书刊和上网浏览是自学的重要内容，也是培养学生综合能力和创新能力的好方法。只读教材，思路难免受到限制，如能查阅参考文献和书刊，不但可以加深理解课程内容，还可以扩大知识面、活跃思维、提高学习兴趣。提高自学能力不仅是现在的需要，更是个人终生学习可持续发展的需要。

重点小结

本章主要介绍无机化学的发展简史，无机化学的研究内容；生物元素与无机药物；学习无机化学的方法。

一、无机化学的发展简史与研究内容

1.无机化学的发展大致经历了三个时期：（1）古代化学时期，化学具有实用和经验的特点，尚未形成理论体系。（2）近代化学时期，明确了化学的科学性，建立了化学的理论体系。（3）现代化学时期，建立具有实验和理论基础的现代无机化学新体系。

2.无机化学的研究内容

无机化学的研究内容：化学基本原理、所有元素的单质和化合物（除碳氢化合物及其衍生物之外）。

二、生物元素与无机药物

1.生物元素的分类

2.生物元素的存在形式

3.生物元素的生理功能

三、学习无机化学方法

复习思考

一、选择题

1.“原子学说”的创始人是（　）

A.道尔顿　B.波义尔　C.拉瓦锡

D.门捷列夫　E.牛顿

2.元素周期律的提出是化学史上的一个里程碑，提出元素周期律的科学家是（　）

A.波义尔　B.卢瑟福　C.门捷列夫

D.波尔　E.道尔顿

3.20世纪40年代初，建立在量子力学基础上的现代原子结构模型及化学键理论，揭示了（　）本质

A.原子核结构　B.原子结构　C.分子结构

D.晶体结构　E.物质结构

4.下列不属于无机化合物的是（　）242

A.CO　B.CH　C.CS223

D.CaC　E.H CO

5.下列不是人体必需元素的是（　）

A.铜　B.锰　C.银

D.氟　E.砷

6.下列不是人体必需的常量元素是（　）

A.碳　B.硫　C.氯

D.铁　E.镁

7.属于微量元素，又是血红蛋白必需元素的是（　）

A.N　B.Fe　C.Ca

D.Zn　E.Na

8.医学上常给人口服NaI溶液诊断甲状腺疾病，这是由于合成甲状腺激素的重要原料是（　）

A.钠　B.钙　C.碘

D.铁　E.氯

9.长期锌缺乏会导致（　）

A.侏儒症　B.克山病　C.克汀病

D.水俣病　E.黑皮病

10.现代研究表明，某些无机药物对人体的某些疾病显示了强大的活力，其中具有抗癌作用的是（　）

A.铁配合物　B.铂配合物　C.铜配合物

D.金配合物　E.钴配合物

二、填空题

1.依据化学发展的特征，可分为_______、_______和_______三个阶段。

2.人们把维持生命所必需的元素称为生命必需元素，大多数科学家认为，生命必需元素有_______种。占生物体总质量_______以上的称为_______元素；占生物体总质量_______以下的称为_______元素。

3.无机化学是研究无机物质_______、_______、_______和_______的科学。

4.多吃海带可预防“大脖子病”，是因为海带中含有丰富的__________。

三、判断题

1.H、C、N、P、O、S被称为生命体的六大重要元素。（　）

2.氯化钠是人体最基本的电解质，钠有维持高血压的功能，因此多吃高盐分的食品对身体健康并无大碍。（　）

3.铝和铝盐不被人体吸收，无毒无害，因此铝可以广泛应用于各种食品器皿制造、药物合成及食品加工等领域。（　）

4.钒是人体必需微量元素，其四价和五价化合物对人体都具有生物学意义。（　）

5.铬是人体必需微量元素，其三价和六价化合物对人体都具有生物学意义。（　）

四、名词解释

1.无机物质　2.生物元素　3.必需宏量元素　4.必需微量元素　5.有害元素

五、简答题

1.简述无机化学的发展。

2.K、Na、Ca、Fe在生物体内有何功能？

3.联系自己的实际，谈谈如何学好无机化学。扫一扫，知答案第二章原子结构扫一扫，看课件【学习目标】

1.掌握原子的组成和质量数的概念、表示方法及意义。了解同位素的概念、分类和放射性同位素的应用。

2.了解核外电子运动的特征，掌握电子云、原子轨道、四个量子数的意义及取值规律。

3.掌握原子轨道能级、能级组、屏蔽效应和钻穿效应以及核外电子排布的三原则。

4.掌握元素周期表的结构，周期、族、区的概念；元素周期律的概念，元素金属性、非金属性的周期性变化规律。案例导入

宇宙中有很大部分是由孤立的氢原子构成，因此氢原子光谱的研究很早就受到人们重视。图2-1　氢原子线状光谱αβ

氢原子光谱在可见光区内有五条明显的谱线，分别为H、H、γδεαεH、H、H，可以看出，从H到H等谱线间的距离越来越短（图2-1），呈现出明显的规律性。氢原子光谱是线状不连续光谱。同时也说明：原子中的电子运动的能量是不连续的，是量子化的。

太阳光通过棱镜折射后可形成七色光带，光带间没有明显的分界线，这种光谱称之为连续光谱。与氢原子的线性光谱不同。

按照经典电磁理论，若氢原子的电子绕原子核做圆周运动时，原子将不断发射连续波长的电磁波，所以原子光谱就应该是连续的，这个结论显然与氢原子光谱实验事实不相符，说明不能用经典物理学理论来解释氢原子的光谱。

问题：1.氢原子光谱与连续光谱有什么不同？

2.为什么不能用经典物理学理论来解释氢原子光谱？

原子结构的知识是了解物质结构和性质的基础。自然界的物质种类繁多，性质各异，但它们都是由种类不同的原子组成。原子以不同的种类、数目和方式结合，形成了无数的物种，构成我们这个缤纷的世界。化学变化包含着旧的化学键断裂和新的化学键形成，化学变化一般只涉及核外电子运动状态的改变，所以我们研究原子结构时，主要研究核外电子的运动状态。第一节　原子的组成及同位素一、原子的组成

科学家们已证实，原子是由居于原子中心带正电的原子核与核外带负电的电子构成的，而原子核由质子和中子构成。每个电子带1个单位的负电荷，每个质子带1个单位的正电荷，中子呈电中性。

原子作为一个整体不显电性，而核电荷数又是由质子数决定的。按核电荷数由小到大的顺序给元素编号，所得的序号称为该元素的原子序数。显然：原子序数=核电荷数=核内质子数=原子核外电子数-27

实验测得，每个质子的质量为1.6726×10 kg，中子的质量为-271.6748×10 kg，电子的质量很小，仅约为质子质量的1/1836，所以，原子的质量主要集中在原子核上。由于质子、中子的质量很小，计算很不方便，因此，通常用它们的相对质量。12-26

作为相对原子质量标准的 C的质量是1.9927×10 kg，它的-271/12为1.6606×10 kg，质子和中子对它的相对质量都近似为1。如果忽略电子质量，将原子核内所有的质子和中子的相对质量取近似整数值，相加所得的数值称为原子的质量数，用符号A表示。若中子数用符号N表示，质子数用符号Z表示。则：质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）

归纳起来，若以表示一种质量数为A、质子数为Z的原子，那么，构成原子各微粒间的关系可表示如下：二、同位素

元素是相同质子数的一类原子的总称，例如质子数为1的氢元素就有H（）、D（）和T（）3种原子，分别称为氢（氕）、重氢（氘）和超重氢（氚）。元素仅代表种类，没有数量多少的含义，而原子既代表种类也有数量的含义。对于质子数相同，中子数不同的原子在周期表中是同一个位置，因此也称为同位素。

据目前情况所知，除少数几种元素外，绝大多数元素都有同位素。例如，碳元素有和等几种同位素，氮元素的同位素有和。同一元素的各种同位素虽然质量数不同，但它们的化学性质基本相同。

根据来源和稳定性，同位素可分为稳定性同位素（如等）和放射性同位素（如等），由人工方法制造出的同位素称为人造放射性同位素。同位素在工农业生产、科研、国防和医学等领域上有着广泛应用。

同位素示踪技术在医学检验、药物作用原理、药品质量鉴定等许多领域已得到越来越广泛的应用。放射性同位素放出的射线，很容易被灵敏的射线探测仪器所发现和测定，从而找到它们的踪迹，所以放射性同位素的原子被称为“示踪原子”。人体甲状腺的功能需要碘，131碘被吸收后会聚集在甲状腺内，给人注射碘的放射性同位素 I，然后定时测量甲状腺及邻近组织的放射强度，有助于诊断甲状腺的器质24性和功能性疾病。往人体静脉中注射对人体安全、含 Na的氯化钠溶液，可以进行人体血液循环的示踪实验，以查明系统是否有狭窄或1451障碍情况。此外， C应用于人体内、体外的诊断和病理研究， Cr3应用于血液分析， H用于脱氧核糖核酸和核糖核酸形成过程的研究。第二节　核外电子的运动状态

在经典力学中，宏观物体的运动有确定轨道，任一瞬间都有确定的坐标和动量（或速度）。例如子弹、炮弹和行星等宏观物体在运动过程中，不仅具有一定速度，同时随时可准确地确定它们的位置。而对于具有波粒二象性的微观粒子，是否也可以这样呢？答案是否定的。电子是质量极轻、体积极小、带负电的微粒，它在原子核外很小的空间内做高速（近光速）运动，其运动规律与宏观物体不同，我们不能同时准确地测出它们在某一时刻的运动速度和所处的位置，也不能描画出它的运动轨迹，因此，不能用经典力学（牛顿力学）来描述。电子的运行符合海森堡测不准关系

式中，Δx为确定粒子位置时的测不准量，Δp为确定粒子动量时的测不准量，h为普朗克常数。

20世纪初，普朗克（[德]M.Planck，1858—1947）提出了量子论，1924年，法国物理学家德布罗意（L.V.Broglie，1892—1987）从事量子论研究时，在光的波粒二象性基础上，首次提出微观粒子具有波粒二象性。这个假设被后来的电子衍射实验所证实。1927年，海森堡（[德]W.Heisenberg，1901—1976）依据微观粒子的波粒二象性提出了测不准原理。爱因斯坦（[德]A.Einstein，1885—1962）提出了光子学说。玻尔（[丹]N.Bohr，1885—1962）在上述理论基础上于1913年提出了他的设想，建立了玻尔理论，把原子结构理论推向新的高度。一、电子云

在以原子核为原点的空间坐标系内，我们采用量子力学的方法，通过研究电子在核外空间运动的概率分布来描述核外电子的运动规律。研究表明，电子在原子核外空间各区域出现的概率是不同的。电子云是电子在核外空间出现的概率密度分布的形象化表示法。小黑点比较密集的区域是电子出现概率较大的区域，即该区域内电子云的密度较大。

通常氢原子的电子云呈球形对称[图2-2（a）]，离核越近处电子云的密度越大，离核越远处电子云密度越小。通常把电子出现概率最大而且密度相等的地方连接起来作为电子云的界面（界面以内电子出现的总概率已达95%），界面所构成的图形，就是电子云的界面图[图2-2（b）]。图2-2　基态氢原子的电子云和它的界面图

电子云界面图表示电子在核外空间的运动范围。电子在核外空间的一定运动范围叫作一个原子轨道。氢原子的s电子云是球形对称的，电子云在核外空间中半径相同的各个方向上出现的几率密度相同。二、核外电子运动状态的描述

对于原子核外某一个给定的电子，其运动状态是指电子离核平均距离的远近和能量的大小、电子云和原子轨道的形状、电子云和原子轨道的伸展方向和电子的自旋方向。如果一个电子的这些指标确定了，该电子的运动状态也就确定了。

由于表征电子运动状态的物理量都是量子化（即不连续地变化）的，所以把这些物理量称为量子数。核外电子的运动状态可以用n、l、sm、m四个量子数来描述。（一）主量子数n

主量子数n用来描述电子离核的远近，是决定电子能量高低的主要因素。n的取值为1，2，3，4等正整数，相应地用符号K，L，M，N等表示。如n=1，表示第一电子层，n=2，表示第二电子层，依此类推。n越大，电子离核的平均距离越远，该层电子的能量越高。（二）角量子数l

角量子数用来描述电子云的形状，是决定电子能量的次要因素，又称副量子数。研究发现，在多电子原子中，同一电子层中的不同电子，其能量大小可能有差别，电子云的形状也不一定相同。根据这个差别，又将电子层分成1个或几个亚层，l的每一个取值就代表着一种电子云的形状或同一电子层中不同状态的亚层。

l的取值受n的限制，当n值确定时，l可取0，1，2，3，…，（n-1）共n个值，可分别用s，p，d，f等符号来表示。

当n=1时，l=0。这表示第一电子层只有一个亚层，该亚层称为1s亚层；在1s亚层上的电子，称为1s电子。

当n=2时，l的取值为0和1。这表示第二电子层有两个亚层，分别称为2s亚层和2p亚层；其余以此类推。

同一电子层各亚层的能量稍有差别，并按s、p、d、f的顺序增高。不同亚层的电子云形状不同，s电子云为球形对称，p电子云为哑铃型，d电子云为四叶花瓣形，在核外空间有5种不同的分布。f电子云形状较为复杂。s、p、d电子云形状如图2-3所示。（三）磁量子数m

同一亚层的电子云形状虽然相同，但电子云所处的空间位置不同，即有不同的伸展方向。磁量子数是用来描述电子云在空间伸展方向的参数。

m的取值受到角量子数l的限制。当l确定时，m的取值为从-l至+l（包括0）的所有整数，共（2l+1）个值，每个m值代表电子云的一种伸展方向；通常，把在一定电子层中，具有一定形状和伸展方向的电子云所占据的原子核外空间称为一个原子轨道（简称轨道）。用一组三个量子数（n，l，m）可以描述原子核外的一个原子轨道。必须注意的是，原子轨道不是电子运动的轨迹，仅仅代表电子的一种运动状态或运动范围。图2-3　s、p、d电子云及其空间伸展方向示意图

l=0时，s电子云是球形对称的，没有方向性，m=0；或者说s亚层只有1个轨道，即s轨道。

l=1时，m可有-1，0，+1共3个值，说明p电子云在空间可有3种xyz取向，分别为沿x、y、z轴分布的p、p、p3个p轨道。

l=2时，m有-2，-1，0，+1，+2共5个值，即d电子云在空间有五种取向，可有5个d轨道。

s、p、d电子云空间伸展方向如图2-3所示，各亚层轨道数目见表2-1。

课堂互动

请写出l=2，m的所有值，并说出各轨道的名称和数目。表2-1　量子数与原子轨道及核外电子运动状态数间的关系

n与l相同时，m不同的电子云形状完全相同，只是电子云的伸展方向不同，因此电子的能量与磁量子数无关，也就是说，n与l相同而m不同的各原子轨道，其能量完全相同。这种能量相同的原子轨道称xyz为简并轨道（或等价轨道）。例如2p、2p和2p三个轨道的能量相同，属于简并轨道。s（四）自旋量子数m

原子中的电子不仅围绕着原子核运动，而且也绕自身轴转动。电子绕自身轴的运动叫做电子的自旋，用自旋量子数表示。电子的自旋s方向只有2个，即顺时针方向和逆时针方向。所以，m的取值也只有2个，即和，通常用“↑”和“↓”表示自旋方向相反的2个电子。

综上所述，电子在原子核外的运动状态是由电子层、电子亚层、s电子云伸展方向和电子的自旋四个方面来确定的，可用n、l、m、m四个量子数来描述。根据四个量子数可以推算出每个电子层最多能容纳的电子数，即电子运动状态数，见表2-1。

课堂互动

请为下列各组量子数填充合理的值。s（1）n=（　），l=3，m=+2，m=+1/2s（2）n=2，l=（　），m=+1，m=-1/2s（3）n=4，l=0，m=（　），m=+1/2s（4）n=1，l=0，m=0，m=（　）第三节　原子核外电子的排布

多电子原子（除H以外的所有元素的原子）的核外电子的排布是根据原子轨道能级高低顺序来进行的，由于有钻穿效应和屏蔽效应的共同影响，轨道能量高低并不仅仅由主量子数决定，还与角量子数及电子的具体排布有关，最终根据光谱实验的结果和对元素周期律的分析、归纳、总结出核外电子的排布规律。一、原子轨道近似能级图

美国化学家鲍林（Pauling）根据大量光谱实验数据，总结出多电子原子中原子轨道能量相对高低的一般情况，并绘制成图，称为鲍林近似能级图（图2-4）。图中，每一个小圈表示一个原子轨道，其位置的高低按能量由低向高的顺序排列。显然，原子轨道的能量是不连续的，像阶梯一样逐级变化，轨道的这种不同能量状态称为能级。虚线方框内各原子轨道能级较接近，划为一个能级组，这种能级组的划分与元素周期表中七个周期的划分相一致。图2-4　多电子轨道近似能级图

由图2-4可以看出，在多电子原子中，电子的能量由该电子的n、nnnnspdfl值来决定。同一主量子数，电子的能量为E

在多电子原子中的每个电子不仅要受到原子核的吸引，同时还要受到其他电子的排斥，从而会使核对该电子的吸引力降低。由于核外电子处于高速运动状态，要准确地确定这种排斥作用是不可能的，因此可以采取一种近似处理方法：将其他电子对某一电子排斥的作用归结为抵消了一部分核电荷，使其有效核电荷（effective nuclear charge）降低，削弱了核电荷对该电子吸引的作用，称为屏蔽效应（sereening effect）。被其他电子屏蔽后的核电荷数称为有效核电荷∗数，常用符号Z表示。有效核电荷数与核电荷数的关系为：

式（2-1）中，σ称为屏蔽常数，它表示其他电子对指定电子的排斥作用，相当于其他电子将核电荷抵消的部分。这样，我们就可以把多电子原子体系近似地看成具有一定有效核电荷数的单电子体系。电子离核越远，被屏蔽的核电荷越多，受到核的吸引力越小，因此能量越高。三、钻穿效应

l值越小，钻穿作用越大，受到的屏蔽作用就较小，能感受到更多的有效核电荷，能量随之降低。这种由于角量子数l不同，电子的钻穿能力不同，而引起的能级能量的变化称为钻穿效应（drilling effect）。

在多电子原子中，原子轨道的能级变化大体有以下三种：

1.n不同、l相同的能级，n越大，轨道离核越远，外层电子受内1s2s3s4s层的屏蔽效应也越大，能量越高。如：E

2.n相同、l不同的能级，则l值越大，能级的能量越高。4s4p4d4f

如：E

3.n不同，l不同的能级，可由公式E=n+0.7l求算能级的能量，E值4s3d越大，能级能量越高。如：E=4+0.7×0=4，E=3+0.7×2=4.4。4s3d

所以，E

这可用钻穿效应加以解释。例如4s的能级低于3d，因4s电子钻

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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