作者：童岩,李爱勤
出版社：中国轻工业出版社
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高等职业教育“十二五”规划教材·无机及分析化学试读：
前言
本教材是根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和教育部《国家教育事业发展第十二个五年规划》的精神，结合高职高专培养技术应用型人才的目标，本着“满足需要、力争配套、突出特色、提高质量”的原则，以农林专科教育的教学大纲和各专业培养目标为基础而编写的。本教材在编写过程中以基本概念为基础，针对各专业的培养目标，突出生产和实践应用。
全书共分为两部分十一章。第一部分为无机化学基础知识，包括溶液与胶体、电解质溶液、沉淀溶解平衡、氧化还原反应、物质结构基础知识、配位化合物；第二部分为定量分析化学，包括酸碱滴定、配位滴定、氧化还原滴定和沉淀滴定、吸光光度法。教材内容循序渐进、重点突出，强化了与后续课程的衔接，体现了农林院校化学教材的特色。本书淡化理论推导，突出专业应用，强化实际应用。每章都提出了对应的知识目标和能力目标，使学生的学习有的放矢；并合理地设有知识窗、练一练、想一想等小栏目，善于启发，富于趣味，利于引导。每章后附有小结，思考题和练习题题型多样化，便于教学使用。本教材可作为农、林、牧、医、生物、食品等高职高专院校相关专业的理论教材，也可作为成人教育相关专业的教材。
全书由郑州牧业工程高等专科学校童岩（第一章、第三章和部分附录）、李爱勤（第四章）任主编，郑州牧业工程高等专科学校张荷丽（第二章、第五章及部分附录）、胡平（第七章、第十一章）任副主编，参加编写的有：郑州牧业工程高等专科学校王建玲（第九章、第十章）、杨新玲（第八章）、舒友琴（
绪论
、第六章）。全书由童岩统稿，李爱勤、张荷丽、童岩校稿。本书的出版得到了相关专业教师的大力协助，在此一并致谢。
恳切希望读者就书中存在的不妥之处提出批评和建议，编者对此表示诚挚的谢意。编者绪论
第一节 化学的研究对象
物质的表现形式千差万别，有像星球那么大的球体，也有我们肉眼看不到的微生物，还有空气、水、矿物质和各种动植物等。这些物质都在不断地发生变化，天体在演变，岩石在风化，生物在不断地新陈代谢。它们都是自然科学研究的对象。
化学是自然科学的一个分支，是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。由于学科发展的需要，化学逐渐形成四大分支：无机化学、分析化学、有机化学、物理化学。无机化学的研究对象是元素及其化合物（除碳氢化合物及其衍生物外），它是化学最早发展起来的一门分支学科。分析化学的研究对象是物质的化学组成，它是研究物质化学组分的鉴定、测定方法、测定过程及有关原理的一门科学。有机化学的研究对象是碳氢化合物及其衍生物。物理化学是根据物理现象和化学现象之间的互相关联和互相转化来研究物质变化规律的一门科学。
从古代开始人们就有了与化学相关的生产实践，例如制陶、金属冶炼、火药的应用等。目前，国际上最关心的几个重大问题，例如环境保护、能源的开发利用、功能材料的研究、生命现象奥秘的探索等都与化学紧密相关。
第二节 无机化学的发展和研究内容
化学工作者的早期研究对象为矿物等无机物，因此，无机化学是化学科学中发展最早的一个分支学科，在无机化学形成一门独立的化学分支学科以前，可以说化学发展史也就是无机化学发展史。
人类自古就有金属冶炼、制陶等无机化学的实践活动。从医药方面来说，在中古时期我国就能制造精致的医药器具，例如铜滤药器、铜药勺、银灌药器等。在《本草纲目》中记载的无机药物就有266种，值得注意的是，出现了一些较为复杂的人造无机药物，例如，轻粉、黄矾等。
在生产实践与科学研究中人们不断发现新的元素，到19世纪中叶已发现了63种元素，测定了几十种元素的原子量，并积累了相当丰富的有关元素物理性质和化学性质的资料。人们在不断地思索，地球上究竟有多少种元素？各种元素之间是否存在着一定的内在联系？19世纪后半叶俄国化学家门捷列夫（Men-deleev）发现了元素周期表，并按照周期律预言了15种未知元素，这些元素后来均被陆续发现。因此，周期律的建立奠定了现代无机化学的基础，使无机化学从此摆脱了对无数个别零散事实做无规律的罗列。特别是尖端科学技术的发展（如原子能工业、宇航、激光等）及量子力学理论和先进的光学、电学、磁学等测试技术应用到无机化学研究中，建立了现代的化学键理论，确定了原子、分子的微观结构，使物质的微观结构与其宏观性质联系起来。
当前无机化学的发展趋势：无机化学与材料科学和生命科学的交叉，及学科间的相互渗透，形成了许多跨学科的研究领域，如生物无机化学、有机金属化学、无机固体化学等。
无机化学的鼓励研究领域：新型无机化合物的合成、反应、结构与性能；新型无机材料的分子设计及合成；信息光电材料；新型功能配合物、超分子化学和配位聚合物化学；无机生物效应化学基础，无机仿生及金属结合生物大分子化合物基础研究和放射化学基础研究；化学与奥运科技相关的领域等。
第三节 分析化学的发展和研究内容
人类有科学就有化学，化学从分析化学开始。战国末期，由于冶炼、陶瓷等技术的发展，以及对炼丹术的研究，在实践中积累了丰富的识别原料和鉴别产品的经验。如利用“丹砂烧之成水银”以鉴定硫汞矿石，“丹”的最初含义就是丹砂，也就是红色的天然硫化汞。炼丹术士们接触最多的化学元素就是汞和硫，天然存在的水银很少，自古以来都由焙烧丹砂制取。近代焰色反应试验法的起源可以追溯到南北朝炼丹师（医药家）陶弘景，他在区别芒硝（NaSO）和硝石24（KNO）时就知道用火焰的颜色进行试验：“硝石烧之有紫焰”，一3个紫字道出了硝酸钾的火焰与硫酸钠的火焰的巨大差别，它足以鉴别这两种外形相似的物质。
分析化学的三个发展阶段：
阶段一：第一次变革，16世纪，天平的出现使分析化学具有了科学内涵。20世纪初，依据溶液中四大反应平衡理论，形成分析化学的理论基础，分析化学由一门操作技术变成一门科学。20世纪40年代前，化学分析占主导地位，仪器分析种类少且精度低。
阶段二：20世纪40年代后是仪器分析的大发展时期。仪器分析使分析速度加快，促进了化学工业的发展，引发了分析化学的第二次变革。一系列重大科学发现为仪器分析的建立和发展奠定了基础：Bloch和Purcell建立了核磁共振测定方法，获1952年诺贝尔物理奖；Martin 和 Synge 建立了气相色谱分析法，获1952年诺贝尔化学奖；Heyrovsky建立极谱分析法，获1959年诺贝尔化学奖。
阶段三：20世纪80年代初至今，出现了以计算机应用为标志的分析化学第三次变革。计算机控制的分析数据采集与处理：实现分析过程的连续、快速、实时、智能，促进化学计量学的建立。化学计量学：利用数学、统计学的方法设计、选择最佳分析条件，最大程度获得化学信息。化学信息学：研究化学信息的处理、查询、挖掘、优化等。以计算机为基础的新仪器的出现：傅里叶变换红外分析仪，色谱－质谱联用仪等。
第四节 本教材无机及分析化学研究的内容
无机及分析化学是根据高等院校对应专业人才培养目标的需要，将无机化学和分析化学的基本理论和基本知识融为一体而形成的一门课程。无机化学部分，主要以四大平衡（电离平衡、沉淀溶解平衡、配位解离平衡和氧化还原平衡）为主线，讲述有关的化学基本理论和基本知识，并根据专业需要，增设了原子结构与分子结构的相关内容；分析化学部分，主要以容量分析为重点，阐述有关的基本理论、基本知识和基本技能，同时介绍吸光光度法。
与本课程有关的后续课程，如有机化学、仪器分析、环境化学、生物化学、土壤学、植物生理学、植物化学、食品化学、病理学、药理学，食品、饲料分析等，以及饲料加工学、营养学、食品理化检验、畜产品加工学等专业课的学习都需要无机及分析化学知识。生理学中生物体的代谢平衡（如酸碱平衡和盐水平衡等）都是以化学平衡理论为基础的；又如畜产品加工主要研究畜产品的成分、性质以及在加工过程中的变化等，这些研究都需要丰富的化学知识。因此，无机及分析化学是高等农业院校的一门重要基础课程。
第五节 无机及分析化学的学习目的和方法
无机及分析化学是农牧类高等院校的一门重要基础课。本课程的教学目的是：通过学习使学生掌握与生物科学有关的化学基本理论、基本知识和基本技能；掌握以滴定分析方法为主的测定物质含量的方法；了解这些理论、知识和技能在专业中的一些具体应用。同时，由于化学是一门实验学科，故化学实验在基础化学的教学中占有重要地位，通过实验不仅可以巩固、加深和扩大所学的理论知识，更重要的是培养和训练学生的实验操作技能。培养学生的自学能力，独立操作能力，分析问题和解决问题的能力，也是无机及分析化学的重要教学目的之一。
无机及分析化学提供大量的知识信息，表面看似纷繁杂乱，实际上，许多内容有一定的共性，并有一定的内在联系。在学习具体内容时，可以使用归纳总结的方法，把各个知识的“点”连贯起来变成知识体系。此外，对比的方法也是学习的有效途径之一。无机及分析化学中的一些内容，从问题的产生到处理问题的方法等，都有很多的相似之处，如无机化学中的四大平衡；分析化学中的四大滴定等。找出这些内容的共性与个性，不仅有助于理解和记忆，而且能使学习深入化、知识系统化。有效的学习环节包括课前认真预习；课堂专心听讲，做好课堂笔记；课后及时复习，独立完成作业；认真做好实验，完成实验报告；阅读参考书等。
化学是一门实践性学科，也是一门应用学科。做好实验，是学好化学的重要环节之一，也是应用化学的基础。实验前认真预习；实验中认真观察、规范操作、客观准确地记录实验现象和数据等；实验后认真分析，归纳总结，写出实验报告。学习中，除掌握教师所讲授的知识外，更重要的是学会自我学习的方法，即自学能力的培养。自学能力是我们今后做好工作的重要素质之一，是一个人的终身财富。做好课前预习、充分利用图书馆和资料室等都是培养自学能力的重要途径。▶▶第一部分无机化学基础知识第一章 溶液与胶体
知识目标：
●了解分散系的分类及主要特征。
●掌握溶液浓度的常用表示方法及其换算。
●掌握稀溶液的依数性及其应用。
●了解胶体的基本特征和基本性质。
●了解表面活性物质的定义及应用。
能力目标：
●能熟练运用不同方法表示溶液浓度及各浓度表示方法间的换算。
●能熟练应用等物质的量规则进行有关计算。
●能运用稀溶液的依数性解决实际问题。
●能写出胶团的结构表达式，能应用不同的措施使溶胶聚沉。
在科学研究、工农业生产和日常生活中，研究溶液和胶体都具有重要意义。大多数化学反应都是在溶液中进行的，人和动物的血液、淋巴液、各种腺体分泌液等属于溶液范畴。胶体的存在也很普遍，土壤的形成、动植物的组织及各种生命现象都与胶体密切相关。第一节 分散系
一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的体系称为分散系。被分散的物质称为分散质（或分散相），而容纳分散质的物质称为分散剂（或分散介质）。例如，黏土分散在水中成为泥浆；水滴分散在空气中成为云雾；奶油、蛋白质和乳糖分散在水中成为牛奶都是分散系，其中，黏土、水滴、奶油、蛋白质、乳糖等是分散质；水、空气就是分散剂。
若按分散质粒子直径大小进行分类，常把分散系分为三类，见表1－1。表1-1 按分散质粒子直径大小分类的分散系
1.分子与离子分散系
物质以分子或离子形式分散于分散剂中形成的稳定体系称为溶液。溶液有气态溶液、液态溶液、固态溶液，通常所说的溶液指液态溶液，由溶质和溶剂组成。溶解其他物质的物质称为溶剂，被溶解的物质称为溶质。水是最常用的溶剂，如蔗糖溶液、食盐溶液。乙醇、汽油、冰醋酸等也可作为溶剂，所对应的溶液常称为非水溶液。由于溶质直径小，用电子显微镜也观察不到其存在。
2.胶体分散系
胶体分散系包括溶胶和高分子化合物溶液两种类型，超显微镜能观察到其存在。一类是溶胶，分散质粒子是许多分子的聚集体，难溶于分散剂，例如，氢氧化铁溶胶、硫化砷溶胶、碘化银溶胶、金溶胶等。溶胶中，分散质和分散剂的亲和力不强，不均匀，有界面，故溶胶是高度分散、不稳定的多相体系。由于亲和力不强，故又称为疏液溶胶（或憎液溶胶）。另一类是高分子化合物溶液，如淀粉溶液、纤维素溶液、蛋白质溶液等。高分子溶液中，分散质粒子是单个的高分子，与分散剂的亲和力强，故高分子溶液是高度分散、稳定的单相体系。高分子溶液在某些性质上与溶胶相似。由于高分子粒子与溶剂的亲和力强，故又称为亲液溶胶。
3.粗分散系
分散质粒子直径大于100nm，用普通显微镜甚至肉眼也能分辨出，是一个多相体系。按分散质的聚集状态不同，粗分散系又可分为两类：一类是液体分散质分散在液体分散剂中，称为乳状液，如牛奶。另一类是固体分散质分散在液体分散剂中，称为悬浊液，如泥浆。由于粒子大，容易聚沉，分散质也容易从分散剂中分离出来，故粗分散系是极不稳定的多相体系。第二节 溶液浓度的表示方法
溶液的浓度是指一定量溶液或溶剂中所含溶质的量，其表示方法可分为两大类，一类是用溶质和溶剂的相对量表示，一类是用溶质和溶液的相对量表示。由于溶质、溶剂或溶液使用的单位不同，浓度的表示方法也不同。
一、物质的量及其单位
1.物质的量n
物质的量是以摩尔为计量单位来表示物质组成的物理量，用符号n表示。其单位名称为摩尔，用符号“mol”表示。摩尔是一物系的12物质的量，该物系中所包含的基本单元数与0.012kgC的原子数目23（6.023×10个，阿伏加德罗常数N）相等。因此，某物质系统中所A含的基本单元的数目为N时，则该物质的物质的量即为1mol。A
基本单元可以是分子、原子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。基本单元要注明在物质的量符号n后的括号内或n的右下角。基本单元要用元素符号或化学式表示，而不用中文名称。例如，
n＝1mol，表示以 H为基本单元的物质的量是1mol，它含有 H22N个 H；n＝1mol，表示以2H为基本单元的物质的量为1mol，A22H22它含有 N个2H；＝1mol，表示以（N＋3H）为基本单A222元的物质的量是1mol，它含有N个（N＋3H）。A22
基本单元的选择是任意的，它既可以是实际存在的，也可以根据需要而人为设定。物质基本单元的确定，可以归纳为以下两种方法：（1）由已知的化学（或离子）反应方程式来确定。例如，
确定氢的基本单元为3H，氮的基本单元为N，氨的基本单元为222NH，一般化学计算常采用这种方法。3（2）根据需要先选定某物质的基本单元形式，再以该物质的基本单元配平化学（或离子）反应方程式，确定其他物质的基本单元形式。滴定分析计算常采用此种方法。例如用碳酸钠基准试剂标定盐酸的浓度：
一般选用HCl作为盐酸的基本单元，其他物质的基本单元根据配平的化学方程式来确定：
所以碳酸钠的基本单元为NaCO。23
当同一物质选用不同的基本单元表示物质的量时，其物质的量间可以相互换算，如则即
2.摩尔质量
1mol物质所具有的质量称为该物质的摩尔质量，用符号 M表示，B即，
式中 m——物质B 的质量，kgB
n——物质B的物质的量，molB
摩尔质量的SI单位为kg/mol，常用单位为g/mol。1212
例如1molC 的质量是0.012kg，则C 的摩尔质量 M＝12g/Cmol。任何分子、原子或离子的摩尔质量，当单位为g/mol时，数值上等于其相对原子质量、相对分子质量或离子式量。
使用摩尔质量时必须注明基本单元，如M＝40.00g/mol。摩NaOH尔质量的基本单元应与物质的量的基本单元一致。
同一物质用不同基本单元表示的摩尔质量间可以相互换算。如 M＝40.00g/mol，则M＝2M＝80.00g/mol。即NaOH2NaOHNaOH
二、溶液浓度的表示方法
1.物质的量浓度
物质的量浓度是指单位体积溶液中所含溶质的物质的量。用符号c表示：B
式中 n——溶质B 的物质的量，molB
V——溶液的体积，L3
物质的量浓度SI单位为mol/m，常用单位为mol/L。
使用物质的量浓度时，应注明基本单元。同一物质用不同基本单元表示的物质的量浓度间可以相互换算。如，则即，
［例1-1］用分析天平称取 1.2346gKCrO基准物质，溶解后转227移至100.00mL容量瓶中定容，试计算。
解：已知
练一练：
1.53gNaCO固体溶于水中，配成250mL溶液，求23。
2.配制250 mL 2mol/L HCl溶液，需要12mol/L HCl溶液多少毫升？
3.配制500 mL 0.1mol/L NaOH的溶液，须称取NaOH多少克？
2.质量摩尔浓度
质量摩尔浓度是指单位质量溶剂中所含的溶质的物质的量。用符号b表示：B
式中 n——溶质B 的物质的量，molB
m——溶剂A的质量，kgA
质量摩尔浓度SI单位为mol/kg。同样，使用质量摩尔浓度时，也应注明基本单元。
［例1-2］在50.0g 水中溶有2.00g 甲醇（CHOH），求该溶液的3质量摩尔浓度。
解：甲醇的摩尔质量＝32.0g/mol，则
由于物质的质量不受温度的影响，所以溶液的质量摩尔浓度是一个与温度无关的物理量。因此，它通常被用于稀溶液依数性的研究和一些精密的测定中。
3.摩尔分数
溶质B的物质的量与溶液总物质的量之比，称为溶质B的摩尔分数，用符号x表示，无量纲。B
式中 n——溶质B 的物质的量，molB
n——溶液各组分物质的量的总和，mol
对于一个两组分的溶液体系来说，其溶质的摩尔分数x与溶剂的B摩尔分数x分别为：A
可见，x＋x＝1，若将这个关系推广到任何多组分体系中，则AB都存在∑x＝1。i
4.其他浓度表示方法（1）质量浓度 质量浓度是指单位体积溶液中所含的溶质 B 的质量。符号为ρ，无量纲，可用分数或百分数表示：B
式中 m——溶质B 的质量，kgB
V——溶液的体积，L
质量浓度ρ常用单位为kg/L或g/L。B
［例1-3］计算质量浓度为90g/L 的稀盐酸的物质的量浓度是多少？
解：已知 ρ＝90g/LM＝36.5g/molHClHCl
则（2）质量分数 溶质B 的质量分数是指单位质量溶液中所含溶质 B 的质量。符号为ω，无量纲，可用分数或百分数表示：B
式中 m——溶质B 的质量，kgB
m——溶液的质量，kg
例如，将10 g氯化钠溶于90 g水，则其质量分数：
也可表示为：ω＝10%。NaCl
［例1-4］已知浓硫酸的密度为1.84g/mL，质量分数为96.0%，试计算以及。
解：设此硫酸溶液的体积为1L，则
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]