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出版者:高等教育出版社

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页数:0

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出版时间:1900-01-01

价格:7.0

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isbn号码:9787040074666

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《化学原理与实验：基础篇》 第一章：物质的构成与基本性质 本章旨在为初学者构建一个坚实的化学基础。我们将从微观视角深入探讨物质的构成，解析原子、分子和离子这些基本化学实体的结构与特性。 1.1 原子的结构：量子世界的入口 原子不再仅仅是不可分割的微粒，而是包含着复杂内部结构的系统。本节详述原子核的构成，质子、中子的质量与电荷特性，以及电子在核外空间中的运动规律。我们将引入量子力学的基本概念，解释电子的能级、轨道形状（s, p, d, f 轨道）以及它们如何决定元素的化学行为。通过对玻尔模型到薛定谔方程的演进回顾，读者将理解现代原子模型的精确性和普适性。重点探讨同位素的概念及其在化学分析和核技术中的应用。 1.2 周期性规律的揭示 元素周期表是化学的地图。本章将系统地梳理门捷列夫发现周期律的历史脉络，并深入分析基于电子排布对元素周期性的现代解释。我们将详细剖析： 原子半径和范德华半径： 解释周期内和族内原子尺寸的变化趋势及其背后的屏蔽效应和有效核电荷。 电离能与电子亲和能： 探讨能量的输入与释放过程，这些能量参数如何直接预测元素形成化学键的能力和氧化态的稳定性。 电负性： 作为衡量原子吸引电子能力的标尺，电负性如何决定化合物的极性，进而影响其宏观物理性质（如熔点、沸点）。 1.3 化学键的本质：力的连接 化学键是构成化合物的内在力量。本节将全面解析不同类型的化学键，并强调其本质都是原子间相互作用能量的最低化过程。 离子键： 描述电子得失形成的静电引力，考察晶格能的计算及其对化合物物理性质（如高熔点、导电性）的影响。 共价键： 深入探讨电子的共享机制。引入路易斯结构、价层电子对互斥理论（VSEPR）来预测分子几何构型，这是理解分子间作用力的前提。 配位键： 作为一种特殊的共价键，它在过渡金属络合物的形成中至关重要。 金属键： 解释“电子海”模型如何统一解释金属的导电性、延展性和光泽。 第二章：化学反应的定量描述与能量学 本章将把宏观观察与微观原理相结合，引入化学热力学的基础框架，使读者能够精确地描述和预测化学变化的方向与程度。 2.1 物质的量与化学计量学 化学反应的精确性建立在“物质的量”概念之上。本节将详细阐述摩尔、阿伏伽德罗常数、标准状况（STP/SATP）的定义与换算。我们将重点训练学生如何进行复杂的化学计量计算，包括溶液的浓度表示法（摩尔浓度、质量百分比、质量分数）以及在反应方程式中进行限制反应物和产率的判定。 2.2 化学反应中的热效应：热化学 所有化学变化都伴随着能量的吸收或释放。 焓变 ($Delta H$)： 定义反应热，区分吸热反应和放热反应。深入学习赫斯定律的应用，通过已知反应的焓变推算未知反应的焓变，避免直接测量。 标准生成焓与燃烧焓： 解释如何利用这些标准数据精确计算复杂化合物的反应热。 键焓的应用： 提供另一种计算反应焓变的方法，并讨论其局限性（主要适用于气态反应）。 2.3 反应的自发性：熵与吉布斯自由能 仅靠焓变不足以判断反应是否能自发进行。 熵 ($Delta S$)： 引入无序度或随机性的概念，解释熵增原理在宇宙中的普遍性。 吉布斯自由能 ($Delta G$)： 将焓变和熵变统一起来，定义了判断反应方向的黄金标准：$Delta G = Delta H - TDelta S$。详细分析 $Delta G$ 与反应平衡常数 ($K$) 之间的定量关系，预测在不同温度下的反应趋势。 第三章：化学反应的速率与机理 理解反应“能否”发生（热力学）之后，我们必须探究反应“多快”发生（动力学）。 3.1 反应速率的定义与测量 反应速率是单位时间内反应物浓度的变化量。本章将介绍如何通过实验监测反应进程，如压力变化、颜色变化或电导率变化来确定瞬时反应速率。 3.2 速率定律与反应级数 速率方程： 探讨反应速率与反应物浓度的定量关系，即速率定律 $v = k[ ext{A}]^m[ ext{B}]^n$。 实验测定： 重点讲解初态法和积分法如何确定反应级数 $m, n$ 和速率常数 $k$。 反应机理： 解释速率决定步骤（慢反应）在整个反应路径中的关键作用，初步引入反应活化能 ($E_a$) 的概念。 3.3 影响反应速率的因素 详细分析环境因素对速率常数 $k$ 的影响。 浓度与压力： 速率定律的直接体现。 温度： 深入探讨阿伦尼乌斯方程，定量描述温度对速率的指数影响，以及活化能的物理意义。 催化剂： 解释催化剂如何通过提供一个能量更低的过渡态来加速反应，而不改变反应的起始和最终热力学状态。 第四章：化学平衡的动态视角 化学反应很少能进行到底，大多数都处于动态平衡状态。本章致力于解析这种动态平衡的特征和影响因素。 4.1 动态平衡的建立与特征 平衡是正反应速率与逆反应速率相等的宏观静止、微观持续运动的状态。本节强调平衡的动态性和条件依赖性。 4.2 平衡常数 ($K_c$, $K_p$) 表达式的建立： 从反应商（$Q$）与平衡常数 ($K$) 的比较，判断反应方向。 平衡常数的意义： 解释 $K$ 值的大小如何反映反应进行得彻底程度。讨论 $K$ 值与温度之间的关系（范特霍夫方程的初步应用）。 4.3 平衡的移动：勒夏特列原理 勒夏特列原理是预测平衡状态变化的强大工具。我们将结合热力学和动力学知识，系统分析以下外界扰动对平衡体系的影响： 浓度变化： 体系如何通过消耗增加的物质来抵消干扰。 温度变化： 结合反应的热效应，判断升温或降温对平衡位置的推动方向。 压力变化： 仅对涉及气体反应的体系有效，分析体积变化对分子数不相等的反应的影响。 加入催化剂： 强调催化剂不改变平衡常数和平衡位置，仅加速达到平衡的速度。 附录：基础实验技术与安全操作 本附录提供了进行基础化学实验所需必备的知识，包括：玻璃仪器识别与清洗、常用溶液的配制、加热与冷却技术、安全防护装备的正确使用以及化学废弃物的分类处理规范，确保学生在动手实践中的安全与高效。

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这本书的封面设计真是让人眼前一亮，那种沉稳的深蓝色调，配上简洁有力的白色字体，透露出一种理性的美感。我拿到手的时候，首先被它的装帧质量所吸引，纸张厚实，翻页时有一种很舒服的摩擦感，即使是经常翻阅，看起来也不会轻易磨损。内容上，虽然我不是物理学的专业人士，但从目录和前几章的阅读体验来看，作者在基础概念的阐述上做得非常到位。他们没有急于抛出复杂的公式，而是用大量生动的日常现象来引入物理学的基本原理，比如解释力是如何作用于我们生活中的各种物体，或者光是如何折射和反射的，这些都让原本看似高深的理论变得触手可及。特别是关于运动学的那一章，作者通过一系列精心设计的插图和循序渐进的逻辑推导，让我对速度、加速度这些核心概念有了更清晰的认识，感觉像是重新做了一次严谨的思维体操。我特别欣赏它在保持科学严谨性的同时，还能兼顾到入门读者的接受程度，这种平衡掌握得恰到好处，让人在学习的过程中充满了探索的乐趣，而不是枯燥的记忆。

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这本书的深层价值，在于它成功地将冰冷的物理定律与我们所感知的世界紧密地编织在一起，形成了一张充满韵律感的知识网络。它让我学会了“用物理学的眼光”去看待生活中的一切。过去，我看到彩虹，可能只会感叹它的美丽；但读完这本书后，我能立刻联想到光的色散、不同波长的折射率差异，以及水滴作为棱镜的几何条件。这种知识的活化和迁移能力，是这本书最大的贡献。它不是知识的堆砌，而是思维框架的重塑。书中的某些段落，探讨了物理学与其他学科，如哲学和工程学的交叉点，这种跨学科的视角拓宽了我的知识边界，让我看到了基础科学的深远影响力。总而言之，这是一部不仅教授“是什么”而且深究“为什么”的佳作，它为读者打开了一扇通往更深刻理解自然规律的大门，让人在合上书本后，对周遭的一切都充满了新的好奇和敬畏。

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我对这本书的结构安排感到非常满意，它体现了一种非常清晰的、由浅入深的逻辑脉络。开篇部分对宏观世界的基本描述奠定了坚实的基础，每一个章节的衔接都像是精心铺设的轨道，确保读者可以平稳地过渡到下一阶段的学习内容。比如，在讨论完经典力学的核心概念后，作者并没有马上跳跃到量子领域，而是用了一整个小节来回顾和总结牛顿体系的适用范围与局限性，这为后续引入相对论等更前沿的理论做了完美的铺垫。这种“承上启下”的处理方式，极大地减少了学习过程中的认知断裂感。此外，书中的图表和示意图的质量也是一流的，它们的清晰度和准确性毋庸置疑，很多复杂的几何关系通过一幅简单的图示就能瞬间明了，这对于视觉学习者来说简直是福音。我个人认为，这种结构上的严谨性，保证了即使是自学，也能保持方向感，不会因为知识点的跳跃而感到迷失。

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这本书的叙述风格极其引人入胜，简直就像一位经验丰富、充满热情的导师在你耳边娓娓道来。它完全没有那种教科书特有的冷漠和疏离感，而是充满了人情味和对科学的敬畏之情。作者在介绍每一位物理学巨匠的贡献时，不仅仅是罗列他们的成就，还深入挖掘了他们背后的思考过程、他们如何面对实验的失败，以及最终灵光乍现的瞬间。这种叙事手法极大地激发了我对科学史的兴趣，让我明白物理学的进步并非一蹴而就，而是充满了无数次的尝试与修正。我记得其中有一段描述了电磁感应现象的发现过程，作者用了非常细腻的笔触，描绘了那个时代科学家们面对未知时的那种忐忑与兴奋，读起来简直像在看一部精彩的悬疑剧。更重要的是，书中穿插了一些“思考题”，这些题目往往不是直接计算，而是引导你去质疑我们习以为常的自然现象，要求你用新学的知识去解释，这种开放性的提问方式，极大地锻炼了我的批判性思维和理论联系实际的能力，比死记硬背公式有效得多。

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读这本书的体验，更多的是一种智力上的“健美”过程，它挑战了我的思维极限，但又始终保持着一种鼓励和支持的态度。这本书在处理那些公认的“难点”时，展现出了非凡的耐心。比如，当涉及到矢量分析和坐标变换的部分时，我承认我花了不少时间去琢磨那些符号的含义和它们在空间中的实际意义。然而，作者并没有直接抛出一个结论，而是通过构建一个三维模型，逐步展示各个分量是如何相互影响的，这种“可视化”的教学方法，帮我真正地理解了这些数学工具背后的物理意义，而不仅仅是学会了如何套用公式。让我印象特别深刻的是，书中对误差分析的讨论，这是很多初级物理读物常常忽略的部分。作者强调了“测量的不确定性”是科学的一部分，并提供了实用的处理方法，这不仅提升了我的实验操作意识，更重要的是，培养了一种对绝对真理保持谦逊的科学态度，让我意识到物理学的美妙恰恰在于它对不完美的探索。

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