无机化学(下册)

作 者朱亚先 匡勤 胡涛 王颖霞
单 位厦门大学
内容提要
本书为化学“101计划”规划的核心教材,全书共16章,分上下两册出版。上册共8章,以化学原理为基础、以周期表为框架,阐述元素单质及其典型化合物的结构、性质以及应用,并结合研究前沿与热点问题;下册共8章,以配位化学理论为核心,阐述金属有机化学、原子簇化学等交叉学科以及固体无机化学、无机合成化学、无机功能新材料等相关内容。本书是一本内容丰富、涵盖面广、具有高阶性的教材。本书配套有《无机化学动态电子教案》,可供教师参考使用;本书还配有“AI赋能平台”,可为读者解答学习过程的一些问题。本书可作为高等学校化学类专业无机化学课程教材,亦可供其他相关专业读者学习、参考。
前言

2023年4月教育部启动了“101 计划”,该计划是提升基础学科人才自主培养质量的关键举措之一,旨在以课程、教材、教师和实践项目等基础要素为切入口,带动实现高等教育改革的“强突破”,为培养拔尖创新人才筑牢根基。无机化学课程作为化学“101 计划”规划的重要核心课程之一,不仅承载着深厚的传统知识,更要彰显出崭新的活力。本书是为了适应新形势对人才的培养要求而编纂的,旨在为读者提供一个基础、系统、深入且富有前瞻性的学习脉络,为化学拔尖人才的成长提供有力的支撑。

在“101 计划”无机化学课程建设计划启动之初,我们深感责任重大。为此,我们首先对国内外高校无机化学类课程设置和教学内容进行了调研、对国内外《无机化学》教材进行了对比分析,同时对参与无机化学课程建设的拔尖计划2.0基地的无机化学教学情况进行了问卷调查。根据调研情况,结合教育部高等学校化学类专业教学指导委员制定的《化学类专业化学理论教学建议内容》,我们构建了“101计划”《无机化学》教材的内容架构,既涵盖元素化学、配位化学、合成化学等传统无机化学基础知识和理论,同时融入金属有机化学、生物无机化学、原子簇化学、固体无机化学等无机化学前沿交叉领域的内容,具有高阶性、创新性与挑战度,符合拔尖学生培养的需求。

本书内容遵循以下原则设计:

1. 构建扎实的基础知识体系并聚焦核心问题:本书系统阐述了元素化学、配位化学、合成化学、金属有机化学、生物无机化学、原子簇化学、固体无机化学等领域的基本概念、基础知识和基本原理,力图使读者奠定坚实的化学基础。同时,本书在内容编排上并未对各个元素进行全面细致的逐一介绍,而是聚焦核心问题,挑选与国家战略需求、前沿研究以及日常生产、生活紧密关联的典型元素和化合物展开阐述。

2. 揭示规律、构建化学思维:元素的基本知识与周期性变化规律是学习无机化学的基石所在,本书讨论了单质及重要化合物性质的周期性变化,以及次周期性、不同周期特性等内容。通过这些内容,帮助读者在脑海中构建起一张“内容丰盈、形象直观且蕴含化学思维的元素周期表”,进而深刻认识并运用元素周期律,理解化学现象背后的本质规律,提高归纳、演绎和批判性思维能力。

3. 培养分析与应用能力:为了促进读者思考,本书特别设计了“思考讨论”“运用提升”等栏目,旨在通过问题引导等方式,培养读者学会以化学原理为根基、以元素周期律为指引,分析化合物结构、性质和应用的相互关联性,激发读者的学习兴趣和热情,提升分析问题与解决问题的能力。

4. 重视学科交叉、拓展学术视野:作为化学学科中最古老的分支,无机化学同时也是近些年发展最快的学科之一,它不断与其他学科交叉融合,形成了许多新的理论和领域。因此,本书注重无机化学与其他领域交叉融合所形成的新兴研究方向,如生物无机化学、金属有机化学、原子簇化学、固体无机化学、无机功能新材料等内容。本书设计了“文献速递”“拓展阅读”等栏目,使读者了解现代无机化学研究前沿与热点问题,理解相关理论知识和研究方法,开拓视野,提高创新意识与创新能力。

5. 塑造科学精神与品格:本书注重引领正确的科学观和价值观,培养科学精神、严谨的态度和独立思考的能力,增强社会责任感和使命感。 我们希望本书能够成为读者学习无机化学的良师益友,通过学习不仅能够掌握无机化学的基本理论和基础知识,而且能够提升分析问题、解决问题的能力,同时拓展学术视野,培养科学精神与品格,为未来的学习和工作奠定坚实基础。

本书汇聚了23所高校、64位教师的集体智慧。“101计划”无机化学课程责任专家厦门大学郑兰荪院士为本书顾问,把握总体的方向与框架;“101计划”无机化学课程负责人厦门大学朱亚先负责本书的总体设计与协调、内容梳理与修改等;厦门大学匡勤、北京大学王颖霞、大连理工大学胡涛、武汉大学蔡苹、南开大学邱晓航分别负责上、下册各章的文稿梳理、内容审定与修改等,主编与副主编们也进行了相互交叉审阅等工作;上册附录部分由吉林大学王莉整理,下册附录部分由大连理工大学胡涛、北京大学王颖霞整理;整体统稿由厦门大学朱亚先、匡勤负责。参加编写人员具体如下:第一章:陆军(北京化工大学)。第二章:2.1-2.2王广胜(北京航空航天大学),2.3匡勤(厦门大学),2.4崔斌(西北大学)、孙丽英(西北大学)、韩英锋(西北大学);由匡勤(厦门大学)负责本章统稿。第三章:3.1、3.3邱晓航(南开大学);3.2江智渊(厦门大学)、匡勤(厦门大学);由邱晓航(南开大学)负责本章统稿。第四章:4.1.1-4.3.2、4.3.4、4.4.1、4.4.3-4.4.5王莉(吉林大学),4.3.3王莉(吉林大学)、姜久兴(中山大学),4.3.5蔡苹(武汉大学),4.4.2 王莉(吉林大学)、蔡苹(武汉大学),4.5.1-4.5.4张丽荣(吉林大学),4.5.5焦扬(大连理工大学),4.6-4.7张丽荣(吉林大学)【其中4.7.2中拓展阅读“稀有气体发现及其化合物”朱英(北京航空航天大学)、张丽荣(吉林大学)】;由王莉(吉林大学)负责本章统稿。第五章:5.1.1、5.2.1-5.2.4、5.3芦昌盛(南京大学),5.1.2印志磊(山东大学)、芦昌盛(南京大学),5.2.5印志磊(山东大学);由芦昌盛(南京大学)负责本章统稿。第六章:6.1.1-6.4.5、6.5-6.6蔡苹(武汉大学),6.4.6焦扬(大连理工大学);由蔡苹(武汉大学)负责本章统稿。第七章:7.1-7.4朱从青(南京大学)、芦昌盛(南京大学),7.5 朱从青(南京大学);由芦昌盛(南京大学)负责本章统稿。第八章:谭彩萍(中山大学)。第九章:9.1-9.2胡涛(大连理工大学)、9.3王慧龙(大连理工大学),9.4.1胡涛(大连理工大学),9.4.2-9.4.3王炳武(北京大学);由胡涛(大连理工大学)负责本章统稿。第十章:10.1.1曾红梅(四川大学)、刘俊良(中山大学),10.1.2曾红梅(四川大学),10.2.1王颖霞(北京大学),10.2.2李宝(华中科技大学),10.2.3-10.2.4王颖霞(北京大学)、李宝(华中科技大学),10.3.1-10.3.2、10.3.4、10.4.3-10.4.4岳斌(复旦大学),10.3.3、10.4.1-10.4.2岳斌(复旦大学)、阳灿(福州大学);由王颖霞(北京大学)、刘俊良(中山大学)负责本章统稿。第十一章:11.1.1李承辉(南京大学),11.1.2、11.1.5蓝光旭(北京大学),11.1.3-11.1.4、11.2王颖霞(北京大学),11.3 高恩庆、岳琦、孔爱国(华东师范大学),11.4.1卢伟(四川大学),11.4.2周吉亮(四川大学),11.4.3李瑞祥(四川大学),11.4.4于珊珊(四川大学),11.4.5向海峰、周向葛(四川大学);由王颖霞(北京大学)、刘俊良(中山大学)负责本章统稿。第十二章:12.1.1、12.1.3赵艳(湖南大学),12.1.2许峰(湖南大学),12.2.1朱磊(湖南大学),12.2.2、12.3蔡苹(武汉大学)【其中12.2.2拓展阅读“碳笼化学”夏海平、罗明(南方科技大学)】 ;由蔡苹(武汉大学)、朱磊(湖南大学)负责本章统稿。第十三章:13.1、13.2.1、13.3胡涛(大连理工大学)【其中13.3.5中拓展阅读“配体保护的币金属团簇”孙頔(山东大学)】,13.2.2 彭海琳(北京大学)、谭元植(厦门大学),13.4岳斌(复旦大学)、周云山(北京化工大学)、安海艳(大连理工大学)【其中13.4.2中拓展阅读“稀土氧簇合物”孔祥建(厦门大学)】;由胡涛(大连理工大学)负责本章统稿。第十四章:14.1韩璐(同济大学),14.2陆军(北京化工大学),14.3孔爱国(华东师范大学),14.4魏霄(上海交通大学),14.5魏朔(北京师范大学);由魏霄(上海交通大学)负责本章统稿。 第十五章:15.1.1-15.1.3朱英(北京航空航天大学),15.1.4-15.1.5张东凤(北京航空航天大学),15.2.1魏朔(北京师范大学),15.2.2-15.2.3呼凤琴(北京师范大学),15.2.4邓远富(华南理工大学),15.2.5张磊(华南理工大学),15.3.1-15.3.3匡勤(厦门大学),15.3.4汪骋(厦门大学);由匡勤(厦门大学)负责本章统稿。第十六章:16.1 陈玲(北京师范大学),16.2吴立明(北京师范大学),16.3 陆军(北京化工大学),16.4段瑛滢(同济大学);16.5任颜卫(华南理工大学)、16.6孙豪岭(北京师范大学),由魏朔(北京师范大学)负责本章统稿。

全书由南开大学程鹏、武汉大学程功臻担任主审,他们提出了许多重要的修改意见;在本书的编写过程中,化学“101计划”牵头专家中山大学高松院士、专家浙江大学彭笑刚教授提出了宝贵的意见;厦门大学谢素原、南京大学王志林、大连大学孟长功、南方科技大学夏海平、厦门大学龙腊生、厦门大学朱红平、山东大学宋其圣、吉林大学徐家宁、吉林大学宋天佑、西北大学王尧宇、西北大学唐宗熏等多位无机化学领域的专家学者和国家级教学名师提出了宝贵的意见和建议,厦门大学无机研究所的老师们也提出了有益的意见和建议;厦门大学的研究生教学助理黄卓帮助做了部分资料整理以及图的绘制等工作;高等教育出版社陈琪琳编审、李颖副编审给与了大力的支持。在此一并致以最诚挚的谢意!感谢教育部化学“101计划”!感谢参加本书编写高校的领导和老师的支持!

由于编者水平有限,特别是编写时间十分紧迫,本书的不妥之处和错误在所难免,恳请广大读者和同行不吝赐教、批评指正。

编者2025.2

目录

第九章 分子的对称性与群论基础

9.1 对称操作与对称元素

9.2 分子点群

9.3 特征标表简介

9.4 对称性和群论在分子结构中的一些应用

第十章 配合物的成键、结构和反应

10.1 配合物的化学键理论

10.2 配合物的立体化学

10.3 配合物的合成

10.4 配合物的反应动力学

第十一章 配合物的性质和应用

11.1 配合物的电子光谱

11.2 配合物的旋光活性与圆二色性

11.3 配合物的磁学性质

11.4 配合物的应用

第十二章 金属有机化学

12.1 金属有机化学基本概念

12.2 常见的金属有机化合物

12.3 金属有机催化反应

12.4 金属有机超分子化合物

第十三章 原子簇化学

13.1 原子簇基本概念

13.2 非金属原子簇

13.3 金属原子簇

13.4 金属氧簇

第十四章 固体无机化学

14.1 固体结构特征

14.2 固体的电子结构

14.3 固体缺陷

14.4 固体表面结构

14.5 固相反应

第十五章 无机化学合成

15.1 化学热力学与无机合成

15.2 经典无机化学合成

15.3 无机合成的新路线和新方法

第十六章 无机功能新材料

16.1 配位聚合物

16.2 非线性光学材料

16.3 新型层状材料

16.4 热电材料

16.5 分子基磁性材料

16.6 手性介观结构无机材料

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