无机化学是新编工科化学立体化教材之一，由上海大学、东华大学和上海应用技术学院合作编写，适合无机化学课程教学在40～70课时的化学及近化学类专业开设。无机化学共十一章，第一至五章为化学反应基础理论，包括化学反应中的基本概念与能量关系、化学反应速率和化学平衡、酸碱平衡和沉淀溶解平衡、氧化还原反应和电化学；第六至八章为物质结构，包括原子结构和元素周期律、分子结构和晶体结构、配位化学；第九至十一章为无机元素化学，包括元素单质和无机化合物制备、结构、性质与应用。无机化学注重化学基本原理的系统性，更加重视对基础理论的理解与应用，避免了篇幅过大给教学组织带来的麻烦。
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众所周知，物质的变化是在化学反应中完成的，并且伴随着能量的产生和转
化。对化学反应的规律以及反应中的能量转化研究是化学的学科基础。因此，深
刻认识化学反应中的能量关系及其转化规律对于化学知识的学习具有重要意义。
本章内容包括化学反应的基本概念，化学反应中的质量关系和能量关系。重
点介绍热化学方程式的应用以及由物质的标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应
焓变。
第一节 化学的基本概念和基本定律
一、相对原子质量和相对分子质量
构成物质的基本微粒主要为原子、离子与分子。其中，分子是保持物质化学性
质的最小微粒，原子是物质进行化学反应的基本微粒。在化学反应中，原子不能再
分，不会由一种原子转变为另一种原子，而分子却可以由一种分子转变为一种或几
种分子。例如，氯气与氢气反应可以生成氯化氢。在这个过程中，氯原子和氢原子
本身没有发生改变，只是氯原子和氢原子之间的组合发生了改变。
原子由质子、中子构成的原子核及核外电子组成。人们把具有相同质子数的
一类原子称为元素；具有确定质子数和中子数的一类原子称为核素；质子数相同而
中子数不同的核素互称为同位素。它们之间既有联系又有不同：元素是原子核内
质子数相同的原子的总称；同位素是同一种元素的不同原子品种。例如，氧元素有
三种同位素：16Ｏ、17Ｏ、18Ｏ，它们核内质子数均为8，在周期表中占据同一位置，都
属于氧元素，区别仅在于中子数不同。
作为组成物质的基本微粒，原子具有一定的质量，但很小，例如12Ｃ原子的质量为1．99×10－26ｋｇ。因此，如果在研究中使用原子的绝对质量会带来很大的不便。
为了解决这个问题，国际原子量委员会选择了一个衡量原子质量的标准，并以此标
准定义了相对原子质量（犃ｒ）概念，即元素的平均原子质量与核素12Ｃ原子质量的
1／12（约1．66×10－26ｋｇ）之比为该元素的相对原子质量，简称为原子量。由定义
可知，原子量是一个纯数，没有单位，其大小为该元素的天然同位素相对原子质量
的加权平均值。
例如，Ｃｌ元素具有两种同位素35Ｃｌ和37Ｃｌ，含量为75．77％和24．23％，相对原
子质量分别为34．969和36．966，则Ｃｌ元素的相对原子质量为
犃ｒ（Ｃｌ）＝34．969×75．77％ ＋36．966×24．23％ ＝35．453
同样地，相对分子质量（犕ｒ）被定义为物质的分子或特定单元的平均质量与核
素12Ｃ原子质量的1／12之比，简称为分子量。它也是一个纯数，其大小为组成该分
子的原子的原子量之和。
例如：Ｈ2Ｏ的相对分子量为
犕ｒ（Ｈ2Ｏ）＝2犃ｒ（Ｈ）＋犃ｒ（Ｏ）＝2×1．008＋15．999＝18．015
二、物质的量及单位
在化学中，“物质的量”指的是某物质的数量，即组成物质的微观基本单元的数
量，其单位为摩尔，单位符号ｍｏｌ。所谓的微观基本单元包括原子、离子、分子、电
子、原子团、光子等，或者上述粒子的特定组合。组成1ｍｏｌ物质的微观基本单元
数与0．012ｋｇ12Ｃ所含的碳原子数相等。0．012ｋｇ12Ｃ中含有6．022×1023个碳原
子，该数目被称为阿伏加德罗常数（犖A）。因此，某物质所含微观基本单元数是阿
伏加德罗常数的几倍，那么该物质的量即为几摩尔。由此可见，同一物质如以不同
的基本单元来表示其量时，量的多少是不同的。例如，所谓的1ｍｏｌＨ2是以氢分子
作为基本单元的，如以氢原子作为基本单元，则其量为2ｍｏｌ。因此，使用摩尔这个
单位时必须指明所选择的基本单元才有真实的含义，否则意义不明。
1 ｍｏｌ 物质所具有的质量被定义为该物质的摩尔质量（犕），其单位为
ｋｇ·ｍｏｌ－1 或ｇ·ｍｏｌ－1。原子、分子、离子的摩尔质量在数值上与相应的相对原子
质量、相对分子质量、相对离子质量相等。物质的质量、物质的量、摩尔质量之间的
关系为
犕＝犿／狀（1 1）
其中，犕为物质的摩尔质量，犿为物质的质量，狀为物质的量。对于气体，人们将1ｍｏｌ气体所具有的体积定义为该气体的摩尔体积（犞ｍ）：
犞ｍ ＝犞／狀（1 2）
其中，犞为气体体积，狀为物质的量。在标准状态下（273．15Ｋ，101．325ｋＰA），任何
理想气体的摩尔体积均为0．022414ｍ3·ｍｏｌ－1，约为22．4Ｌ·ｍｏｌ－1。
三、质量守恒定律
化学反应是反应物的原子重新组合而转变为产物的过程。在此过程中，物质
的原子种类没有改变，数目没有增减，原子的质量也没有改变，即各反应物的质量
总和等于各产物的质量总和，这就是质量守恒定律。它是自然界的基本定律之一。
据此，我们可以配平化学方程式，并从已知物质的量来计算未知物质的量。例如：
2Ｈ2＋Ｏ2???2Ｈ2Ｏ
Ｃ＋Ｏ2???ＣＯ2
例1 1 Aｌ和Ｆｅ2Ｏ3按下式进行反应时，124ｇAｌ和601ｇＦｅ2Ｏ3反应可
生成多少克Aｌ2Ｏ3？
2Aｌ＋Ｆｅ2Ｏ3???Aｌ2Ｏ3＋2Ｆｅ
解：设124ｇAｌ完全反应，所需Ｆｅ2Ｏ3为狓ｇ
2Aｌ＋Ｆｅ2Ｏ3???Aｌ2Ｏ3＋2Ｆｅ
124／27∶狓／160＝2∶1
狓＝367（ｇ）
∴124ｇAｌ完全反应，而Ｆｅ2Ｏ3 过剩。
∴ 生成的Aｌ2Ｏ3 质量为：［124／（27×2）×］102＝234（ｇ）
四、（简单）无机化合物的命名
（一） 无机化合物命名的一般规则
无机化合物的名称是由各基本组成部分的名称通过化学介词连缀而成的。常
见的基本组成部分有离子、基、根。
元素的离子名称是根据元素名称及其氧化态来命名的，如Ｆ－ 、Ｃｌ－ 、Ｂｒ－ 、Ｉ－ 分
别被称为氟离子、氯离子、溴离子、碘离子；Ｚｎ2＋ 被命名为锌离子；Ｆｅ3＋ 被命名为三价铁离子、Ｆｅ2＋ 被命名为二价铁离子或亚铁离子。
基和根指的是化合物中特定的原子团。当其以共价键与其他组分结合时称为
基，以离子键与其他组分结合时称为根。具体命名规则如下：基和根可以根据其
母体化合物进行命名，叫做某基或某根。例如，Ｈ2ＳＯ4称为硫酸，ＨＳＯ－
4 和ＳＯ2－
4 分
别被叫做硫酸氢根和硫酸根；ＮＨ3称为氨，ＮＨ－
2 被命名为氨基。也可以通过将所
包含的元素名称连缀在一起来进行命名。命名顺序是价已满的元素名放在前面，
未满的放在后面，如ＯＨ－ 可称为氢氧根。对于称为根的原子团，如要指明其为离
子时，则称为某根离子，如ＳＯ2－
4 可称为硫酸根离子。此外，为了简便起见，一些基
和根有特定的名称，在无机化合物命名中常用的有：ＣＯ 羰基、—Ｏ—Ｏ—过氧
基、—Ｓ—Ｓ—过硫基。
所谓的化学介词指的是用来将基本构成部分名称连缀起来的连缀词。下面列
举了几个无机化学中常用的化学介词：化，表示简单的化合，如氯原子（Ｃｌ）与钾原
子（Ｋ）化合而成的物质就叫做氯化钾。合，表示分子与分子或离子相结合，如
ＣｕＳＯ4·5Ｈ2Ｏ叫五水合硫酸铜。代，有两个含义，一是表示母体化合物中氢原子
被其他原子取代，如ＳｉＣｌＨ3叫做一氯代硅烷；二是表示硫（硒、碲）取代母体化合物
中的氧，如ＮA2Ｓ2Ｏ3叫做硫代硫酸钠。聚，表示两个以上同种的分子互相聚合，如
（ＫＰＯ3）6叫做六聚偏磷酸钾。
（二） 简单的二元无机化合物的命名
由两种元素组成的无机化合物称为二元无机化合物。它的名称是由两组成元
素的名称中间以“化”连缀而成。其中，电负性较强的元素名称在前，电负性较弱的
元素名称在后。两者的比例可用两种方法表示：一是用电负性较弱元素的氧化数
来表示；另一种是用化学组成来表示。
（1）用电负性较弱元素的氧化数来表示
用“正”字表示化合物中电负性较弱的元素的氧化数为其最常见的氧化数。但
“正”字在名称中一般予以省略。用“亚”字表示化合物中元素的氧化数低于其常见
氧化数，用“高”字表示氧化数高于常见氧化数。例如：Ｆｅ2Ｏ3称为氧化铁，ＦｅＯ 称
为氧化亚铁；ＳｎＣｌ4称为氯化锡，ＳｎＣｌ2称为氯化亚锡；ＣｕＩ2称为碘化铜，ＣｕＩ称为碘
化亚铜；ＣｏＯ称为氧化钴，Ｃｏ2Ｏ3称为氧化高钴。
当电负性较弱元素仅有一种氧化数时，在名称中其氧化数不需另加标明。例
如，ＫＣｌ称为氯化钾，ＭｇＣｌ2称为氯化镁，Aｌ2Ｏ3称为氧化铝，Ｋ2Ｏ称为氧化钾。
（2）用化学组成来表示
当电负性较弱元素有两种以上的氧化数时，通常用该法来命名，例如，ＭｎＯ 命
名为一氧化锰，ＭｎＯ2命名为二氧化锰，Ｍｎ3Ｏ4命名为四氧化三锰。当二元化合物中含有过氧基或过硫基时，该化合物命名为过氧化某或过硫化
某，例如，Ｈ2Ｏ2命名为过氧化氢，ＮA2Ｓ2命名为过硫化钠。
（三） 简单的三元、四元无机化合物的命名
对于三元、四元无机化合物，应尽可能采用二元化合物的命名方法进行命名。
命名时，各元素的顺序为：电负性较强的元素放在前面，电负性较弱的元素放在后
面。如果不会产生歧义，则可省去元素名称前面的数字。例如，ＫAｌ（ＳＯ4）2命名为
硫酸铝钾，ＰＯＣｌ3命名为氯氧化磷，Ｌｉ［AｌＨ4］命名为氢化锂铝。当组成化合物的根
或基具有特定的名称时，则使用这些名称按照二元化合物的命名规则来对化合物
命名，例如，ＫＣＮ 被称为氰化钾，ＮA2ＳＯ4被称为硫酸钠，ＫＮＯ3被称为硝酸钾。
（四） 简单含氧酸和简单含氧酸盐的命名
1．简单含氧酸的命名
简单含氧酸是指分子中仅含有一种成酸元素的含氧酸。当分子中仅含一个成
酸原子且其所呈现的氧化数为常见氧化数时，则该酸被称为正某酸，一般正字省略
称某酸。该元素的其余含氧酸按照其呈现的氧化数比正酸高、低或有无—Ｏ—Ｏ—
结构等，分别用下列的词头加以命名。比正酸氧化数高的冠以“高”字，比正酸氧化
数低的冠以“亚”字，氧化数更低的冠以“次”字，例如，ＨＣｌＯ4称为高氯酸、ＨＣｌＯ3称
为氯酸、ＨＣｌＯ2称为亚氯酸、ＨＣｌＯ称为次氯酸。由一分子正酸缩去一分子水而成
的酸被冠以“偏”字，如Ｈ2ＳｉＯ3称为偏硅酸。由两分子正酸缩去一分子水而成的酸
被冠以“焦”或“重”字，例如，Ｈ2Ｃｒ2Ｏ7的名称为重铬酸、Ｈ2Ｓ2Ｏ7的名称为焦硫酸。
氢氧基的数目等于成酸元素氧化数的含氧酸被冠以“原”字，如Ｈ4ＳｉＯ4称为原硅
酸。含有—Ｏ—Ｏ—结构的被冠以“过”字，该类酸可视为过氧化氢的衍生物，如
ＨＯ?Ｓ
?
?
Ｏ
Ｏ
?Ｏ?ＯＨ ＨＯ?Ｓ
?
?
Ｏ
Ｏ
?Ｏ?Ｏ?Ｓ
?
Ｏ
?ＯＨ
?
Ｏ
过一硫酸 过二硫酸
当分子中含有两个以上直接相连的成酸原子时，该酸称为“连几某酸”。例如，
Ｈ2Ｓ2Ｏ4称为连二亚硫酸，Ｈ2Ｓ4Ｏ6称为连四硫酸。
2．简单含氧酸盐的命名
含氧酸中能电离的氢全部被其他阳离子取代而成的盐被称为某酸某，如
ＺｎＳＯ4可称为硫酸锌。对于单一氧化数的金属元素，其在含氧酸盐中的氧化数不
必标明，如ＢAＳＯ4可称为硫酸钡。若金属元素氧化数较多，则用“正”、“亚”、“高”等
字来区别其氧化数，使用规则与二元化合物命名规则相同，例如，ＦｅＳＯ4可称为硫酸亚铁，Ｆｅ2（ＳＯ4）3可称为硫酸铁。
五、系统与环境
当人们进行研究时，常需要把所关注的一部分物质和空间作为研究对象与其
余的物质和空间分开，这部分被人为划分出来的物质和空间被称为系统。系统之
外的物质和空间被称为环境。系统和环境是根据研究的需要来进行划分的。它们
之间可以有实际的界面，如水和盛水的容器；也可以用一想象的界面加以区分，例
如，当研究空气中的氮气时，氮气是系统，氧气等其余气体则为环境，它们之间可以
设计一个想象的界面加以隔开。
系统和环境之间存在着密切的联系，并通过界面相互作用。其中包括两者之
间的物质交换和能量交换。根据系统和环境之间物质、能量交换情况的不同，可将
系统分为三类：如系统和环境之间存在着能量的交换，但没有物质的交换，则该系
统称为封闭系统；如系统和环境之间不仅存在着能量的交换还有物质的交换，则该
系统称为敞开系统；如系统和环境之间既无物质的交换也无能量的交换，则该系统
称为孤立系统。如图1 1所示，将瓶子和其所盛的水作为系统，当瓶子敞开时，系
统为敞开体系；当盖上盖子时，系统为封闭系统；当瓶壁为密封、绝热时，系统为孤
立系统。
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