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绪章绪论
为什么药学专业的学生需要学习“无机化学”?我们的“无机化学”与你在中学所学的化学有什么联系和不同?
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●0.1无机化学与药学
为什么药学专业的学生需要学习“无机化学”?我们的“无机化学”与你在中学所学的化学有什么联系和不同?
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●0.2实验技能
化学是一门实验科学。本节介绍无机化学实验安全须知及实验室注意事项。同时介绍实验基础知识和基本仪器操作,包括玻璃仪器的洗涤,胶头滴管、广泛pH试纸、量筒、药勺、酒精灯、蒸发皿、分液漏斗,天平(托盘天平、电子天平和分析天平)的使用。
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第一章溶液
溶液与科学研究和生命活动关系密切,其相关知识是药学及相关专业学习和工作的基础。本章讲述溶液的浓度表示方法及有关计算,渗透压的表示及有关计算,无机化学中化学平衡类型及化学平衡的移动。
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●1.1溶液的浓度
配制一种溶液,必须标明溶液的浓度。本节介绍溶液浓度的六种表示方法及稀释定律。
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●1.2渗透压的原理及医学应用
渗透压是溶液的重要物理属性之一,对于生物体液的维持和细胞的正常功能至关重要。本节介绍渗透压原理及渗透压在医学上的应用。
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●1.3化学平衡
化学平衡及其影响因素有助于解决化学和医药生成等方面的问题。本节介绍无机化学中的化学平衡类型,化学平衡移动及化学平衡常数。
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●1.4实验实践
介绍溶液的配制方法和基本操作。
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第二章沉淀溶解平衡
溶解与沉淀现象广泛存在于自然界、人体内、以及药物的使用和研发工作中。本章讲述难溶电解质的组成与溶度积常数表达式的关系,溶度积常数与溶解度的换算,溶度积规则,判断沉淀形成的计算,同离子效应和盐效应。
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●2.1溶度积常数
什么是“溶度积常数”;溶度积和溶解度均可表示物质的难溶程度,两者之间怎样换算?
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●2.2溶度积规则
在一定温度下,可以控制溶解-沉淀平衡朝着所希望的方向移动,本节讲述控制条件需依据的溶度积规则,并通过例题计算和医药实例分析判断沉淀的生成、溶解和转化。
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●2.3分步沉淀
本节讲述金属离子分步沉淀先后的判断,离子完全沉淀的条件。
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●2.4影响沉淀溶解平衡的因素
在一定温度下,如果某种因素能够改变难溶电解质溶解电离的离子平衡浓度,平衡就会向沉淀一侧或溶解一侧移动。本节讨论浓度改变的两种方式:同离子效应和盐效应。
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●2.5实验实践
介绍粗盐的精制原理和方法,演示粗盐精制实验流程,包括称量、溶解、过滤、蒸发、结晶、干燥等基本操作。
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●2.6拓展——溶解一沉淀反应在药物中的应用
通过讲述溶解-沉淀反应在药物中的应用,理解溶度积规则,使学生认识《中国药典》,能利用沉淀反应解决药物分析及分离等问题,树立学生辩证唯物主义世界观,培养学生科学解决问题的思维。
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第三章酸碱平衡
酸和碱与人体健康密切相关,药物的制备、分析测定以及药理作用常常涉及酸碱反应,本章着重介绍适用范围较广泛的酸碱质子理论,说明酸和碱这两类相互关联的物质的组成、作用及相关计算。
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●3.1近代酸碱理论
讲述酸碱质子理论和酸碱电子理论,扩大酸碱的定义;介绍共轭酸碱之间的联系。
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●3.2质子传递平衡和溶液酸碱性
本节讲述如何利用质子传递平衡定量评价酸碱的强弱。
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●3.3一元酸碱溶液的浓度计算
分别介绍一元弱酸、一元弱碱溶液中H3O+和其他物种浓度的计算方法。
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●3.4多元酸碱、两性物质浓度计算
分别介绍多元弱酸、多元弱碱、两性物质溶液中H3O+和其他物种浓度的计算方法。
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●3.5浓度对酸碱平衡的影响
浓度对酸碱平衡的影响的两种方式:稀释效应和同离子效应。
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●3.6缓冲溶液
缓冲溶液具有抵抗少量外加强酸、强碱或稍加稀释而保持溶液pH基本不变的性质。那么,缓冲原理是什么,缓冲容量和缓冲范围怎样判断,如何配制和选择缓冲体系,本节一 一讲述。
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●3.7实验实践
介绍移液管和吸量管的使用方法,缓冲溶液的配制方法,及如何通过实验验证缓冲容量与缓冲溶液总浓度和缓冲比的关系;介绍酸度计的正确使用方法,及如何通过设计实验测定醋酸电离度和电离常数的原理和方法;介绍如何通过实验验证同离子效应对弱电解质溶液电离度的影响,弱酸、弱碱、两性物质水溶液的酸碱性。
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●3.8拓展——生命体中缓冲作用
缓冲溶液的缓冲作用机制是什么?血液中的缓冲体系是如何作用的?组织内环境呈现酸性和疾病的关系?这是本节解决的问题。
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第四章氧化还原反应与电极电势
在药学领域中,许多药物是通过氧化还原反应发挥作用的。本章将介绍氧化还原反应的基本原理,重点讨论电极电势的概念、用途,以及影响电极电势的一些因素。
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●4.1氧化还原反应的基本概念
介绍氧化还原反应的特征,元素的氧化数和歧化反应。
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●4.2原电池
如何将氧化还原反应设计成原电池?本节介绍原电池的组成、表达式和常用电极的类型。
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●4.3电极电势
电极电势的大小显示了电对中氧化型物质获取电子转变为还原性物质的倾向,本节介绍电极电势产生原因和标准电极电势。
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●4.4标准电极电势的应用
介绍在标准态反应系统中,标准电极电势四个方面的应用:(1)判断氧化剂和还原剂的相对强弱,(2)计算原电池电动势,(3)判断氧化还原反应进行的方向,(4)为设计电解池提供参考电势。
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●4.5氧化还原反应的平衡常数
平衡常数能定量地说明反应进行的限度,本节介绍通过标准电极电势计算氧化还原反应平衡常数的方法。
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●4.6Nernst方程
介绍一种计算非标准态电极电势的公式-Nernst方程,及正确书写-Nernst方程的注意事项。
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●4.7影响电极电势的因素
从物质的浓度、酸度和生成沉淀三方面,介绍影响电极电势的因素,并讲解计算非标准态电极电势。
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●4.8元素电势图
本节讲述什么是元素电势图,以及元素电势图的应用。
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●4.9拓展——原电池及其应用
本节介绍原电池的基本原理,并举例探讨原电池在医学中的应用。
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第五章原子结构
在药学专业的化学课程中,“原子结构”这个术语主要指原子核外电子的排布。本章将以量子力学的基本概念为基础,介绍现代原子结构理论和元素周期律。
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●5.1氢原子结构的量子力学模型
本节简单介绍原子结构理论的发展简史、波粒二象性、波动方程和波函数。
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●5.2四个量子数
分别介绍四个量子数的取值规则和物理意义。
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●5.3概率密度与波函数图形
了解概率密度和电子云;用图形表示波函数有利于直观的显示物理意义,对学习化学键的形成和化合物的空间构型有用,本节介绍波函数的角度分布图和径向分布图是如何得到的。
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●5.4近似能级图
讲述在多电子原子中的屏蔽效应、钻穿效应和近似能级图。
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●5.5原子的核外电子排布
本节讲述基态原子的核外电子排布遵循的3条规则:能量最低原理、鲍林不相容原理和洪特规则。
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●5.6元素周期表
如何通过原子价层电子组态,判读元素周期表中元素所在的周期、族、及区。
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●5.7元素周期律
元素的基本性质和原子的价层电子组态之间具有内在联系,这种联系可以通过原子半径、电离能、电子亲和能和电负性的周期性变化体现出来。
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●5.8拓展——徐光宪规则
本节介绍徐光宪院士的榜样故事,以及对多电子原子和离子核外电子排布具有重要影响的徐光宪第一规则和第二规则。
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第六章分子结构
在化学反应中,原子和原子为什么可以相互结合成分子?原子之间的结合力是什么?原子在空间的排列方式是怎样的?本章将重点讨论原子的价层电子怎样形成化学键,能量在成键过程中的变化, 以及分子的空间构型等问题。
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●6.1离子键
本节介绍离子键的形成与特点,离子的半径和电子组态性质。
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●6.2现代价键理论
现代价键理论是研究共价键理论之一,本节介绍共价键的本质、特点和类型,以及杂化轨道理论。
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●6.3分子轨道理论
分子轨道理论是研究共价键理论之一,本节介绍分子轨道理论要点、类型、及在第二周期同核双原子分子中的应用。
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●6.4共价键参数
介绍描述共价键的物理量:键能、键长、键角和键的极性。
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●6.5价层电子对互斥理论
价层电子对互斥模型能够比较简单和比较准确地预测简单分子或简单离子的几何形状。本节介绍如何通过价层电子对互斥模型判断分子或简单离子的几何形状。
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●6.6分子的极性
本节介绍分子的极性定义以及偶极矩。
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●6.7分子间作用力
从形成特点和作用力大小影响因素方面,分别介绍取向力、诱导力和色散力;并介绍氢键形成条件和对物质性质的影响。
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●6.8拓展——从“碳中和”谈分子间作用力
从分子水平如何研究化学反应机理?本节进行了阐释,并举例说明。
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第七章配位化合物
配合物是过渡金属元素在人体内的主要存在形式,配合物药物是合成无机药物的重要发展方向。本章介绍配合物的组成和结构特点、配位平衡及其与其他化学反应之间的相互影响,并举例说明配合物在药学中的应用。
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●7.1配合物的组成
分别介绍组成配合物的中心原子、配位原子和配体、配位数。
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●7.2配合物的命名
介绍命名配合物的规则,以及书写配合物化学式的规则。
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●7.3配合物的价键理论
价键理论是研究配合物化学键的理论之一,本节从理论基本要点、内轨型和外轨型配合物、应用及分子的磁性四方面进行介绍。通过价键理论可以判断配离子的稳定性、磁性和空间构型等。
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●7.4晶体场理论
晶体场理论是研究配合物化学键的理论之一,本节从d轨道能量在晶体场中的分裂和d电子排布,晶体场稳定化能、晶体场理论的应用分别进行介绍。通过晶体场理论可以理解配离子的稳定性、磁性和颜色等。
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●7.5配位平衡常数
配位平衡常数包括配合物的稳定常数、逐级稳定常数、累积稳定常数,它们分别是怎样定义的以及如何应用,在本节中将会找到答案。
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●7.6配合物稳定性影响因素
除了晶体场理论一节介绍过的“影响分裂能的因素”外,配合物稳定性影响因素还需要考虑多齿配体的结合方式以及配位原子与中心原子之间的匹配性,即本节介绍的螯合效应、硬软酸碱规则。
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●7.7配位平衡的移动
介绍配位平衡分别与酸碱平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原平衡之间的相互影响。
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●7.8生物体内的配合物和配合物药物
配合物药物是一个十分活跃的研究领域,本节介绍常见的生物配体及生物体内的配合物,介绍铂基药物和其他常见金属基药物的组成和应用。
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●7.9实验实践
介绍电极电势与氧化还原反应的关系,配合物的组成及配位平衡的移动原理,演示如何设计原电池,验证典型氧化还原反应及配位反应实验现象。
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●7.10拓展——配合物与生物医学
巩固配合物组成和螯合物的基础知识,拓展介绍配合物在生物医学中的应用。
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第八章s区元素
许多s区元素是生命体的重要组成元素,s区是元素化学的主要内容之一,元素化学是无机化学的中心内容之一。本节主要讨论s区元素通性及其常见化合物的存在、性质和生物学效应,是从事化学、药学及其相关学科研究的重要的专业基础知识。
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●8.1s区元素及生物学效应
许多s区元素是生命体的重要组成元素,s区是元素化学的主要内容之一,元素化学是无机化学的中心内容之一。本节主要讨论s区元素通性及其常见化合物的存在、性质和生物学效应,是从事化学、药学及其相关学科研究的重要的专业基础知识。
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第九章d区元素
d区是元素化学的主要内容之一,其单质和化合物的应用十分广泛。在内容安排上与s区元素相似,在介绍d区、ds区元素通性的基础上,重点讨论d区、ds区常见元素及其化合物的性质,主要介绍它们的氧化还原性、酸碱性、溶解性及配位性,离子鉴别和生物学效应。
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●9.1铬和锰及生物学效应
分别介绍铬(Ⅲ)、铬(VI)、锰(II)、锰(IV)、锰(VI)、锰(VII)的重要化合物性质及生物学效应、介绍相关的药物及作用。
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●9.2铁系元素及生物学效应
分别介绍铁、钴、镍重要化合物氧化还原性、配位性等化学性质,铁、钴、镍离子的鉴定,常见相关的药物及作用。
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●9.3铜副族和锌副族元素
分别介绍铜、银、锌、汞单质及其重要化合物的性质及生物学效应,介绍相关的药物及作用。
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●9.4实验实践
介绍铬、锰、铁、钴、镍重要化合物的性质,演示并验证典型化学反应性质实验。
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第十章p区元素
许多生命必需元素位于p区,且在医药领域中应用广泛。本章重点讨论p区常见元素及其化合物的性质,主要介绍它们的氧化还原性、酸碱性、溶解性及配位性,离子鉴别和生物学效应。本章采用思维导图的新方式讲述氮族、碳族、硼族元素,通过此方法,可高效简单掌握元素化学知识。
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●10.1卤素及生物学效应
第Ⅶ主族氟、氯、碘是人体必需元素,本节介绍卤素的通性和卤化合物的规律,如单质氧化还原性、氟化氢的特殊性、卤素含氧酸的酸性递变规律、拟卤素性质、卤素的生物学效应等。
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●10.2氧族元素及生物学效应
第Ⅶ主族中的氧、硫是人体必需元素,本节从结构角度分析氧、硫单质及常见化合物的性质,如O2、O3、H2O2、H2S、Na2S2O3 等,并介绍常见药物及其作用。
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●10.3氮族、碳族、硼族元素及生物学效应
采用思维导图方式归纳氮族元素、碳族元素、硼族元素常见物质的性质,由周期和族的共性到元素个性,将不同元素的不同性质编制成知识网络,从而达到事半功倍的学习效果。
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●10.4实验实践
介绍卤素、氧、硫、氮、硅元素重要化合物的性质,演示并验证典型化学反应性质实验。
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●10.5拓展——N的含氧化物
介绍N的含氧化物的结构和性质,并学会如何辩证的看待含氧化物的性质和应用。
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第十一章综合性和设计性实验
综合性和设计性实验是在掌握一定的基础理论和基本操作技能的基础上,通过综合运用多方面知识和技能进行实验方案的设计、实验过程操作和实验结果的后期处理等,从而培养创新和实践能力。本章包括5个综合性实验,其中微量铁的测定为拓展性实验,2个设计性实验,1个常用仪器的使用。
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●11.1常见阳离子的定性分析
本节为设计性实验。介绍常见阴离子的鉴定原理和方法,演示典型实验现象,介绍实验设计内容及注意事项。
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●11.2设计性实验——常见阴离子的定性分析
本节为设计性实验。介绍常见阴离子的鉴定原理和方法,演示典型实验现象,介绍实验设计内容及注意事项。
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●11.3离心机和电导率仪的使用
演示如何使用离心机和电导率仪。
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●11.4离子交换法制备去离子水
介绍离子交换法制备去离子水的原理和方法,水质检测方法,演示离子交换法制备去离子水实验操作。
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●11.5海带中碘的提取与鉴定
介绍从海带中提取碘的相关方法与原理,并演示相关仪器的使用,及提取碘的实验操作。
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●11.6Na₂S₂O₃的制备
介绍硫代硫酸钠的制备原理及方法,演示其制备操作,及蒸发浓缩、减压过滤等基本操作。
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●11.7设计性实验——茶叶中无机离子的鉴定
介绍从茶叶中分离和鉴定某些无机离子的思路和方法。
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●11.8拓展——微量铁的测定
本节为实验拓展知识,介绍微量铁离子含量测定的原理和方法,介绍分光光度计的使用方法,并演示含量测定的实验操作。