绪 论

一、化学是21世纪的中心学科

化学是一门中心科学，化学与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学 （sun-rise sciences）有非常密切的联系，产生了许多重要的交叉学科，但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。

1.化学是一门承上启下的中心科学。科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游，化学是中游，生命、材料、环境等朝阳科学是下游。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很深。下游科学的研究对象比较复杂，除了用本门科学的方法以外，如果借用上游科学的理论和方法，往往可收事半功倍之效。化学是中心科学，是从上游到下游的必经之地，永远不会像有些人估计的那样将要在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡。

2. 化学是一门社会迫切需要的中心科学，与我们的衣、食、住（建材、家具）、行（汽车、道路）都有非常紧密的联系。我国高分子化学家胡亚东教授最近发表文章指出：高分子化学的发展使我们的生活基本被高分子产品所包围，化学又为前述八大朝阳科学提供了必需的物质基础。

3. 化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学都有紧密的联系、交叉和渗透的中心科学。化学与八大朝阳科学之间产生了许多重要的交叉学科，但化学家非常谦虚，在交叉学科中放弃冠名权，例如“生物化学”被称为“分子生物学”，“生物大分子的结构化学”被称为“结构生物学”，“生物大分子的物理化学”被称为“生物物理学”，“固体化学”被称为“凝聚态物理学”，溶液理论、胶体化学被称为“软物质物理学”，量子化学被称为“原子分子物理学”等。又如人类基因计划的主要内容之一实际上是基因测序的分析化学和凝胶色层等分离化学，但社会上只知道基因学，看不到化学家在其中有什么作用，再如分子晶体管、分子芯片、分子马达、分子导线、分子计算机等都是化学家开始研究的，但开创这方面研究的化学家却不提出“化学器件学”这一新名词，而微电子学专家马上看出这些研究的发展远景，将其称之为“分子电子学”。又如化学家合成了巴基球C60，于1996年被授予诺贝尔化学奖，后来化学家又做了大量研究工作，合成了碳纳米管。但是许多由这一发明所带来的研究被人们当作应用物理学或纳米科学的贡献。

内行人知道分子生物学正是生物化学的发展，在这个交叉领域里化学家与生物学家共同奋斗，把科学推向前进，但在中学生或外行看来，“分子生物学”中“化学”一词消失了，觉得化学的领域越来越小，几乎要在生物学与物理学的夹缝中消亡。

化学作为一门中心科学已经渗透到各个领域，从水泥陶瓷、塑料橡胶、合成纤维，一直到医药、日用化妆品等都概莫能外，举几个目前研究热点的方向简单介绍一下。

精细化工：这或许是化学最贴近生活的方面之一，而且也是很多化学工作者致力的领域，我们日常的牙膏、化妆品、洗衣粉等的研发均属于这个范围，很多大型企业如高露洁、强生、联合利华、宝洁、欧莱雅、杜邦等都很愿意选择具有化学知识的同学，这个领域的人才需求量较大，每年都有不少具备化学知识的同学进入。

生物领域：21世纪是生命科学的时代，很多重大课题都是围绕生物展开的，然而生命科学的本质是化学，哈佛大学化学系教授Whitesides曾说：“如果你想想生物学中所发生的事情，你会发现其中的许多部分非常依赖于化学的发展”。如今的生物已经从宏观深入到微观，如何了解在分子层次发生的反应成为我们深入认知生命现象的关键，因为化学研究的对象就是分子和化学反应，所以化学在其中是中坚力量，具有良好化学背景的人可以在生物领域游刃有余。

医药领域：在人们健康要求日益提高的今天，开发新的药物是化学工作者的责任，随着有机化学的高速发展，人们在合成方面的技术有质的飞跃，已能有效地使合成反应在化学选择性、区域选择性和立体选择性大大提高，这些都为新药的研究提供了机会。

材料领域：随着人们对不同材料要求的提高，功能材料的发展将会获得更多的机遇。这其中，无机、有机或无机复合有机材料，都有大显身手的机遇，尤其在制备特定用途的材料过程中，化学更将显示其强大的合成能力。

环境领域：环境问题是当今世界的一大重要课题，环境监测和控制的人才备受重视，而这其中应用的核心技术则是通过各种分析化学的手段（如色谱分离技术）了解环境问题的原因，同时提出解决方案，化学在这个领域会有更多的发展空间。

二、化学研究的对象及其作用

化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化以及变化过程中的能量关系的学科。它所研究的物质不仅包括自然界已经存在的物质，也包括人类创造的新物质。

单质的分子是由相同的原子组成，化合物的分子则是由不同的原子组成。原子既然可以结合成分子，原子之间必然存在着相互作用，这种相互作用不仅存在于直接相邻的原子之间，而且也存在于分子内的非直接相邻的原子之间。前一种相互作用比较强烈，破坏它要消耗比较大的能量，是使原子互相作用而联结成分子的主要因素。这种相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用，通常叫作化学键。

无论是单质还是化合物都不是静止不动的，而是处于不断的运动之中。这种运动不仅包含其内部原子、分子的运动，也包含其在外界条件的作用下，自身结构和性质的变化。按物质变化的特点可将变化分为两种类型，一类变化不产生新物质，仅是物质的状态发生改变，如水的结冰、碘的升华等，这类变化称为物理变化；另一类变化为化学变化，它使物质的组成和结合方式发生改变，导致与原物质性质完全不同的新物质的生成，如钢铁生锈、煤炭燃烧、食物腐败等。

化学研究的主要内容是物质的化学变化。其基本特征如下：

（1） 化学变化是物质内部结构发生质变的变化，化学变化的实质是旧的化学键断裂和新的化学键形成，产生新物质，涉及原子结构和分子结构等知识。

（2） 化学变化是定量的变化，即化学变化前后物质的总质量不变，服从质量守恒定律，参与化学反应的各种物质之间有确定的计量关系，为被测组分的定量分析奠定了基础。

（3） 化学变化中伴随着能量的变化。在化学键重新组合的过程中，伴随着能量的吸收和放出，涉及化学热力学的基本理论。

化学按其研究对象和研究目的的不同，常分为无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、结构化学等分支学科。随着科学技术的进步和生产力的发展，学科之间的相互渗透日益增强，化学已经渗透到农业、生物学、药学、环境科学、计算机科学、工程学、地质学、物理学、冶金学等很多领域，形成了许多应用化学的新分支和边缘学科，如农业化学、生物化学、医药化学、环境化学、地球化学、海洋化学、材料化学、计算化学、核化学、激光化学、高分子化学等。不难看出，化学在各学科的发展中处于中心的地位，化学学科的发展直接影响着上述学科的发展。 因此，化学科学的发展，不仅与人类生存的衣、食、住、行有关，而且也和人类发展所遇到的能源、材料、信息、环保、医药卫生、资源合理利用、国防等密切相关。如性能优良的人造纤维和化学染料的使用，使人们的衣着五彩缤纷；各种化肥、农药、土壤改良剂、植物生长调节剂、饲料添加剂、食品保鲜剂等化学制剂的研制、开发和生产，解决了人们赖以生存的粮食问题；钢铁、水泥、玻璃、陶瓷、油漆、涂料和高分子材料的使用，使人们的住、行条件得到了较大的改善；石油工业的发展使机械和交通工具的正常运行得到了保障；各种医药制品、化验试剂和检测手段的研制开发，为环境保护、疾病诊断、人类健康提供了可靠保证；高能燃料、高强度的外壳和耐高温材料，使卫星、飞船、航天飞机能够翱翔蓝天；各种自然资源的成分检测、各种产品的质量检验均离不开化学科学。因此，化学在人类发展进步和生存条件改善中起着非常重要的作用。

三、无机及分析化学课程的性质和任务

在化学的各门分支学科中，无机化学是研究所有元素的单质和化合物 （碳氢化合物及其衍生物除外） 的组成、结构、性质和反应规律的学科；分析化学是研究物质组成成分及其含量的测定原理、测定方法和操作技术的学科。无机及分析化学课程是对无机化学 （或普通化学） 和分析化学两门课程的基本理论、基本知识进行优化组合、有机整合而成的一门新课程，而不是化学学科发展的一门分支学科。

高等学校的食品科学类、动物养殖类、植物生产类、生物技术类、水产类、化工与制药类、环境生态类、动物医学类、医学卫生类、材料科学类等相关专业的课程均与化学有着不可分割的联系。如生物化学课程要求掌握生物体的化学组成和性质，以及这些物质在生命中的化学变化和能量转换，这就需要化学反应的基本原理作为基础；生理学课程要求掌握生物体的新陈代谢作用，生物体内的酸碱平衡以及各种代谢平衡，这些平衡都是以化学平衡理论为基础的；土壤学要求掌握土壤的组成、性质和改良方法等内容，这就需要掌握元素的性质和化学反应的基本原理；又如食品科学类专业的食品分析课程，环境生态类专业的环境分析课程，动物养殖类专业的饲料分析课程，材料科学类专业的材料分析检测技术课程，法医学专业的法医毒物分析课程等，这些课程的学习都需要分析化学的基础理论和基本方法。因此，无机及分析化学是高等学校材料类、环境类、农林类、化工与制药类、生物类和医学类等专业一门重要的必修基础课。

无机及分析化学课程的主要任务是：通过本课程学习，掌握与农林科学、生物科学、环境科学、材料科学、食品科学、化工与制药等有关的化学基础理论、基本知识与技能；在学习分散系的基础知识上，重点掌握溶液量度的方法，化学反应的基本原理，四大化学平衡理论，滴定分析的基本理论与方法，建立准确的“量”的概念；了解这些理论、知识和技能在专业中的应用，为学生参与和掌握资源综合利用、能源工程、化工工程、制药工程、土壤普查、农作物营养诊断、生态农业、配方施肥、优良品种选育、化肥与农药的检验及残留量检测、农副产品质量检验及深加工、水质分析、环境保护和污染综合治理、动植物检疫、食品新资源的开发、动物营养及饲料添加剂生产等问题的研究提供牢固的化学基础，培养学生分析问题和解决实际问题的能力，为后继课程的进一步学习奠定良好的理论和实验基础。

四、无机及分析化学的学习方法

无机及分析化学课程包含了无机化学和分析化学两个分支的基础内容，科学、系统、简明地阐述无机化学和分析化学的基本概念、基本理论和应用性知识。无机化学部分主要介绍化学基础理论和溶液中的离子反应，分析化学部分主要介绍定量分析的基本理论及误差和分析数据的处理等。

无机及分析化学课程是高等农林院校各相应专业一年级开设的第一门化学基础课。许多后续课程，如有机化学、物理化学、仪器分析、环境化学、环境监测、生物化学、土壤学、植物化学、食品化学和林产品加工分析等都要用到本课程的原理和方法。那么，如何学好这门课程呢？

1.学会思考。在遇到某一问题时，首先注意问题是怎样提出的，用什么办法解决？ 借助那些理论或实验？ 该问题具有什么实际意义？

2.掌握重点，突破难点。明确各章教学的基本要求，根据“掌握”“理解”“了解”等不同层次，以及老师讲解上是否反复强调或多次重复的问题，分清轻重主次，合理安排学习或复习的时间。凡属重点—定要学懂学通，融会贯通；对难点要做具体分析，有的难点亦是重点，有的难点并非重点。

3.学习中注意让“点的记忆”汇成“线的记忆”。对课程的基本理论、基本知识要反复理解与应用，在理解中进行记忆，通过归纳，寻找联系，由“点的记忆”汇成“线的记忆”。对于课堂上以及教材上的例题，侧重理解解题的思路与方法，努力做到举一反三。

4. 重视课堂教学。大学教学课堂内容多，信息量大，要求学生提高自学能力，认真听讲，做好课堂笔记，掌握基本概念和基本理论。学习中充分发挥主动性，既要独立思考，又要加强互相讨论，包括同学之间、师生之间的讨论。

5.重视无机及分析化学实验。化学是实验科学，理论来源于实践，又服务于实践，无机及分析化学实验是理解和巩固理论知识的重要手段。所以，在学习中应该掌握实验基本操作技能，培养实事求是的科学态度、耐心细致的工作作风。要特别注意善于发现问题，努力培养自己分析问题、解决问题的能力。

6.着重培养自学能力，初步学会如何获取信息与知识。学会充分利用图书馆、资料室以及校园网，通过适当参阅有关参考书或参考资料，帮助自己更深刻地理解并掌握所学的知识。网络技术的发展为学生的发散性思维、创造性思维的发展和创新提供平台。互联网是最大的知识库、资源库。网上有大量的精品资源共享课程和MOOC课程，这些优质资源可以充分共享利用。

7.了解一些化学史。化学在其形成、发展过程中，有无数前辈为此付出了辛勤的劳动，做出了巨大的贡献，他们成功的经验与失败的教训值得我们借鉴。

学习无机及分析化学，不仅要求学生掌握化学基本知识，更重要的是培养学生对物质世界的正确认识，为后续课程打下基础；培养学生严谨的科学态度和实事求是的作风，初步掌握科学研究的技能，初步具备科学研究的素质。正如化学家戴安帮院士所说：“化学人才的智力因素是由动手、观察、查阅、记忆、思维、想象和表达七种能力所组成。”化学能力乃至科学素养的提高需要从课堂到实验室，从理论到实践，多方面培养和锻炼。