当前课程知识点：大学化学 > 第三章 原子结构与元素周期律 > 3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展 > Video
同学们好
下边我们开始
第三章的学习
第三章里边
我们要跟大家分享
原子结构与元素周期律
在这里我们要跟大家一起探讨
原子当中最特殊的部分
核外电子
电子的运动规律
是影响原子的性质的关键因素
通过认识原子的结构
认识核外电子的运动规律
我们可以找到
元素的周期性变化的规律
从而对我们后续掌握
化学反应的本质
也就是电子的得失规律
奠定理论基础
我们可以首先回忆一下
在十九世纪初
化学发展史上的第三个里程碑
它的奠基人是
英国的化学家道尔顿
道尔顿在他创立的科学原子论中
继承了波义耳早期
对于纯物质
作为我们复杂的物质世界
构成的基本元素的朴素思想
但是他创新性的提出了
原子的新的概念
他认为
元素的原子
是由看不见的 不可再分割的
这样的最小颗粒组成
原子是构成复杂的物质世界的
物质的基础
道尔顿的理论
为我们认识物质世界
提供了理论依据
但是遗憾的是
道尔顿告诉了我们
最小的组成单位是原子
但是我们对于原子的认识
却无从谈起
在这样的一个理论体系的
引导和启发下
后人开始对这种
不可见又不可分割的
最小的粒子单位
开始了新的研究和探索
在道尔顿理论的影响下
从十九世纪末
人们开始了
对于原子结构和原子
变化规律的认识的研究
这里非常有代表性的就是
英国科学家汤姆森
对于阴极射线的运动规律的研究
在一个实验中
汤姆森意外地发现
这种看不见的阴极射线束
会随着电场的变化而改变
运动的方向
这就告诉人们
从灯丝当中发出来的阴极射线
它会带有电流和电荷的性质
这种带电性质
在交变的电场当中
可以产生向上和向下的
这样的一个响应
这种响应
被称为阴极射线响应
这种装置呢 被称为
阴极射线管
以此为依据
人们开始了对于这种
阴极射线当中的
带电粒子的研究和分析
通过进一步的研究
人们发现
这种阴极射线
不仅是一种波
而且还含有粒子
由于这种粒子的带电特性
所以人们给了它一个名字
电子
电子通过阴极射线
在电场当中的响应规律
第一次展示了它的带电特性
同时
通过这种阴极射线
在磁场当中的运动规律
受磁场变化影响的探索
汤姆森还确定了
电子所带的电荷
与它的质量之间的比例关系
给出了电子的荷质比
为
1.76×108C/g
虽然
那时候人们没有办法
看清楚单个的电子
或者是单个电子的质量
但是
通过阴极射线在磁场当中的
运行规律的变化
人们已经掌握了
电子的质量与荷电量之间的
比例关系
为人们后来弄清楚
电子的质量和电荷
两个单独的物理参数
奠定了理论基础
在这样研究的基础上
汤姆森还提出了
原子的带电模型
这个模型
是人们真正的从
微观结构的粒子角度来考虑
电子和原子之间的关系
这个模型
也被称为是布丁模型
这个模型
可以形象地看作
带负电的电子镶嵌在
一个带正电的原子的氛围内
它们的位置是固定的
而且是分布在这样的
一个均匀的体积内
这是人们首次发现了
电子的性质
了解了电子的质量
和荷电荷之间的比例关系
同时给出了
原子与电子之间
在空间位置上的相对关系
这个模型被成为汤姆森模型
以此为基础
二十世纪初
美国科学家密立根
通过油滴实验
进一步测定了电子的质量
这个实验
在今天的人们的眼里
看起来似乎有点简单
但是密立根他把握住了
实验当中的
每一个环节当中的细节
就是这个看起来简单的实验
为我们完成了想象起来
非常复杂的工作
这个实验的精髓
是通过在上下两个腔体之间
设置一个中间开有小孔的挡板
通过喷雾
使油滴通过这样的一个挡板
逐滴地落下
在落下的过程当中
通过射线的照射
可以使油滴表面负载电荷
照射的强度的大小
时间的长短
与油滴的负电荷量直接相关
同时 由于下落过程当中
小孔的选择
会使油滴具有
均匀的尺寸和下落的速度
当油滴负载上电荷以后
我们在这里给它增加
一个相反的电场
这时候
油滴由于重力作用
向下的运动就会受到
相反方向电场作用的影响
当我们控制这样一个
电场的强度的时候
我们就会发现
在一定强度下
油滴会保持静止不动
在一定强度下
油滴会继续下落
而另外一种强度下
油滴却可以上升
通过探讨
油滴上升 下降和静止之间
不同的关系
密立根最终借助
汤姆森给出的电子的荷质比
精确地测定了
电子的荷电量为
1.602×10-19C
从而根据它的荷质比
计算出电子的质量为
9.1×10-28g
约为氢原子质量的两千分之一
这也就是人们
第一次从阴极射线开始
分清楚了组成阴极射线的
这样的微小的颗粒
电子 它的物理的质量
以及每一个电子
所带的电荷的多少
人们认识原子结构
特别是认识
原子与电子之间的关系
又向前迈进了一步
在此基础上
汤姆森的学生卢瑟福
在研究放射性物质的
放射性行为时
发现了一个放射性物质
在自然的放射情况下
会产生三种不同类型的射线
在电场作用下
绝大部分的放射线
不发生偏转
这就意味着
其中的射线
当中的微粒是中性的
不受电场的影响
被命名为γ射线
而随着电场向正向偏移的
被命名为β射线
后续的研究证明β
射线就是前面
汤姆森研究的阴极射线
也就是由电子构成的粒子束
而向负电场方向
偏移的这一束粒子
称为α粒子
进一步的研究发现
它主要是由氦核组成的
射线的流体
那么α、β和γ三种射线
就为后续人们研究这些
带电和中性微粒
对于物质结构的影响
提供了理论和实验基础
以此为契机
卢瑟福设计了一个精巧的实验
来证实原子当中
电子和原子核两者之间的
物理尺寸
以及它们组成当中的
结构比例关系
这种实验的设想是借助于
用具有较大质量的α粒子
来轰击我们已知的物质的原子
如果较大质量的α粒子
和具有较小质量的电子相遇
那么它的运行方向和运行轨迹
所受到的影响比较小
也就意味着α粒子
如果与电子和没有电子的
空阔的空间相互作用的时候
它可以直线的通过
我们的原子
以及它周围所占据的空间
当α粒子与密度较大的原子核
相互作用的时候
这个时候
它们的作用就会产生
弹性的碰撞
而使α粒子
它的运行方向发生改变
基于这一思想
卢瑟福设计了
著名的金箔透射与反射实验
也就是说
当α粒子来轰击
厚度只有七个微米的
金箔的时候
如果在原子当中
原子核所占的体积比较大
也就是说
每一个金原子之间
都是由原子核和原子核
紧密相连的
而电子所占的空间
非常的小
那么这时候
大量的α粒子就会被金箔
反射或者是折射
相反如果在结构当中
原子核所占的空间比较小
那么这时候
大量的空间
实际上是被电子所占据的
那么当α粒子
穿透这样的
仅有7个微米的金箔的时候
α粒子就会
很少产生反射和折射
而大量的α粒子
会直接通过7个微米的金箔
而产生透射
这种现象
是在实验初期
卢瑟福就已经给出了
这样的预判
幸运的是
在1911年
他发表的第一篇
关于α粒子透射金箔的
实验结果的时候
实验结论就证实
原来他对于原子和电子
在空间所占的比例
以及原子核
具有很小的空间体积
这样的一个实验的预想
所以卢瑟福的
金箔透射和反射实验呢
为人们证实了
我们已知的原子结构当中
电子和原子核之间的
空间比例关系
不仅电子
它的质量比原子核要小许多倍
而且原子核
在我们整个原子当中
所占的体积
也并不是充满整个空间的
原子核
它集中了原子的质量
但是占有原子的体积
却非常的有限
在这样的研究基础上
人们发现
阴极射线证明了
原子中含有电子
也预示着
原子中必然带有
带正电的原子核
α粒子的散射实验
证明了
原子内部绝大部分都是空的
带有正电的原子核
所占的体积的比例
是非常有限的
所以
α粒子在穿透
7μm后的金箔的时候
我们可以看到
绝大多数的α粒子
是直接穿透了这样的金箔
而只有极少数的α粒子
是通过反射和折射的方式
来通过我们的金箔相互作用的
在此基础上
卢瑟福就否定了汤姆森原有的
关于原子和电子之间的
空间关系的汤姆森模型
他指出
电子实际上
是处在绕核运动的
这样的一种结构当中
它的运动是有规律的
而这种规律就像
太阳和我们的行星之间的关系
电子就像我们的行星
绕着恒星运动
在自己的轨道上
做着这样周期往复的运动
因此
卢瑟福的原子模型
也被称为行星模型
了解了电子和原子核之间的
尺寸的比例关系
我们再回到原子结构的特点上
来认识我们刚才所了解的
这样的一个认识的过程
我们发现原子
就不再是一个
不可分割的最小粒子
它实际上是由
电子和原子核所组成的
只是说
在这样的结构当中
电子会处在特殊的轨道上
绕着原子核来进行运动
一个原子它的的尺度当中
原子核所占的比例
是极其有限的
正因为如此
卢瑟福在用具有α粒子
这样的结构的粒子束
来进行冲击7μm厚的
金箔的时候
绝大多数的α粒子
可以顺利地穿过金箔
就是证明了
原子的这种空间的结构
接下来
让我们更进一步地来认识一下
原子的真相
我们从物理尺度上来看
在已知的原子尺寸上
基本上它们的原子的直径
都分布在
1-5×10-10m的量级
回想起我们在第一章当中
跟大家分享的
物质的尺度
它的前缀的缩写
我们还记得吗
有一个pm的
这样的一个尺度
这个尺度就是我们
研究原子和原子核外电子
所需要记住
最重要的一个尺度范围
这个尺度是为10-12m
我们了解了电子与原子核
它们在空间当中
所占的比例的尺寸
我们这里
更要跟大家一起去分享的是
原子核的直径
实际上
是由为10-14
到10-16m
这时候我们要看到
在我们的尺度缩写当中
另一个前缀就是Femto
这样的一个尺度
这个尺度是10-15
如果是fm的话
那么就意味的是
是10-15m
原子核的直径一般都在
0.1-10fm
这样的尺度范围
而电子呢
出乎我们意料的是
电子的尺度
实际上与原子核的尺度
是相近的
电子并不像我们想象的
那样的小
只是因为它在巨大的空间当中
在不停地运动
所以才让我们感觉到
这样的空间是空的
似乎不存在其他的物质
那么到底电子
以什么样的规律在运动
它的运动又会给我们
带来什么样原子的特性
使原子和原子之间的
反应和不反应
这就是我们后续要进一步研究
原子结构和研究原子核外电子
运动规律的动力所在
有关这节的内容
我们就先介绍到这儿
下节课
我们再跟大家介绍
核外电子运动的单电子模型
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
--Video
-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
