第1章 绪论
　　1.1 化学研究的对象和目的
　　化学是一门在原子、分子和离子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律和变化过程中能量关系的自然科学。
　　化学研究的内容非常丰富，随着人们对物质化学运动形式认识的逐渐加深，到19世纪末，化学形成了以下四大分支：
　　无机化学 研究所有元素的单质及其化合物(碳氢化合物及其衍生物除外)。
　　有机化学 研究碳氢化合物及其衍生物。
　　分析化学 研究物质成分的测定方法和原理。
　　物理化学 运用物理学的原理和实验方法研究物质化学变化的基本规律。
　　化学与其他学科之间相互渗透，相互融合，化学学科内部各分支学科之间也相互交叉，又不断形成许多新的边缘学科和应用学科，如量子化学、结构化学、高分子化学、生物化学、环境化学、食品化学、药物化学、农业化学、能源化学等。
　　20世纪后期，化学进入了一个崭新的发展阶段，主要表现为从描述性的科学向推理性的科学过渡，从静态向动态、从定性向定量发展，从宏观向微观深入。
　　1.2 化学与医学的关系
　　化学是自然科学中*为重要的基础学科之一，已被公认是一门中心科学，其发展必将对诸如新能源、新材料、节能环保、电动汽车、生物医药、信息技术、高端制造等战略性新兴产业产生重要的支撑和巨大的推动作用。人类的衣食住行无一不与化学相关，化学与我们的生活如影随形。
　　在医学和生物学中所理解的事实无不归结于一系列基础化学反应。早在16世纪，欧洲化学家就致力于研制医治疾病的化学药物，从而推动了医学和化学的同步发展。1800年，英国化学家Davy发现了一氧化二氮(笑气)的麻醉作用，后来乙醚、普鲁卡因等更加有效的麻醉药物被发现，使无痛外科手术成为可能。1932年，德国科学家Domagk发现一种偶氮磺胺染料可治愈细菌性败血症。此后，化学家制备了许多新型的磺胺药物，并开创了今天的抗生素领域；青霉素等抗生素的发明曾挽救了千百万人的生命；青蒿素的发现每年至少避免上百万疟疾患者死亡。因此，医学的发展与化学密切相关。
　　现代医学与化学关系更加密切。医学是研究人体生理现象和病理现象、寻求防病治病的方法、保障人类健康的科学。体内的生理现象和病理现象与体内物质代谢作用密切相关，而这些代谢作用又与体内的化学变化相关。因此，必须掌握一定的化学知识，才能更好地研究生命活动的规律，从而深入了解生理、病理现象的实质。
　　在疾病的诊断、治疗过程中，需要进行医学检验和使用药物。例如，临床检验常需要利用化学原理和方法测定体液、组织等生物样品中某些成分的含量，以帮助正确诊断疾病。治疗疾病时所用的药物，其化学结构、化学性质以及纯度直接影响药理作用和毒副作用；药物间的配伍也与其化学性质密切相关，要正确合理用药，必须掌握有关的化学知识。
　　在卫生监督、疾病预防等方面，如环境卫生、营养卫生、职业卫生等工作，常需进行饮水分析、食品检验、环境监测等，都离不开化学。
　　随着科学技术的进步，现代医学的研究已逐渐由传统的细胞层次深入分子层次，化学的研究成果对此起了重要的推动作用。例如，由于化学家对生物大分子(主要是核酸和蛋白质)的认识取得了突破，由此形成了一门新兴的学科——分子生物学。分子生物学的形成和发展对医学乃至整个生命科学都产生了重大影响。近年来，已有多项从分子水平揭示人类生理和病理的研究成果获得诺贝尔生理学或医学奖。又如，从有机物分子的立体结构研究酶和底物的作用以及药物和受体的作用，从分子水平上研究某些疾病的致病因子，从微量元素的研究为疾病的早期诊断提供科学依据等，都说明现代医学的发展需要更多、更深的化学知识。
　　从事科学研究需要扎实的化学基础。现代科学的发展已突破传统的专业范畴，形成多学科的交叉。基础化学课的学习目的不仅是为后续课程做铺垫，或者说是为了学好专业课程所必需，而且是整体知识体系的基本积累，是一种从化学的角度进行科学思维和从事科学研究所需知识与技能的综合素质训练，是从中学到大学转变和适应的过程中知识、能力与素质的共同提高。它们对形成科学研究的思维方法具有前瞻性和可持续发展性。
　　1.3 基础化学的内容和学习方法
　　由于医学和化学的密切关系，世界各国在医学教育中都把化学作为重要的基础课。我国五年制的医学教学通常将化学分成基础化学和有机化学两门课程。基础化学是从无机化学、分析化学及物理化学中选编的，主要讲授大学化学的基本概念、原理和技术，包括稀溶液的依数性、水溶液中四大离子平衡、化学反应的热力学和动力学描述、物质结构与物质性质的关系、滴定分析与基础仪器分析等传统内容，以及元素医学等新的交叉领域的初步知识。基础化学的任务是使学生获得学习医学和从事生物医学研究所必需的化学基本理论、基本知识和基本技能，为学习后续课程打下基础，同时培养学生分析和解决实际问题的能力，并使学生逐步树立辩证唯物主义观点和科学的思维方法。
　　讲究学习方法是提高学习效率的重要保证。学习方法虽有通则，却无定则，应在不断总结和交流的基础上，寻找*适合自己的学习方法。大学的教学方法与中学有较大差别，大学课程的特点是课堂讲授知识容量大，教学进度快。这就要求学生尽快转 变学习方法和学习习惯，通过课前预习、课堂听讲、课后复习、认真练习和课外阅读等几个重要环节，养成高效率的学习方法，培养较强的自学能力，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。学习新课前要预习，这样就能对教师本节课要讲授的内容有所了解；听课时要集中精力，主动跟随老师的思维脉络，形成共鸣，特别要注意预习时未理解的部分；要学会记课堂笔记，重点记下授课纲目、基本结论、补充材料以及听课中发生的疑难；课后必须及时复习，不妨先按照笔记梳理授课内容，然后边阅读教材、参考书，边整理笔记。教材中选编了一些与知识点相关的拓展内容，读者可以根据兴趣爱好选择性进行浏览学习。还编制了一定量的自测题，可扫描章后二维码练习。
　　基础化学的特点是理论性强，涉及的概念多，要注意掌握其基本理论和基本知识，处理好理解和记忆的关系，学会善于运用分析对比和联系归纳的方法，善于从例题中体会解题的思路和方法、技巧，掌握概念、原理、公式和方法的含义、应用条件和使用范围，在理解的基础上，记忆一些涉及基本概念和基本原理的重点和重要公式，努力做到熟练掌握、融会贯通，并运用所掌握的理论和知识分析、解决实际问题。
　　化学是一门以实验为基础的学科，实验课是基础化学课程的重要组成部分。著名美国化学教育家Henry Armstrong说过，I hear，I forget；I read，I remember；I do，I understand。他生动地表达了实践出真知的真理。许多科学知识，要想真正懂得，非亲自动手做不可。通过实验不仅可以加深理解、巩固所学到的基本理论和知识，而且可以训练实验基本技能，学习科学的实验方法，培养动手能力。学生在实验前要预习实验内容，做到原理清楚、步骤明确；实验过程中要认真观察实验现象、正确记录结果；实验完毕要认真处理实验数据，分析实验现象和问题，得出正确结论，做好实验报告。通过实验，养成严谨的科学态度和科学的思维方法，培养*立工作的能力和科学研究的能力。
　　1.4 数字的科学表达
　　在表达实验结果时，所用的数据不仅要反映测量值的大小，还应反映测量的准确程度。有效数字(significant figure)就是这种既能表达数值大小，又能表明测量值准确程度的数字表示方法，它是指在实际工作中能测量到的具有实际意义的数字，包括测得的全部准确数字和一位可疑数字。
　　由于只能保留一位可疑数字，其通常是根据测量仪器的*小刻度而估计的，因此有效数字反映了所用仪器实际达到的精度。例如，用万分之一分析天平称得某样品质量为1.1342g，它有五位有效数字，前四位是准确的，*后一位“2”是可疑的，它不仅表明样品的具体质量，而且反映了所用分析天平能准至±0.0001g。又如，滴定管读数为22.43mL，其中“22.4”是准确的，而末位的“3”是估计的，表明滴定管能精确到四位有效数字。反过来，按照数字的精度要求也可选择合适的仪器。例如，要求加入某样品20.00mL，必须使用移液管或滴定管；加入某样品2.00mL，要求用刻度吸管；加入某样品2.0mL，用量筒即可；而若要加入样品2mL，则用滴管滴入30～40滴即可。
　　记录实验数据和表示计算结果时应保留几位数字，一定要根据测定方法和所用仪器的精度来决定。例如，滴定管读数能准确至?±0.01mL，因此如滴定时用去22.10mL，就不可记录为22.1mL；又如，用感量为0.01g的台秤称量某一试样的质量，如果称量为12.40g，则应记录为12.40g，不能写成12.4g或12.400g。
　　除“0”以外，“1～9”的数字均表示一位有效数字。例如，22.43为四位有效数字，1.1342为五位有效数字。数字“0”则分为几种情况：①在“1～9”数字前面的“0”只表示定位，不算作有效数字，如0.003仅为一位有效数字，通常应按科学计数法表示为3×10?3；②“1～9”数字间的“0”是有效数字，如0.602为三位有效数字；③小数点后面末尾的“0”是有效数字，如0.0530为三位有效数字，1.0000为五位有效数字。某些不规范的习惯表达中，在其他数字后面的“0”有时仅起定位作用，其有效数字位数不能确定，一般应根据量具的精度而定，同时应规范写出，如4000应写成4×103或4.0×103等。
　　需要说明的是，在化学计量中，常遇到倍数或分数的换算，所乘系数的有效数字不受限制，因为它是自然数，非测量所得，可视为无限多位有效数字。有效数字也不因单位的换算而改变，如0.1342g=134.2mg，同样为四位有效数字。此外，一般计算时也不考虑相对原子质量等常数的有效数字位数。
　　化学中常见的pH、pOH、pK、lgc等对数值，其有效数字的位数仅取决于小数部分的有效位数。整数部分只代表该真数中的10的方次。例如，pH=11.20为两位有效数字，因换算为[H+]时，[H+]=6.3×10?12mol?？?L?1；pKa=4.75为两位有效数字，换算为Ka时，Ka=1.8×10?5。
　　在处理数据过程中，涉及各测量数据的有效位数可能不同。因此，为了达到分析要求的准确度，同时减少计算麻烦，就要按一定规则弃去多余的数字，即数字的修约。
　　根据国家标准(GB/T8170—2008)，有效数字的修约规则有两种，而在化学分析中为了使修约误差*小，常采用“四舍六入五成双”。即测量数值中被修约的那个数字等于或小于4时，该数字舍去。等于或大于6时，则进位。等于5且后面的数皆为0时，则视5前面的数而定，若5前面的数为偶数，则舍去，若5前面的数为奇数，则进位，使修约后的*后一位为偶数。当5后面还有不为0的任何数时，无论5前面是偶数或奇数都进位。例如，将下列测定值修约为两位有效数字时，结果应为：4.487(4.5)，2.350(2.4)，2.450(2.4)，2.4501(2.5)，2.3499(2.3)。
　　在进行有效数字修约时，如多次修约可能会产生误差，因此要一次修约到所需位数。例如，2.3499修约为两位有效数字时，不能先修约为2.350，再修约为2.4，而应一次修约为2.3。
　　1.5 有效数字的运算规则
　　1. 有效数字的加减法
　　几个数相加或相减时，它们的和或差的有效数字的保留，应以原始数据中小数点后位数*少(绝对误差*大)的数为依据。用科学表示法表示的数据要先修约成相同的位数，然后才能加减。例如，将35.6250、2.51、16.419三个数字相加，*先找出小数点后位数*少的数为2.51(其绝对误差为0.01，*大)，然后以它为标准，将35.6250修约为35.62，将16.419修约为16.42，再将三个数字进行相加，结果为：35.62+2.51+16.42=54.55。