前　言
致教師
本書的理念
我們是《化學：中心科學》的作者。對于您選擇本書作為您的普通化學課的教學伙伴，我們感到非常高興和榮幸。我們已經(jīng)為多屆學生教授過普通化學課程，因此我們了解為如此多的學生上課所面臨的挑戰(zhàn)和機遇。同時，我們也是活躍的科學研究人員，對于化學科學的學習和發(fā)現(xiàn)都富有興趣。作為共同作者，我們各自所獨有的、廣泛的經(jīng)驗構成了密切協(xié)作的基礎。在編寫本書時，我們的重點是面向學生。我們努力確保全書內(nèi)容不僅是準確的、最新的，而且是清晰的、可讀的，并且努力傳播化學的廣泛應用以及科學家在做出有助于我們理解真實世界的新發(fā)現(xiàn)時所經(jīng)歷的興奮的過程。我們希望學生明白，化學不是一個獨立于現(xiàn)代生活諸多方面的專業(yè)知識體系，而是可再生能源、環(huán)境可持續(xù)性和人類健康提升等一系列社會問題解決方案的核心。
本書第14版的出版可以看作是一個教科書保持長期更新的成功案例。我們感謝廣大讀者多年以來對本書的信任與支持，并努力使每一個新版本更加具有新穎性。在每一個新版本的編寫過程中，我們都會再次進行深入地思考，問自己一些深刻的問題，而這些問題是我們在進行寫作前必須回答的。進行新版本寫作的必要性是什么？不僅在化學教育方面，而且在整個科學教育領域和我們所教授的學生的素質方面有了哪些新的變化？我們?nèi)绾螏椭鷮W生不僅學習化學原理，而且樂意成為更像化學家的批判性思考者？上述問題的答案只有部分源自不斷變化的化學本身。許多新技術的引入已經(jīng)改變了各個層次科學教育的面貌。互聯(lián)網(wǎng)在獲取信息和展示學習內(nèi)容方面的應用，深刻地改變了作為學生學習工具之一的教科書的作用。作為作者，我們面臨的挑戰(zhàn)是如何保持書籍作為化學知識和實踐的主要來源，同時將其與新技術帶來的新的學習方式相結合。這個版本中融入了許多新的計算機技術，包括使用一個基于云的主動學習分析和評估系統(tǒng)Learning CatalyticsTM，以及基于網(wǎng)絡的工具如MasteringChemistryTM。經(jīng)過不斷完善與發(fā)展，MasteringChemistryTM目前可以更有效地測試和評估學生的表現(xiàn)，同時給予學生即時和有益的反饋。
MasteringChemistryTM不僅提供基于問題的反饋，而且使用Knewton增強的自適應后續(xù)作業(yè)和動態(tài)學習模塊，現(xiàn)在可以不斷地適應每個學生，提供個性化的學習體驗。
作為作者，我們希望本書能夠成為學生重要的、不可缺少的學習工具。無論是以紙質書還是以電子書形式，它都可以隨身攜帶并隨時使用。本書是學生在課堂之外獲取知識、發(fā)展技能、學習參考和準備考試等的最佳載體，比其他任何工具書都能更有效地為具有化學興趣的學生提供現(xiàn)代化學的知識脈絡和應用領域，并為更高級的化學課程做準備。
如果一本書可以有效地支持身為教師的您，那么它必須是針對學生而寫作的。在本書中，我們已經(jīng)盡最大努力確保寫作風格清晰并有趣，確保本書具有足夠的吸引力而且更加圖文并茂。本書為學生提供了大量的學習輔助內(nèi)容，包括精心安排的解題思路與過程。我們希望廣大讀者可以從內(nèi)容安排、例題的選擇以及所采用的學習輔助和激勵內(nèi)容中看出我們作為教師所積累的經(jīng)驗。我們相信，當學生看到化學對他們自己的學習目標和興趣的重要性時，他們會更加熱愛學習化學，因此我們在本書中強化了化學在日常生活中的許多重要應用的介紹。我們希望您能充分利用這些材料。
作為作者，我們的理念是書中的文字內(nèi)容和支持其使用的補充資料必須與身為教師的您一道協(xié)同工作。一本教材只有在得到教師認可的情況下才會對學生有用。本書具有幫助學生學習的功能，可以指導他們理解概念和提高解題技能。本書內(nèi)容極為豐富，學生很難在一年的課程時間內(nèi)學習掌握全部內(nèi)容。您的指導將是本書的最佳使用指南。只有在您的積極幫助下，學生們才能最有效地利用本書及其補充材料。誠然，學生們關心成績，但是如果在學習中得到鼓勵，他們也會對化學這門科學感興趣并關注所學到的知識。建議您在教學中強調本書的特色內(nèi)容，以提高學生對化學的興趣，如章節(jié)中的“化學應用”和“化學與生活”這兩部分內(nèi)容，展示了化學如何影響現(xiàn)代生活及其與健康和生命過程的關系。此外，建議您在教學中強化概念理解并降低簡單操作和計算解題等內(nèi)容的教學重要性，鼓勵學生使用豐富的在線資源。
本書的架構與內(nèi)容
本書前五章主要對化學進行了宏觀的、現(xiàn)象層面的概述，所介紹的基本概念如命名法、化學計量法和熱化學等，這些都是在進行普通化學實驗前所必須掌握的背景知識。我們認為在普通化學課程的早期介紹熱化學是可行的，因為我們對化學過程的理解很多是基于能量變化的。本書在熱化學一章中加入鍵焓，旨在強調物質的宏觀特性與原子和化學鍵層面的亞微觀世界之間的聯(lián)系。我們相信本書已經(jīng)為普通化學課程中的熱力學教學提供了一個有效的、平衡的方法，同時也向學生介紹了一些涉及能源生產(chǎn)和消費等全球性問題的內(nèi)容。在非常高的水平向學生教授非常多的內(nèi)容，同時還要求這個過程越簡單越好，行走在這兩者之間的狹窄道路上并非一件易事。本書從頭至尾都貫徹如下的理念：重點在于傳授對概念的理解，而不是讓學生只學會如何把數(shù)字代進方程里。
接下來的四章（第6章～第9章）是關于電子結構和化學鍵的。第6章和第9章的“深入探究”欄目為一些學有余力的學生提供了徑向概率函數(shù)和軌道相位內(nèi)容。我們將后一個討論放在第9章“深入探究”欄目中，主要針對那些對此內(nèi)容感興趣的學生。在第7章和第9章中處理這部分內(nèi)容及其他內(nèi)容時，我們對插圖進行了重大改進，使其能夠更有效地傳遞其核心信息。
在第10章～第13章中，本書的重點轉向物質組成的下一個層次—物質的狀態(tài)。第10章和第11章講述氣體、液體和分子間作用力，而第12章則專門討論固體，講述關于固體狀態(tài)的現(xiàn)代觀點以及學生們可以接觸到的一些現(xiàn)代材料。本章提供了一個例子，展示了抽象的化學鍵概念如何影響現(xiàn)實世界中的事物。這一部分的模塊化結構風格使您具有良好的內(nèi)容選擇自主權，您可以將時間與精力集中于您和您的學生最感興趣的內(nèi)容，如半導體、聚合物、納米材料等。本書的這一部分以第13章為結尾，這一章的內(nèi)容包括溶液的形成和性質。
后續(xù)幾個章節(jié)主要研究了決定化學反應速度和程度的因素，包括化學動力學（第14章）、化學平衡（第15章～第17章）、熱力學（第19章）和電化學（第20章）。這一部分還有一章是關于環(huán)境化學（第18章）。第18章將前面章節(jié)中所介紹的概念應用于對大氣和水圈的討論，并強調了綠色化學以及人類活動對地球上水和大氣的影響。
第21章核化學之后是3個內(nèi)容介紹性的章節(jié)。第22章討論了非金屬，第23章討論了過渡金屬化學包括配位化合物等，第24章涉及有機化學和初步的生物化學內(nèi)容。最后這四章都是以獨立的、模塊化的方式展開的，在講授時可以按任何順序進行。
本書的各個章節(jié)是按照一個被廣為接受的順序安排的，但是我們也意識到，不是每位教師都會按照本書的章節(jié)順序來講授所有的內(nèi)容。因此，我們認為教師們可以在不影響學生理解力的情況下對教學順序進行調整。特別是許多教師喜歡在化學計量法（第3章）之后講授氣體（第10章），而不是將其與物質狀態(tài)一起講授。為此，我們編寫了氣體這一章，方便教師進行教學順序調整而不影響教材的使用。教師們也可以在第4.4節(jié)氧化還原反應之后，提前講授氧化還原方程及配平問題（第20.1節(jié)和第20.2節(jié)）。最后，有些教師喜歡在講授第8章和第9章之后立即講授有機化學內(nèi)容（第24章），這幾章內(nèi)容在很大程度上是可以實現(xiàn)無縫銜接的。
我們通過在全書中設置實例，讓學生可以更多地接觸到有機化學和無機化學的細節(jié)。您會發(fā)現(xiàn)在所有章節(jié)中都有相關的“真實”化學實例來說明化學的原理和應用。當然，有些章節(jié)更直接地涉及元素及其化合物的細節(jié)性質，特別是第4、7、11、18章和第22章～第24章。我們還在章末練習中加入了有機化學和無機化學練習題。
本版的新內(nèi)容
與每一個新版本的《化學：中心科學》一樣，本版經(jīng)歷了許多變化。身為作者，我們努力保持本書內(nèi)容的時效性，并使文字、插圖和練習題更加清晰和有針對性。在書中諸多變化中，有一些是我們重點用來組織和指導修訂過程的。我們主要圍繞以下幾點開展第14版的修訂工作：
我們對涉及能量和熱化學的內(nèi)容進行了重大修訂。能量的概念在當前版本的第1章就出現(xiàn)了，而此前的版本中直到第5章才會出現(xiàn)。這個變化會使得教師在講授課程內(nèi)容的次序上擁有更大的自由度。例如，能量概念的引入有利于在第2章之后立即講授第6章和第7章，這樣的教學次序符合原子理論優(yōu)先的普通化學教學方法。我們認為更重要的是第5章中加入了鍵焓的概念，用來強調宏觀物理量（如反應焓）與原子和化學鍵為代表的亞微觀世界之間的聯(lián)系。我們相信這個變化會使熱化學概念與其他章節(jié)更好地結合起來。學生在對化學鍵有了更深刻地認識后，可以在學習第8章時重新討論鍵焓。
在本版中，我們做出了非常大的努力，只為了給學生們提供更清晰的討論、更好的練習題，以及更好的實時反饋，使我們能夠知道他們對書中內(nèi)容的理解程度。作者團隊使用一個具有互動功能的電子書平臺，查看學生們閱讀本書時遇到不理解的地方時所做標記的段落以及注釋和問題。為此，我們將書中許多段落的內(nèi)容修改得更加清晰。
第14版《化學：中心科學》還提供了具有許多新功能的內(nèi)容增強的在線eText版本。這個版本不僅是紙質書籍的電子拷貝，它的新的智能圖例從書中提取關鍵插圖，并通過動畫和語音使它們變得生動。同樣新的智能實例解析將書中關鍵實例通過解析制成動畫，為學生提供比印刷文字更深入和詳細的討論�；�動功能還包括可在MasteringChemistryTM中分配的后續(xù)問題。
我們利用MasteringChemistryTM提供的元數(shù)據(jù)為本版修訂工作提供有用的信息。本版在第13版基礎上，每個實例解析部分后面都增加了實踐練習單元。幾乎所有的實踐練習都是選擇題，并明確給出錯誤答案的干擾因素，幫助學生明確錯誤的概念和一些常見錯誤。在MasteringChemistryTM中，每個錯誤答案都可以提供反饋，用來幫助學生認識到他們的錯誤觀念。在本版中，我們仔細檢查了MasteringChemistryTM的元數(shù)據(jù)，以確定那些對學生來說是沒有挑戰(zhàn)性或很少被使用的練習題。這些練習題要么被修改，要么被替換。對于書中“想一想”和“圖例解析”欄目，我們也做了類似的修改工作以使它們更有效并更適合在MasteringChemistryTM中使用。最后，我們大大增加了MasteringChemistryTM中帶有錯誤答案反饋的章末練習題的數(shù)量，一些過時的或很少使用的章末練習（每章約10題）也被替換了。
最后，我們做了一些細微但卻非常重要的改動，可以幫助學生快速參考重要的概念并評估他們學習的知識。這些關鍵點使用斜體字標示，并在上面和下面留有空格，以便于突出顯示。新增加的技能提升模塊“如何……”為解決特定類型的問題提供了循序漸進的指導，如繪制路易斯（Lewis）結構、氧化還原方程式配平以及給酸命名等。這些模塊包括一系列帶有數(shù)字標號的操作步驟，在書中很容易找到。最后，每個學習目標都與具體的章末練習題相關聯(lián)，可以幫助學生準備小測驗和正式的考試，測試他們對每個學習目標的掌握情況。
本版的變化之處
前面的“本版的新內(nèi)容”部分詳細介紹了本版中的一些變化之處，然而，除了上述內(nèi)容之外，我們在編纂這一新版本時提出的總體目標也需要額外向讀者闡述�！痘瘜W：中心科學》歷來以其清晰的文字、內(nèi)容的科學準確性和時效性、數(shù)量龐大的章末練習題以及可滿足不同層面讀者需求而受到好評。在進行第14版修改時，我們在堅持這些特點的基礎上，將全書布局繼續(xù)采用開放、簡潔的設計。
第14版的美術設計方案延續(xù)了前兩版的設計，更多、更有效地利用圖像作為學習工具，將讀者更直接地吸引到圖像中來。我們修訂了全書的美術設計風格，提高了圖像的清晰度并采用更簡潔的現(xiàn)代式外觀。這包括采用新的白色背景注解框，清晰、簡潔的指向符，更豐富、更飽和的顏色，并增加3D渲染圖像的比例。為了提高圖像的簡潔性，本版對書中每張圖都進行了編輯審查，對圖像及圖內(nèi)文字標記都進行了許多小的修改。本版對“圖例解析”進行了仔細地審查，并使用MasteringChemistryTM中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，修改或替換了許多內(nèi)容，吸引并激發(fā)學生們對每個圖中蘊含的概念進行批判性思考。本版對“想一想”欄目進行了類似的修訂，激發(fā)學生們對書中內(nèi)容進行更深層次的閱讀，培養(yǎng)其批判性思維。
每1章第1頁的“導讀”欄目提供了對每一章內(nèi)容的概述。概念鏈接（）繼續(xù)提供易于察覺的交叉引用，便于查閱書中已經(jīng)介紹了的相關內(nèi)容。為學生提供了解決實際問題建議的“化學策略”和“像化學家一樣思考”欄目現(xiàn)已更名為“成功策略”，更好地體現(xiàn)了對學生學習的幫助。
本版繼續(xù)強化章末練習題中的概念性練習。在每一章的章末練習題都是以廣受好評的“圖例解析”開始的。這些練習題在每一章常規(guī)的章末練習題之前，并都標有相關章節(jié)的編號。這些練習題旨在通過使用模型、圖表、插圖和其他可視化的素材來幫助學生對概念的理解。每一章的末尾都附有數(shù)量較多的“綜合練習”，讓學生有機會解決本章的概念與前幾章的概念相結合的一些問題。從第4章開始的每一章末尾都有“綜合實例解析”，這突出了解決綜合問題的重要性�？傮w來看，本版在章末練習題中加入了更多的概念性習題，并確保其中一部分具有一定難度，同時實現(xiàn)了習題內(nèi)容和難度的平衡。在MasteringChemistryTM中，許多習題被重新調整以方便使用。我們廣泛利用學生們使用MasteringChemistryTM的元數(shù)據(jù)來分析章末練習題，并對部分練習題進行適當?shù)匦薷�，本版也為每章總結了“學習成果”。
本版繼續(xù)在書中加入廣受好評的“化學應用”和“化學與生活”系列欄目，欄目中的新文章強化了與每一章主題相關的世界事件、科學發(fā)現(xiàn)和醫(yī)學突破等內(nèi)容。本書在保持對化學的積極方面關注的同時，也沒有忽視在日益科技化的世界中可能出現(xiàn)的各種各樣的問題。本書的目標是幫助學生熟悉化學世界，并了解化學如何影響我們的生活方式。
化學教材頁碼隨著版本的增加而增加，這也許是一種理所當然的趨勢，但是作為作者的我們并不認可這種趨勢。本版中新增的大部分內(nèi)容都是替換以前版本中關聯(lián)度不強的內(nèi)容。下面列出了本版內(nèi)容上的幾個重大變化：
第1章，及其后的每一章都以一個新的章節(jié)起始照片和對應的背景故事開始，為后續(xù)內(nèi)容提供一個現(xiàn)實世界的背景。第1章增加了一個關于能源本質的新節(jié)（第1.4節(jié)）。本版將能源納入第1章，為后面各章的學習順序提供了更大的靈活性。第1章“新聞中的化學”的“化學應用”欄目已經(jīng)完全重寫，其中的內(nèi)容描述了化學與現(xiàn)代社會事務交織的各種方式。
第2章中，我們改進了用于描述發(fā)現(xiàn)原子結構的關鍵實驗—密立根油滴實驗和盧瑟福金箔實驗的插圖。在第2章中第一次出現(xiàn)的元素周期表已更新，增加了113號元素（，Nihonium）、115號元素（鏌，Moscovium）、117號元素（，Tennessine）和118號元素（，Oganesson）等元素。
第5章是全書中修訂最多的章節(jié)。我們修訂了第5章的開始部分，用于與第1章中介紹的能源基本概念相呼應。本章新增了兩個插圖，圖5.3給出了靜電勢能與離子固體的成鍵變化之間的聯(lián)系，圖5.16提供了一個現(xiàn)實世界的類比，幫助學生理解自發(fā)反應和反應焓之間的關系。用于說明放熱反應和吸熱反應的圖5.8修改為顯示反應前后變化的情況。新增加了第5.8節(jié)鍵焓，給出如何從原子層面理解反應焓。
第6章增加了一個新的“實例解析”，分析了玻爾模型中主量子數(shù)是如何決定氫原子的軌道半徑的，以及當發(fā)射或吸收光子時，電子會發(fā)生哪些變化。
第8章中關于鍵焓的內(nèi)容已移至第5章，并在第5章得到了充分討論。在第11章中，我們對各種分子間作用力的內(nèi)容進行了集中修改，用來明確化學家通常以能量單位而不是力的單位來考慮這些作用力。與前版不同，第14版中圖11.14采用表格形式，清楚地表明分子間相互作用的能量是可以疊加的。
第12章加入了一個新的標題為“汽車中的現(xiàn)代材料”的“化學應用”欄目，討論了混合動力汽車中使用的各種材料，包括半導體、離子固體、合金、聚合物等。以及新增加一個標題為“微孔和介孔材料”的“化學應用”欄目，探討了不同孔徑材料及其在離子交換和催化轉化中的應用。
第15章新加入一個關于溫度變化和勒夏特列原理的“深入探究”欄目，解釋了放熱反應和吸熱反應中溫度變化影響平衡常數(shù)規(guī)律的基礎理論。
第16章新加入一個“深入探究”欄目，表明多元酸各型體與pH值的關系。
第17章新加入一個標題為“飲用水中的鉛污染”的“深入探究”欄目，探討了美國密歇根州弗林特市水質危機背后的化學問題。
本版對第18章部分內(nèi)容進行了修訂，給出了大氣中二氧化碳含量和臭氧層空洞的最新數(shù)據(jù)。圖18.4顯示了臭氧的紫外吸收光譜圖，使學生能夠了解這種物質在過濾來自太陽的有害紫外輻射方面的作用。新加入的一個實例解析（18.3）可以幫助學生掌握計算碳氫化合物燃燒產(chǎn)生的二氧化碳量時所需的步驟。
我們對第19章的前一部分內(nèi)容進行了大幅度的改寫，幫助學生更好地理解自發(fā)、非自發(fā)、可逆和不可逆過程的概念及其關系。這些改進使得熵的定義更加清晰。

致學生

《化學：中心科學》第14版是為了向你介紹現(xiàn)代化學而編寫的。實際上，身為作者的我們是受你的化學老師委托來幫助你學習化學的。根據(jù)學生和教師在使用本書前幾版后所給出的反饋意見，我們認為自己已經(jīng)很好地完成了這項工作。當然，我們希望本書在未來的版本中能夠繼續(xù)得到發(fā)展，因此我們邀請你寫信告訴我們你喜歡本書的哪些方面，這樣我們就會知道這個版本在哪些方面對你的幫助最大。同時，我們也希望了解本書的任何不足之處，以便于在后續(xù)版本中進一步改進這些方面。我們的地址與聯(lián)系方式在本前言的最后處。
對學習和研究化學的建議
學習化學既需要掌握許多概念，又需要具備分析能力。本書為你提供了許多工具來幫助你在這兩點上取得成功。如果你想要在化學課程中取得成功，那么你就必須養(yǎng)成良好的學習習慣�？茖W課程特別是化學課程是不同于其他類型課程的，對你的學習方法也有不同的要求。為此，本書提供以下提示，幫助你在化學學習中取得成功：
不要掉隊！隨著課程的進展，新的內(nèi)容將建立在已經(jīng)學過的內(nèi)容基礎上。如果你的學習進度和解題能力落后于其他同學，你會發(fā)現(xiàn)很難跟上正在學習的內(nèi)容以及對當前內(nèi)容的課堂討論。有經(jīng)驗的教師知道，如果學生在上課前預習課本中相關章節(jié)，就能從課堂上學到更多東西，同時記憶也更加深刻。你知道嗎，考試前“填鴨式”的學習方式已被證明是學習包括化學在內(nèi)所有學科的無效方法。在這個競爭激烈的世界里，好的化學成績對任何人來說都是十分重要的。
集中精力學習。盡管你需要學習的內(nèi)容看起來令人難以承受，但是掌握那些特別重要的概念和技能才是至關重要的，因此請注意你的老師所強調的那些內(nèi)容。當你完成“實例解析”和家庭作業(yè)時，請回顧一下解答這些內(nèi)容涉及哪些原理和解題技巧。請充分利用每一章開頭的“導讀”欄目，它能夠幫助你了解每一章的重要內(nèi)容。通常情況下，依靠僅僅閱讀一章是不足以成功地學習本章的概念和掌握解決問題的能力的，你往往需要多次閱讀書中一些特定內(nèi)容。請不要忽略“想一想”“圖例解析”“實例解析”和“實踐練習”欄目，這些都是你了解自己是否掌握知識的指南，掌握這些內(nèi)容也是對考試的良好準備。章末的“學習成果”和“主要公式”也會幫助你集中精力學習。
課上做好筆記。你的課堂筆記可以為你提供一個清晰而簡明的記錄，指明你的老師認為什么是最重要的學習內(nèi)容。將你的課堂筆記與教材結合起來，是確定需要學習哪些內(nèi)容的最好方法。
課前做好預習。在上課前預習會使你更容易做好筆記。首先閱讀前面的“導讀”和章末的“總結”，然后快速閱讀本次課的內(nèi)容，并跳過“實例解析”和補充內(nèi)容。你需要注意節(jié)標題和分節(jié)標題，這可以讓你快速了解本次課的授課內(nèi)容。千萬不要認為在課前預習中你需要立刻學習和掌握所有內(nèi)容。學習效果。如果你的老師將MasteringChemistryTM與你的教科書相關聯(lián)，請利用這個在線平臺所提供的獨特工具，它可讓你在化學學習中取得更多的收獲。
說一千道一萬，最根本的還是要努力學習、有效學習，并充分利用包括本書在內(nèi)的所有工具。我們希望幫助你更多地了解化學世界，以及為什么化學是中心科學。如果你真的學好了化學，你就能成為聚會的主角，給你的朋友和父母留下深刻印象，并且也能以優(yōu)異的成績通過課程考試。

致謝

一本教材的出版發(fā)行是一個團隊的成功。除了作者之外，許多人也參與其中并貢獻了他們辛勤的勞動和才能，以保證這個版本呈現(xiàn)在讀者面前。雖然他們的名字沒有出現(xiàn)在本書的封面上，但他們的創(chuàng)造力、時間和支持在本書的編寫和制作的各個階段都發(fā)揮了作用。
每位作者都從與同事的討論以及同國內(nèi)外教師和學生的通信中獲益良多。作者的同事們也提供了巨大的幫助，他們審閱了我們的書稿，分享他們的見解并提供改進建議。在第14版中，還有一些審閱人幫助我們，他們通讀書稿，尋找書稿中存在的技術上的不準確之處和印刷錯誤。我們?yōu)閾碛羞@些出色的審閱人而由衷地感到幸運。