上冊目 錄
第一章 元素和化合物
第二章 莫耳：連接巨觀世界和原子世界的橋樑
第三章 原子的結構
第四章 共價鍵
第五章 離子和金屬鍵
第六章 氣體
第七章 鍵的形成和斷裂
第八章 液體和溶液
下冊目錄
第九章 固體
第十章 動力學和平衡介紹
第十一章 酸和鹼
第十二章 氧化－還原反應
第十三章 化學熱力學
第十四章 動力學(Kinetics)
第十五章 化學分析
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序 言
Spencer, Bodner和Rickard所編寫的《化學：結構和動力學》第二版不但保有其簡潔,
靈活及符合最新發現等特點，還更加強了課堂上的實用性。本書延續第一版的一些特點，
•共有15個章節, 並附有另外的輔助單元供教師們自由選用。這個設計讓教學更有彈性。
•可參照Moog和Farrell編寫的《化學：引導式探索》新版來與本書對照使用。Moog 和 Farrell 的合作式教學提供詳細的敘述。這本書可當做教師的教學手冊或是學生課後自修用的學習手冊。
•本書及相關教材主張讓學生親自動手學習化學。書中盡量提供模型, 數據, 及引導問題, 讓學生自己體會化學概念。
我們採用書評和教師的意見，在第二版中做了下列的改變。
•練習題增加60%。各章的附加練習題增加了60%，章內的各小節也有一系列的問題來幫助學生學習重點。學生可以先閱讀課文，再試著做習題來檢查自己的概念是否正確。同時本書也包括了一些跨越章節的整合題。
•全新熱力學章節。本書有全新的熱力學章節，其他相關章節也重新編寫過。
•新的雙色圖解。除了翻新舊版的圖片，本書還外加全新的雙色圖解。
•採用精裝版。本書採用高級精裝版，但維持基礎化學教科書最優惠價。許多教師向我們反應價格的重要性，但又希望教科書可以更耐用。本書特地採用精裝版並維持合理的價位。
•教師版全新註解。全新的教師版詳細解釋如何突破傳統的教學方式，並提供實施這些教學方式的方針。
1989年美國化學學會的化學教育分部意識到發展另一種化學導論課程的需要，因而成立了普通化學課程特別工作小組。我們是這個特別工作小組的成員，這本《化學：結構和動力學》就是我們的成果之一。
本書採用《重點主題》與《輔助單元》的架構，這個架構讓教材選用更有彈性，並能帶動全新的普通化學教學。教師可以依照學生的程度及需求選取適當的主題或單元使用。除了《重點主題》之外，章末更附加《特別主題》，和獨立的《輔助單元》整理每章重點。書中含括必修基礎化學學生所需要的所有化學概念。教師可以選擇適當的章節附錄或單元來設計符合學生需用的課程。
本書是為了主修科學和數學而選修化學導論的學生而寫的。然而，它的靈活與彈性使得它適用於大部分的化學導論課程。我們基於兩個準則來決定在重點主題中需要包括那些概念。第一，這些概念是理解化學的基礎，也是本書重點主題及輔助單元的核心。第二，學生可以直接應用這些概念在他們的主修或工作上。
《化學：結構和動力學》有以下幾個特色：
•簡潔(Brevity)。重點主題約有600頁，外加75頁的特別主題。
•彈性(Flexibility)。重點主題配合特別主題及輔助單元可滿足各教育機構不同的需用。
•先進(Currency)。本書突破傳統採用最新的模型和學習方式。
•一致的主題架構(Unifying Themes)。所有重點主題都以一致的主題架構呈現。
•均衡的範圍(Balanced Coverage)。教材中輔以有機化學及生物化學的例子，來提供更完整更均衡的化學領域。
•強調觀念(Conceptual Nature)。本書強調觀念性的探索和習題。除了傳統的習題，新的觀念性習題及討論性習題要求學生解釋、描述或設計實驗。
•案例研究(Case Studies)。本書特別設計一個章節來介紹化學分析。透過案例研究，學生可以學習到化學家解決實際問題的方法和工具。
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重點主題
傳統的教材多將觀念與原理分開介紹，很少有把觀念或原理和其餘的內容聯在一起。在《化學：結構和動力學》中，我們採用一致的主題架構來整合所有的重點。
•傳統的教科書只列舉科學研究的〝結果〞，我們將實驗數據也包含在書中來強調科學研究的〝過程〞。我們希望藉由提供這些證據，學生可以了解化學家如何做研究。
•本書架構的另一個主軸是巨觀化學和微觀化學之間的關係。我們發展這個主軸來幫助學生理解〝如何〞及〝為何〞化學家倚賴觀察巨觀現象來理解原子和分子的微觀世界，並且使用對微觀結構和性質的理解來解釋，預測和──最重要地──控制物質的巨觀性質。
•本書一開頭就介紹原子和分子結構，我們會反覆使用這些結構來幫助學生理解物質的物理和化學性質。
重點主題的最後一章介紹幾類化學家能解決的實際問題，以及他們用來解決問題的儀器。僅管大部分修化學導論課程的學生並不是主修化學，但是許多人未來在工作上將需要與化學家合作。大部分合作過程將涉及樣本的分析。這一章介紹如何分析樣本和幾樣必備工具。書中附有其他領域的案例研究，反映未來可能會碰到的實際問題。這一章不是要強調儀器的分析或者光譜的解釋。相反地，它會帶領學生打開儀器的黑盒子，並且使得光譜的解讀更容易理解。
特別主題及輔助單元
特別主題是重點主題的延伸。例如，鍵結這個主題包括了路易斯結構，分子幾何學，以及極性等概念。特別主題介紹混成，價鍵理論，以及分子軌域理論。輔助單元則解釋新的主題，例如生物化學，高分子化學，核化學，以及配位化學。
相對於1000多頁的傳統教材和新式的濃縮教材，重點主題／輔助單元具有其優勢。當使用傳統教材時，有的章節可能會被整個跳過。但課本後段的主題常常是建立在前段的主題上，省略教材使課本讀起來特別困難。使用《化學：結構和動力學》可以避免這個問題因為每個重點主題都附帶輔助單元。重點主題包括了所有輔助單元所需的概念。
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全新模型
本書採用的三種全新的模型：(1)數據驅動模型，(2)當代化學理論解析模型，以及(3)傳統概念解析模型。運用光電子光譜(PES)實驗來發展電子組態就是一個數據驅動模型。這個模型可解釋如何用實驗數據來架構一個理論模型，同時它也解釋科學發展的過程。與抽象的量子數相比較，這種模型賴給學生更具體且正確的電子組態理論。使用實驗數據和圖表來說明氣體定律是數據驅動模型的另一個例子。一旦我們建立分子動力學的基本概念，我們可以用它來解釋溫度，熱，和平衡過程。
當代化學理論解析模型包括Gillespie的近代電子軌域(ED)模型，這個模型可取代價殼層電子對排斥理論(VSEPR)來預測分子幾何形狀。第二個例子是用鍵結三角關係來解釋共價鍵，離子鍵和金屬鍵之間的相互關係。鍵結三角關係也可用來解釋化合物的物理和化學性質，以及預測新材料的特性。
本書也採用一些全新的模型來解釋固有的理論，讓學生更容易理解這些理論。例如，我們用原子結合焓來取代生成焓。化學與鍵結的生成及斷裂有關，因此一個反應的熱化學可被視為是反應物的鍵結被打斷以產生氣態的原子，氣態原子再結合形成產物。傳統課本多採用生成焓，在標準狀態中，元素穩定地聚集。這種解釋讓學生難以馬上體會到化學反應在生成或打斷鍵結時會吸收或是釋放熱的這個現象。原子結合觀的主要優勢是化學反應--反應物被分解成氣態原子然後又被結合成產物--可以輕易地用反應示意圖來說明。這個方法的優點是鍵的破壞總是需要消耗能量，而鍵的形成則產生能量。慣於使用生成焓來思考焓改變的教師可能發現這種方法更難使用，然而，我們的經驗顯示原子結合焓較容易被學生接受。
原子結合觀的另一個優點是同樣的標準狀態和反應示意圖可以用來解釋所有的熱力學參數。傳統教學中，結合焓和第三定律的熵可以導出自由能。但第三定律的熵必須建立在不同觀念及標準狀態下，這常令學生搞得一頭霧水。原子結合觀可以清楚地向學生說明物質熵的起源，並且由於焓和自由能的直接關係，使得所有這些概念更容易被學生所接受。
在另一個當代化學理論解析模型中，我們用光電子光譜(PES)數據來計算平均價電子能量(AVEE) 。平均價電子能量描述一個原子控制它的電子的強度。平均價電子能量可以預測什麼元素會形成陰離子及什麼元素會形成陽離子，解釋區分週期表上金屬區和非金屬區的對角線，它也可以建立陰電性的概念，讓學生對陰電性有更具體的了解。平均價電子能量一方面建立陰電性的概念，同時也決定原子的電子組態結構。透過平均價電子能量這個觀念，學生可以把陰電性，氧化數，部分電荷(partial
charges)，以及形式電荷(formal charges)等概念結合在一起。本書也運用這個主題來介紹氧化還原，共振結構，以及極性。
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使用重點主題和輔助單元
重點主題共有15章。除了第2章之外，教師應該按照順序來教學。第2章涵蓋了莫耳，化學方程式，莫耳濃度，以及化學計量。這一章是特別寫給習慣從這些概念教起的教師們的。然而，我們要到第3-5章中才正式用到莫耳的概念，到第6章才用到莫耳計算和化學計量，到第8章才用到莫耳濃度和溶液計量。教師可依課程需要介紹第2章的某些部分。
我們用特別主題（見第4, 6, 8, 10 , 11, 12, 及14章末）和輔助單元來加強說明重點主題。特別主題是每章重點主題的延伸。特別主題所包含的觀念已涵蓋於重點主題內，因此教師可以略過特別主題。詳細的重點主題和特別主題請參照目錄。
在教完特定的重點主題後，教師可以使用相關的輔助單元。下表列出輔助單元及其對應的重點主題。
輔助單元及其對應的重點單元
輔助單元 必修的重點主題
生物化學錯離子平衡材料科學非金屬化學核化學有機化學：碳氫化合物的結構和命名 法有機化學：官能基有機化學：反應機構高分子化學溶解度平衡過渡金屬化學
第11章，有機化學：官能基輔助單元第11章第9章第12章第14章第7章，特別主題第3，4章有機化學：碳氫化合物的結構和命名法輔助單元有機化學：官能基輔助單元第7章，有機化學：官能基輔助單元， 特別主題第3，4章第11章第5章，特別主題第3，4章
寫給學生
《化學：結構和動力學》不同於當下普遍的化學導論教材。這本書的核心教材可奠定基本化學的基礎，書中採用的新模型可讓許多基本概念更容易被學生理解吸收。書中更使用一致的主題將許多看似獨立的主題聯繫在一起。
學生在使用這本書時應該要從頭到尾照順序來閱讀，而不是只挑選各章節內的某些部份。在閱讀的同時，學生應該試著回答〝重點檢查〞和〝示範習題〞，這些練習是很必要的。重點檢查和示範習題不但常常帶有重要的新觀念，它們也可以讓學生從被動閱讀的位置轉變為主動閱讀。重點檢查可以幫助學生確定是否已充分了解各章的內容。重點檢查的答案可以在附錄D中找到。示範習題的題型和每一章結尾的練習題題型相似。練習題解答可以在附錄C中找到。學生應確實完成指定的練習題，並且用附錄C來檢查答案。
補充教材
《化學：引導式探索》是由Franklin和Marhsall大學的Richard S.
Moog和John J.Farell合著。這本書能促進普通化學合作學習的實施，並且可作為補充教材，練習冊，或是在教室中與學生交流的管道。這本書和《化學：結構和動力學》使用同樣的教學方法及核心課文習題。書中提供引導式探索，並利用數據，敘述，模型和圖表來建立化學概念。
《教師手冊》，由James Spencer, Georage Bodner, Lyman Rickard和Alex Grushow編著。教師手冊特別強調出本書與傳統教材的不同，並注重說明教師應如何實行我們建議的教學方法。這本手冊包含所有習題及案例研究的完整解答。另外手冊也附加光電子光譜(PES)，原子結合參數，鍵結三角關係，平均價電子能量，和部分電荷的詳細計算。
《教師版及註解》，由James Spener, George Bodner和Lyman Rickard編寫。教師版及註解說明為什麼我們採用非傳統的方法來介紹傳統的題材，並建議如何實行這些教學方法。
《學生解答手冊》，由Alex Grushow編寫。解答手冊提供本書所有習題的完整解答。
《電腦題庫》，由Georage Bodner彙編。電腦題庫包括複選題和簡答題。
《傳統題庫》，由George Bodner彙編。本題庫是為化學導論課程所設計，包含複選題和簡答題。
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致謝
這本書是許多同仁同心協力的成果。首先是所有普通化學課程特別工作小組的成員，沒有他們的腦力激蕩，這個計劃可能永無實現的一天。我們也要感謝以下的校閱者：
Janice Alexander Flathead Valley社區大學
Linda Allen 路易斯安那州立大學
Dennis M. Anjo 加州州立大學，長灘分校
Chris Bailey 威爾斯大學
David W. Ball Cleveland州立大學
Jay Bardole Vincennes大學
Elisabeth Bell-Loncella 匹茲堡大學，Johnstown
Sheila Cancella Raritan Valley社區大學
David A. Cleary Gonzaga大學
Martin Cowie 阿爾伯塔大學
Michael Doyle Trinity大學
Robert Eierman 威斯康辛大學-Eau Claire
William Evans 加州大學，爾愛校區
Danial Freedman SUNY-New Paltz
Keith Hansen Lamar大學
Lee Hansen Brigham Young大學
Tom Gilbert 東北大學
Thomas Grover Gustavas Adolphus大學
L. Peter Gold 賓州州立大學
Stan Grenda 內華達大學，拉斯維加斯分校
Eugene Grimley Ⅲ Elon大學
Mark Iannone Millersville大學
Keith Kester 科羅拉多大學
Leslie Kinsland 西南路易斯安那大學
Nancy Konigsberg-Kerner 密西根大學，Ann Arbor
David Lewis Colgate大學
Robert Loeschen 加州州立大學，長灘分校
Baird Lloyd 俄亥俄邁阿密大學
David MacInnes Jr. Guiford大學
Doug Martin Sonoma州立大學
Claude Mertzenich Luther大學
Patricia Metz 德克薩斯科技大學
Susan Morante Mont Royal大學
Edward Paul Stockton大學
E. B. Robertson Calgary大學
Doug Rustad Sonoma州立大學
Patricia Shroeder Johnson County社區大學
Karl Sohlberg Wake Forest大學
William Stanclift 維吉尼亞Annandale社區大學
Wayne E. Steinmetz Pomona大學
Robert L. Swofford Wake Forest大學
Sandra Turchi Millersville大學
John Woolcock 賓州印第安那大學
Andrew Zanella Claremont大學
對本書具有特殊貢獻的有：福蘭克林與馬修大學的John Farrell和Rick
Moog; McMaster大學的RonGillespie；哈佛大學的Dudley Herschbach；普林斯頓大學的Lee
Allen;南卡羅來納大學Beaufort分校的Gordon Sproul；和Rider大學的Alex Grushow。
我們更要感謝John Wiley公司職員的支持和幫助。我們的編輯，David Harris，在本書的寫作過程中指導和鼓勵我們。我們感謝他對這本全新的，突破傳統的化學導論課本的支持。Jennifer
Yee, Debbie Brennan, Patricia McFadden, Cathy Donovan和Suzanne Ingrao也為我們打點無數的細節。
最後，感謝Kathy和Lynette和Killer，他們的耐心和鼓勵，我們難以回報。
James N. Spencer George M.
Bodner Lyman H. Rickard
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