第一節(jié)基礎化學課程的重要意義

一、基礎化學一一醫(yī)學專業(yè)學生最重要的基礎課

基礎化學是剛進入醫(yī)學院校的大一學生首先接觸到的一門極重要的基礎課。

它適應21世紀化學和醫(yī)學滲透融合的形勢，以培養(yǎng)有創(chuàng)新能力的高素質醫(yī)學人

才為目的，將醫(yī)學生帶入千姿百態(tài)、引人入勝的化學世界，為他們破解醫(yī)學之迷，

打下堅實的化學基礎。

化學是一門在原子、分子層次上研究物質的組成、結構、性質及具變化規(guī)律

的科學，同時研究其變化過程中的能量關系。醫(yī)學則是人類與疾病斗爭的科學，

以人體為對象，研究人體中生理、心理和病理現(xiàn)象的規(guī)律，尋求防病治病的途徑。

這兩門學科源遠流長，關系密不可分。

化學的起源可以追溯到古代。人類在煉金術、煉丹術、醫(yī)藥學的實踐中獲得

了初步的化學知識，也就是說，化學從一開始就與醫(yī)學結下了不解之緣。有些醫(yī)

藥學家本身就是化學家，而化學家則把為醫(yī)治疾病制造藥物作為自己的職責。我

國明代李時珍（15187593）所著的《本草綱目》記載的無機藥物就有266種，

被西方稱為“東方醫(yī)藥學巨典"。實際上，它不僅是一本藥學巨典，也是一個化

學寶庫。書中不但對無機藥物的化學性質作了詳盡的描述，還對蒸鐳、蒸發(fā)、升

華、重結晶、灼燒等化學操作技術也都有詳細記述。

17世紀后半葉到19世紀末，化學實現(xiàn)了從經驗到理論的重大飛躍：科學元

素說和原子一分子論相繼被提出、化學家發(fā)現(xiàn)元素周期律、建立甲烷的四面體結

構和苯的六元環(huán)結構、確立原子量和物質成分的分析方法，還相繼建立了無機化

學、有機化學、物理化學和分析化學四大學科。在這一近代化學時期中，化學和

醫(yī)學被緊密地結合。

利用藥物治療疾病是化學對醫(yī)學和人類文明的一大貢獻。1800年，英國化

學家戴維（H.Davy）發(fā)現(xiàn)了一氧化二氮的麻醉作用，之后又發(fā)現(xiàn)了更好的麻醉

劑一一乙醛。麻醉劑被成功地用于牙科手術和外科手術中，至今已有200多年的

歷史。治療梅毒的特效藥物腫凡納明是德國化學家在1909年合成的.20世紀30

年代以來，化學家先后創(chuàng)造出了數(shù)千種抗菌素、抗病毒藥物、抗腫瘤藥物，使許

多長期危害人類健康和生命的疾病得到控制，拯救了無數(shù)生命。

從20世紀開始的現(xiàn)代化學時期中，化學的進步更加迅速，衍生出許多新的

化學分支，如高分子化學、核化學、放射化學、生物化學等。化學還與其他學科

交叉形成多種邊緣學科，如環(huán)境化學、農業(yè)化學、醫(yī)化學、材料化學、地球化學、

計算化學等等?；瘜W作為一門中心科學(ceniralscience),它的基礎研究的成果對

農業(yè)、電子學、藥學、環(huán)境科學、計算機科學、尤其是對生物學作出了重大貢獻。

人們發(fā)現(xiàn)，生物體歸根到底是一個化學系統(tǒng)，與大自然具有共同的化學元素組成。

20世紀，化學家開始研究糖、血紅素、維生素等生物小分子，到50年代對生物

大分子一一核酸和蛋白質的研究取得一系列重大突破。蛋白質(包括酶)和核酸

的研究成果不僅使生物化學迅速發(fā)展，而且由此誕生了結構生物學和分子生物

學，并引發(fā)后來圍繞基因的一系列研究。化學家證明了華為生物遺傳因子的基因

(gene)就是脫氧核糖核酸分子(DNA)。基因研究為人類剖析和根治人類所有疾病

和延長壽命展示了無限光明的前途。人們得到一個共識一一現(xiàn)代醫(yī)學的進步離不

開現(xiàn)代化學。美國醫(yī)學教授、諾貝爾獎金獲得者肯伯格(A.Kornberg)指出，要“把

生命理解為化學”！

正因為此，化學對于醫(yī)學專業(yè)的學生尤顯重要。在國內外高等醫(yī)學教育中，

歷來都將化學作為重要的基礎課之一。美國化學家布萊斯羅(R.Breslow)指出，

“考慮到化學在了解牛.命的重要性和藥物化學對健康的重要性，在醫(yī)務人員的正

規(guī)教育中包括許多化學課程就不足為奇了。今天的醫(yī)生需要為化學在人類健康中

起著更大作用的明天做好準備J

基礎化學的內容是根據(jù)醫(yī)學專業(yè)的特點選定的，它主要由醫(yī)學生必須掌握的

無機化學、物理化學、分析化學、環(huán)境化學中的基本內容組成，包括水溶液的性

質(稀溶液的依數(shù)性、電解質溶液、緩沖溶液、膠體溶液等)、化學反應的基本

原理(熱力學、動力學、電化學)、物質的結構(原子、分子、配位化合物)、滴

定分析和分光光度分析、環(huán)境化學、生命元素知識等?；A化學的學習給一年級

學生提供與醫(yī)學相關的現(xiàn)代化學基本理論、基礎知識及基本技能。不僅為后續(xù)的

有機化學、生物化學等課程，而且為以后的醫(yī)學后期課程、研究生課程，打下廣

泛和扎實的化學基礎。

基礎化學結合教學內容將介紹著名的化學家，他們縝密的邏輯思維、求實創(chuàng)

新的精神和在化學實驗中解決難題的百折不撓的意志，是我們的最好榜樣?；A

化學的學習能教會我們用熱力學的觀點來分析事物的可能性，用動力學的觀點來

分析事物的可行性，用物質的內部結構來分析其外在的性質。這種能力的培養(yǎng)會

使學生在今后的醫(yī)學生涯中終身受益。

二、學習基礎化學的方法

要學好基礎化學，首先是盡快適應大學的教學規(guī)律。與中學課程相比，大

學基礎化學內容多，進度快；其次要做好預習，爭取主動；同時及時復習和總

結……針對基礎化學的特點，學習時要注意以下問題：

(一)以我為主，掌握學習的主動權

學生是學習的主體。中學化學教學中，教師講得很多，一個概念反復講反

復練習，每章結束老師歸納，拎重點，講要點。大學生不應該依賴教師，應扔掉

“拐杖”，自己歸納重點、難點，培養(yǎng)自學能力，提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解

決問題的能力。

(二)善于思考，強化記憶

基礎化學課程的一個特點是理論性強，有的概念抽象難懂。學習中要反復

思考，才能加深理解。

要善于運用歸納的方法，把同一原理、概念的方方面面列在一起，從各個

側面加深理解；也要善于運用對比的方法弄懂形似概念的本質差別。

大學化學學習仍然需要記憶，要在理解的基礎上，熟悉一些基本概念、基

本原理和重要公式，做到熟練掌握、靈活運用。

(三)多做思考題和練習題

在理解例題、及時復習的前提下多做題有利于深入理解、熟練掌握課程內

容。這樣對丁分析問題、解決問題能力的提高極其有益。

(四)認真預習做好實驗

第二節(jié)溶液的組成標度

一、物質的量濃度

物質的量(amountofsubstance)是表示微觀物質數(shù)量的基本物理量。物質B

的物質的量用符號〃B表示?；締挝蛔隳?mole),單位符號為mol。摩爾的定

義是：“摩爾是某一系統(tǒng)的物質的量，該系統(tǒng)中所包含的基本單元(elementary

entity)數(shù)與O.O12kg12c的京子數(shù)目相等”。0.012kg12c的原子數(shù)目與阿伏加德

羅常數(shù)(Avogadroconstant)數(shù)值相同，阿伏加德羅常數(shù)L=6.0226xlO^mor'o只要

系統(tǒng)中基本單兀B的數(shù)目為6.0226x1()23,B的物質的量就是1mol。

注意，摩爾是物質的量的單位，不是質量(mass)的單位。質量的單位是千克,

單位符號kg。“物質的量”是一個整體的專用名詞，文字上不能分開。

在使用摩爾時，必須用粒子符號、物質的化學式或它們的特定組合來指明

基本單元一原子、分子、離子、電子及其他粒子，或這些粒子的特定組合。例

如，我們說H、比、比0、5H20、2SO42\QH2+O2)等的物質的量都是可以的。

但是，如果說硫酸的物質的量，含義就不清了，因為沒有用化學式指明基本單元,

基本單元可能是H2s04或是5H2so4。我們說Imol的H2sCh具有的質量是98g,

Imol的5H2s04具有的質量是49g,1mol的(外+刁O2)具有的質量是18.015g

是正確的。

物質B的物質的量可以通過B的質量和摩爾質量(molarmass)求算，

即(0-1)

式中〃7B為物質B的質量，單位是g；MB為B的摩爾質量，單位是g-mol\某

原子的摩爾質量的數(shù)值等于其相對原子質量A(relativeatomicmass),某分子的

摩爾質量的數(shù)值等于其相對分子質量Mr(relativemolecularmass)o相對原子質量

和相對分子質量的單位是l(onc)o

物質的量濃度(amount-of-substanccconcentration)定義為溶質的物質的量除

以溶液的體積，即組

V

CB曲

(0-2)

式中CB為B的物質的量濃度，〃B是物質B的物質的量，V是溶液的體積。

物質的量濃度的SI單位是molin3,讀作摩每立方米。由于立方米單位太大,

物質的量濃度的單位常以moLdmT代替，讀作摩每立方分米。醫(yī)學上常用molL-'

(摩每升)、mmol-L-1(毫摩每升)、及RmolLT(微摩每升)這樣一些單位“

本書用CB表示B的初始濃度，而用［B］表示B的平衡濃度。

物質的量濃度可簡稱為濃度(conceniralion)。使用的必須指明物質的基本單

元。如C(H2SO4)=1mol-L),c(2Ca2+)=4mmol-L-'等。括號中的化學式符號表示

物質的基本單元?；締卧禂?shù)不同時有下列換算關系

2

c(.xB)=xc(B)

(0-3)

醫(yī)學上應推廣使用物質的量濃度。世界衛(wèi)生組織提議凡是已知相對分子質

量的物質在體液內的含量均應用物質的量濃度表示.例如人體血液葡萄糖含量正

常值，過去習慣表示為70?100mg%,意為每lOOmLlt液含葡萄糖70?100mg,

按法定計量單位應表示為c(C6Hl2。6)=3.9?5.6mmolL1o對于未知其相對分子

質帚的物質B則可用質量濃度表示。

【例0“】物質的量的基本單元

+

ImolH和Imol(1/2)H?的含義有何區(qū)別？Imol[H2+(1/2)02^1H：和02的質量分別

為多少？

【分析】此題關鍵在搞清基本單元。

【解】盡管ImolH+和1川。1(〃2汨2的質量都是1.008g,但是前者的基本單元為氫離子

H+,后者的基本單元為(1/2)氏，因此，兩者是完全不同的概念，

ImolIH2+(1/2)O2J中山的質量〃小1.008gX2=2.016g

Imo)[H2+(l/2)O2]中O2的質量/〃=15.999gX24-2=15.999g

【例0-2】物質的量濃度計算

2

市售濃硫酸密度為1.84kgL\H2s04的質量分數(shù)為96%,計算c(H2s。4)和以鼻H2so

單位用mol-L'o

【分析】此題目的是復習中學所教的對物質的量濃度的計算

【解】H2s0」的摩爾質量為98gmol/，5H2so4的摩爾質量為49gmolL

96xl.84kg?LTxl000g-kgT

?H2so4)=98g，mo1-1x,0°=18molL-'

]96xL84kg-L7xl000g?kgT

c(2H2SO4)=49gmeLx100=36molL-1

\_

乂，根據(jù)式<0-3)c(2H2SO4)=2c(H2s04=2X18molf1=36mol-L*1

二、質量濃度

物質B的質量濃度(massconcentration)。B定義為

/〃B

V

〃B(0-4)

式中〃7B為B的質量、V是溶液的體積。質量濃度的S1單位為kg?m-3,醫(yī)學上常

用的單位為g?L。mg!/、pg-LT等，質量單位可變，體積單位不變。質量濃度

多用于溶質為固體配制的溶液，此時可不寫出量符號PB,例如對NaCl溶液可直

接寫為“NaCI溶液9g?!?”或“9g?LTNaCI溶液”。又如輸液用等滲葡萄糖

C6Hl2。6的標簽上過去標為5%,現(xiàn)在應同時標明質量濃度和物質的量濃度“50

gL'C6Hl2。6、0.28mol-L1C6Hl2O6”。

【例0?3】物質的量濃度與質量濃度換算

輸液用葡萄糖C6Hl2。6的濃度為c(C6Hl2。6)=0.278mol-L-',問它的質量濃度(gL」)為多

少？

【分析】物質的量濃度與質量濃度有如下?lián)Q算關系

c(B)mol-L'1-MBg-mol"=pBg-L-1

(0-5)

【解】PB=c(B)molL'1-A1Bg-mol=0.278mol-L'1X180gme>1"=50.0gL"

三、質量摩爾濃度

溶質B的質量摩爾濃度(molality)符號為阮，定義為

加皿_?B_

(0-6)/〃A

式中〃B為溶質B的物質的量，MA為溶劑A的質量。機的單位是moLkg：溶質

B的質量摩爾濃度有些教材使用符號〃?B,但易與質量符號〃?混淆，本書中使用

符號加。

質量摩爾濃度與溫度無關，因此在物理化學中廣為應用。

【例0-4】質量摩爾濃度的計算

將2.76g甘油(C3H8O3)溶于200g水中，已知M(C3H8。3)=92.0gmol,求質量摩爾

濃度僅C3H8。3)。

【分析】如的單位是mol,kgL所以，根據(jù)式(0-6)計算時溶質的質量單位用“g”，

而溶劑的質量單位用“kg”

2.76g

［解］b(GHQ)=92.0g?moltx0.200kg=0150mol.kg-i

四、物質的量分數(shù)

物質的量分數(shù)(amount-of-substance)也可稱為摩爾分數(shù)(molefraction)。B

的摩爾分數(shù)定義為：B的物質的量與混合物的物質的量之比，符號為XB,單位是

l(one)o即

沖血。7)

式中，喝為B的物質的量，為混合物總的物質的量。

若溶液由溶質B和溶劑A兩組分組成，則溶質B的摩爾分數(shù)為

XE="B/(〃A+〃B)(0-8)

式中加為溶質B的物質的量，〃人為溶劑A的物質的量。同理，溶劑A的摩爾

分數(shù)為：

?TA=〃A/(〃A+〃B)(0-9)

顯然JA+XB=1(0-10)

【例0?6】摩爾分數(shù)的計算

將7.00g結晶草酸(H2c2O42H2O)溶于93.0g水中，求草酸的摩爾分數(shù)MH2c2。4)。

【分析】結晶草酸的摩爾質量MH2c2O4?2H2。)=126gmoi1,而MH2c2。4)=90.0

gmol1,故7.00g姑品草酸中草酸的質量為

7.00gx90.0g-mol-1

m(H2C2O4)=126g?molt=5.00g

溶液中水的質量為(H2O)=93.0g+(7.00-5.00)g=95.0g

【解】

____________5.00g/90.0g-molT____________

-1_1

x(H2cq4)=⑸00g/90.0g-mol)+(95.0g/18.Og-niol)=00|04

五、質量分數(shù)

質量分數(shù)(massfraction)的符號為Q)B,單位是1(one),定義為

COB"%(0-11)

式中為物質B的質量，加為混合物超質量。

如果l()0g溶液中含有l(wèi)OgNaCl,①(Na。)=0.1。

六、體積分數(shù)

體積分數(shù)(volumefraction)的符號為"，單位是l(one),定義為

8B皿迄(。-⑵

式中心是純物質B在某溫度和壓力下的株積，V是混合物中各組分的純物質在

該溫度和壓力下的體積之和。

體積分數(shù)常用于溶質為液體的溶液，近似計算時忽略混合過程中產生的體積

變化，用溶質的體積除以溶液的體積。(p(C2H5OH)=5%,表示該溶液是純乙醇

5mL加水至100mL配制而成。

第三節(jié)標準平衡常數(shù)的表達式

對于任一可逆反應。A+bB7-ID+eE

正逆反應速率相等時達到平衡，只要外界條件不變，各物質的分壓或濃度就

不再發(fā)生變化。對于溶液中的反應有如下關系式

Ke=QD-Epc)

(0-13)

~QA］/c。)<B］/d)〃

式中［A］、［B］和［D］、［E］分別表示反應物和生成物的平衡濃度。

對于氣體反應，有如下關系式

Ke_(PD/P°)"(PE/P°)‘

(0-14)

(PA/P°)"(PJP°)”

式中〃A、〃B和"D、〃E分別表示反應物和產物的平衡分玉。

式(0-12)(0-13)中的K?稱為標準平衡常數(shù)(standardequilibriumconslanl)。

標準平衡常數(shù)Ke與溫度有關，與濃度或分壓無關。Ke的數(shù)值反映了化學

反應的本性，K6值越大，化學反應向右進行得越徹底。因此，標準平衡常數(shù)

是一定溫度下，化學反應可能進行的最大限度的量度。

因為c0=lmo「L\pe=100kPa,所以K。是單位為1的量。

標準平衡常數(shù)依的表達式應該像式(0-13)(0-14)那樣，但書寫十分麻煩。為

方便起見，本書采用一種變通的方法，除了在熱力學的章節(jié)外，在其他章節(jié)用K

代替K。，同時在式(0-13)中不寫出修，在式(0-14)中不寫出盧，即

(0-15)

K

=［￡DTW(0-16)

［幺】"【//

例如，對于醋酸HAc的質子轉移平衡HAc+H2O、一Ac+FhCT,

其標準平衡常數(shù)不寫成

KQ=(出3。+］/-)(［AC-］/J)

(［HAc-

+

而寫成K=IH3O][AC]

IHAc]

對于多相離子平衡如AgCl(s)Ag+(aq)+Cl'(aq),

其標準平衡常數(shù)不寫成K卬e={[Ag+]/ce){[Cr]/ce},而寫成Ksp=|Ag+][C「]。

對于配位平衡如Ag++2NH3IAg(NH3}2]+,其標準平衡常數(shù)不寫

{[Ag(NH3)C[Ag(NH)^]

成K產=,而寫成Ks32

+22

{[Ag]/^}UNH3]/^}lAg'HNHJ

在電極電位能斯特方程中也用簡便書寫方法處理。

思考題和練習題

1.為什么說化學和醫(yī)學的關系密切，醫(yī)學專業(yè)學生必須學好化學？

2.“1mol硫酸的質量是98.0g”，對嗎？

3.0.4molH2SOj溶解于水，配成500mL溶液，其濃度表示正確的是

AC(H2SO4)=0.8molL-'Bc[(I/2)(H2SO4)]=0.8mol-L-'

Cc[(l/2)(H2SO4)]=O4mol-L-1D硫酸的濃度為0.8

4.下列說法正確的是

A“1molO”可以說成“Imol原子O”

B1摩爾碳C原子等于12g

C1L溶液中含有H2SCh98g