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无机化学

无机化学. 绪论. 一、化学是研究物质变化的科学 1 、化学研究的对象：只局限于原子、分子和离子这一层次的实物。 2 、化学研究的内容： 3 、化学是 一门在原子、分子和离子这一层次研究物质的组成、结构性质变化及其内在联系和外界变化条件的科学 ，简而言之： 化学是研究物质变化的科学。 4 、研究化学的目的. 5 、 化学的地位 ★ 是自然科学的核心一级学科。 ★ 是自然科学中处于承上启下地位的中心学科。. 物理学. 计算与信息科学. 数 学. 地质与环境科学. 天文学. 化 学. 工程科学. 材料科学. 生命科学.

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无机化学

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  1. 无机化学

  2. 绪论 一、化学是研究物质变化的科学 1、化学研究的对象：只局限于原子、分子和离子这一层次的实物。 2、化学研究的内容： 3、化学是一门在原子、分子和离子这一层次研究物质的组成、结构性质变化及其内在联系和外界变化条件的科学，简而言之：化学是研究物质变化的科学。 4、研究化学的目的

  3. 5、化学的地位 ★ 是自然科学的核心一级学科。 ★ 是自然科学中处于承上启下地位的中心学科。 物理学 计算与信息科学 数 学 地质与环境科学 天文学 化 学 工程科学 材料科学 生命科学

  4. ★ 化学是理论与应用并重的科学 信息电子 生物技术 新材料 化学 冶金 新能源 医药 卫生 军事国防 衣、食、住、行 资源利用，环境保护

  5. 6、化学的分支(二级)学科： 无机化学、核和放射化学、 分析化学、有机化学、物理化学、高分子化学和环境化学等；应用方面(交叉边缘学科)有燃料化学、材料化学、生物化学、激光化学、地质化学、计算化学、能源化学、绿色化学、化学信息学、纳米化学、化学生物学等。

  6. 二、无机化学简介 1、无机化学的研究对象和发展 对象：以周期律为基础，承担着研究除碳氢化合物及其衍生物以外的所有元素的单质和化合物组成结构性质和反应的重大任务。 发展：正从基本上是描述性的科学向推理科学过渡，从定性向定量过渡，从宏观向微观深入。 分类: 普通元素化学 稀有元素化学 稀土元素化学 配位化学 金属间化合物化学 无机高分子化学 无机合成化学 同位素化学

  7. 边缘学科：生物无机化学 固体无机化学 金属有机化学 金属酶化学 2、无机化学任务 （1）发展无机合成化学（有机合成材料在高温度和耐热性能方面远不如无机合成材料） （2）发展稀土元素化学（稀土元素具有特殊性能，同时我国稀土储量丰富） （3）发展配位化学（自然界化合物绝大部分都以配合物形式存在，金属分离、分析和提取化工合成的催化、电镀）

  8. 三、无机化学中常用的计量单位 基本单位 名称 符号 长度 米 m 质量 千克(公斤) Kg 时间 秒 s 电流 安培 A 热力学温度 开尔文 K 物质的量 摩尔 Mol

  9. 常用国际单位制 词头 词头名称 符号 103千 K 102百 h 10 十 da 10-1分 d 10-2厘 c 10-3 毫 m 10-6微  10-9纳 n

  10. 四. 化学发展史 ——四次革命

  11. 波义耳1661年发表了“怀疑派化学家”(The Sceptical Chymist)，指出:“化学不是为了炼金，也不是为了治病，它应当从炼金术和医学中分离出来，成为一门独立的科学”。波义耳极为崇尚实验，指出，“空谈毫无用途，一切来自实验”。他把严密的实验方法引入化学研究，使化学成为一门实验科学。 恩格斯的评价：“把化学确立为科学” 被誉为“化学之父”（墓碑语）。

  12. 法国化学家拉瓦锡1783年出版名著“关于燃素的回顾”，提出燃烧的氧化学说。法国化学家拉瓦锡1783年出版名著“关于燃素的回顾”，提出燃烧的氧化学说。 拉瓦锡1789年出版了“初等化学概论”，首次给元素下了一个科学和清晰的定义：“元素是用任何方法都不能再分解的简单物质”。以科学元素说取代了传统思辨的旧元素论。揭开了困惑人类几千年的燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的“燃素说”为标志，发动了第二次化学革命，被誉为“化学中的牛顿”。

  13. 英国化学家道尔顿创立科学原子论(化学原子论)，揭示了各种化学定律、化学现象的内在联系，成为说明化学现象的统一理论，完成了化学领域内一次极为重大的理论综合。有人称为近代化学史上的第三次化学革命。英国化学家道尔顿创立科学原子论(化学原子论)，揭示了各种化学定律、化学现象的内在联系，成为说明化学现象的统一理论，完成了化学领域内一次极为重大的理论综合。有人称为近代化学史上的第三次化学革命。 1807年道尔顿发表《化学哲学新体系》，全面阐述了化学原子论的思想

  14. 1930年，美国化学家鲍林（L.Pauling，1901－1994）和德国物理学家J.C.Slater（1900－1976）把量子力学处理氢分子的成果推广到多原子分子体系，建立了价键理论（VBT）。阐明了共价键的方向性和饱和性，指出了由于原子轨道重叠方式不同而形成的σ键和π键这两种基本共价键类型。

  15. 1931年，为解释甲烷分子的空间构型，鲍林又根据波函数叠加原理，提出了杂化轨道理论。作为价键理论的重要补充，较满意地解释了共价多原子分子的空间构型。1931年，为解释甲烷分子的空间构型，鲍林又根据波函数叠加原理，提出了杂化轨道理论。作为价键理论的重要补充，较满意地解释了共价多原子分子的空间构型。 代表作“化学键的本质”至今仍是一部权威性著作。还提出电负性、键参数、杂化、共振、氢键等概念。在生物化学领域提出了蛋白质分子多肽链的螺旋结构。 在量子化学和结构化学领域，几乎到处可以看到鲍林的足迹。1954年获诺贝尔化学奖，1962年获诺贝尔和平奖

  16. 第一章 化学基本概念和定律 §1-1 物质的聚集状态 体系：为研究的需要和周围的物质隔离开来的被研究的对象。 聚集状态：物质在一定条件下所呈现出来的存在形态。 相：体系中任何具有相同的物理性质和化学性性质的部分，相与相之间有界面隔开。 物质存在的四种不同物理聚集状态：气态、液态、固态和等离子态。

  17. §1-2 气体 2-1、理想气体定律 一、理想气体 1、气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性。 2、人们将符合理想气体状态方程的气体，称为理想气体。 3、理想气体：没有作用力、气体本身体积忽略。

  18. 二、理想气体状态方程： pV = nRTR----摩尔气体常量 在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3 R=8.314 kPaLK-1mol-1

  19. R=1atm×22.414 l /1mol×273.15k=0.08206 atm·l/mol·k 通用单位制中R的值: 0.08206 atm·l/mol·K 1.978 cal/mol·K 6.236×104 m·mHg·ml/mol·K 通用单位制R的值: 8.314 pa·m3/mol·K 8.314 kpa.dm3/mol·K 8.314 J/mol·K

  20.  = 三、 理想气体状态方程的应用 1.计算p，V，T，n中的任意物理量 pV = nRT 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。 2. 确定气体的摩尔质量 3. 确定气体的密度

  21. 四、气体混合物 （1）、气体分压定律 组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。 分压： 组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。

  22. 分压定律： 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。 p = p1 + p2 +  或 p = pB

  23. 例题：某容器中含有NH3、O2、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3) =0.320 mol，n(O2)=0.180 mol，n(N2) =0.700 mol。混合气体的总压p=133.0 kPa。试计算各组分气体的分压。 解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2) =0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol

  24. p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPa

  25. 分压定律的应用

  26. 例题：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25℃下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25℃时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L，计算反应中消耗锌的质量。例题：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25℃下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25℃时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L，计算反应中消耗锌的质量。 解： T =(273+25)K = 298K p=98.70kPa V=2.50L 298K时，p(H2O)=3.17kPa Mr (Zn)=65.39

  27. n(H2) = =0.0964mol Zn(s) + 2HCl  ZnCl2 + H2(g) 65.39g 1mol m(Zn)=? 0.0964mol m(Zn) = =6.30g

  28. （2）、 分体积定律 分体积： 混合气体中某一组分B的分体积VB是该组份单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。

  29. 五、气体扩散定律 相对分子质量越大，气体扩散的越慢。

  30. 将氨气和氯化氢气体分别从一根120cm长的玻璃管向管内自由扩散，试问两种气体，在玻璃管的什么位置相遇而生成NH4Cl白烟。将氨气和氯化氢气体分别从一根120cm长的玻璃管向管内自由扩散，试问两种气体，在玻璃管的什么位置相遇而生成NH4Cl白烟。 解：假设经过七秒后两种气体在距NH3端x处相遇 则 HCl和NH3移动速度之比为： 答：在离NH3气体端71.3cm处相遇。

  31. 六、真实气体 真实气体与理想气体的偏差 理想气体状态方程仅在足够低的压力下适合于真实气体。 产生偏差的主要原因是： ①气体分子本身的体积的影响； ②分子间力的影响。

  32. Van der Waals 方程 a,b称为van der waals常量。 (V-nb)=Videal等于气体分子运动的自由空间 b为1mol气体分子自身体积的影响。 分子间吸引力正比于 (n/V)2 内压力 p′=a(n/V)2 pideal=preal+a(n/V)2

  33. 表1-1某些气体的Van der Waals 常量

  34. 例题：分别按理想气体状态方程和van der waals方程计算1.50mol SO2在30℃占有20.0L体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少为2.00L，其相对误差又如何？ 解：已知：T =303K，V=20.0L，n=1.50mol， a=0.6803Pa · m6 · mol-2， b=0.563610-4m3 · mol-1

  35. 2-2、理想气体运动方程 一、气体分子的运动情况（马克斯韦尔） up（最几速率，几率最大） （算术平均速度） (均方根平均速度) up：：=1.000 : 0.921: 0.816

  36. n % fEo=exp(-Eo/RT) T1 T2 E Eo 二、气体分子运动方程式

  37. 三、利用气体分子运动方程式定量解释气体定律三、利用气体分子运动方程式定量解释气体定律 因为分子的平均动能同绝对温度成正比 ∵6.02×1023 k 恰好等于气体常数R ∴PV=nRT

  38. 2-3 气体的液化 液化有两个条件：降温、加压。 在加压下使气体液化所需的最高温度，人们把它称之为临界温度（Tc）。 在临界温度下使气体液化所需要的压力 为临界压力（Pc） 在临界温度和临界压力下，1mol气态物质所占有的体积为临界体积（Vc） 临界状态：是一种不够稳定的特殊状态，气体和液体之间的性质差别将消失，两者的界面将消失。

  39. n % n=Zexp(-E/kT) T1 T2 E E 挥发 F 液体 水 §1-3 液体 流动性，掺混性，一定的表面张力和熔沸点。 3-1、 水的蒸气压 因热运动, 部分高能分子克服表面张力逃逸出来

  40. p*/ kPa 乙醚 水 乙醇 冰 温度T 蒸发 凝聚 水 一、饱和蒸气压：当凝聚速度与蒸发速度相等时，体系达到了一种动平衡状态，液面上的蒸气分子不再增多，到达饱和。这时饱和蒸气压所产生的压力叫做饱和蒸气压，简称蒸气压 仅与液体的本质和温度有关 物质不同蒸气压不同

  41. p*/ kPa 101.325 0.611 T Tb Tf 二、沸点与凝固点 当液体的蒸气压等于外界压力时温度称为沸点。 某物质的固相和液相蒸气压相等时的温度称为该物质的凝固点。 3-2 溶液

  42. 一 溶液浓度的表示方法 2 物质B的浓度： cB= 4 物质B的物质的量分数(摩尔分数)： xB= 6 物质B的质量浓度(密度)：dB= 单位: kg·m-3 1 物质B的质量分数： wB= 单位：mol·dm-3 3 物质B的质量摩尔浓度： mB= 5 物质B的体积分数： = 单位: mol·kg-1 各种浓度表示方法之间可以相互换算。

  43. p* 纯水 溶液 冰 温度T 二、非电解质溶液的依数性 包括蒸气压下降、沸点升高、凝固点（冰点）下降和渗透压。 （1）、溶液的蒸气压下降——拉乌尔定律 拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发的非电解质稀溶液蒸气压下降与溶质的摩尔分数成正比。

  44. 对于水溶液 1000g=55.5 mol （1）只适用于难挥发的非电解质稀溶液 （2）m为质量摩尔浓度 （3）K为质量摩尔浓度蒸气压下降常数与溶剂的种类有关，与溶质本性无关

  45. p*/ kPa B 101.325 O A D T C Tf’ Tf Tb Tb’ （2）、溶液沸点升高 A、沸点升高的根本原因是溶液蒸气压的下降 B、难挥发非电解质稀溶液的沸点升高和溶液的质量摩尔浓度成正比 为使溶液的蒸汽压 与外压相等，必须提高温度 溶液的蒸汽压总是低于溶剂 Kb称为沸点上升常数，数值上等于1摩尔溶质1000克该溶剂所引起沸点上升的度数。不同的溶剂的Kb不同。 △Tb 所提高的温度就是沸点上升

  46. p*/ kPa B 101.325 O A D T C Tf’ Tf Tb Tb’ （3）、溶液凝固点下降 A、溶液凝固点降低的原因是溶液蒸气压下降 B、难挥发的非电解质稀溶液的凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比（而与溶质的性质无关） 所降低的温度 就是凝固点下降 为使溶液的蒸气 压与固相的相同 必须降低温度 △Tf

  47. 1) 对于同一溶剂，Tb、 Tf只与m大小有关, 与溶质种类无关  只与粒子数目有关——依数性 2) 只严格适用于不挥发、非电解质、稀溶液。否则 易挥发电解质浓溶液 另行处理 3) 都是正值，且对于相同浓度的溶液有： 性 质 蔗糖 HAc溶液 NaCl溶液 蒸气压p 蒸气压下降p 沸点Tb 沸点上升Tb 凝固点Tf 凝固点下降Tf 高 中 低 小 中 多 低 中 高 小 中 多 高 中 低 小 中 大

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