清华大学 无机与分析化学课件1

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无机化学
无机化学的主要研究对象是周期系中各种 元素及其化合物（不包括碳氢化合物及其衍生 物）。最活跃的分支包括：配位化学、金属有 机化学、生物无机化学和材料无机化学。
分析化学
分析化学是研究物质组成的科学。其任务 是鉴别和测定物质的化学成分、化学结构、存 在形式以及测定有关组分的含量等。
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主要参考书
CaCO3(s)

CaO(s) + CO2(g)
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CO2
14CO
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CaCO3(s), CaO(s)
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
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二. 经验平衡常数 在溶液中，对一般可逆反应而言：
bB ++ dD 2bB 2dD
达到平衡时：
eE + fF + 2fF 2eE
e f . c c E F 2 （经验平衡常数） = ( b d) cB . cD
2. 压力的影响 增大压力，平衡沿气体分子 数减少的方向移动；减小压力，平衡沿气体 分子数增加的方向移动。 3. 温度的影响 升高温度，平衡沿吸热反应 的方向移动；降低温度，平衡沿放热反应的 26 方向移动。
五. 标准平衡常数及活度
使用经验平衡常数所存在的问题：
① 在同一温度下，浓度较高时，经验常数不能
气体的活度，一般又称为逸度。
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对于溶质：标准状态为单位浓度(cq = 1 mol/L)
对于溶剂和固体：标准状态为纯物质
气态的标准状态为一个大气压(p = 101.325 kPa) 六. 电解质溶液 1. 弱电解质的解离平衡 HB
q Ka
H+ + B-
=
a H + a Ba HB
或
[ H ][ B ] Ka = [ HB]
保持恒定；
② 当反应物的总分子数与生成物的总分子数不
相等时，经验常数是有量纲的。
如果在平衡常数表达式中用组分的活度代替相 应浓度，就得到标准平衡常数的表达式：
e f . a a q F K = E b d . aB aD
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将一个物理量表示为基本量的幂次之积， 称为该物理量对选定的一组基本量 ( 单位制 ) 的量纲积或量纲。 在国际单位制中七个基本量为：长度、 质量、时间、电流、温度、物质的量和光强 度。 速度的单位可以是：米 / 秒，千米 / 小时等， 而它的量纲只有一个：长度时间-1。 电位的单位可以是：伏特，毫伏等，而它的 量纲是：长度2质量时间-3 电流-1。
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活度可以粗略地看作物质在化学反应中起作用
的“有效浓度”，其量纲为一。对理想溶液（或
浓度很稀的真实溶液）而言，是物质所处的状态 c 与标准状态cq相比后所得的数值，即：
a = c/cq
所以标准状态本身的活度为 1。对真实溶液而言，
活度a与浓度c之间的关系是：
a = (c/cq)
式中：称为活度系数，其数值区间为从0到1。
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化学家的工作： 1. 了解自然：发现和分离自然界中已经 存在的物质，使之更好地为人类所利 用 2. 超越自然：设计和创造自然界中不存 在的物质，改善人类的生存条件，维 护可持续性发展
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农业 电子学
Hale Waihona Puke Baidu
材料
冶金 地质
化工 医药
生物
化学 环境
化学是一门基础科学
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化学 与 食品 安全
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化学 与 人类 健康
第五章 多相平衡与沉淀测定法 (§4.5，第十八章，§19.5) 第六章 氧化还原平衡和氧化还原滴定法 (§3.4，§3.6，§3.8，第五章，§19.4)
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第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 第十三章
紫外-可见吸光光度分析 (第二十章) 原子结构 (第六章) 分子结构 (第七章， §8.3， §8.4) s 区元素 (第九章) p 区元素 (第十章) ds 区元素 (第十一章) d 区元素和 f 区元素 (第十二章)
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第一章 化学平衡和定量分析方法（第四版） (§3.1，§3.2， §3.4， §4.3，第十六章，§19.1) 第二章 酸碱平衡与酸碱滴定法 (§4.1，§4.2，§4.4，§19.2)
第三章 定量分析中的误差和数据处理 (第十七章) 第四章 配位平衡和配位滴定法 (§8.1，§8.2，§8.5，§8.6， §19.3)
的过程，称为定量分析。以化学反应为基础的定
量分析方法主要有重量分析法和滴定分析法。
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一. 可逆反应和化学平衡 包括化学平衡在内的所有平衡系统具有以下三个特 征： 1. 平衡是动态的 达到平衡的系统中各组分含量保 持不变，只是正、逆反应的速率正好相等而已。 2. 平衡是有条件的 当外界条件改变时，系统的 平衡状态即被破坏，并会在新的条件下重新建立 新的平衡。 3. 达到平衡状态的途径是双向的 向都能到达同一平衡状态。 不论从哪个方
三. 多重平衡规则
如果一个反应可以由几个反应相加（或相减） 得到，则该反应的平衡常数等于这几个反应的平 衡常数相乘（或相除）之积（或商）。这种关系 就称为多重平衡规则。 反应 1：H2(g) + S(s)
pH2S H2S(g) K1 = pH2 pSO2 SO2(g) K2 = pO 2
反应 2： S(s) + O2(g)
c .c = KK c c = c .c
e 2e f 2 f c cF EE . F b2 b d 2 d c cD BB . D
对于气体反应，平衡常数中的浓度项应用各自
的气体分压代替，得：
Kp =
e . f pE pF b . d pB pD
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道尔顿分压定律：混合气体中某一组分的分压 是指该组分在同一温度下单独占有混合气体的 容积时所产生的压力，而混合气体的总压力则 等于各组分气体分压之和。
第十四章 复习
生命元素及其在生物体内的作用 (第十三章)
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第一章 化学平衡和定量分析方法
§1. 化学平衡
反应的可逆性和不彻底性是一般化学反应的
普遍特征。在一定的条件下，当可逆反应中正反 应的速率和逆反应的速率相等时，反应体系所处 的状态称为化学平衡。 §2. 定量分析方法的分类及一般过程 根据试样中物质的物理、化学性质确定其含量
0.96 0.86 0.72 0.54
0.95 0.74 0.62 0.43
0.93 0.65 0.52 0.32
0.85 0.56 0.28 0.11
0.80 0.46 0.20 0.06
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根据德拜-休克尔公式可计算活度系数：
- lg i =
2 0.509z i
。 1 + Ba I
I
式中，z为溶质i所带的电荷数，I为溶液 的离子强度， B 为常数， 25C 时其值为 0.328 ， å 为离子的体积参数，约等于水 化离子的有效半径，以埃为单位，一般 可从有关的表中查得其数值。
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+
-
解离度 =
已离解的电解质分子数
溶液中原有的电解质分子总数
HB H+ + B-
(c)(c) [ H ][ B ] = Ka = c(1 - ) [ HB]
+ -
因1-1
Ka =
c 2
Ka 或 = c
1:1的弱电解质在溶液中的解离度与其解离平衡
常数的平方根成正比，与浓度的平方根成反比。
无机与分析化学
教材：南京大学《无机及分析化学》编 写组，《无机及分析化学》（第四版）， 北京：高等教育出版社，2006。
王如骥
电话： 62773423（理科楼D-118） 62784526（H） E-mail: bxwang@mail.tsinghua.edu.cn
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http://Info.tsinghua.edu.cn
1. 史启祯主编，《无机化学与分析化学》第 二版），北京：高等教育出版社，2005。 2. 傅献彩主编，《大学化学》（上、下册）， 北京：高等教育出版社，1999。
3. 天津大学无机化学教研室编，《无机化学》 （上、下册）（第二版），北京：高等教 育出版社，1992。
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4. 薛华，李隆弟等编著，《分析化学》（第二版）， 北京：清华大学出版社，1994。 5. 彭崇慧，冯建章等，《定量分析化学简明教程》 （第二版），北京：北京大学出版社，1997。 6. 周公度主编，《大学化学词典》，北京：化学工 业出版社，1992。 7. 陈寿椿编，《重要无机化学反应》（第二版）， 上海：上海科学技术出版社，1982。 8. 申泮文，王积涛主编《化合物词典》上海：上海 辞书出版社，2002。
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化学是一门在原子和分子层面上研究
物质的性质、组成、结构、变化和应用的 科学。它涉及自然界中已有的物质和由人 类创造的新物质，以及这些物质之间的相 互作用和转化规律。
从开始用火的原始社会，到使用各种人造 物质的现代社会，人类一直都在享用化学 的成果。人类的生活能够不断地提高和改 善，有赖于科学技术的进步，而化学的贡 献在其中起了重要的作用。 8
反应 3 = 1– 2： H2(g) + SO2(g)
H2S(g) + O2(g)
K3 =
pH2S pO2 pH2 pSO2
K1 = K2
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四. 化学平衡的移动 一切平衡都只是相对的、暂时的。当外界 条件改变时，系统从一种平衡状态转变到另一种
平衡状态的过程称为平衡移动。所有的平衡移动
都服从勒夏特列（ Le Chatelier ）原理：当改变 平衡体系的条件之一，如温度、压力或浓度时， 平衡就向减弱这个改变的方向移动。这是一条适 用范围很广的科学原理，除了化学平衡外，还适
用于物理的、生物的、经济活动领域以及其它平
衡系统。是平衡条件改变时，判断平衡移动方向 的定性规律。
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浓度和压力的改变，导致的平衡移动，但不会改
变平衡常数；温度的改变，则还要引起平衡常数
的改变。
1. 浓度的影响 增加反应物的浓度或减少生 成物的浓度时，平衡将沿正反应方向移动； 减少反应物或增加生成物的浓度时，平衡沿 逆反应方向移动。
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2. 强电解质溶液 1，称为表观解离度。
a = (c/cq)
实验测得的强电解质在水溶液中的解离度都小于
1 2 2 + c2 z2 + + 溶液离子强度 I = (c1z1 2 L ci zi ) 2
离子强 度I 活度系数
0.001
0.005
0.01
0.05
0.1
离子价数 一价离子 二价离子 三价离子 四价离子
如果混合气体的物质总量为 n 摩尔，而其中某
一组分i的摩尔数为ni，则其摩尔分数 ni xi = n 则该组分的分压 pi = xip 这是道尔顿分压定律的另一种表达形式。
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CO2 K = pCO CaCO3(s), CaO(s) CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
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固体和溶剂的浓度不包括在平衡常数的表达式中。 23