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绿色无机合成PPT资料(正式版)
化学气相沉积法的原理
• CVD的化学反应主要有两种：一种是通过各种初始气体之间的反应 来产生沉积；另一种是通过气相的一个组分与基体表面之间的反应 来沉积。
• 最典型的是浓度边界层模型（见图1），它比较简单地说明了CVD 工艺中的主要现象———成核和生长的过程。
图1 浓度边界层模型示意图 ａ．反应气体被强制导入系统；ｂ．反应气体由扩散和整体流动穿过边 界层；ｃ．气体在基体表面的吸附；ｄ．吸附物之间或者吸附物与气态 物质之间的化学反应；ｅ．吸附物从基体解吸；ｆ．生成气体从边界层 到气流主体的扩散和流动；ｇ ．气体从系统中强制排出
Cａ:原．子 反层应• 次气的体这沉被种积强方制p法导型符入合系Z“统n原；O子纳经济米性”线原可理 以作为基体来制造居里温度高于室温的一维稀磁 性半导体（DMS)纳米结构。
图2 蓝宝石衬底生长的p型ZnO纳米线阵列
CVD法合成p型掺杂ZnO纳米线实例二
Prog Mater, ,18(7):1020-1030
绿色无机合成
绿色合成及CVD
• 绿色化学的理想在于不再使用有毒有 害物质，不再产生废物，不再处理废 物，是一门从源头上阻止污染的化学
• 化学气相沉积法（CVD）是将含有组 成材料的一种或几种化合物气体导入 反应室，通过化学反应形成所需要的 材料的方法。
绿色化学12条原则
• 原子经济性：合成方法应具有“原子经济性”， 即尽量使参加反应的原子都进入最终产物。
• 绿色化学合成：在合成中尽量不使用和不产生对 人类健康和环境有毒、有害的物质。
• 设计安全化学品：设计具有高使用功效和低环境 毒性的化学品。
• 采用安全的溶剂和助剂：尽量不使用溶剂等辅助 物质，必生产过程应该在温和的温 度和压力下进行，而且能耗应最低。
无机合成化学第四章软化学和绿色化学合成方法ppt课件
绿色化学是针对传统化学对环境造成污染
而提出的新概念，是利用化学原理从根本上减 少或消除传统工业对环境的污染。
主要特点：原子经济性，即在获取新物质
的转化过程中充分利用原料中的每个原子，实
现化学反应中废物的“零排放”。
6
绿色化学的12条原则（P127）
绿色化学的特点 ——高效、节能、经济、洁净
7
4.1.3 绿色化学和软化学的关系
1). Reactants of comparable water solubility cannot be found. 2). The precipitation rates of the reactants is markedly different. 3). Accurate stoichiometric ratios may not always be maintained.
Al(O-iC3H7)3 Al(O-sC4H9)3
Ti (O-iC3H7)4 Ti(OC4H9)4 Ti(OC5H7)4
B(OCH3)3
阳离子 Ge Zr Y Ca
M(OR)n Ge(OC2H5)4 Zr(O-iC3H7)4
Y(OC2H5)3 (OC2H5)2
19
2、无机盐的水解-缩聚反应
水解反应：Mn+ ＋nH2O → M(OH)n ＋ nH+
多孔材料 纤维材料
23
纤维材料
前 驱 体 经 反 应 形 成 类 线 性 无 机 聚 合 物 或 络 合 物 ， 当 粘 度 达 10~100Pa·s时，通过挑丝或漏丝法可制成凝胶纤维，热处理后可转变 成相应玻璃或陶瓷纤维。
克服了传统直接熔融纺丝法因特种陶瓷难熔融而无法制成纤的困难， 工艺可以在低温下进行，纤维陶瓷均匀性好、纯度高。
无机合成化学 合成方法PPT课件
－111.6 －126.3 －130 －160.5 －183
液化气体的贮存和转移
实验室中少量的液氮、液氧： 贮存液化气体的容器，根据体积的大小和用途的
不同，一般有杜瓦瓶、贮槽（贮罐）、槽车和槽船 等。
液化气体贮槽由贮存液化气体的内容器、外壳体 、绝热结构以及连接内、外壳体的机械构件组成。 除此之外，贮槽上通常还设有测量压力、温度、液 面的仪表，液、气排注和回收系统，以及安全措施 等。
第25页/共96页
工业应用实例 --- 氢还原法制钨
此炉加热区长1.5~2M, 通过设计加热线圈使管内温度沿管
均匀地上升至800~900 ℃,管的一端装有冷凝器。
操作注意：
氢气要纯、钨粉的粒度要合适、还原温度要合适
第26页/共96页
氢还原法制钨大致可分为三个阶段： (1) 2WO3+H2===W2O5+H2O (2) W2O5+H2====2WO2+H2O (3) WO2+2H2====W+2H2O
Al、In、Tl、稀土、Ge、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mn、Fe、 Co、Ni等
第28页/共96页
①还原剂的选择依据
当两种以上金属可以作还原剂时 • 还原力强 • 不能和被还原的金属生成合金 • 可以制得高纯度的金属 • 副产物容易分离 • 成本低廉
第29页/共96页
常用还原剂及其还原能力
②助熔剂
• 作用有两个：改变反应热，二是使熔渣易与被还原的金属分离； • 用Ca、Mg、Al还原氧化物时，生成的氧化物很难熔，一般要加入氟化物
作为助熔剂。
第31页/共96页
③ 一种重要的还原剂－铝热还原 • 还原氧化物时一般采用廉价的Al作为还原剂，缺点是形成合金，一般采用调节反应物混合比的方法，尽量 使铝不残留在生成金属中。 • 硅也作还原剂，挥发小，可用在能蒸馏法或升华法提纯的金属上。
液化气体的贮存和转移
实验室中少量的液氮、液氧： 贮存液化气体的容器，根据体积的大小和用途的
不同，一般有杜瓦瓶、贮槽（贮罐）、槽车和槽船 等。
液化气体贮槽由贮存液化气体的内容器、外壳体 、绝热结构以及连接内、外壳体的机械构件组成。 除此之外，贮槽上通常还设有测量压力、温度、液 面的仪表，液、气排注和回收系统，以及安全措施 等。
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工业应用实例 --- 氢还原法制钨
此炉加热区长1.5~2M, 通过设计加热线圈使管内温度沿管
均匀地上升至800~900 ℃,管的一端装有冷凝器。
操作注意：
氢气要纯、钨粉的粒度要合适、还原温度要合适
第26页/共96页
氢还原法制钨大致可分为三个阶段： (1) 2WO3+H2===W2O5+H2O (2) W2O5+H2====2WO2+H2O (3) WO2+2H2====W+2H2O
Al、In、Tl、稀土、Ge、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mn、Fe、 Co、Ni等
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①还原剂的选择依据
当两种以上金属可以作还原剂时 • 还原力强 • 不能和被还原的金属生成合金 • 可以制得高纯度的金属 • 副产物容易分离 • 成本低廉
第29页/共96页
常用还原剂及其还原能力
②助熔剂
• 作用有两个：改变反应热，二是使熔渣易与被还原的金属分离； • 用Ca、Mg、Al还原氧化物时，生成的氧化物很难熔，一般要加入氟化物
作为助熔剂。
第31页/共96页
③ 一种重要的还原剂－铝热还原 • 还原氧化物时一般采用廉价的Al作为还原剂，缺点是形成合金，一般采用调节反应物混合比的方法，尽量 使铝不残留在生成金属中。 • 硅也作还原剂，挥发小，可用在能蒸馏法或升华法提纯的金属上。
无机合成化学- 合成晶体-PPT演示文稿
水热法是一种在高温高压下从过饱和水溶液中进行结晶的 方法。
表征： X射线结构分析
在电磁波谱中，X射线的波长范围为0.005~10nm
射线
一张粉末衍射图能提供哪些信息？
获得材料成分、内部原子或分子的结构或形态等信息
随堂测试：
1.详述先进陶瓷的制备工艺流程。
2.详述晶体生长理论（层生长理论和螺旋生长理论）。
晶体的生长基础
相变过程和结晶的驱动力
• 晶体的形成是在一定热力学条件下发生的物质相变过 程，它可分为成核和晶体生长两个阶段。晶体生长又 包括两个基本过程，即界面过程和运输过程。
• 晶体的形成过程是物质由其它聚集态即气态、液态、 固态（包括非晶态和其它晶相）向特定晶态转变的过 程，其实质是相变过程。
熔融法
提拉法是被普遍采用 的晶体生长方法。在 一定温度场、提拉速 度和旋转速度下，熔 体通过籽晶生长，形 成一定尺寸的单晶。
水平区熔法：主要用于材料的物理提纯，但也常用于生长晶体。 生长晶体时，首先将原料烧结或压制成棒状，固定两端，然后 移动原料棒或加热高频线圈，使得只有受加热的部分熔融，而 绝大部分材料处于固态。随着熔区沿着原料棒由一端向另一端 缓慢移动，晶体就慢慢生长，并慢慢冷却直至完成生长过程。
石英的带状构造
晶体由小长大，许多晶面向外平行移动的轨迹 形成以晶体中心为顶点的锥状体称为生长锥或 砂钟状构造。
螺旋生长理论
合成晶体的方法和技术
人工晶体的制备实际上就是把组成晶体的基元（原子、 分子或离子）解离后又重新使它们组合的过程。按照晶体 组分解离手段的不同，人工晶体的制备有三大类。 气相法--使晶体原料蒸发或挥发，包含有化学气相沉积、 升华法、气相外延技术，化学气相运输法等。
指不考虑外来质点或表面的影响，在一个体系中各个地方成核 的概率均相等，称为均匀成核。
无机合成化学ppt课件
4.1 水热-溶剂热合成
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
4.1.1
概念与实例
⑴ 概念
水热-溶剂热合成是指温度为100～1000 ℃、压力为 1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行 的合成。在亚临界和超临界水热-溶剂热条件下,由于反应 处于分子水平,反应性提高,因而水热-溶剂热反应可以说扩 充了高温固相反应。又由于水热-溶剂热反应的均相成核 及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以 创造出其他方法无法制备的新化合物和新材料。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
本章将系统而简洁地介绍水热溶剂热合成、无水无氧合成和电解 合成三种合成方法，以及它们的一 些重要应用。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
Nd2O3 + H3PO4 → NdP5O14 CaO·nAl2O3 + H3PO4 → Ca(PO4)3OH + AlPO4 La2O3 + Fe2O3 + SrCl2 → (La, Sr)FeO3 FeTiO3 + KOH → K2O·nTiO2 (n = 4, 6)
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
4.1.1
概念与实例
⑴ 概念
水热-溶剂热合成是指温度为100～1000 ℃、压力为 1MPa～1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行 的合成。在亚临界和超临界水热-溶剂热条件下,由于反应 处于分子水平,反应性提高,因而水热-溶剂热反应可以说扩 充了高温固相反应。又由于水热-溶剂热反应的均相成核 及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同,因而可以 创造出其他方法无法制备的新化合物和新材料。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
本章将系统而简洁地介绍水热溶剂热合成、无水无氧合成和电解 合成三种合成方法，以及它们的一 些重要应用。
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
Nd2O3 + H3PO4 → NdP5O14 CaO·nAl2O3 + H3PO4 → Ca(PO4)3OH + AlPO4 La2O3 + Fe2O3 + SrCl2 → (La, Sr)FeO3 FeTiO3 + KOH → K2O·nTiO2 (n = 4, 6)
资料-无机合成(PPT课件)
2 合成路线和方法
1 新合成反应、路线与技术的开发以及相 关基础理论的研究
2 极端条件下的合成路线、反应方法与制 备技术的基础性研究
3 仿生合成与无机合成中生物技术的应用 4 绿色（节能、洁净、经济）合成反应与
工艺的基础性研究
5 特种结构无机物或特种功能材料的分子 设计、裁剪及分子（晶体）工程学
热力学在无机化合物制备中的应用
1 合金、金属陶瓷型二元化合物（如C、N、 B、Si 化合物）
2 酸、碱和盐类 3 配位化合物，金属有机化合物，团簇与
原子簇化合物
4 多聚酸和多聚碱及其盐类 5 无机胶态物质，中间价态或低价化合物 6 非化学计量比化合物 7 无机高聚物 8 标记化合物
1 实验技术 ● 高温、高压 ● 超高真空 ● 无氧无水 ● 中压水热合成 ● 低温真空
1 无机化合物制备反应的判据
△rGm＝△rHm -T△rSm
对于封闭体系恒温恒压过程，其制备反应方向判 据：
（△rGm）T，p＜0 制备反应能够进行 （△rGm）T，p＝0 制备反应达平衡态
（△rGm）T，p＞0 制备反应不能进行
如果制备反应在热力学上是可行的，但若反应进行 很慢，则该反应在实际上亦不可用，所以必须同时 考虑热力学和动力学这两个因素。
3 耦合反应在无机制备中的应用
(1)反应的耦合 按照热力学观点，反应的耦合是指：化学反应中把
一个在任何温度下都不能自发进行的（焓增、熵减型） 反应，或在很高温度下才能自发进行的（焓增、熵增 型）反应，与另一个在任何温度下都能自发进行的 （焓减、熵增型）反应联合在一起，从而构成一个复 合型的自发反应（焓减、熵增型），或在较高温度下 就能自发进行的（焓增、熵增型）反应。
[例4] 耦合促使氯化反应顺利进行
1 新合成反应、路线与技术的开发以及相 关基础理论的研究
2 极端条件下的合成路线、反应方法与制 备技术的基础性研究
3 仿生合成与无机合成中生物技术的应用 4 绿色（节能、洁净、经济）合成反应与
工艺的基础性研究
5 特种结构无机物或特种功能材料的分子 设计、裁剪及分子（晶体）工程学
热力学在无机化合物制备中的应用
1 合金、金属陶瓷型二元化合物（如C、N、 B、Si 化合物）
2 酸、碱和盐类 3 配位化合物，金属有机化合物，团簇与
原子簇化合物
4 多聚酸和多聚碱及其盐类 5 无机胶态物质，中间价态或低价化合物 6 非化学计量比化合物 7 无机高聚物 8 标记化合物
1 实验技术 ● 高温、高压 ● 超高真空 ● 无氧无水 ● 中压水热合成 ● 低温真空
1 无机化合物制备反应的判据
△rGm＝△rHm -T△rSm
对于封闭体系恒温恒压过程，其制备反应方向判 据：
（△rGm）T，p＜0 制备反应能够进行 （△rGm）T，p＝0 制备反应达平衡态
（△rGm）T，p＞0 制备反应不能进行
如果制备反应在热力学上是可行的，但若反应进行 很慢，则该反应在实际上亦不可用，所以必须同时 考虑热力学和动力学这两个因素。
3 耦合反应在无机制备中的应用
(1)反应的耦合 按照热力学观点，反应的耦合是指：化学反应中把
一个在任何温度下都不能自发进行的（焓增、熵减型） 反应，或在很高温度下才能自发进行的（焓增、熵增 型）反应，与另一个在任何温度下都能自发进行的 （焓减、熵增型）反应联合在一起，从而构成一个复 合型的自发反应（焓减、熵增型），或在较高温度下 就能自发进行的（焓增、熵增型）反应。
[例4] 耦合促使氯化反应顺利进行
无机合成011ppt课件
第二节 无机合成的基本问题
2.4 无机合成中的结构鉴定和表征问题
由于无机化合物和材料的合成对组成和结构有严 格的要求，因此结构的鉴定和表征对无机合成具有指 导作用。它包括对合成产物组成结构的确证，物化性 能的测定及对合成反应过程中间产物的检测等。
常规检测方法：组成分析、X射线衍射、光谱分析等 近代检测方法：低能电子衍射、低速粒子散射光谱
教学参考书
《无机合成化学》
张克立 孙聚堂 等编著 武汉大学出版社, 2004
主要内容
第1章 绪论 第2章 无机材料概述 第3章 无机合成科学基础 第4章 无机合成实验技术 第5章 无机合成方法 第6章 分离与纯化技术 第7章 无机合成化学进展
第一节 无机合成及其重要作用
1.1 无机合成定义：
随着科学技术发展及实际应用的需要，无机合成 愈来愈广泛地应用各种特殊实验技术和方法合成特殊 结构、聚集态（如膜、超微粒、非晶态等）及具有特 殊性能的无机化合物和无机材料。
合成无机半导体超薄膜 超高真空
合成低价态化合物或配合物 无氧无水条件
晶体多孔材料（分子筛） 水热条件
超硬材料
高温高压条件
第二节 无机合成的基本问题
思考题
➢ 什么是无机合成？ ➢ 无机合成研究的主要内容（或基本问题）是什么？
应用化学专业基础课
无机合成
任课教师：杨文胜 北京化工大学理学院
2011年
教材
《无机材料合成》
刘海涛 杨郦 等编著 化学工业出版社, 2003
教学参考书
《无机合成与制备化学》
徐如人 庞文琴 主编 高等教育出版社, 2001
第二节 无机合成的基本问题
2.1 无机合成化学与反应规律问题
新型无机化合物或无机材料的结构创新、合成路 线的设计和选择、合成途径和方法的改进是无机合成 研究的主要内容。
第九章 典型无机化合物的合成化学 PPT课件
CO
Fe CO CO Fe
CO
二[羰基(μ-羰基)(η5-环戊二烯基)铁(0)]
CH2 Cl
Cl
CH Pd Al
CH2 Cl
Cl
η3-烯丙基钯(II)二-μ-氯二氯合铝(III)
17
练习：金属有机化合物的命名
O
Fe
OC
C
Fe
Fe
V
C
CO
OC
CO
O
OC CO
Cl Zr
Cl
18
Mn
H 2C
12o
H 2C
第九章 典型无机化合物的合成化学 PPT课件
9.1 配位化合物的合成
• 配位化合物：中心金属+配位体(配体) • 直接配位反应法：溶液法，气体配体直接配位反
应法，金属蒸气法和基底分离法
• 组分交换反应法：金属交换法，配体取代法，配
体原料的组分转移和取代反应
• 元件组装反应法：配位聚合，桥联聚合， • 氧化还原反应法：金属氧化法，金属还原法，还
－2e
－2e
闭合式、巢式和蛛网 式硼烷的多面体结构 42
Lipscomb：硼烷的拓扑结构
Lipscomb 在 硼 烷 成 键 特 征 的 基 础 上 , 提 出 用 拓 扑 法 (topological approach)来描述硼烷的结构, 其要点如下:
(1) 假想在硼烷中, 每个硼原子都可以形成2C－2e的B－H键或 B－B键, 也可以形成3C－2e的氢桥键或闭式硼桥键；
23
有效原子序数规则(EAN规则)
亦称为18电子规则，这个规则实际上是金属原子
与配体成键时倾向于尽可能完全使用它的九条价 轨道(五条d轨道、1条s、三条p轨道)的表现。
《无机合成》幻灯片PPT
第二节 离子交换别离方法
2.2 离子交换剂及其分类
凡具有离子交换能力的物质，一般都称为离子交换剂。 离子交换剂的分类
第二节 离子交换别离方法
2.2 离子交换剂及其分类
无机离子交换剂
最早使用的粘土、泡沸石及人工合成沸石等无机离子交换剂的交 换容量小，机械强度差，且对氢离子比较敏感，应用范围存在很大局 限性。近期人们研制出磷酸锆、钨酸锆、磷酸锡、锑酸锡，磷钼酸等 杂多酸及水合氧化锆、氯氧化锆等具有耐高温、耐辐射、选择性高、 交换能力强的新型无机交换剂，为无机离子交换剂开辟了新的应用领 域。
磷酸锆系列已用于海水提取K+和Cs+，别离Cu2+、Ag+、Au3+三 种离子及核燃料中提纯铀和钚。
第二节 离子交换别离方法2. Nhomakorabea 离子交换剂及其分类
离子交换树脂的性质
交换容量：每克干树脂能够交换离子的毫摩尔数称交换容量。 交联度：离子交换树脂的母体是具有立体网状构造的高聚物，在 制备交换树脂的过程中参加交联剂，骨架中交联剂的原料在树脂 总重量中所占的百分数，称为树脂的交联度。
1 加料漏斗 2 交换柱 3 溶液导出管 4 承受瓶 5 玻璃棉
第二节 离子交换别离方法
2.4 离子交换法别离提纯例如
制备高纯CsCl
我国某厂在制备高纯CsCl过程中为去除CsCl中的碱金属等杂质， 曾将含杂质的 CsCl溶液吸附在强酸性阳离子交换柱上，然后用 4mo/L 高纯HCl淋洗。这样，水合半径比Cs+小的碱金属离子首先被淋洗下来， 而Cs+那么被最后淋洗，从而依Na+、K+、Rb+、Cs+的顺序淋出，可 制得高纯的CsCl。
第二节 离子交换别离方法
无机合成化学第三章经典合成方法 ppt课件
在高真空和还原气氛下，金属发热材料如钽、 钨、钼等，已被证明是适用于产生高温的。通常 都采用在高真空和还原气氛的条件下进行加热。 如果采用惰性气氛，则必须使情性气氛预先经过 高度纯化。有些惰性气氛在高温下也能与物料反 应，如氮气在高温能与很多物质反应而形成氮化 物。
钨管炉 1、可以达到3000℃的最高温度 2、在真空,惰性气氛或氢气氛中使用
• 高温下的固相合成反应（制陶反应） • 高温下的化学输运反应 • 高温下的固气合成反应 • 高温下的熔炼和合金制备 • 高温下的相变合成 • 高温熔盐电解 • 等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成 • 高温下的单晶生长和区域熔融提纯
3.1.3 高温固相反应
• 应用：各类复合氧化物、含氧酸盐类、二元或 多元金属陶瓷化合物（碳、硼、硅、磷、硫族 等化合物）
高温固相反应
• 影响固相反应速率的主要因素： 1）反应物固体的表面积和反应物间的接触面积； 2）产物的成核速度； 3）相界面间特别是通过生成物相层的离子扩散速 度。
• 反应物的表面积和接触面积 • 1）充分扩散和研磨； • 2）前驱体细化、比表面积大、反应活性高，主要 • 是通过共沉淀、溶胶－凝胶制备反应前驱体； • 3）加压成片以及热压成形增加接触面积。
测温装置
镍铬－镍硅热电偶外型尺寸 较小，具有热响应时间短、结构简 单、价廉、使用 方便等特点， 适 用于分析仪器设备等工业测温 。
光学高温计广泛用来测量冶 炼、浇铸、轧钢、玻璃熔窖、 锻打、热处理等温度，是冶金、 化工和机械等工业生产过程中 不可缺少的温度测温仪表之一。
3.1.2 高温合成反应类型
(一) 电阻炉中常用的几种发热体
(1) 金属发热体
•
在高真空和还原气氛下适用于产生高温。
钨管炉 1、可以达到3000℃的最高温度 2、在真空,惰性气氛或氢气氛中使用
• 高温下的固相合成反应（制陶反应） • 高温下的化学输运反应 • 高温下的固气合成反应 • 高温下的熔炼和合金制备 • 高温下的相变合成 • 高温熔盐电解 • 等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成 • 高温下的单晶生长和区域熔融提纯
3.1.3 高温固相反应
• 应用：各类复合氧化物、含氧酸盐类、二元或 多元金属陶瓷化合物（碳、硼、硅、磷、硫族 等化合物）
高温固相反应
• 影响固相反应速率的主要因素： 1）反应物固体的表面积和反应物间的接触面积； 2）产物的成核速度； 3）相界面间特别是通过生成物相层的离子扩散速 度。
• 反应物的表面积和接触面积 • 1）充分扩散和研磨； • 2）前驱体细化、比表面积大、反应活性高，主要 • 是通过共沉淀、溶胶－凝胶制备反应前驱体； • 3）加压成片以及热压成形增加接触面积。
测温装置
镍铬－镍硅热电偶外型尺寸 较小，具有热响应时间短、结构简 单、价廉、使用 方便等特点， 适 用于分析仪器设备等工业测温 。
光学高温计广泛用来测量冶 炼、浇铸、轧钢、玻璃熔窖、 锻打、热处理等温度，是冶金、 化工和机械等工业生产过程中 不可缺少的温度测温仪表之一。
3.1.2 高温合成反应类型
(一) 电阻炉中常用的几种发热体
(1) 金属发热体
•
在高真空和还原气氛下适用于产生高温。
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[解] 题设条件的反应方程式为
Pt-Rh 1173 K
4NH3(g) +5O2(g)
4NO(g) +6H2O(g)反应1 ＋
2O2(g) 4NO2(g) 反应2
假设先发生反应（1），只生成NO，那么在过量O2的
作用下，反应体系中的NO有无可能与O2继续发生反应
（2）生成NO2呢？
7
经查有关热力学数据可计算反应（2）的：
两个反应耦合后促使H2O（l）变成H2Oaq）。
12
(2) 耦合反应在无机制备中的应用
[例4] 耦合促使氯化反应顺利进行
金红石（TiO2）的氯化冶炼反应 ①若如下反应
TiO2（s）＋2Cl2（g） 由计算得知：
TiCl4 (l) + O2(g)
△rHθm = 141 kJ·mol-1 △rSθm = -39.19 J·K-1·mol-1 △rGθm =153 kJ·mol-1
△rHθm = -228.28 kJ·mol-1 △rSθm = -292.86 J·K-1·mol-1 反应（2）属于焓减和熵减类型，反应△rG m（T）的
符号是（＋）或（－）取决于温度的影响。转化温度，
依据吉布斯公式，设△rG m（T）＝0，则
T =△rHθm / △rSθm =-228.28 × 1000 / (-292.86)
无机合成
1
无机合成
无机合成研究的主要对象： 具有一定结构、性能的新型无机化合物或
无机材料合成路线的设计和选择，化合物或材 料合成途径和方法的改进及创新。
1 常规经典合成 2 大量特种实验技术与方法下的合成 3 开始研究特定结构和性能无机材料的定
向设计合成与仿生合成等
涉及面广，与其它学科领域的关系日益密切
10
3 耦合反应在无机制备中的应用
(1)反应的耦合 按照热力学观点，反应的耦合是指：化学反应中把
一个在任何温度下都不能自发进行的（焓增、熵减型） 反应，或在很高温度下才能自发进行的（焓增、熵增 型）反应，与另一个在任何温度下都能自发进行的 （焓减、熵增型）反应联合在一起，从而构成一个复 合型的自发反应（焓减、熵增型），或在较高温度下 就能自发进行的（焓增、熵增型）反应。
= 779.5 K
当T＞779.5K时，生成的NO2的反应将发生逆转。而NH3
和O2催化氧化生成NO的反应通常是在大于1100K的温度 下进行的，因而即使在过量氧气作用下仍然不能一步
制得NO2，仅生成NO。若要制得NO2，反应必须分两步 进行，将生成的NO迅速冷却使温度降至779.5K以下，
再使NO重新与O2化合制得NO2 。
△rGθm(2) = -318.32 kJ·mol-1＜0 反应（2）
能自发进行
且△rGθm(2)＞△rGθm(l) 。将反应（1）＋（2）
得反应（3）
H2O(l)＋Zn(s)＋O2(g)
H2O2(aq)＋ZnO(s)
则△rGθm(3) ＝△rGθm(l) ＋△rGθm(2)
＝-212.81kJ·mol-1＜0
8
[例2] 热法磷酸是采用黄磷在过量氧气中燃烧生成的， 试从热力学角度分析，反应能否一步完成，生成单
一产物P4O10（s）？
[解] 按题意反应过程为：
P4(s) + 3O2(g)
P4O6 (s) ＋2O2(g)
反应1 P4O10（s） 反应2
经查有关热力学数据可计算反应（2）的：
△rHθm = -1372 kJ·mol-1
11
[例3] 若用298K液态水与氧作用不能形成H2O2，但 湿的锌片与氧作用却能产生H2O2（耦合反应）
反应（1） H2O（l）＋1／2 O2（g） H2O2
△rGθm(l) =105.51 kJ·mol-1＞0，反应（1）不能自发
向右进行
而反应（2）Zn（s）＋ l／2 O2（g） ZnO（s）
△rSθm = - 400.06 J·K-1·mol-1
9
反应（2）属于焓减和熵减类型。转化温度依据吉布斯公式，
设△rG m（T）＝0时，则 T =△rHθm / △rSθm
= -1371 × 1000 / (-400.06) = 3427 K
只有当其温度＞3427K时，P4O10（s）才会分解。实际上磷在 空气中极易燃烧，其反应温度远远低于 3427K，在过量氧气 存在下，P4O6很容易氧化成P4O10。或者说磷在过量氧气中燃 烧可一步完成反应，反应极为完全，产物是P4O10（s）。
（△rGm）T，p＞0 制备反应不能进行
如果制备反应在热力学上是可行的，但若反应进行 很慢，则该反应在实际上亦不可用，所以必须同时 考虑热力学和动力学这两个因素。
6
2 制备反应的示例分析
[例1] 在过量氧气的条件下，若用氨催化氧化法制硝 酸，氨氧化所生成的产物是NO？还是NO2？是否可一步 制得NO2？
2
主要类型的无机化合物或材料
1 合金、金属陶瓷型二元化合物（如C、N、 B、Si 化合物）
2 酸、碱和盐类 3 配位化合物，金属有机化合物，团簇与
原子簇化合物 4 多聚酸和多聚碱及其盐类 5 无机胶态物质，中间价态或低价化合物 6 非化学计量比化合物 7 无机高聚物 8 标记化合物
3
无机合成中的实验技术和方法问题
1 实验技术 ● 高温、高压 ● 超高真空 ● 无氧无水 ● 中压水热合成 ● 低温真空
2 合成路线和方法
4
无机合成与制备化学中若干前沿课题
1 新合成反应、路线与技术的开发以及相 关基础理论的研究
2 极端条件下的合成路线、反应方法与制 备技术的基础性研究
3 仿生合成与无机合成中生物技术的应用 4 绿色（节能、洁净、经济）合成反应与
工艺的基础性研究 5 特种结构无机物或特种功能材料的分子
设计、裁剪及分子（晶体）工程学
5
热力学在无机化合物制备中的应用
1 无机化合物制备反应的判据
△rGm＝△rHm -T△rSm
对于封闭体系恒温恒压过程，其制备反应方向判 据：
（△rGm）T，p＜0 制备反应能够进行 （△rGm）T，p＝0 制备反应达平衡态
用氯气直接与金红石反应的△rGθm＞0，且反应属于焓
增、熵减类型，在任何温度下正向反应都不能自发进行。
13
但反应 2C（s）＋O2(g)
2CO(g)焓减、熵增反应）
与金红石氯化反应联合起来就构成一个耦合反应。使 得金红石氯化反应在工业上得以实现，其耦合反应为：
Pt-Rh 1173 K
4NH3(g) +5O2(g)
4NO(g) +6H2O(g)反应1 ＋
2O2(g) 4NO2(g) 反应2
假设先发生反应（1），只生成NO，那么在过量O2的
作用下，反应体系中的NO有无可能与O2继续发生反应
（2）生成NO2呢？
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经查有关热力学数据可计算反应（2）的：
两个反应耦合后促使H2O（l）变成H2Oaq）。
12
(2) 耦合反应在无机制备中的应用
[例4] 耦合促使氯化反应顺利进行
金红石（TiO2）的氯化冶炼反应 ①若如下反应
TiO2（s）＋2Cl2（g） 由计算得知：
TiCl4 (l) + O2(g)
△rHθm = 141 kJ·mol-1 △rSθm = -39.19 J·K-1·mol-1 △rGθm =153 kJ·mol-1
△rHθm = -228.28 kJ·mol-1 △rSθm = -292.86 J·K-1·mol-1 反应（2）属于焓减和熵减类型，反应△rG m（T）的
符号是（＋）或（－）取决于温度的影响。转化温度，
依据吉布斯公式，设△rG m（T）＝0，则
T =△rHθm / △rSθm =-228.28 × 1000 / (-292.86)
无机合成
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无机合成
无机合成研究的主要对象： 具有一定结构、性能的新型无机化合物或
无机材料合成路线的设计和选择，化合物或材 料合成途径和方法的改进及创新。
1 常规经典合成 2 大量特种实验技术与方法下的合成 3 开始研究特定结构和性能无机材料的定
向设计合成与仿生合成等
涉及面广，与其它学科领域的关系日益密切
10
3 耦合反应在无机制备中的应用
(1)反应的耦合 按照热力学观点，反应的耦合是指：化学反应中把
一个在任何温度下都不能自发进行的（焓增、熵减型） 反应，或在很高温度下才能自发进行的（焓增、熵增 型）反应，与另一个在任何温度下都能自发进行的 （焓减、熵增型）反应联合在一起，从而构成一个复 合型的自发反应（焓减、熵增型），或在较高温度下 就能自发进行的（焓增、熵增型）反应。
= 779.5 K
当T＞779.5K时，生成的NO2的反应将发生逆转。而NH3
和O2催化氧化生成NO的反应通常是在大于1100K的温度 下进行的，因而即使在过量氧气作用下仍然不能一步
制得NO2，仅生成NO。若要制得NO2，反应必须分两步 进行，将生成的NO迅速冷却使温度降至779.5K以下，
再使NO重新与O2化合制得NO2 。
△rGθm(2) = -318.32 kJ·mol-1＜0 反应（2）
能自发进行
且△rGθm(2)＞△rGθm(l) 。将反应（1）＋（2）
得反应（3）
H2O(l)＋Zn(s)＋O2(g)
H2O2(aq)＋ZnO(s)
则△rGθm(3) ＝△rGθm(l) ＋△rGθm(2)
＝-212.81kJ·mol-1＜0
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[例2] 热法磷酸是采用黄磷在过量氧气中燃烧生成的， 试从热力学角度分析，反应能否一步完成，生成单
一产物P4O10（s）？
[解] 按题意反应过程为：
P4(s) + 3O2(g)
P4O6 (s) ＋2O2(g)
反应1 P4O10（s） 反应2
经查有关热力学数据可计算反应（2）的：
△rHθm = -1372 kJ·mol-1
11
[例3] 若用298K液态水与氧作用不能形成H2O2，但 湿的锌片与氧作用却能产生H2O2（耦合反应）
反应（1） H2O（l）＋1／2 O2（g） H2O2
△rGθm(l) =105.51 kJ·mol-1＞0，反应（1）不能自发
向右进行
而反应（2）Zn（s）＋ l／2 O2（g） ZnO（s）
△rSθm = - 400.06 J·K-1·mol-1
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反应（2）属于焓减和熵减类型。转化温度依据吉布斯公式，
设△rG m（T）＝0时，则 T =△rHθm / △rSθm
= -1371 × 1000 / (-400.06) = 3427 K
只有当其温度＞3427K时，P4O10（s）才会分解。实际上磷在 空气中极易燃烧，其反应温度远远低于 3427K，在过量氧气 存在下，P4O6很容易氧化成P4O10。或者说磷在过量氧气中燃 烧可一步完成反应，反应极为完全，产物是P4O10（s）。
（△rGm）T，p＞0 制备反应不能进行
如果制备反应在热力学上是可行的，但若反应进行 很慢，则该反应在实际上亦不可用，所以必须同时 考虑热力学和动力学这两个因素。
6
2 制备反应的示例分析
[例1] 在过量氧气的条件下，若用氨催化氧化法制硝 酸，氨氧化所生成的产物是NO？还是NO2？是否可一步 制得NO2？
2
主要类型的无机化合物或材料
1 合金、金属陶瓷型二元化合物（如C、N、 B、Si 化合物）
2 酸、碱和盐类 3 配位化合物，金属有机化合物，团簇与
原子簇化合物 4 多聚酸和多聚碱及其盐类 5 无机胶态物质，中间价态或低价化合物 6 非化学计量比化合物 7 无机高聚物 8 标记化合物
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无机合成中的实验技术和方法问题
1 实验技术 ● 高温、高压 ● 超高真空 ● 无氧无水 ● 中压水热合成 ● 低温真空
2 合成路线和方法
4
无机合成与制备化学中若干前沿课题
1 新合成反应、路线与技术的开发以及相 关基础理论的研究
2 极端条件下的合成路线、反应方法与制 备技术的基础性研究
3 仿生合成与无机合成中生物技术的应用 4 绿色（节能、洁净、经济）合成反应与
工艺的基础性研究 5 特种结构无机物或特种功能材料的分子
设计、裁剪及分子（晶体）工程学
5
热力学在无机化合物制备中的应用
1 无机化合物制备反应的判据
△rGm＝△rHm -T△rSm
对于封闭体系恒温恒压过程，其制备反应方向判 据：
（△rGm）T，p＜0 制备反应能够进行 （△rGm）T，p＝0 制备反应达平衡态
用氯气直接与金红石反应的△rGθm＞0，且反应属于焓
增、熵减类型，在任何温度下正向反应都不能自发进行。
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但反应 2C（s）＋O2(g)
2CO(g)焓减、熵增反应）
与金红石氯化反应联合起来就构成一个耦合反应。使 得金红石氯化反应在工业上得以实现，其耦合反应为：