《无机化学》第五章

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无机化学第五章 电解质溶液(学生内容)

无机化学第五章 电解质溶液(学生内容)

第五章电解质溶液一、关键词二、学习感悟1.本章在化学平衡理论的基础上,主要介绍电解质溶液的解离平衡,除酸碱理论之外主要是计算方面的内容。

在熟悉公式推导过程的同时,重点掌握有关计算公式。

2.解离平衡计算部分,要注意每个公式的使用条件。

避免引起较大误差。

3.本章的重点是弱电解质溶液和缓冲溶液的pH计算及难溶电解质溶度积规则的应用。

三、难点辅导1. 为什么任何物质的水溶液中都含有H3O+和OH−,而且在常温时,[H3O+]∙[OH−]=K w=1.0×10−14?无论是酸性还是碱性的物质,一旦与水形成溶液后,由于水发生的质子自递平衡中,会产生H3O+和OH−,所以任何物质的水溶液都含有H3O+和OH−。

在水溶液中,按照酸碱质子理论,酸会给出质子,碱会接受质子,这样必定会引起水的解离平衡发生移动,但水的解离平衡常数不会因平衡的移动发生改变,其解离平衡常数只与温度有关,在常温时,[H3O+]∙[OH−]=K w=1.0×10−14。

对酸性溶液来说,H3O+主要来自酸性物质(水的极少量解离可忽略),OH−则来自水的少量解离;对碱性溶液来说,OH−主要来自碱性物质(水的极少量解离可忽略),H3O+则来自水的少量解离。

2. 酸碱的强弱由哪些因素决定?酸碱的强弱首先取决于酸碱本身给出和接受质子的能力,其次取决于溶剂接受和给出质子的能力。

同一种物质在不同溶剂中的酸碱性不同,如HCl 在水中是强酸,在冰醋酸中是弱酸,这是因为水接受质子的能力比冰醋酸强;NH3在水中是弱碱,在冰醋酸中是强碱,冰醋酸给予质子的能力比水强的缘故。

所以在比较不同酸碱的强弱时,应在同一溶剂中进行,一般以水为溶剂比较其酸碱性的强弱,即比较在水溶液中的离解平衡常数K a或K b。

3. 缓冲溶液通常由一对共轭酸碱组成,那么HCl-NaCl这对共轭酸碱可组成缓冲溶液吗?为什么?缓冲溶液是由共轭酸碱对组成,其中共轭酸是抗碱成分,共轭碱是抗酸成分。

无机化学-第五章-化学热力学基础

无机化学-第五章-化学热力学基础
热力学数据表中给的一般是298K时的生成自由能 (fG)其单位是kJ·mol-1。
注:①G为广度性质,与参与过程的物质的量成正 比。
②逆过程G与正过程的G数值相等,符号相反。 等于各③反如应果一G个之反总应和是。多个反应的和,总反应的rG
化学热力学的四个重要状态函数
判断一个反应进行的方向时,如果: rG<0反应自发进行 rG>0反应不自发进行 rG=0平衡状态 当rG<0时(产物的G<反应物的G)该反应就自动 向生成产物的方向进行,在反应中反应物不断减 小而产物不断增加,G为广度性质,当G反应物=G产 物即rG=0时反应就不再朝一个方向进行了,这就 是化学反应的限度,即化学平衡。
状态函数。
化学热力学的四个重要状态函数
二、焓(H) 设一封闭体系在变化中只做体积功,不做其它功, 则U=Q+W中W代表体积功:-pV(N/m2×m3)
W=Fl=pSl=-pV
V=V2-V1 若体系变化是恒容过程(体积不变),即没有体积功 则W=0,U=Qv Qv为恒容过程的热量,此式表示在不做体积功的 条件下体系在恒容过程中所吸收的热量全部用来增 加体系的内能。
我们可以从体系和环境间的热量传递来恒量体系 内部焓的变化。
如果化学反应的H为正值,表示体系从环境吸收 热能,称此反应为吸热反应。即:
∑H反应物<∑H生成物 ∑H(生成物-反应物)>0 如果化学反应的H为负值,则表示体系放热给环 境,称此反应为放热反应。即:
∑H反应物>∑H生成物 ∑H(生成物-反应物)<0
rG=-RTlnKa
此式只表示在等温下,rG与K平衡在数值上的关 系。
∴rG=-RTlnKa+RTlnJa
=RTln(Ja/Ka)

无机化学第五章

无机化学第五章

受配位体孤对电子能力的原子或离子。
可以是金属离子,也可以是电中性的金属原子),周期表中
几乎所有的金属(特别是过渡金属离子)都可作为中心离子,少数 非金属高氧化态离子也可作为中心离子,如[Ni(CO)4]及[Cr(CO)6] 中的Ni,Cr均为中性原子。又如[SiF6]2–中的Si(Ⅳ) 。
6
--
--
作为配位体的物质可以是简单离子,如Cl– ; 也可以是复杂 的离子或分子,如CN– 、 SCN-、NH3 。可以是有机分子如 乙二胺、乙二胺四乙酸根离子。 配位体中直接与中心离子(或原子)成键的原子为配位原子。
常见的配位原子:N、O、S、C、卤素原子
配位原子的特点是:电负性大、有孤对电子的非金属原子。
1) 单齿配体 一个配体中只能提供一个配位原子与中心离子成键的叫单 8 齿配体。
常见单齿配体 中性分子 H2O NH3 CO CH3NH2 配体 水 氨 羰基 甲胺 O N C N 配位原子 阴离子 F- Cl- Br- I- OH- CN- NO2配体 氟 氯 溴 碘 羟基 氰 硝基 O C N 配位原子 F Cl Br I SCNNCS阴离子 ONO配体 亚硝酸根 硫氰酸根 异硫氰酸根 O S N 配位原子
顺反异构体
NO2 NO2 O2N O2N
面式
经式
光活异构体 ,镜面 对称 (弯线表示en)
26
键合异构体:连接的原子不同
O N H3N H3N Co NH3 NH3 NH3
O N O H3N Co H3N NH3 NH3 NH3
O
硝基配合物(黄色)
亚硝酸Байду номын сангаас配合物(红色)
27
二、 配合物的化学式和命名
[Cu(NH3)4]SO4溶液 Cu(OH)2沉淀 CuSO4溶液

大学无机化学第五章 氧化还原

大学无机化学第五章 氧化还原
2KMnO4 + 16HCl ≒ 2MnCl2 +5Cl2 + 2KCl + 8 H2O
解:① 把此反应改写为离子反应方程式:
2MnO4- + 16H+ +10 Cl - ≒ 2Mn2+ +5Cl2 + 8H2O ② 根据离子反应式写出电极反应 正极(还原): MnO4- + 8H+ + 5e ≒ Mn2+ + 4H2O 负极(氧化): 2Cl- - 2e ≒ Cl2
3. 标准电极电势表(298.15K,酸性溶液中)
氧化态 电子数 还原态
氧 化 剂 的 氧 化 能 力 增 强 K+ + e Na+ + e Zn2+ +2e Fe2+ +2e Sn2+ +2e Pb2+ +2e 2H+ +2e Cu2+ +2e I2 +2e Fe3+ + e Ag+ + e MnO4-+8H+ +5e F2 + 2e ≒ ≒ ≒ ≒ ≒ ≒ ≒ ≒ ≒ ≒ ≒ ≒ ≒ EΘ/V K -2.931 Na -2.710 Zn - 0.762 Fe - 0.447 Sn - 0.14 Pb - 0.126 H2 +0.000 Cu +0.342 2I+0.536 Fe2+ +0.771 Ag +0.800 Mn2++4H2O +1.507 2F+2.866 还 原 剂 的 还 原 能 力 增 强
(3) 电极符号:Pt(s) ︳H2 (P θ) ︳H+ (c=1)
氢电极作为标准电极,使用条件非常严格,制作和纯化 复杂故在实际测定时,常采用甘汞电极作为参比电极。
饱和甘汞电极:

无机化学第五章习题参考答案

无机化学第五章习题参考答案

第五章原子结构与元素周期律1、下列说法是否正确,为什么?(1)主量子数为1时,有两个方向相反的轨道;(2)主量子数为2时,有2s,2p两个轨道;(3)主量子数为2时,有4个轨道,即2s,2p,2d,2f;(4)因为H原子中只有一个电子,故它只有一个轨道;(5)当主量子数为2时,其角量子数只能取一个数,即l =1;(6)任何原子中,电子的能量只与主量子数有关。

2、试判断下表中各元素原子的电子层中的电子数是否正确,错误的予以更正,并简要说明理由。

3、第6能级组有哪些能级?分别用量子数或轨道符号表示:4、试讨论在原子的第4电子层(N)上:(1)亚层数有多少?并用符号表示各亚层。

(2)各亚层上的轨道数分别是多少?该电子层上的轨道总数是多少?(3)哪些轨道是等价轨道?5、写出与下列量子数相应的各类轨道符号,并写出其在近似能级图中的前后能级所对应的符号:(1)n=2, l=1(2) n=3, l =2(3) n=4, l =0(4) n=4, l =36、在下列各项中,填入合适的量子数:(1)n=?, l=2, m=0, m s=±1/2(2)n=2, l=?, m=-1, m s=±1/2(3)n=4, l=?, m=+2, m s=±1/2(4)n=3, l=0, m=?, m s=±1/27、指出下列假设的电子运动状态(依次为n,l,m, m s),哪几种不可能存在?为什么?(1)3,2,+2,+1/2 (2)2, 2, -2, +1/2(3)2, 0, +1, -1/2 (4) 2, -1, 0, +1/2(5) 4, 3, -1, 18、原子吸收能量由基态变成激发态时,通常是最外层电子向更高的能级跃迁。

试指出下列原子的电子排布中,哪些属于基态或激发态,哪些是错误的。

(1)1s2 2s2 2p1(2)1s2 2s2 2p62d1(3) 1s22s22p43s1(4) 1s2 2s4 2p29、写出原子序数为45,52,79各元素的原子核外电子排布式及其价层电子构型。

《无机化学》第五章 氧化还原反应和电化学基础

《无机化学》第五章 氧化还原反应和电化学基础

二、氧化还原反应方程式的配平
1. 氧化值法
配平原则:氧化剂中元素氧化值降低的总数等 于还原剂中元素氧化值升高的总数。
配平步骤: (1)写出反应方程式,标出氧化值有变化 的元素,求元素氧化值的变化值。
(2)根据元素氧化值升高总数和降低总数相等 的原则,调整系数,使氧化值变化数相等。
(3)用观察法使方程式两边的各种原子总数相 等。
酸表。
(4)E是电极处于平衡状态时表现出来的特
征,与反应速率无关。
(5)E仅适用于水溶液。
5.饱和甘汞电极:
Hg | Hg2Cl2(s) |KCl (饱和)
Hg2Cl2 (s) + 2e
2Hg(l) +2Cl-
E (Hg2Cl2/Hg)=0.245V
三、 影响电极电势的因素
1.影响 因素
(1)电极的本性:即电对中氧化型或还 原型物质的本性。
还原型:在电极反应中同一元素低氧化值的物质。)
电对:氧化型/还原型
例:MnO2 +4H+ + 2e
Mn2+ +2H2O
电对:MnO2 / Mn2+
(2)E与电极反应中的化学计量系数无关。
例:Cl2 + 2e 1/2Cl2 + e
2Cl- E(Cl2/Cl-)=1.358V Cl-
(3)电极反应中有OH- 时查碱表,其余状况查
(3)分别配平两个半反应,使等号两边的原子 数和电荷数相等。
(4)根据得失电子数相等的原则,给两个半 反应乘以相应的系数,然后合并成配平的离子 方程式。
(5)将离子方程式写成分子方程式。
离子电子法配平时涉及氧原子数的增加和减 少的法则:

苏州大学《无机化学》第五章 酸碱反应

苏州大学《无机化学》第五章  酸碱反应

1、酸常数
HA(aq) [ H+ ] Ka c [HA] c
H+(aq) + Aaq [ A] c


[ H+ ] [ A] [HA]
Ka
溶液中的离子反应,标准平衡常数KΘ与实验平衡 常数Kc在数值上相等,今后不再进行区分。 2、碱常数
H2O(l) + A aq Kb [A ]
区分食物的酸碱性——
研究发现,多吃碱性食物可保持血液呈弱碱性,使得 血液中乳酸、尿素等酸性物质减少,并能防止其在血管壁 上沉积,因而有软化血管的作用,故有人称碱性食物为 “血液和血管的清洁剂”。
这里所说的酸碱性,不是食物本身的性质,而是指食 物经过消化吸收后,留在体内的元素的性质 —— 酸性元素
有N、C、S等;碱性物质有K、Na、Ca、Mg等(矿物质 与微量元素) 常见食物的酸碱度列表如下:
酸碱强度还与溶剂有关,分为拉平效应、区分效应— —分析化学还会谈到。
酸碱两性物质可作为共轭酸或共轭碱,出现在不同的 共轭酸碱对中。如HCO3ˉ- H2CO3、 HCO3ˉ- CO32④酸碱反应:
所以,酸碱反应实质:质子在两对共轭酸碱对之间的 转移或传递的反应。通式表示为: 酸① + 碱② → 酸② + 碱①
酸碱可以是中性分子、阴离子或阳离子,如NH3、 CH3NH2、[Fe(H2O)6]3+、SO42-等 ②共轭关系:


+
H+
proton
conjugate acid conjugate base
从上面式子可知,酸碱通过质子相互依存,称之为共 轭关系:酸失去质子转化为它的共轭碱;碱得到质子转 化为它的共轭酸,它们是一对共轭酸碱对。见下表 ③酸碱强度——由于酸碱对呈共轭关系,所以酸给 出质子的趋势越强,生成的共轭碱越弱;碱接受质子的趋 势越强,生成的共轭酸越弱。

无机化学第五章 溶度积

无机化学第五章 溶度积

例2:25oC,已知Ksp(A2B)=4×10-12,求同温度下A2B的溶 解度S(A2B)/g·L-1。(A2B的相对分子质量为200)
解:
A2B
2A+ + B2-
平衡浓度 /(mol·L-1)
2x
x
Ksp = c(A )2 c(B2 )
4 10 12 = 2x2 x = 4x3 x = 104 mol/L
平衡浓度/(mol
1
L
)
x
x
Ksp (AgCl) = c(Ag )c(Cl ) = x2 =1.81010
1. AB型(如AgCl、AgI、CaCO3) AB (S) ⇋ A+ (aq) + B–(aq)
x
x
Ksp = c(A+ )c(B–) = x2
2. AB2或A2B型 (Mg(OH)2 、Ag2CrO4)
难溶 微溶
可溶
易溶
0.01 1
10
Sg/100g
S>10g 易溶 1>S>0.01g 微溶
10g>S>1g 可溶 0.01g>S 难溶
本章主要研究微溶和难溶
溶度积
在一定温度下,将难溶电解质放入水中时, 就发生溶解和沉淀两个过程。
以BaSO4为例:
Ba2+
H2O作用下
SO42-
H2O
BaSO4
BaSO4溶解过程
AB2(S) ⇋ A2+ (aq) + 2B–(aq)
x
2x
Ksp = c(A+ )c2(B –) = x(2x)2 = 4x3
3. AB3或A3B型 (如 Fe(OH)3 、Ag3PO4)

无机化学 第五章 缓冲溶液

无机化学 第五章 缓冲溶液

HB + H2O
H3O+ + B-
NaB
Na+ + B-
lg
[共轭碱 ] [共轭酸 ]
1. 仅适用于缓冲溶液,其他溶液不能用。
2. 首先应分清缓冲溶液中的共轭酸,然后再 确定pKa值。
3. 当引入外来H+或OH-时,缓冲溶液中共轭酸 碱的量均随之改变。同时也需注意溶液总体 积的改变。
16
例. 计算0.10 mol·L-1 NH3 20 mL和0.20 mol·L-1 NH4Cl 15 mL混合溶液的pH值。 pKb(NH3) = 4.75
用。
缓冲系buffer system(缓冲对buffer pair): 组成缓冲溶液共轭酸碱对的两种物质
5
二、缓冲溶液的类型
缓冲溶液组成:
➢ 弱酸及其共轭碱; ➢ 弱碱及其共轭酸;
共轭酸碱对
➢ 高浓度的强酸及强碱:
无抗稀释能力,且酸碱性太强,实际很少用。
6
表. 常见的缓冲体系
7
三、缓冲溶液的组成特点
HAc + H2O
H3O + + Ac-
因NaAc的同离子效应 抑制了HAc 的解离
体系中存在大量HAc和Ac-
9
在HAc~NaAc缓冲体系中加入少量强酸时:
HAc + H2O
H3O + + Ac-
平衡移动方向
+
外来H+
平衡移动结果:外来H+被消耗。溶液pH没有明
显降低
抗酸缓冲作用
10
在HAc~NaAc缓冲体系中加入少量强碱时:
第五章 缓冲溶液
Buffer Solution

《无机化学》课件 第5章

《无机化学》课件 第5章

pz
+
z
+
原子轨道对称性被破坏的重叠
pz
——

z
z pz

——
p
s
+
+
+
这种方向上不能形成共价键。
5. 1. 3 共价键的键型
成键两个原子的核间连线称为 键轴。
按成键轨道与键轴之间的关系, 共价键的键型主要分为两种。
1. 键 键 将成键轨道绕键轴旋转 任意角度,图形及符号均保持不变。
即 键的键轴是成键轨道的任 意多重轴。
但对于多原子分子,则要注意 键能与解离能的区别与联系。
我们以 NH3 为例来说明这个问 题。
NH3(g)= H(g)+ NH2(g) D1 = 435 kJ•mol-1
NH2(g)= H(g)+ NH(g) D2 = 377 kJ•mol-1
NH (g) = H(g)+ N(g) D3 = 314 kJ•mol-1
破坏 H2 的化学键,使之成两 个 H 原子要吸收能量,这个能量 与 H2 分子中化学键的键能有关。
H2 中两个 H 原子之间的特定 距离与 H2 中化学键的键长有关。
从电子云的观点考虑,可认为 H 的 1s 电子云在两核间重叠。
电子在两核间出现的概率大, 形成负电区。
两核吸引核间负电区,使 两个 H 原子结合在一起。
分子 构型
4
2
2
BB A
正四面体 V字形
电子 配体数 孤电子 电子对
对数
对数
构型
(m) (n) (m - n)
分子 构型
6
5
B
1
BA B
B

无机化学第五章

无机化学第五章


(二) 酸碱反应的实质
酸碱反应的实质是两对共轭酸碱对之间的质 子传递:来自H+A1 B2
B1 A2
酸碱反应的方向是较强的酸与较强的碱作用, 生成较弱的碱和较弱的酸: 较强酸 + 较强碱 较弱碱 + 较弱酸 酸碱质子理论扩大了酸和碱的范围,解决了 非水溶液和气体间的酸碱反应。但是酸碱质子理 论把酸碱只限于质子的给予或接受,不能解释没 有质子传递的酸碱反应。
在无机化学课程中,计算 H3O+ 浓度或 OH浓度时通常允许有不超过溶液中 ±5 % 的相对误 差。当两个数相加或相减时,若其中的较大数大 于较小数的 20 倍以上时,可以将较小数忽略不 计。
一、一元弱酸溶液 H3O+ 浓度的计算
一元弱酸 HA 溶液中,存在质子转移平衡:
HA H2O H2O H2O
由上式得:
K a (HA)
例题
{ceq (A )} Ka (HA) Kb (A ) Kw
第三节 酸、碱溶液 H3O+、OH浓度的计算
一、一元弱酸溶液 H3O+ 浓度的计算 二、一元弱碱溶液 OH- 浓度的计算 三、多元弱酸溶液 H3O+ 浓度的计算 四、多元弱碱溶液 OH- 浓度的计算 五、两性物质溶液 H3O+ 浓度的计算 六、混合酸溶液 H3O+ 浓度的计算 七、同离子效应和盐效应
二、酸碱质子理论
(一) 酸和碱的定义
酸碱质子理论认为:凡能给出质子的物质都是 酸,凡能接受质子的物质都是碱。酸是质子的给予 体,碱是质子的接受体。 酸与碱的转化关系为:
H 碱 酸与碱这种相互依存、相互转化的关系称为酸 碱共轭关系。酸失去一个质子后生成的碱称为该酸 的共轭碱,碱得到一个质子后生成的酸称为该碱的 共轭酸。酸和碱可以是中性分子,也可以是阳离子 或阴离子。 有些分子或离子既可以给出质子,又可以接受 质子,称为两性物质。

无机化学 第五章 酸碱平衡

无机化学 第五章 酸碱平衡

(ceq (B ) / c )(ceq (OH ) / c )
Kbθ =
(ceq (BOH) / c )
Kbθ
=
c
eq
(B ceq
)ceq (OH (BOH )
)
(简化式)
Kaθ、Kbθ:一元弱酸、弱碱的解离常数。
5.3 弱酸、弱碱的解离 平衡
5.3.1 一元弱酸、弱碱的电离 平衡 电离平衡常数的意义
5.1 酸碱质子理论概 述
5.1.2 酸、碱质子理论
酸、碱的中和:
H+
→ H3O (aq) OH (aq) H2O(l) H2O(l)
H+
→ H3O (aq) NH 3 (aq)
NH
4
(aq)
H 2 O(l)
H+
→ HAc(aq) OH (aq) H2O(l) Ac (aq)
5.1 酸碱质子理论概 述
溶液中CO32-是第二步电离产生的
HCO3-(aq)
H+ (aq) + CO32-(aq)
平衡浓度6.5 ×10-5 -y 6.5 ×10-5 +yy
Ka2
= [c(H+)[]c(CO32-=)]4.7×10-11
ө(HCO3-)
[c(HCO3-)]
6.5 ×10-5 –y = 6.5 ×106-.55 ×10-5 +y = 6.5 ×10-5
H+
HCl
NH 3

NH
4
Cl
酸(1) 碱(2)
酸(2) 碱(1)
5.1 酸碱质子理论概 述
5.1.2 酸、碱质子理论
酸、碱的解离: H+

无机化学第五章氢和稀有气体

无机化学第五章氢和稀有气体

些领域的应用前景值得期待。例如,利用稀有气体化合物进行化学合成、
制备新材料等。
04
氢和稀有气体的关系与比较
原子结构与电子排布
原子结构
氢和稀有气体原子的原子核都只有一个质子,但它们的电子 排布不同。氢原子只有一个电子,而稀有气体原子的电子排 布遵循一定的规律,最外层电子数均为8个。
电子排布
氢原子的电子排布为1s1,而稀有气体原子的电子排布遵循洪特 规则和泡利原理,最外层电子数为8个。
化学键合与分子结构
化学键合
氢原子可以与其他元素形成共价键, 形成氢化物。而稀有气体原子因其最 外层电子数为8个,不易与其他元素 形成化学键,表现出惰性。
分子结构
氢化物分子中,氢原子通常与非金属 元素形成共价键,形成分子。而稀有 气体元素通常以单原子分子形式存在 。
物理和化学性质的比较
物理性质
氢气是一种无色、无味的气体,密度较小,易燃易爆。稀有气体元素通常以单 原子分子形式存在,在常温常压下为气态,不易与其他物质发生反应。
稀有气体在高科技领域的应用
随着科技的发展,稀有气体在电子、光学、医疗等领域的应用将更加广泛,需要深入研究 其特性和应用技术。
跨学科合作与交流
无机化学的发展需要与其他学科进行合作与交流,共同推动氢和稀有气体领域的发展。
THANKS
感谢观看
氢可以与碳结合形成大量的有机化 合物,如烷烃、烯烃、炔烃等。
03
稀有气体的概述
稀有气体的物理性质
稀有气体单质的颜色
稀有气体单质在常温常压下均为气体,且在可见光区不吸收光, 因此呈现为无色。
稀有气体单质的熔沸点
由于稀有气体原子间的作用力很弱,因此它们的熔点和沸点都很低, 常温下常见氧化态为+1,但 在某些条件下也可以表现 出-1的氧化态。

无机化学第5章

无机化学第5章
概率 = | |2 V 即波函数| |2 代表在核外空间某处找到电子的概率
电子云图是概率密度| |2 的形象化说明。黑点密集的
地方, | |2 的值大,概率密度大;反之概率密度小。
32
电子云的角度分布
z z z x y
s y
px y y
dxz z
y
_
x
33
||2代表电子的概率密度。
每一个波函数代表一个原子轨道。
原子轨道——原子中一个电子的可能的空间运动状态。
注意:此处提到的原子轨道与 Bohr 原子模型所指的原
子轨道截然不同。 见书P127。
27
2. 波函数的径向部分和角度部分
将直角坐标三变量 x,y,z 变换成球坐标三变量 r,, 。 OP 的长度 (0—) OP 与 z 轴的夹角 ( 0 — ) OP 在 xoy 平面内的投影 OP′ 与 x 轴的夹角 ( 0 — 2 ) r P 根据 r,, 的定义,有 x = r sin cos y = r sin sin z = r cos r2 = x2 + y2 + z2
概率 = 体积×概率密度
23
二、 电子云
电子云——即电子在核外空间出现概率密度 分布的形象化描述。
y x
a
y
x
y x
b b 电子云的统计概念(二维投影) a) 单张照片;b) 二张照片 c)大量照片
24
三、 Schodinger波动方程
1926 年,奥地利物理学家 Schodinger 提 出一个描述核外电子等微观粒子运动状态 的方程,被命名为Schodinger方程。他奠 定了波动力学的基础,因而与P.A.M.狄拉 克共获1933 年诺贝尔物理学奖

无机化学第五章 酸碱平衡

无机化学第五章 酸碱平衡

弱碱
一元弱碱:解离出一个OH-的碱 二元弱碱:解离出两个OH-的碱 多元弱碱:解离出多个OH-的碱
描述酸碱解离程度用什么?
一元弱酸的解离度和解离平衡常数
标准平衡常数表达式
对于气相反应:
H2 (g) I2 (g) 2HI(g)
[ p(HI) / p ]2
[ p标(H准2平) /衡p常数][:p(I2 ) / p ] 对于溶液中的反K应 :
Kw意义----一定温度时水溶液中[H+]和[OH-]之积为一常数
温度升高,KW增大
5.2.2溶液的pH值 ● 水溶液中氢离子的浓度称为溶液的酸度
----溶液酸碱性的定量标度
● 在[H+]<1mol·L-1时,pH值表示溶液的酸度
pH =-lg[H+] pOH=- lg[OH-]
pKw= -lg{[H+][OH-]} pKw= pH+ pOH
5.1.1 酸碱解离理论
酸碱电离理论:凡在水溶液中电离出的阳离子全部 是H+的化合物是酸;电离出的阴离子全是OH- 的化 合物是碱。
酸碱电离缺点和不足:
仅限于水溶液,无法说明非水溶液的酸碱性 对于在水溶液中曾酸碱性但本身不解离出H+或OH酸碱无法定义
实际现象
NH4C1水溶液呈酸性 Na2CO3水溶液呈碱性
酸碱相互依赖的关系 成为共轭关系,酸碱也
共轭酸成为共轭共酸轭碱 碱 + H+
酸碱共轭关系
(1)HCO
3
H
CO
23
(2)H2CO 3
H
HCO
3
(3)NH
4
H
NH3
(4) NH3 (C2H4) NH3 NH3 (C2H4) NH2 H

无机化学第五章沉淀反应

无机化学第五章沉淀反应

第五章沉淀反应Chapter 5The Precipitation Reactions中学的化学知识中,常常用沉淀反应来鉴别一些金属离子或酸根离子,这就涉及到一些难溶电解质的沉淀和溶解问题。

在含有固体的难溶电解质的饱和溶液中,存在着固体难溶电解质与溶液中相应各离子间的多相平衡。

§5-1溶度积Solubility Product一、沉淀和溶解平衡(The Equilibrium of Precipitation and Dissolution )1.在一定温度和一定量水中,AgCl(s)Ag +(aq)+Cl -(aq)当v 沉淀=v 溶解时,沉淀和溶解达到平衡,称为异相平衡(heterogeneous equilibrium ).2.平衡表达式:[Ag ][Cl ][AgCl]K +-=∴[Ag +][Cl -]=K ·[AgCl],把K ·[AgCl]记作K sp ,K sp 称为溶度积常数。

3.通式:A Bn m (s)A aq B aq ()()m n n m +-+,sp[A ][B ]m n n m K +-=⋅4.注意点:(1)K sp 与温度有关,但影响不大。

在实际中,常用25℃时的K sp ;(2)在上述表达式中,浓度必须用体积物质的量浓度;(3)在K sp 表达式中,应该用离子活度代替离子浓度。

但由于在难溶电解质的溶液中,离子浓度很小,离子的活度系数γ=1,所以可以用离子浓度代替离子活度。

二、溶度积与溶解度的关系(The Relationship of Solubility Product and Solubility )1.溶解度s o (mol·dm -3)与K sp 的换算(1)由于两者都表示某一物质成为饱和溶液时所含溶质的量相同,即都是表示物质的溶解能力,故它们之间可换算。

(2)换算关键:由于难溶电解质的溶解度很小,所以虽然是饱和溶液,但此饱和溶液很稀,则1ρρ==溶液水,所以,也可以把摩尔溶解度换算成g /100H 2O 。

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2.下列电子的量子数(n, l, m, ms)合理的是 ( ) .下列电子的量子数( A. 3, 0, −1, +1/2 B. 3, 0, 0, +1/2 C. 3, 1, 2, −1/2 D. 3, 2, 1, 1
5.3 原子中电子的分布
1.泡利(Pauli)不相容原理 泡利( 泡利 ) 在同一原子中, 在同一原子中,不可能有四个量子数完全相同的 电子存在。 电子存在。每一个轨道内最多只能容纳两个自旋方向 相反的电子。 相反的电子。 2.能量最低原理 2.能量最低原理 多电子原子处在基态时,核外电子的分布在不违 多电子原子处在基态时, 反泡利原理的前提下, 反泡利原理的前提下,总是尽先分布在能量较低的轨 道。 3.洪德(Hund)规则 3.洪德(Hund)规则 洪德 原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时, 原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时,将尽可 能单独分布在不同的轨道,而且自旋方向相同。 能单独分布在不同的轨道,而且自旋方向相同。
ι m 原子轨道 符号 0 0 s 1 -1、0、+1 、 、 1 py、px、pz 2 -2、-1、0、+1 、+2 、 、 、 dxy、dyz、dz2、dxz、 dx2-y2 、
n, l, m 都确定的运动状态,叫原子轨道; 都确定的运动状态,叫原子轨道;
同一亚层内的各原子轨道, 在没有外加磁场 同一亚层内的各原子轨道 能量是相等的, 简并轨道) 下, 能量是相等的,称等价轨道 (简并轨道 简并轨道
直角坐标( 与球坐标(r,θ,φ)的转换 直角坐标 x,y,z)与球坐标 与球坐标 的转换
x = r sin θ . cos φ y = r sin θ . sin φ z = r cos θ r = x2 + y2 + z2
ψ ( x, y, z ) ⇒ ψ (r , θ , φ ) = R(r ).Y (θ , φ )
P121
z
Ys
x
y
z
z
z
y x x
y x
y
Ψ
(x, y , z ) ⇒Ψ (r , θ , ) = R (r ) ⋅ Y (θ , )
Y2p z
Y2p x
Y2p y
z
y
y x
y
x z
3d z 2
z
3d x 2 − y 2
y
x x
z
x z
y
3d xy
3d xz
3d yz
5.2.4 电子云
1. 概率密度
z 原子轨道(波函数)的角度分布图(Y) z 原子轨道(波函数) ) y x x y x
z
y
Y2p z
z
Y2p x
z
Y2p y
z
y
x 2 2p z 电子云角度分布图(∣Y∣2) ∣
y x
y
x
Y
Y
ψ
2
2 2p x
Y22p y
的角度分布部分( ∣Y∣2 )作图 的角度分布部分( ∣
5.2.5 四个量子数 四个量子数
-21.79 121.6nm 120.6nm 97.25nm 94.98nm 93.78nm 93.14nm
Hα H γHδ H H β ε
2
En3-En2 -2.42×10-19J- (-5.45×10-19J) × × ν= = h 6.626×10-34J·s × = 4.57×1014s-1 × c(光速 = 3×108m·s-1 = 656.5nm 1 光速) 光速 × λ3→2= → 4.57×1014s-1 ν 3→2 × →
5.2 原子结构的近代概念
5.2.1 电子的波粒二象性 1924年,Louis de Broglie认为:质量为 m , 认为: 年 认为 运动速度为υ的粒子 相应的波长为: 的粒子, 运动速度为 的粒子,相应的波长为:
h h λ= = mv p
明暗相间的衍射环
1927年,Davissson 年 应用Ni晶体进 和Germer应用 晶体进 应用 行电子衍射实验,证实 行电子衍射实验, 电子具有波动性。 电子具有波动性。
0 1 2 ι 形状 球形 哑铃形 花瓣形 电子亚 s p d 层符号
n 1 0 ι 符号 1s 2
3 f
4 g
同一电子层,ι值越小,该电子亚层能级越低 同一电子层 ι值越小 该电子亚层能级越低
3 4 0 1 0 1 2 0 1 2 3 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
3. 磁量子数 m 表示原子轨道或电子云在空间的伸展方向 m值: -ι 、0、+ι 的正整数 共(2l+1 个 值 +1)个 ι 、 ι 的正整数, &位微体积内出现的概率
电子在原子内核外某处出现的概率密度可直接用 ψ
2
表示
2. 电子云: 用小黑点分布的疏密表示电子出现概率密度的大小 电子云:
(单位体积内电子出现的机会多少 单位体积内电子出现的机会多少) 单位体积内电子出现的机会多少
酷似波函数的角度分布图 电子云角度分布图 但是,叶瓣不再有“ 但是,叶瓣不再有“+”、“-”之分 电子云角度分布图比原子轨道角度分布图“ 电子云角度分布图比原子轨道角度分布图“瘦”些
E/10-19J /10
656.5nm 486.1nm 434.1nm 410.2nm 397.2nm
∞ 0 如 氢原子光谱中的 线 氢原子光谱中的Hα 7 -0.445 -0.605 6 h —Planck常数 5 常数 -0.872 E -1.36n3-En2= hν 4 ν —光的频率 光的频率 -2.42 3 -5.45
n
波尔氢原子模型 成功地解释了氢原子和类氢原子(如 成功地解释了氢原子和类氢原子 如He+、 Li2+)的光谱现象 推动了原子结构的发展 的光谱现象, 的光谱现象 严重的局限性。只能解释单电子原子 或 严重的局限性。只能解释单电子原子(或 离子)光谱的一般现象 光谱的一般现象, 离子 光谱的一般现象,不能解释多电子 原子光谱 波尔理论的缺陷, 波尔理论的缺陷,促使人们去研究和建 立能描述原子内电子运动规律的量子力 学原子模型
n 电子层 电子层符号 1 第一层 K 2 第二层 L 3 第三层 M 4 第四层 N 5 第五层 O
与电子能量有关, 值越小 该电子层离核越近, 值越小, 与电子能量有关,n值越小,该电子层离核越近,其能量越低
2. 角量子数 l :电子所在的亚层 表示原子轨道或电子云的形状:ι 、 、 、 表示原子轨道或电子云的形状 ι=0、1、2、3 … (n-1)
描述原子中各电子的状态 电子所在的电子层、原子轨道的能级、 电子的状态: 描述原子中各电子的状态:电子所在的电子层、原子轨道的能级、 形状、 形状、伸展方向以及电子的自旋方向
1. 主量子数 n:电子所在的电子层 可为零以外的正整数。 可为零以外的正整数。例如 n = 1, 2, 3, 4, 5…等。每一个 值代表 等 每一个n值代表 一个电子层
波尔氢原子模型 正常状态下, 正常状态下,原子中的电子尽可能在离核 最近、能量最低的轨道上运动(基态 基态) 最近、能量最低的轨道上运动 基态 吸收能量(跃迁 吸收能量 跃迁) 跃迁 基态 激发态(电子处于能 激发态 电子处于能 放出能量 量较高的状态) 量较高的状态 处于激发态的电子不稳定, 处于激发态的电子不稳定,要跳回到能量 较低的轨道, 以光的形式放出能量(即光谱 较低的轨道 以光的形式放出能量 即光谱 谱线对应的能量) 谱线对应的能量 h — Planck常数 常数 En(2)-En(1)=hν ν — 光的频率
aa
nm 410.2 434.1 486.1
氢原子光谱
656.3
波尔氢原子模型 氢原子中的电子在原子核周围有确定半径 和能量的圆形轨道中运动。 和能量的圆形轨道中运动。电子在这些轨 n越小 离核越近 轨道能量越低 越小, 越小 离核越近, 轨道能量越低, 道上运动不吸收能量或放出能量 势能值越负 En/J n 1 -2.179×10-18 × 2 -5.45×10-19 × 3 -2.42×10-19 × n 4 -1.36×10-19 × 5 -8.72×10-20 × 6 -6.05×10-20 ×
ψ是描述电子运动状态的数学表达式, 是描述电子运动状态的数学表达式, 是描述电子运动状态的数学表达式 ψ的空间图象叫原子轨道, 的空间图象叫原子轨道, 的空间图象叫原子轨道 原子轨道的数学表达式就是波函数
2.原子轨道的角度分布图 原子轨道的角度分布图
将波函数的角度部分( )作图, 将波函数的角度部分(Y)作图,所得 角度部分 的图像即原子轨道的角度分布图
x = r sinθ cos y = r sinθ sin z = r cosθ
r = x +y +z
2 2 2
Ψ
(x, y , z ) ⇒Ψ (r , θ , ) = R (r ) ⋅ Y (θ , )
直角坐标 球坐标(r,θ,φ) 球坐标
和能量E Schrödinger 方程, 求解Schrödinger 方程,就是求得波函数ψ和能量E 不是具体的数值,而是包括三个常数( 解得的ψ不是具体的数值,而是包括三个常数(n,l,m)和 三个变量( 三个变量(r,θ,ϕ)的函数式ψn,l,m (r,θ,ϕ) ),但其物理意义 数学上可以解得一系列ψn,l,m (r,θ,ϕ),但其物理意义 并非都合理,为了得到合理解, 并非都合理,为了得到合理解,三个常数只能按一定规则取 值,很自然地得到前三个量子数 方程式的每一个合理的解ψ 就代表体系中电子的一种可能 方程式的每一个合理的解ψI就代表体系中电子的一种可能 的运动状态。 的运动状态。
则可知是第二电子层、 亚层 亚层、 则可知是第二电子层、p亚层、2px轨道、 1 自旋方向为+ 2 的电子
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