无机化学绪论教学目标

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学习方法
(1)重视做好无机化学实验
自然科学和技术是一门实验科学，一切自然现象都是在凭 实验观察到的，因此实验在自然科学中占有重要地位；
从一开始就严格培养自己的实验操作训练，没有良好的操 作训练，就无法得到正确的实验结果。
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(2)重视化学理论的指导作用
a.对科研的作用
应用研究成果—具体项目的研究、开发和应用 基础理论成果—论文的质量与数量
化学研究的 物质
具体地说 物质包括 实物和场
实物 如书桌、铁、木材、水、空气等。
化学研究的 物质一般是 指实物
场 如电场、磁场、光、声音。
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化学变化（反应）——有新物质生成的变化
物理变化 化学变化
变化前后分子保持不变。如：物质三 态变化等。
分子中的原子重新组合，但原子不发 生变化。如：食物变质、水电解制氢 气等。
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2.4 化学与环境的关系
绿色环保催化剂—纳米TiO2
纳米TiO2利用 自然光、常温 常压即可催化 分解病菌和污 染物
二氧化钛纳米微粒的TEM
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纳米TiO2涂料能有效降解室内环境氨气、甲醛、 苯类化合物。
纳米TiO2有效地降解江河中的有机污染物。
在塑料中添加约1%纳米TiO2，具有很好的抗菌 性能。
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2.3 化学与材料的关系
石器时代 铁器时代 高分子时代
化学 合成 材料
物理学赋予物理特性 工程学加工制造器件
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高分子结构材料：
具有质量轻、强度大、耐腐蚀性等优点，如聚 对苯二甲酰对苯二胺的比强度已高出钢铁，其 强度-质量比为钢铁的6倍；
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光纤通讯材料
目前主要用高透明度的SiO2 材料， 可用化学气相沉积法制备。
近年来还有新的光纤材料，如ZrF4、 LaF4、BaF2三元混合体的氟玻璃， 其性能优于SiO2，光损失更小。
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微电子材料
高纯硅：几十万个晶体管或其他部件都 可以光刻在2-3mm的硅片上，光刻的细度 可小至100nm。
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半导体材料
GaAs作为半导体材料芯片做成计算机后， 其运算速度将高出千倍。
提问：
在地球大气上层是否存在等离子体？
在太阳、恒星、闪电中是否存在等离子体， 它占了整个宇宙的多少？
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（10）复杂分子体系及其 组装体的层次：如复合 材料(铝-硼纤维) ， 分子器件（分子导线，
卟啉衍生物分子导线
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（6）高分子层次:
如蜘蛛丝的研究，美国杜邦公司通过实验室造 蜘蛛丝的研究，得到与蜘蛛丝相同的生物纤维。 这些生物纤维有许多可能的用途，它既轻又结 实又有弹性，可能在飞机上得到应用。
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（7）生物分子层次:
主要是指蛋白质、核酸、高分子量的碳氢 化合物。生物分子间的力非常小，如果每 个人只能用1“飞牛”的力，拿起一根头发， 就要动用全世界60亿人口。
⑵在变化中，分子组成发生改变——有
新物质生成。
H2g+1 2O2gH2Ol
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⑶化学变化伴随着能量的变化，遵循“能量守恒定律” （热力学第一定律），即反应过程中体系和环境能 量总和保持不变。
H2g+1 2O2gH2Ol
破坏氢气分子和氧气分子中的化学键需要从 环境中吸收能量，而生成水分子形成新的化 学键则要向环境放出能量。
无机化学
绪论
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教学目标
１、了解化学及无机化学的研究对象 ２、了解化学及无机化学的发展史 ３、了解无机化学的前景 4、 了解大学的学习方法
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内容
1 21世纪化学的定义 2 化学与人类社会发展的关系 3 无机化学的研究对象、发展和前景 4 无机化学课程的内容和学习方法
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化学是研究物质化学变化的科学
2.1化学对人类创造物质财富的贡献 （衣、食、住、行、看、听）
化学研究热点： 能源，材料，环境，生命。
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2.2化学与能源的关系
石油储量只能再供开采40年左右；
煤储量只能再供开采200年左右；
新能源有多种多样：包括核能、电源、太 阳能、海洋能等，它们都和化学密切相关 （例如：汽车乙醇汽油）。
核变化
原子核发生变化。如：原子弹爆炸等。
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化学是研究物 质化学变化的 科学
具体的说：化学是在分子、原子或 离子等层次上研究物质的组成、结 构、性能、变化规律及其应用的科学。
化学变化 ⑴ 化学变化前后，所有元素的原子核总
的特征
数和核外电子数不变——质量守恒。
H 2 g 2 .0 1 6 g 1 2 O 2 g 1 5 .9 9 9 g H 2 O l1 8 .0 1 5 g
Q系统 285.83KJ mol1 Q环境 285.83KJ mol1 Q系统 + Q环境 0
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北京大学徐光宪教授说：ห้องสมุดไป่ตู้
我的专业是化学，从学化学、
教化学到研究化学也有几十年
了，但现在我却有点搞不清化 学的定义了。科学的发展太快
徐光宪院士
了，需要对本门科学重新定位。
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1 21世纪化学的定义
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谢谢 大家！
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2.5 化学与生命的关系
人体有25种微量元素， 缺少任何一种都会带 来疾病（例如钙，铁）。
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21世纪化学二级学科
1、无机化学 2、有机化学 3、物理化学 4、分析化学 5、高分子化学 6、化学工程学等
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3 无机化学的研究对象、发展和前景
（1）研究对象： 无机化学是研究除碳元 素以外的所有元素的单质及其化合物的 化学。
CA上登录的化合物统计表
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泛 分 子 的 十 个 层 次
O
N
NH
NH N
NH2
O HO P O
OH
OH O
OH OH
O OH
NH2 NH
HO HO
H
12
17
11
13
H
H
16
1
9
14
2
10
8
15
H
H
3
5
7
4
6
HO
O
O
OH HO OH
O OH
NH2
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（1）原子层次：如碱金属原子(Cs)的BoseEinstein凝聚态。
19世纪，化学是原子的科学。 20世纪，化学是分子的科学。 21世纪，化学是研究泛分子的科学。 泛分子是泛指21世纪化学的研究对象。
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2500 2000 1500 1000
500 0
2340
单位：万种
CA上登录的化合物统计表
1058
593 237 55 110
1900年 1945年 1970年 1980年 1990年 1999年
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（3）无机化学的前景
a.无机材料化学（固体无机化学）—研究固
体无机物； b.金属有机化学—研究含有-碳-金属-键的化合
物； c.生物无机化学—研究金属离子和生物配体形
成的化合物。
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a.固体无机化学
太阳能电池发电原理
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生物材料:可替代人体中的骨骼和牙齿 纳米陶瓷：可克服陶瓷脆性能 室温超导材料：可使电力以最高效率传输
的氨基酸 （4）分子层次(研究分子层次的问题）：如分子
周期律，分子的激发态（氯化氙）。
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（5）超分子（是二个或以上
分子通过分子间作用力结合
起来的物质颗粒）层次：
如 -环糊精分子（主体）与 C 6 o 形成1:1的超 分子； C 6 o 可以抑制爱滋病毒；环糊精分子（客
体）插入 Zr(HPO4)2(H2O) 晶体的结构层间组装 成超分子。
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无机晶体材料
锗酸铋（ Bi4Ge3O12）晶体：当电子、 射
线进入锗酸铋时，它能发出蓝绿色的荧光， 可作为高能粒子的探测器。
锗酸铋单晶
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b.金属有机化学
金属有机化学在20世纪有机化学中是最 活跃的研究领域之一。
1963－1975年中有七位金属有机化学家获 得诺贝尔化学奖。
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二茂铁（(C5H5 ) )2Fe
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（2）无机化学的发展
无机化学（1869年门捷列夫提出元素周期律）：
40年代—原子能工业 60年代—宇宙工业 80年代—环境与能源
50年代—半导体材料 70年代—生命科学 90年代—信息科学
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无机化学(8个发展方向)
现代无机合成 配位化学 原子簇化学 超导材料 无机晶体材料 稀土化学 生物无机化学 核化学和放射化学
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举例
例如：LaIn1-xFexO3 固体电解质材料的合成 当x分别取0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5时，发现 LaIn0.5Fe0.5O3 材料电导率最高。 可以用离子极化理论加以解释。
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b.对工业生产的指导作用
例如：
锂离子电池的生产，钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁 锂正极材料的制备与检测 。
Bose-Einstein凝聚态是物质的一种奇特 状态，处于这种状态的大量原子的行为像单个 原子一样。要实现物质的该状态需要一方面达 到极低的温度（在实验室中达到了仅仅比绝对 零度高０.５纳开尔文），另一方面还要求原 子体系处于气态。
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（2）分子片（指组成分子的碎片）层次：如
C H 3, O H , F e(C O )4 （3）结构单元层次：如高聚物的单体，蛋白质
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（8）纳米分子和纳米聚集体层次（100nm 以下）：如碳纳米管，纳米金属及其氧 化物（纳米MgO)颗粒 ，纳米厚度的膜 （金刚石纳米薄膜制成的手术刀） 。
采用化学气相沉积制备的
具有一定取向h 和样式的纳米碳管
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（9）原子和分子的宏观聚集体层次：如固体， 液体，气体，等离子体（由大量的正、负带电 粒子组成的离子化气体状物质），溶液，熔融 体，表面等。
燃料催化剂：添加到固体燃料，液体燃 料或气体燃料中，能发挥消烟助燃效用， 尤其是对燃烧时产生大量烟尘的烃类， 其效果更为显著。
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c.生物无机化学
含铂配合物抑制癌 细胞分裂有显著疗 效。现已证实顺铂 及其一些类似物对 子宫癌、肺癌有明 显疗效。
顺h -[PtCl2(NH3)2]的抑癌机4理0
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N
N
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N
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N
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分子芯片），宏观组装 器（锂离子电池,燃料 分子整流器
分子马达 分子开关
电池，太阳能电池）。
分子导线
分子天线
分子芯片
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2 化学与人类社会发展的关系
４ 无机化学课程的内容和学习方 法
内容
化学原理：
（1）热力学与四大平衡（化学平衡，离子平衡，氧 化还原平衡，配位平衡）（宏观）；
（2）物质结构 （原子结构，分子结构，固体结构， 配合物结构）（微观） ；
（3）元素周期律（宏观与微观）。
元素化学：按周期表体系从s区，p区，d区，f区 的顺序编排内容。