大学无机化学课件

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化学与化工学院
自我介绍
邢彦军 副教授，留德博士后 化学与化工学院无机化学教研室 Tel： 67792308 （松江校区） e-mail: xingyj@
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高中化学与大学化学
物质结构基础 知道原子核外电子的能量是量子化的，了解原子 核外电子的排布规律。 能结合有关数据和实验事实认识元素周期律，了 解原子结构与元素性质的关系。 能描述元素周期表的结构，知道金属、非金属在 元素周期表中的位置及其性质的递变规律。 认识化学键的涵义，知道阴、阳离子间可形成离 子键，原子之间可形成共价键。 运用模型了解碳的成键特征，描述有机化合物的 结构特点。
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课程目标
了解当代化学学科的主要思想方法 了解当代化学学科的主要领域中基本原理 和基础知识 了解当代化学学科发展的大致情况和主要 方向 接触化学领域的丰富资料 在化学世界中获得启发和灵感
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要求
预习 上课注意听讲 （内容侧重理论，比 较抽象，与具体专业联系不密切 ） 抓住重点 课后复习和作业 可随时提出要求和建议 讲课进度和速度
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作业
每次布置5道题（左右），每次记分10分 每次作业所有同学都要做 按照教务处规定，每次改一半同学的作业， 另一半同学参考其他同学的作业 每次作业发回后，进行习题讲解 学期中有 1~2 次习题练习
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考试成绩
平时成绩 （20％） 不缺课，迟到，早退 上课认真听讲 上课回答问题 课后习题（严禁互相抄袭） 期末考试成绩
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（80％）
相关参考教材
无机化学（第四版），武汉大学主编，高等 教育出版社出版 无机化学（上册，第四版），北京师范大学 编著，高等教育出版社出版 无机化学习题精解，竺际舜主编，科学出版 社出版 2001.09 普通化学原理，华彤文等编，北京大学出版 社
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化学是什么? 化学是什么?
研究物质的形成、结构与性质和变化的科学 核心与特征：合成新物质 物质的组成与结构 物质的性质与变化 为什么是这种结构，为何发生这种变化
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化学在社会发展中的作用和地位
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化学的边缘学科
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化学的分支
无机化学：除碳氢化物及衍生物之外，研究元素、 单质和无机化合物的来源、制备、结构、性质、变 化和应用 分析化学：根据化学和物理原理，应用、

研究和改 进测定物质化学成分或组成的方法 有机化学：碳化学，研究有机化合物的来源、制备、 结构、性质、反应 、应用以及有关理论 物理化学：应用物理学原理和方法研究物质的化学 变化 高分子化学： 高分子化学研究高分子化合物的结构、 性能、合成方法、反应机理和高分子溶液性质等
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《无机化学》课程的主要内容 无机化学》
物质的形 态与结构 气液固体 原子结构 分子结构 晶体结构 物质的变 化规律 化学热力学 化学动力学 酸碱平衡 沉淀平衡 氧化还原 络合平衡 物质的制 备与性质 元素通论 s,ds区元素 p区元素 d区元素 f区元素 定性分析
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1 物质的量
七个国际单位制中的一个基本物理量 描述物质性质 基本单位――摩尔(mol) 摩尔是一系统的物质的量，该系统中所含的微粒 （基本原体）的数目与12克碳( 12 C )的原子数目相 6 同，则这个系统物质的量为1摩尔。 使用摩尔时，应指明微粒类型，它可以是原子、 分子、离子、电子以及其它粒子，或这些粒子的 特定组合 阿佛加德罗常数(NA): 6.022×1023
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物质的量
物质的质量 =物质的量 摩尔质量
摩尔质量--1摩尔物质的质量 --1 氢原子(H) 的摩尔质量： 1g/mol 氧原子(O)的摩尔质量： 16g/mol 钠原子(Na)的摩尔质量：23g/mol NaOH分子的摩尔质量： 23+16+1=40g/mol
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2相
物质的聚集状态：物质在一定的温度和压力条件下所处 的相对稳定的状态，简称物态。 固 液 气 等离子态 相：物理性质和化学性质完全相同的部分。 单相体系：只有一个相的体系，也叫均匀系。 纯液态 纯固态 纯气态 互溶的两种或多种液相（气相） 多相体系：两个或两个以上相的体系，也叫不均匀系。 相与相之间有明确的界面。 固+气（液） 液+气 不互溶的两液相 固1+固2 碳：金刚石、石墨、C60
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3 热力学温标
威廉·汤姆生 （开尔文爵士） William Thomson 1824-1907，英国 热力学温度：T T= t + T0 (T0=273.15K)
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三种温度表示
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第一章 物质的状态
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气体
气体的最基本特征： 具有扩散性和可压缩性。 人们将符合理想气体状态方程式的气体，称 为理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分 子本身的体积相对于气体所占有体积完全可 以忽略。
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理想气体状态方程 (1)
波义尔定律：当n和T一定时，气体的V与p成 反比 V ∝ 1/p (1) 查理-盖吕萨克定律： n和p一定时，V与T成 正比 V∝T (2) 阿佛加德罗定律：p与T一定时，

V和n成正比 V∝n (3)
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理想气体状态方程 (2)
理想气体状态方程描述理想气体的T,p,V和物 质的量 n 之间的关系。即
pV=nRT
在SI制中，p的单位是Pa，V的单位是m3，T的单位是K，n的 单位是mol；R是摩尔气体常数，R的数值和单位与p,V,T 的单 位有关，在SI制中，R = 8.314 J·K-1·mol-1。
严格遵守理想气体状态方程的气体称为理想 气体。
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理想气体状态方程式的应用
计算p，V，T，n四个物理量之一。 pV=nRT 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。 气体摩尔质量的计算
m mRT pV = nRT ? pV = RT ? M = m M pV n=
M
气体密度的计算
mRT M = pV
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ρ=
M = m
V
ρ RT
Mp ?ρ= p RT
示例
304mL的某气体在25°C和压力为9.93×104Pa时质量为 0.780克，求该气体的相对分子质量。 解：将题中各数据代入下式，R的数值为8.314 J·K1·mol-1，则
mRT 0.780×8.314× (273 + 25) M= = = 64.0g ? mol ?1 4 ?6 pV 9.93×10 ×304×10
所以该气体的相对分子质量为64.0。
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分压
组分气体： 理想气体混合物中每一种气体 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
nB RT pB = V
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分压定律
某一组分气体在气体混合物中产生的分压等于它单 独占有整个容器时所产生的压力，而气体混合物的 总压力等于其中格组分气体的分压之和。 p = p1 + p2 + ??? 或 p= ∑ B ∑p
n1 R T n2 R T p1 = , p2 = , ??? V V n1 R T n2 R T RT p = + + ? ? ? = ( n1 + n 2 + ? ? ? ) V V V n = n1 + n 2 + ? ? ?
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分压的求解
等温等容下：
nBRT nRT pB = nB = x pB = p= B V V p n nB pB = p = xB p n
χ 音：chi 喜
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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)=0.320mol， n(O2)=0.180mol， n(N2)=0.700mol， 混合气体的总压 p=133.0kPa。 试计算各组分气体的分压。
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解答
混合气体总的摩尔数为： n= n(NH3) + n(O2) + n(N2) = 1.200mol 将数据代入分压计算公式，则
n( NH3 ) 0.320 ×133.0 kPa = 35.5 kPa p(NH3 ) = p= n 1.200 n(O2 ) 0.180 ×35.5 kPa = 20.0 kPa p(O2 ) = p( NH3 ) = n( NH3 ) 0.320 p(N2 )= p - p(NH3 ) - p(O2 ) = (133.0-35.5-20.0) kPa =77.5 kPa
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例题
可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气。 反应如下： NH4NO2(s) → 2H2O(g) + N2(g) 如果在19°C、97.8kPa下，以排水集气法在水 面上收集到的氮气体积为4.16L，计算消耗掉 的亚硝酸铵的质量。
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解答
解： T = (273+19)K = 292K p= 97.8kPa V= 4.16L p(H2O) = 2.20k

Pa Mr (NH4NO2) = 64.04
(97.8 ? 2.20)kPa × 4.16L n(N2 ) = =0.164mol -1 -1 8.314J ? K ? mol × 292K
NH4NO2(s) → 2H2O(g) + N2(g)
64.04g m(NH4NO2)
64.04g × 0.164mol m(NH 4 NO 2 ) = =10.5g 1mol
1mol 0.164mol
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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。 V = V1 + V2 + ??? 或 V = ∑VB
nB RT VB = p n1 RT n2 RT V= + + L = ( n1 + n2 + L) RT = nRT p p p p
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分体积的求解 体积的求解
等温等压下：
nBRT nRT VB = nB = pB = x =? VB = V= B B p p V n p nB VB = V =?BV pB =?B p n
音：phi
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气体分子运动论
气体由极小的分子组成，每个分子的直径 和分子间的距离相比可忽略不计； 气体分子间相互作用小，分子运动与其他 分子无关，是独立运动； 气体分子以不同速度不断地做无序直线运 动。运动中分子相互碰撞，并连续撞击容 器壁而产生压力。假设所有碰撞均为弹性 碰撞，没有能量损失； 气体分子的平均动能 (1/2mυ2)与气体的绝对 温度成正比。
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分子速率分布曲线
一定温度下，在一定速率范围内的分子数是一定的， 分子按速率的不同进行一定的分布
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溶液 (p10)
溶液-- 一种物质以分子或离子状态分散于 另一种物质中得到的分散体系 溶质-- 组成溶液的物质中量少的种类 溶剂-- 组成溶液的物质中量多的种类 水溶液：以水为溶剂 溶液 非水溶液：以除水外的物质为溶剂
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溶液的浓度
质量百分比浓度 ωB = mB/m = mB/(mB+mA) 以溶质(B)的质量在全部溶液的质量中占有的百分比 质量摩尔浓度 bB = nB/mA 溶质(B)的物质的量与溶剂(A)的质量的比值 物质的量分数（摩尔分数） χ= nB/(nB+nA) 溶质(B)的物质的量占全部溶液的物质的量的分数 物质的量浓度 cB = nB/V 溶质的物质的量除以溶液的总体积 单位：mol?m-3, mol?dm-3, mol?L-1
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