无机及分析化学(上)教案

长江大学工程技术学院教案/讲稿第一讲绪论一、化学研究的对象什么是化学？研究物质的组成、结构、性质及其变化规律和变化过程中能量关系的一门科学.化学研究的对象化学研究的简单历程：19世纪-20世纪上半叶：发现新元素及其化合物，元素周期律的发现是化学发展史上的里程碑。20世纪下半叶：合成新分子化学具体研究的内容：化学物质的分类、合成、反应、分离、表征、设计、性质、结构、应用、相互关系。二、化学的主要分支无机化学：元素及其化合物(除碳、氢化合物及其衍生物)，研究的主要内容为元素、单质及无机物的来源、制备、性质、变化和应用.分析化学：研究物质化学组成和结构的分析方法及其有关理论按原理分为化学分析（含量在1%以上的常量组分分析）和仪器分析（一般适合于微量甚至痕量分析.）按任务分:定性分析;定量分析;结构分析.有机化学：研究有机化合物的来源、制备、结构、性质、应用以及有关理论的科学，又称碳化合物的化学。研究的主要内容:有机物性质、结构、合成方法、有机物间相互转变及其变化规律和理论.物理化学：研究所有物质系统的化学行为的原理、规律和方法的学科。研究主要内容:化学热力学、化学动力学、结构化学三、《无机及分析化学》课程的主要内容及课程的性质1.课程的主要内容:平衡：从化学热力学角度研究化学平衡基本原理以及平衡移动的基本规律.，具体讨论酸碱平衡、沉淀生成与溶解平衡、氧化还原平衡、配位平衡.结构：研究原子结构、分子结构和晶体结构的基本规律,了解物质的第页长江大学工程技术学院教案/讲稿性质、化学反应与结构的关系.性质：在元素周期律的基础上研究一些主要元素及其重要化合物的结构、组成、性质及其变化规律,了解一些主要元素及其重要化合物在有关领域的应用.应用：应用四大化学平衡的原理进行物质的分离,制备以及测定2.课程的性质整合无机化学和分析化学的内容，目的是节约时间，避免重复几大类专业学习该门课程。四、化学在社会中的地位和作用皮尔达尔（美）：“化学是满足社会需要的中心学科”福井千一（日）：“化学注定是中心学科的占有者”1、衣食住行和日常生活2、从社会发展看工业、农业、国防，国际上的热点问题（例如环境保护、能源开发、功能材料、生命过程）都需要化学来解决。五、怎样学习化学动力：好奇心、兴趣、责任感、敬业精神实践：Ihear,Iforget;Iread,Iremember;Ido,Iunderstand!方法：适合自己的学习方法六、本门课程学习要求和考核方式学习要求：课前预习、上课认真听讲、做好笔记、课后复习、独立完成作业考核方式：50%期末测试+50%平时成绩（考勤30%+作业30%+平时测试30%+笔记10%）参考书籍：1.《无机及分析化学》呼世斌著，高等教育出版社。2.《无机及分析化学》（第三版）南京大学编，高等教育出版社出版3.《无机化学》北师大等校编，高等教育出版社。4.《分析化学》华中师范大学编，高等教育出版社。5.无机及分析化学学习指导.浙江大学编.高等教育出版社，2004年第页长江大学工程技术学院教案/讲稿第二讲第一章溶液和胶体教学目的：1.了解分散系的分类及主要特征。2.掌握溶液浓度的表示方法及浓度的换算。3.掌握稀溶液的依数性及其定量规律。4.熟悉胶体的基本概念、结构及其性质等。5.了解高分子溶液、表面活性物质、乳浊液的基本概念和特征。教学重点：1.物质的量、摩尔质量、物质的量浓度等概念；2.稀溶液的依数性、胶体结构、胶体的稳定性与聚沉方法。学习难点：对稀溶液依数性的理解,胶体结构与胶体聚沉。一、分散系溶液：凡是由一种或多种物质分散在另一种物质中形成的混合体系。1.定义分散系：一种（或几种）物质分散成为微小粒子分布在另外一种物质中所构成的系统包括分散质(被分散的物质)和分散剂（容纳分散质的物质）分散质和分散剂可以是固体、液体或气体。2.分散系的特点：分散质处于被分割成粒子的不连续状态，分散剂处于连续状态分散系的分类（1）按聚集状态分为（表1-1）分散质和分散剂的聚集状态（2）按分散质粒子大小分类的各种分散系（表1-2）低分子或离子分散系、液体分散系和粗分散系胶体：由颗粒直径在10-9~10-7m的分散质而组成的体系二、溶液浓度的表示方法物质以分子、离子或原子的形式分散于另一种物质中所形成的均匀稳定的系统(或称体系)称为溶液。溶液分为气体溶液、液体溶液和固体溶液，通常所说的溶液是指液体溶液。最常见的溶液是水溶液，简称为溶液。第页长江大学工程技术学院教案/讲稿1、溶液组成量度的表示方法（1）物质的量浓度cB—B的物质的量浓度，单位为mol·L-1。nB—物质B的物质的量，单位为mol。V—混合物的体积，单位为L。注意:使用物质的量单位mol时，要指明物质的基本单元。例：c(KMnO4)=0.10mol·L-1c(1/5KMnO4)=0.10mol·L-1的两个溶液。两种溶液浓度数值相同，但是，它们所表示1L溶液中所含KMnO4的质量是不同的，前者15.8克，后者为3.16克。（2）质量摩尔浓度bB—溶质B的质量摩尔浓度，单位为mol·Kg-1。nB—溶质B的物质的量，单位为mol。mA—溶剂的质量，单位为kg。（3）摩尔分数nB—B的物质的量，SI单位为mol；n—混合物总的物质的量，SI单位为mol；单位：物质B的摩尔分数，量纲为一。两组分的溶液系统：溶质B的摩尔分数:溶剂A的摩尔分数:所以对任何一个多组分系统，则（4）质量分数—B的质量分数，量纲为一。第页VncBBABBmnbnnBBBABBnnnBAAAnnn1BA1immBB长江大学工程技术学院教案/讲稿(1)物质的量浓度与质量分数cB—溶质B的量浓度;—溶液的密度;wB—溶质B的质量分数;MB—溶质B的摩尔质量。(2)物质的量浓度与质量摩尔浓度cB—溶质B的量浓度;—溶液的密度;m—溶液的质量;nB—溶质B的物质的量讲解P9例1-2三、稀溶液的通性稀溶液的通性，或者称为依数性(colligativeproperty):指稀溶液蒸气压的下降、沸点上升、凝固点下降和稀溶液的渗透压与溶液中溶质的独立质点数有关，而与溶质的本身性质无关。1.溶液蒸气压的下降饱和蒸气压,简称蒸气压(po)：将一种纯液体（纯溶剂）置于一个密封容器中，当蒸发为气态的溶剂粒子数目与气态粒子凝聚成液态的溶剂粒子数目相等时，这时液体上的蒸气所具有的压力称为溶剂在该温度下的饱和蒸气压。拉乌尔定律法国物理学家拉乌尔(RoultFM)在1887年总结出一条关于溶剂蒸气压的规律。p=po×χA由于χA十χB＝l，即χA＝l一χB所以p=po×（1-χB）=po-po·χBpo-p=po·χB△p=po-p=po·χB△p—溶液蒸气压的下降值，单位为Pa；B—溶质的摩尔分数。第页BBBBBBBBBB/MmMmmMmVMmVncmnmnVncBBBB长江大学工程技术学院教案/讲稿结论:在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压的下降值与溶质的摩尔分数成正比。——拉乌尔定律2.溶液沸点升高和疑固点下降沸点是指系统中液体的蒸气压等于外界压强时度。在一定的外压下，任何纯液体都有一定的沸点。外界压强为1.0×105Pa时，纯水的沸点为100℃。拉乌尔根据实验结果推导出：△Tb=Kb×bB△Tb—溶液沸点的变化值，单位为K或℃；bB—溶质的质量摩尔浓度，单位为mol·kg-1;Kb—溶液沸点上升常数，单位为K·kg·mol-1或℃·kg·mol-1,Kb只与溶剂的性质有关，而与溶质的本性无关。不同的溶剂有不同的Kb值。书表1-3几种溶剂的Tb和Kb即：难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高值与溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的性质无关。需要指出的是:溶液的沸点不是恒定的，而纯液体有固定沸点，原因是随着溶液的沸腾，溶剂不断蒸发，溶液的浓度逐渐增大，蒸气压不断降低，因此沸点升高数值越来越大,当溶液达到饱和后，沸点不再变化。若继续蒸发，溶液中的溶质就要析出。我们所说的溶液的沸点是指某溶液刚开始沸腾时的温度。溶液的凝固点又称为冰点，是指液体蒸气压与固体纯溶剂蒸气压相等时系统的温度，也是纯物质的固相与液相共存(即达到平衡)时的温度。例如冰和水在0℃时蒸气压相等，故水的凝固点是0℃，在此温度下，第页长江大学工程技术学院教案/讲稿水和冰可以相互转化，即液体的凝固和固体的熔化处于平衡状态。溶液凝固首先是溶液中溶剂的凝固，因此溶液的凝固点实际为溶液中溶剂的蒸气压与固态溶剂的蒸气压相等时的温度。根据拉乌尔的实验结果：难挥发性非电解质稀溶液的凝固点降低△Tf与溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。其关系式为:△Tf=kfbBkf称为溶剂的摩尔凝固点下降常数，kf只与溶剂的性质有关，单位为:℃·kg·mol-1或K·kg·mol-1。常见溶剂的kf列于表1中。△Tf—溶液凝固点下降值，单位为K或℃；bB—溶质的质量摩尔浓度，单位为mo1·kg-1；思考题：1、难挥发物质的溶液在不断沸腾时，它的沸点是否恒定？在冷却过程中它的凝固点是否恒定？2、用测凝固点的方法来估算溶质的相对分子质量。第页长江大学工程技术学院教案/讲稿第三讲3、溶液的渗透压渗透：由物质粒子通过半透膜单向扩散的现象。半透膜：在两个不同浓度的溶液之间，存在一种能有选择地通过或阻止某些粒子的物质。渗透压：为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力。1886年荷兰物理学家范特荷甫（Van’tHoff）指出：稀溶液的渗透压（Π）与溶液浓度和温度的关系是：П×V=nB×R×T即П=cB×R×TП—溶液的渗透压，单位为Pa；cB—溶液的浓度，单位为mo1·L-1；R—气体常数，为8.314kPa·L·mol-1·K-1；T—体系的温度，单位为K上式表明：在一定的温度下，溶液的渗透压与溶液的浓度成正比，而与溶质的本性无关。根据溶液的渗透压，可测定溶质的摩尔质量，特别是高分子化合物的摩尔质量。反渗透是在溶液一方所加的额外压力超过渗透压，使溶液中的溶剂分子反向渗透的现象。反渗透方法在海水淡化、污水处理等方面前景较好，现在关键问题是寻找理想的半透膜。测定溶液渗透压，估算溶质的相对分子质量。稀溶液的定理：难挥发、非电解质稀溶液的某些性质(蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压)与一定量的溶剂中所含溶质的物质的量成正比，而与溶质的本性无关。思考题：稀溶液的各项通性，为什么不适用于浓溶液和电解质？四、胶体溶液胶体分散系：溶胶（如Fe(OH)3胶体和As2S3胶体等）高分子溶液（淀粉溶液和蛋白质溶液等）1、分散度和表面吸附分散系的分散度(dispersiondegree)常用比表面积来衡量。第页VSs长江大学工程技术学院教案/讲稿s—分散质的比表面积，单位是m-1；S—分散质的总表面积，单位是m2；V—分散质的体积，单位是m3。表面能：把物质内部分子拉向表面，须吸收能量,克服指向物质内部的力。当这些内部分子转移出来，形成新表面时，这部分能量就转变成表面层分子的势能，因而表面层分子比内部分子的能量高，高出部分的能量称为表面能。物质分散程物质分散程度越大，比表面越大，表面能就越高。液体和固体都有自动减小表面能的能力。通常以吸附的途径来降低物质的表面能。表面吸附：物质表面质点吸附其它质点，其为一放热过程，也是一个自发过程。2、胶团的结构以稀AgNO3与过量的KI反应制备的AgI溶胶为例，说明胶团结构。KI过量时形成的AgI胶团结构示意图AgI胶团结构简式：{（AgI)m·nI-·（n-x）K+}x-·xK+胶核电位离子反离子反离子吸附层扩散层胶粒胶团第页长江大学工程技术学院教案/讲稿式中m、n、x分别表示胶核中AgI的数目，电位离子数和吸附层中反离子数。m、n、x皆为不确定的数，即使同一溶胶的不同的胶团,其m、n、x也不相同。若以过量AgNO3制备AgI溶胶时，则电位离子是Ag+，而反离子是NO3-，胶团结构式为[(AgI)m·nAg+·(n-x)NO3-]x+·xNO3-例1：氢氧化铁溶胶式通过三氯化铁在沸水中水