南开大学无机及分析化学课件之-第一章.

无机及分析化学主讲教师：尹学博南开大学化学学院绪论：什么是化学?化学是在原子和分子层次上研究物质的组成、结构、性质以及物质之间相互转化的科学。研究层次：原子和分子研究内容：物质的组成、结构、性质与相互转化核心与特征：合成新物质，对其性质进行表征，开发其新的应用并探讨其中的机理。化学的分支无机化学有机化学分析化学物理化学高分子化学生物化学，材料化学，环境化学……化学是一门以实验为基础的科学：Chem-is-try化学在21世纪焕发着新的青春20世纪化学的标志性成果1.合成氨技术2.三大合成高分子材料:塑料、橡胶、纤维。3.药物的发明化学发展的现状（21世纪）化学和其他学科交叉,形成了许多新兴学科:如地球化学、环境化学、化学生物学、药物化学等化学已经成为生命、农业、医学、材料、环境等学科的基础。化学在人类由古代穴居人的野蛮生活进化到现在文明世界的变化过程中,使我们不仅可以和自然处于和谐之中,而且可以使我们和自己的愿望相吻合。化学家涉足的工业领域如下图：人类基因组项目和DNA序列分析-在分子水平上认识人类，有助于治疗疑难病症和进行保健事业、生物驱术以及制药工业的新革命人类基因组项目(HumanGenomeProject,HGP):1990年美国制定了HGP，计划在15年内投资30亿美元，完成全部脱氧核糖核酸(DNA)测定、定位及遗传学研究。人类基因组项目研究的主要目的是测定人类基因组30亿碱基对的DNA序列，建立人类基因库，使人们进入21世纪时能用生物分子学方法研究广泛的生物医学问题.DNA序列分析(DNASequencing):2000年6月26日，人类基因草图正式发表，比推出人类基因草图的原计划2005年提前5年。人类基因草图之所以能提前完成，主要得益于毛细管电泳技术的发展，是分析化学家起了关键作用.例4三聚氰胺的检测三聚氰胺（英文名Melamine），是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，重要的氮杂环有机化工原料。蛋白质主要由氨基酸组成，其含氮量一般不超过30%，而三聚氰胺的分子式含氮量为66％左右。通用的蛋白质测试方法“凯氏定氮法”是通过测出含氮量来估算蛋白质含量。由于食品和饲料工业蛋白质含量测试方法的缺陷，三聚氰胺被不法商人用作食品添加剂，以提升食品检测中的蛋白质含量指标，因此三聚氰胺也被人称为“蛋白精”。参照美国食品化学品法典(FCC)三聚氰胺HPLC-UV定量方法，同时还可采用HPLC/MS检测方法对婴儿食品，宠物食品，饲料及其原料进行三聚氰胺的检测。Hydrogen-BondingRecognition-InducedColorChangeofGoldNanoparticlesforVisualDetectionofMelamineinRawMilkandInfantFormula,J.Am.Chem.Soc.,2009,131(27),9496–9497DetectionofMelamineinMilkProductsbySurfaceDesorptionAtmosphericPressureChemicalIonizationMassSpectrometryAnal.Chem.,2009,81(7),2426–2436化学在社会生产、生活中的作用1.农业生产中的化肥、农药。2.工业生产中煤、石油、天然气的开发和炼制。3.国防工业中导弹的生产,人造卫星材料及发射卫星使用的高能燃料。4.计算机中信息存储设备。化学在生物学中的应用生命过程实际是很多化学过程的综合通过生物分子的化学结构了解其活性、功能药物的合成、药物与生物分子的相互作用研究药物的组成和结构分析仪器分析和化学分析《无机及分析化学》课程的主要内容化学基本理论物质状态化学热力学化学动力学原子结构分子结构配位化合物教材:《无机及分析化学》，张绪宏尹学博编化学分析数据处理重量分析沉淀平衡(滴定)滴定分析酸碱平衡、滴定配位平衡、滴定氧化还原滴定本书的内容化学基本理论元素化学分析化学无机化学教学参考用书《无机化学》，宋天佑等编；高等教育出版社，2004年6月第1版。《无机化学》，北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学编；高等教育出版社；2003年1月第4版。《近代化学导论》，申泮文主编；高等教育出版社；2002年1月第1版。《定量化学分析》，许晓文等编，南开大学出版社，第二版。《无机及分析化学》，武汉大学《无机及分析化学》编写组编，武汉大学出版社，第二版。学习方法：1.预习;2.课堂笔记;3.及时复习和习题;4.积极参与讨论和答疑;5.充分利用课外参考书和网络资源;成绩评定:1.平时成绩（作业和出勤）2.期中考试3.期末考试联系方法:尹学博：[e-mail]第一章计量单位·有效数字1.1法定计量单位化学是一门以实验为基础的科学,在化学实验中一定会涉及到对某些物理量的测量,因此,一定要注意使用正确的计量单位……1.2有效数字及其计算在记录测量数据和进行相应的计算时,一定要正确的使用有效数字,使之不仅能表示所测物理量的大小,而且能正确反映测量的准确程度……法定计量单位1994年7月1日《中华人民共和国的法定计量单位》开始实施。它是在先进的国际单位制(SI)的基础上进一步统一我国的计量单位而制定的，包括六个部分：(1)国际单位制的基本单位(2)国际单位制的辅助单位(3)国际单位制中具有专门名称的SI导出单位(4)国家选定的非国际单位制单位(5)由以上单位构成的组合形式的单位(6)由词头及以上单位所构成的十进位数和分数单位国际单位制的基本单位量的名称单位名称单位符号长度L米m质量m千克(公斤)kg时间t秒s电流I安[培]A热力学温度T开[尔文]K物质的量n摩[尔]mol发光强度Iv坎[德拉]cd国际单位制的辅助单位量的名称单位名称单位符号平面角弧度rad立体角球面度sr国际单位制中具有专门名称的SI导出单位(续表)国家选定的非国际单位制单位(续表)用于构成十进位数和分数单位的词头(续表)有效数字及其运算1．有效数字在实际工作中对某一物理量进行测量时，要根据实际工作的要求选择不同精度的测量工具进行测量，在记录测量数据和进行相应的运算时，一定要正确地使用有效数字，使之不仅能表示所测物理量的大小，而且能正确地反映测量的准确程度。所谓有效数字，就是实际能测量到的数字。例如，对某物体使用分析天平测量其质量，结果为1.5000克。若改用架盘天平称量时，其结果为1.5克。这两个数字从数值的大小来看似乎是相同的，但所反映的测量准确程度是不同的。前者反映了测量的准确程度准确到0.0001克数量级，而后者仅反映了测量的准确程度准确到0.1克数量级。1.5000中的“1”、“5”和其后的两个“0”均是准确的，最后一个数字“0”则是可疑的。而在1.5这个数字中，数字“1”是准确的，数字“5”是可疑的。如果用分析天平称量的质量是1.5000克，而在记录时写成1.5克，则其测量的准确程度无形中被人为地缩小了1000倍。这在实际工作中是不允许的。在有效数字中，数字“0”具有双重意义：(1)作为普通数字使用，它是有效数字；(2)只起定位作用，它不是有效数字。例如，测得以下数据：试剂的体积12mL(量筒量取)二位有效数字试样的质量0.6283g(分析天平称取)四位有效数字滴定液体积23.58mL(滴定管读取)四位有效数字溶液的浓度0.02080mol/L四位有效数字溶液的浓度0.10mol/L二位有效数字被测物含量56.12％四位有效数字平衡常数K＝1.8x10二位有效数字pH值(注)12.08二位有效数字pH值5.1一位有效数字注：考虑pH值的有效数字时，因为pH值是氢离子浓度的负对数，所以pH值的有效数字位数只考虑小数点后数字个数，小数点前面的数字不是有效数字，因为它实际上只反映了氢离子浓度的数量级。例如：pH=4.30表示c(H+)=5.0×10-5mol·L-12.有效数字的运算规则(1)加减法例如两个测量值分别为1.3872克和35.1克，相加1.3872--------------------有±0.0002克的误差+35.1--------------------有±0.2克的误差可得36.4872问题是计算结果应将有效数字保留到小数点后第几位呢?因为在加数35.1中“1”已是可疑数字，所以相加的结果36.4872克中数字“4”必然是可疑数字，因此再写后面的数字“8”、“7”、“2”已无意义。根据误差传递的结果在进行有效数字的加减法运算时，和与差的绝对误差等于各有效数字绝对误差的代数和。因此，计算结果(36.4872)的绝对误差为(±0.2)+(±0.0002)≈±0.2所以计算结果的正确表示应为36.5。有效数字36.5正好与0.2的绝对误差相匹配。(2)乘除法例如，以下三个有效数字进行乘除法运算时0.024×8.15612.576＝0.015564885……因为每个数据的最后一位数字均为可疑数字，若最后一位有1的误差，其相对误差分别为：相对误差0.024：(二位有效数字)±0.001／0.024×100＝±4％8.156：(四位有效数字)±0.001／8.156×100＝±0.01％12.576：(五位有效数字)±0.001／12.576×100＝±0.008％在进行有效数字乘除法的运算时，它们的积或商的有效数字的保留应以其中有效数字位数最少(相对误差最大)的数据为依据。所以，上述计算结果应保留两位有效数字(0.016)，它与有效数字0.024(两位有效数字)相匹配。应该说明的是：若使用计算器进行计算时，可以先计算后修约。根据误差传递的结果，在进行有效数字的乘除法运算时，积与商的相对误差等于各有效数字相对误差的代数和。因此，结果的相对误差为(±4％)＋(±0.01％)＋(±0.008％)≈±4％所以计算结果的正确表示应为0.016。有效数字0.016正好与±4％的相对误差相匹配。