大学无机化学

本课程使用教材《简明无机化学》（第二版）欢迎来自全国各地的新同学，祝大家身体好，学习好，生活好，愿我们携手成就美好未来！授课人：朱文靖课程介绍•如何学好普通化学？•1.注重理解基本概念、基本理论。•2.积极实践：做题练习、认真实验。•3.掌握正确的学习方法•（1）课前：积极预习，带着问题学习。•（2）课上：认真听课，做好课堂笔记。•（3）课后：及时复习，独立完成作业。课程介绍大学与中学教学方法的不同中学（1）授课内容少，练习多，保证听懂掌握。（2）学习有老师和家长督促。（3）老师与学生相处时间长，有问题可及时解决。大学（1）授课内容多，练习少，课后需要认真看书，及时复习，做习题巩固。（2）完全靠自觉（3）老师课后辅导时间较少，有问题要靠自觉多动脑筋，多与同学讨论化学是什么化学研究方法化学与化学研究ChemistryChem-is-try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(Synthesis)物质的组成与结构(WhathaveIgot?)物质的性质与变化(Howdidthattransformationhappen?)为什么是这种结构，为何发生这种变化(Whythatchangeorstructure,ratherthanothers?)从化学的发展看化学1789，化学开始成为科学200年前，化学的中心问题：“Whatisit？”(分析物质的组成，至少在元素水平上)1901-，最常问的问题：“How?”和“Why?”(从宏观尺度理解物质的变化，Gibbs化学热力学)“新化学”与100年以前有何区别？(themolecularvision)合成，更精通和突出，以某种可控的方式(incontrol);分析，更深入和细致，“HowlittlehaveIgotofwhat?”;化学反应机理，转化的原子路径，飞秒时间尺度(How?);理论，不仅限于解释和理解，预言性可与实验竞争(Why?)与物理、材料和生命科学的交叉与融合！一般科学研究方法(TheScientificMethod)•基于观察提出问题，寻找趋势。Askquestions(keepasking)basedonobservations.Lookfortrends.•提出一个假设或理论，试图回答问题。Formulateanhypothesis,atheorywhichattemptstoansweryourquestions.•检验假设。进行实验，收集数据和观察资料。Testhypothesis.Performexperimentsandcollectdataandobservations.•分析结果，得出结论。Analyzeresultsanddrawconclusions.•结果给出答案，但常常产生新的问题。Outcomeleadstoanswersandfrequently,additionalnewquestions.物质与测量(MatterandMeasurement)•物质Matter–化学的对象•表征Characterization--性质properties•物理和化学性质Physicalandchemicalproperties•为了描述和表征物质：测量Todescribeandcharacterizematter,chemistsmakemeasurements.•测量：将待描述的和已知的进行比较Measurements-comparisonbetweensomethingknownandsomethingwhichneedstobedescribed.化学是实用性的科学古代希腊的彩陶我国商朝的青铜器化学在二十世纪对人类社会的奉献化学是富有创造性的科学化学家在研制新型聚合物化学家按科学数据用计算机设计药物化学的边缘学科物质的变化规律物质的制备与性质物质的形态与结构气液固体原子结构分子结构晶体结构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《无机化学》课程的主要内容（1）气体（2）稀溶液的性质（3）晶体结构基本概念（4）酸碱理论（5）化学反应速率第一章化学基础知识重点与难点：1、理解理想气体的概念，掌握理想气体状态方程式及其应用。2、掌握混合气体中组分气体分压的概念和分压定律。3、掌握拉乌尔定律及其应用。4、掌握稀溶液稀数性及其应用，会计算溶液沸点等物理量。5、掌握酸碱质子理论、酸碱电子理论的基本概念：质子酸、质子碱、共轭酸及共轭碱概念；6、掌握反应速率的表示方法，反应速率方程式、；7、了解（基）元反应、复合反应、速率系数、反应级数、活化分子、活化能、活化络合物等概念；8、掌握阿伦尼乌斯公式并能用其说明温度对反应速率的影响。理解碰撞理论及过渡态理论。171、气体的基本特征：⑴无限膨胀性：⑵无限掺混性：无限膨胀性即：不管容器的形状大小如何，即使极少量的气体也能够均匀地充满整个容器。无限掺混性是指：不论几种气体都可以依照任何比例混合成均匀的混溶体(起化学变化者除外)。1.1理想气体182、理想气体状态方程理想气体是一种以实际气体为根据的人为假设的气体模型。①气体分子为只有位置而无体积几何点；②气体分子之间没有相互作用力；③气体分子间碰撞是完全弹性碰撞。≈实际气体（RealGas）理想气体（IdealGas）高温低压⑴理想气体（2）理想气体状态方程波义尔定律：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)20理想气体的p、V、n、T之间的关系：p：气体的压力，单位为Pa(或kPa)。V：气体的体积，单位为m3(或dm3，即L)。1mol理想气体的标准摩尔体积Vm=0.022414m3·mol-1。n：气体的物质的量，单位为mol。T：绝对温度，单位为K，它与t℃的关系为:T=273.15+t℃。R：气体摩尔常数。R=8.314Pa·m3·mol-1·K-1=8.314KPa·L·mol-1·K-1=8.314J·mol-1·K-1pV=nRT------理想气体状态方程⑵理想气体状态方程21⑶理想气体状态方程的应用①适用范围适用于低压、高温，且远离沸点时的多数气体；可用来描述单一气体或混合气体的整体行为。注：高压和低温的气体以及同其液体或固体共存的气体不遵守理想气体状态方程。气体摩尔质量的计算气体密度的计算mnMmmRTpVnRTpVRTMMpVmVmRTRTMpMMpVpRT②具体应用p、V、n、T四个变量，已知三个，求第四个；注：R的单位。23【例1.1】某气体在293K和99.7kPa时，占有体积0.19dm3，质量为0.132g，求该气体的相对分子质量，并指出它可能是何种气体。解：由理想气体状态方程pV=nRT所以，气体的相对分子质量为17，该气体可能是NH3。变形得气体的摩尔质量为mpVRTM1－mol17g≈pVmRTM31－1－3md0.19kPa99.7K293KmolmdkPa8.314g0.13224【例1.2】NH3(g)在67℃，106.64kPa下密度为多少?解：由理想气体状态方程pV=nRT变形可得：mmpMpVRTMVRT已知:M(NH3)=17.0g·mol-13dmg641.0RTpMK340molKdmkPa314.8molg0.17kPa64.1061131253、道尔顿(Dalton)分压定律英国化学家道尔顿（1766-1844）科学原子论创始人英国化学家道尔顿(J.Dolton)创立了科学原子论(化学原子论)，揭示了各种化学定律、化学现象的内在联系，成为说明化学现象的统一理论，完成了化学领域内一次极为重大的理论综合。有人称为近代化学史上的第三次化学革命。261803年，提出了原子学说：元素是由非常微小的、看不见的、不可再分割的原子组成；原子既不能创造，也不能毁灭，不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有的性质；同一种元素的原子其形状、质量及各种性质都相同，不同元素的原子的形状、质量及各种性质则不相同，原子的质量是元素最基本的特征；不同元素的原子以简单的数目比例相结合，形成化合物。1807年道尔顿发表[化学哲学新体系]，全面阐述了化学原子论的思想。27⑴物质的量分数xi混合物中某组分的物质的量分数xi即为该组分的物质的量ni占混合物中总物质的量n的分数。即：iinxn例如：由物质的量分别为nA，nB的A、B两种物质组成混合物，两种组分各自的物质的量分数为：AAAABnnxnnnBBBABnnxnnn1ABxx所以：多组分混合物：1ix28⑵气体的分压力(partialpress)在相同温度条件下，混合气体中各种气体单独占有混合气体的容积时所产生的压力，称为该种气体的分压力。用pi表示。理想气体的分压力满足理想气体状态方程：iiRTpnV29⑶Dolton分压定律1801年英国化学家道尔顿通过实验提出：在一定温度下气体混合物的总压力等于其中各组分气体分压力之和。-----道尔顿分压定律数学式表示为：123ippppP其中，p是混合气体的总压力，p1、p2、p3…是气体1，2，3，…的分压力。气体分压定律11pVnRT22pVnRT33pVnRT123123pVnRTppppnnnn总总总总=iiiipVnRTpnpn总总ni：混合气体中气体i的物质的量pi：气体i的分压31⑷适用范围Dalton分压定律适用于任何理想混合气体，实际气体在低压和高温下可近似使用。与固、液共存的蒸气也可使用Dolton分压定律。例如：用排水集气法收集气体，所收集的气体含有水蒸气，因此容器内的总压力是气体分压力与水的饱和蒸气压之和：p总＝p气+p水⑸应用①通过气体物质的量分数计算气体组分的分压力；②根据道尔顿分压定律，可以计算混合气体的总压力，以及各组分气体的分压力。32【例1.3】将0℃，98.7kPa的2.00cm3N2与60℃，53.3kPa下的50.0cm3O2混合于一个50.0cm3容器中，0℃时此混合气体总压力是多少？各种气体的摩尔分数是多少？kPa)(95.30.5000.27.982Np2O53.327343.7(kPa)27360pp(总)＝p(N2)＋p(O2)＝3.95+43.7=47.7(kPa)解：注意：题中所给压力不是分压不可以直接相加33总总总＝pxpnnpiii由道尔顿分压定律：iipxp总083.0)(22总ppNxN1)()(22OxNx917.0083.01)(1)(22NxOx34nRTpTp222111vv所以，有25℃时水的饱和蒸气压为3.17kPa)kPa(93.9017.31.942Op故23273101.390.930.250.206(dm)298OV【例1.4】在水面上收集一瓶250cm3氧气，25℃时测的压力为94.1kPa，求标准状况下干燥氧气的体积。解：因为气体的温度和压力改变时只影响体积而不影响物质的量。水总pppo2标准状况下：补充：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。pRTnVBBV=V1+V2+pRTnVBBBBVV或pnRTVpRTnnpRTnpRTnV2121称为B的体积分数BBBnnVVppVVxppBBBBBBB38物质1.2.1溶液的浓度VncBB物质的量(mol,mmol)混合物体积(m3,L,mL)1.2稀溶液的性质物质的量浓度质量浓度(massconcentration)定义：溶质B的质量mB除以溶液的体积VVmρBB单位：SIkg·