无机化学重点笔记

第一章物质的状态理想气体：是设定气体分子本身不占空间、分子间也没有相互作用力的假想情况下的气体。实际气体：处于高温（高于273K）、低压（低于数百千帕）的条件下，由于气体分子间距离相当大，使得气体分子自身的体积与气体体积相比可以忽略不计，且分子间作用力非常小，可近似地将实际气体看成是理想气体。pV=nRT（理想气体状态方程式）R称为比例常数，也称为摩尔气体常数。R=8.314Pa·m3·mol-1·K-1=8.314kPa·L·mol-1·K-1=8.314J·mol-1·K-1（Pa·m3=N·m-2·m3=N·m=J）道尔顿理想气体分压定律式中xi为某组分气体的摩尔分数。理想气体混合物中某组分气体的分压等于该组分气体的摩尔分数与总压力的乘积。分体积定律当几种气体混合时，起初每一种气体在各处的密度是不同的，气体总是从密度大的地方向密度小的地方迁移，直至密度达到完全相同的状态，这种现象称为扩散。相同温度、相同压力下，某种气体的扩散速度与其密度的平方根成反比，这就是气体扩散定律。用ui表示扩散速度，ρi表示密度，则有：或式中uA、uB分别表示A、B两种气体的扩散速度，ρA、ρB分别表示A、B两种气体的密度。同温同压下，气体的密度（ρ）与其摩尔质量（M）成正比，据此可以表示为：对理想气体状态方程进行修正对n=1mol实际气体，其状态方程为：气体分子运动论的主要内容包括以下几个假设：（1）气体由不停地作无规则运动的分子所组成；（2）气体分子本身不占体积，视为数学上的一个质点；iiRTRTppnnVViiiiipnnppxppnn或1212==+++iiiinRTnRTnRTnRTVVVVppppi1iuABBAuuABBAuMuM22()()anpVnbnRTV2()()mmapVbRTV（3）气体分子间相互作用力很小，可忽略；（4）气体分子之间及分子对容器壁的碰撞视为弹性碰撞，气体的压力是由于气体分子同容器壁产生碰撞的结果；（5）气体分子的平均动能与气体的温度成正比。通常把蒸气压大的物质称为易挥发的物质，蒸气压小的物质称为难挥发的物质。对同一液体来说，若温度高，则液体中动能大的分子数多，从液体中逸出的分子数就相应的多些，蒸气压就高；若温度低，则液体中动能大的分子数少，从液体中逸出的分子数就相应的少些，蒸气压就低。克劳修斯-克拉贝龙（Clansius-Clapeyron）方程沸点是指液体的饱和蒸气压等于外界大气压时的温度。在此温度下，气化在整个液体内部和表面同时进行（在低于该温度时气化仅在液体的表面上进行），称之为液体的沸腾。三氯甲烷、乙醇、水和醋酸的正常沸点依次分别为61.3℃,78.4℃,100℃和118.5℃。减压蒸馏的方法正是利用减压时液体沸点会降低的这一特征去实现分离和提纯物质的目的。这种方法适用于分离提纯沸点较高的物质以及那些在正常沸点易分解或易被空气氧化的物质。如果温度高于某一数值，则无论加多大的压力也不能使气体液化。这一温度称为临界温度，用符号Tc表示。在临界温度时，使气体液化所需的最低压力称为临界压力，用pc表示；而在临界温度和临界压力下物质所占有的体积称为临界体积，用Vc表示。Tc、pc和Vc统称为临界常数。晶体和非晶体特性的异同点主要表现在以下几个方面：（1）晶体和非晶体的可压缩性和扩散性均很差。（2）完整晶体具有固定的几何外形，而非晶体则没有。（3）晶体具有固定的熔点，非晶体则没有固定的熔点。非晶体被加热到一定温度后开始软化，流动性增加，直至最后变成液体。从软化到完全熔化，要经历一段较宽的温度范围。（4）晶体具有各向异性，许多物理性质，如光学、导热性、导电性和溶解作用等在晶体的不同方向上测定时，是各不相同的。如石墨晶体易沿着层状结构方向断裂，石墨的层向导电能力远远高于竖向导电能力。晶体的各向异性是其内部粒子有规律排列的反映。非晶体则表现出各向同性。等离子体实际是部分电离状态的气体，物质的第四种状态。电离是指中性气体的原子（或分子）电离成离子和自由电子。水的三相点所对应的温度（0.01℃）和压力（0.611kPa）下，固、液和气三态可以共存，即三态处于平衡状态。第二章溶液和胶体分散系：一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质里所形成的体系。分散系由分散质和分散剂两部分组成。溶液中，分散质一般称为溶质，分散剂一般称为溶剂。表2-1按分散质粒子直径的大小分类的液态分散系211211lg()2.303pHpRTT分散系类型粗分散系胶体分散系分子分散系颗粒直径大小＞100nm1～100nm＜1nm高分子溶液溶胶分散质存在形式分子的大聚集体大分子小分子的聚集体小分子、离子或原子主要性质不稳定很稳定稳定最稳定多相单相多相单相普通显微镜可见超显微镜可见电子显微镜也不可见不能透过滤纸能透过滤纸，但不能透过半透膜能透过半透膜实例泥浆胶水Fe(OH)3溶胶NaCl溶液、葡萄糖溶液溶液的浓度表示1、质量分数2、物质的量浓度3、质量摩尔浓度4、摩尔分数溶液的性质有两类：第一类：如颜色、导电性、酸碱性等由溶质的本性决定。第二类：如溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降、渗透压等则与溶质的本性无关，取决于溶液中溶质的自由粒子（可以是分子、离子、原子等微粒）数目，即浓度。后一类性质常称为溶液的依数性，也称为溶液的通性。在难挥发非电解质的稀溶液中，这些性质就表现得更有规律。拉乌尔（F.M.Raoult）定律（只适用于非电解质稀溶液）：溶液蒸气压下降：Δp=Kp·bB溶液沸点升高：△Tb=Kb·bB凝固点下降：△Tf=Kf·bB溶液的渗透压：Π＝cBRT一些常见溶剂的沸点和Kb值溶剂Tb/KKb/K·kg·mol-1水373.150.512乙醇350.541.22苯353.352.53一些常见溶剂的凝固点和Kf值溶剂Tf/KKf/K·kg·mol-1水273.151.86乙醇350.541.22苯278.665.12BBmwmBBncVBBAnbmBBnxnA*Appx渗透性是指分子或离子透过半透膜的性质。具有这种性质的膜有猪的膀胱、肠衣、植物的细胞壁以及人工制造的无机陶瓷膜等。如果半透膜两边溶液浓度相等，渗透压相等，这种溶液称为等渗溶液。在水溶液中或熔融状态下能导电的化合物称为电解质，不能导电的化合物称为非电解质。根据其水溶液中导电能力的强弱又可分为强电解质和弱电解质。解离度是指溶液中已解离的电解质的物质的量占溶液中初始电解质物质的量的百分数，用α表示。离子活度是离子在反应中发挥作用的有效浓度：a=f·c离子强度（定量表征电解质浓度和离子电荷数对活度系数的影响）：zB是离子B的电荷，I越大，f就越小。对于稀溶液，弱电解质溶液、难溶强电解质溶液作近似计算时f值非常接近1，可用浓度代替活度。胶体分散系是由颗粒大小在1~100nm的分散质组成的体系。它可分为两类：①胶体溶液，又称溶胶。它是由小分子、原子或离子聚集成较大颗粒而形成的多相体系。如Fe(OH)3溶胶和As2S3溶胶等。②高分子溶液，它是由一些高分子化合物组成的溶液。如胶水。分散体系的分散度常用比表面来衡量：Ｓ0＝比表面积越大，表面能就越高，系统就越不稳定，因此液体和固体都有自动减少表面能的能力。凝聚和表面吸附是降低表面能的两种途径。固体在溶液中的吸附分为两类：分子吸附（非极性的吸附剂较易吸附非极性的物质）和离子吸附（离子选择吸附和离子交换吸附）。交换能力与溶液中离子的浓度和价数有关，浓度越大，离子价数越高，水化离子半径越小（水化离子半径：Li＋＞Na＋＞K＋＞Rb＋＞Cs＋），交换能力越强。溶胶制备常用方法是分散法（研磨法、超声波法、电弧法、胶溶法）和物理、化学凝聚法。溶胶的光学性质：丁达尔效应。动力学性质：布朗运动。电学性质：电泳：溶胶粒子在外电场作用下发生定向移动的现象。电渗：在外电场下，使溶胶粒子不动，分散剂定向移动的现象称为电渗。溶胶粒子带电的主要原因：吸附带电、解离带电胶团的结构[(AgI)m．nI-．(n-x)K+]x-．xK+溶胶的稳定性：布朗运动、胶粒带电、溶剂化作用。聚沉值：能使一定量的溶胶在一定时间内开始聚沉所需电解质的最低浓度，单位为mmol·L-1。相反电荷价数愈高（价态的影响远大于浓度），水化半径越小，聚沉能力愈大。溶于水后能显著降低水的表面能的物质称为表面活性剂。表面活性剂的分子是由亲水的极性基团和憎水的非极性基团两大部分构成。极性部分通常-OH、-NH2、-COOH和-NH3+等基团，而非极性部分主要是由碳氢组成的长链（-R）或芳香基团（-Ar）等。2BB1=()2IczAV乳浊液是分散质和分散剂均为液体的粗分散系。乳浊液又可分为两大类：一类是“油”(通常指有机相)分散在水中所形成的系统，以油/水型（或O/W）表示，如牛奶、豆浆、各种农药乳化剂等；另一类是水分散在“油”中形成的水/油型（或W/O）乳浊液，例如原油，人造黄油等。第三章化学热力学基础体系可分为三类：敞开体系、封闭体系、孤立体系描述体系的一系列物理量（如气体的压力、温度、体积和组分的摩尔数等）称为状态函数。状态函数的性质：（1）一些状态函数具有加和性，如n、V等（容量性质）（2）一些状态函数没有加和性，如T、P等（强度性质）状态函数的特征：（1）状态一定，状态函数值一定。（2）状态函数变化量只与体系的始、终态有关，与途径无关。体系的某一物理量如果具有上述两个特征，则必是体系的一个状态函数。过程主要有：定温过程；定压过程；定容过程；绝热过程；循环过程。当体系与环境间存在温差时，体系与环境间传递的能量叫做热，以Q表示。除了热的形式以外，其它各种被传递的能量都叫功，以W表示。功分为体积功和非体积功（也称有用功）。功的取值：体系对环境做功，取负值；环境对体系作功，取正值。功和热不是状态函数（注意状态函数两个特征）。体系内部能量的总和称为热力学能（内能），用符号U表示，单位为J或kJ。体系的状态确定时，体系内部的能量也随之确定，是体系的状态函数。热力学第一定律：U2=U1+(Q+W)，U2-U1=U=Q+W规定：（1）体系吸收热量为“+”值，放出热量为“-”值。（2）体系对环境作功（如膨胀）为“-”值，环境对体系作功（如压缩）为“+”值。当生成物的温度和反应物的温度相同，且在反应过程中体系只反抗外压做膨胀功（W有=0时)，化学反应过程中所吸收或放出的热量就叫做这个反应的反应热或热效应。恒容条件：恒容反应热U=QV恒压条件：恒压反应热定义：H(焓）=U+pV（H=U+nRT）则Qp=H2-H1=H（焓变）反应进度（衡量化学反应进行程度的物理量）：ξ的单位是mol热化学方程式：H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）=－285.83kJ·mol－1符号△rHmθ的左下标“r”表示化学反应，右下标“m”表示反应进度变化量ξ=1mol，即△rHm表示化学反应进度为1mol时的反应焓变，因此也称为摩尔焓变，习惯上常用kJ·mol－1为单BBBBB)0()(nnnrmHΘΔ位。右上标“θ”表示反应在标准状态下进行。标准状态是指在温度T和标准压力pθ（100kPa）时该物质的状态。①标明反应的温度和压力，在298.15K和100kPa下进行，可以不注明。②标明所有参加反应各物质的状态，气、液、固态可分别用g、l、s表示。有多种晶型的固体要注明其晶型。以aq代表水溶液,(aq，∞)代表无限稀释水溶液。盖斯定律（1840）：不管化学反应是一步完成，还是分步完成，其热效应总是相同的。标准状态下，由元素的稳定单质生成1mol某物质时的热效应叫做该物质的标准摩尔生成焓或标准摩尔生成热。用fHmθ表示，f表“生成”，单位kJ·mol-1，稳定单质及H+的fHmθ为零，利用标准摩尔生成焓求反应焓的通式为：rHmθ=(ifHmθ)生成物-(ifHmθ)反应物=BfHmθ(B)1mol某有机化合物在100kPa和某温度下被完全燃烧时所放出的热量叫做该化合物的标准摩尔燃烧焓，以cHmθ