中级无机化学自学指导书梁华定编

1中级无机化学自学指导书梁华定编台州学院化学系二00三年三月2Ⅰ课程教学内容、教学重点和教学要求教材：朱文祥，刘鲁美.中级无机化学.北京师范大学出版社.1993.1参考书:北京师范大学等.无机化学(第三版).高等教育出版社.1998.4中国科学院化学学部.展望21世纪的化学.化学工业出版社.2000.5绪言一、教学内容（一）无机化学发展史（二）无机化学发展趋势（现代无机化学、配位化学、原子簇化学、超导材料、无机晶体材料、稀土化学、生物无机化学、无机金属药物）（三）现代无机化学发展特点第一章酸碱理论与非水溶液一．教学内容（一）酸碱概念及其发展（酸碱的水－离子论、酸碱质子理论、酸碱溶剂论、酸碱电子论、酸碱正负论、氧离子理论）（二）酸碱强度（质子酸碱强度、质子酸在水溶液中的酸性、含氧酸的酸性、Lewis酸碱强度．Drago酸碱参数＊）（三）软硬酸碱理论（HSAB理论）（软硬酸碱的分类、软硬酸碱规则及其应用、酸碱的软硬度、软硬酸碱的理论基础）（四）非水溶液和超酸（溶剂对溶质的影响、溶剂的类型、液氨体系、硫酸体系、超酸）（五）溶剂化电子二、教学重点酸碱的水－离子论、酸碱质子理论、酸碱电子论；酸碱强度；软硬酸碱规则及其应用；液氨体系、硫酸体系、超酸。第二章配位化学基础一、教学内容（一）配位化合物的基本概念（配合物的定义、配位数与配合物的空间构型）（二）配位化合物的异构现象（配合物的几何异构、旋光异构、键合异构现象、配位异构现象、电离异构现象溶剂合异构现象）（三）配位化合物的制备（加成反应、取代反应、氧化－还原反应、热分解法）（四）（晶体场理论、修正的晶体场理论ACFT或配位场理论LFT、分子轨道理论）（五）Jahn-Teller效应和立体化学（Jahn-Teller效应、配合物的立体构型的选择）（六）配合物的反应动力学和反应机理（配合物的活性和惰性、取代反应的机理、影响取代反应的速率、反应机理的因素）3二、教学重点配位化合物的基本概念；配位化合物的稳定性与晶体场理论（d轨道能级的分裂、分裂能Δ0和光谱化学序列、配离子的电子构型与配合物的磁性、晶体场稳定化能CFSE、其它配位体场对d轨道的分裂作用及配合物的立体构型的选择）；Jahn-Teller效应。第三章过渡金属的非经典配合物一、教学内容（一）金属羰基配合物（概述、金属羰基配合物的特点、有效原子序数规则及应用、羰合物的类型、羰合物的成键特征、羰合物的合成方法、羰合物的性质和应用）（二）CN-、NO、AR3π－酸配体配合物（三）双氮（N2）配合物（简史及合成、氮分子结构的特点、双氮配合物中的化学键、氮分子的活化及活化途径、配位氮分子的还原反应－－化学模拟生物固氮＊）（四）烯、炔烃π－配合物（五）夹心配合物（金属夹心配合物及其类型、二茂铁的合成及性质）二、教学重点金属羰基配合物的特点；有效原子序数规则及应用；羰合物的类型；羰合物的成键特征；CN-、NO、AR3π－酸配体配合物、双氮配合物、烯、炔烃π－配合物、金属夹心配合物中的化学键第四章金属原子簇化合物一、教学内容（一）金属原子簇化合物（金属簇状化合物的特征、金属原子簇化合物的分类、卤素金属簇状化合物、羰基金属簇状化合物、原子簇的一些应用）（二）硼烷及其衍生物（硼烷的合成及其性质、命名、硼烷的结构和化学键、硼烷的反应、硼烷的衍生物）二、教学重点金属簇状化合物的特征；卤素金属簇状化合物（双原子簇状化合物如[Re2Cl8]2-、[Mo2Cl8]2-、Re2(RCO2)4X2，三原子簇状化合物如[Re3Cl12]3-、Re3Cl9,六原子簇状化合物如[Mo6Cl8]4+、[Nb6Cl12]2+）的结构特征；羰基金属簇状化合物的结构特征；高级硼烷结构的成键要素；多硼烷阴离子BnHn2-和碳硼烷Bn-2C2Hn骨架的Wade规则。第五章过渡元素通论一、教学内容（一）过渡元素通论（过渡元素的定义和分类、过渡元素的价电子层结构、过渡元素的电离势、过渡元素原子化焓和熔点、过渡元素的氧化态、过渡元素的一般性质、过渡元素金属离子大多有颜色）4（二）重过渡元素的特点（三）铂系金属的特点二、教学重点过渡元素通论第六章镧系、锕系和超锕系元素一、教学内容（一）镧系元素概况（镧系和稀土、镧系元素的矿产与提取方法、镧系元素的应用）（二）镧系元素性质（物理性质、化学性质、氧化态、Ln3+的颜色和电子吸收光谱、Ln3+的磁性、镧系元素的放射性）（三）锕系元素的特点（电子层结构、氧化态、原子、离子半径、离子颜色、放射性）（四）超锕系元素（超重元素稳定存在的可能性、超重元素合成的艰巨性、超重元素合成方法）二、教学重点镧系和稀土的分类及提取方法；镧系、锕系元素的特点。第七章元素周期性的进一步讨论一、教学内容（一）周期表族序号的新标法（周期表族序号的新标法、周期系展望及应用）（二）元素电负性研究的一些进展（Pauling电负性概念及其应用、电负性的其它标度、电负性的应用、电负性和价态）（三）周期性的非规则性（氢和第二周期元素的特殊性、第二周期性、过渡后p区元素的非规律性）二、教学重点周期系展望及应用；Pauling电负性概念及其应用；周期性的非规则性（氢和第二周期元素的特殊性、第二周期性、过渡后p区元素的非规律性）第八章无机固体化学概论一、教学内容（一）无机晶体的制备（助熔剂法制备单晶、水热法制备单晶、提拉法制备单晶、下降法制备单晶、区域熔炼法、化学气相输运法、烧结陶瓷）（二）无机晶体的结构（晶体结构中的共价健结构、密置层与填隙模型、无机晶体结构的理论概括）（三）无机固体的性质与应用（电子导体、半导体、绝缘体、离子导体、超导体、电子陶瓷、光功能材料）二、教学重点5无机晶体的结构；晶体结构中的共价健结构（晶体中共价结构的分类、晶体中水分子的分类）；密置层与填隙模型（金属的三种紧密堆积、配位多面体及其连接与骨架模型）。第九章稀有气体一、教学内容（一）稀有气体的发现（二）稀有气体的存在和分离（三）稀有气体原子的结构和性质（四）稀有气体的化合物（稀有气体的包合物、氦和金属生成的金属间充化合物，）（五）稀有气体的化合物的结构（价电子对互斥理论、价健理论、分子轨道理论）（六）稀有气体的化合物的应用（用于放射性氪、氙、氡的处理与分离，在化工生产上作氟化剂及烯类不饱和烃聚合的引发剂，在分析化学上作氧化剂）二、教学重点稀有气体的化合物的结构（价电子对互斥理论）；稀有气体化合物的研究及性质第十章生物无机化学三、教学内容（一）生物必需元素（宏量金属离子Na+、K+、Ca2+、Mg2+，重要痕量过渡元素Zn、Fe、Co、Cu、Mo）（二）金属酶（离子载体、金属蛋白质、金属酶）（三）生物无机化学与现代医学和环境科学四、教学重点金属酶中金属离子的作用，有毒元素的中毒机理，生物必需元素的化学特性和功能。Ⅱ自学方法指导一、本课程主要内容及学习方法中级无机化学是在无机化学基础上的深化和提高，学生在学习该课程时要认真复习和回顾无机化学的一些基本概念、基本理论和基本原理，尽量运用结构化学、物理化学有机化学以及其它前导课的理论知识来解决无机化学的问题，使无机化学在理论水平上有所加深。本课程主要内容有以下几块：1．酸碱理论和非水溶液知识部分。学生学习时要结合电解质理论进行学习。2、配位化合物知识部分，内容包括第三章配位化合物基础、第五章过渡金属的非经典配合物、第六章簇状化合物。学生学习时要在复习基础化学中配位化合物基本概念的基础上，结合分子结构的理论加以学习。63、元素化合物知识部分，内容包括第七章过渡元素通论和第一系列过渡元素、第八章重过渡元素、第九章镧系、锕系和超锕系元素，第十章稀有气体。该部分知识是对基础无机化学元素知识部分的补充和深化，第七、八两章的元素性质已在基础无机化学中学过，本课程的目的是总结归纳。第九章内容关键也在于掌握其通性。4、元素周期性的进一步讨论。学习时要结合基础化学已学会的元素周期率知识加以学习，对周期性的非规律性知识要结合元素的性质加以阐述。5、无机固体化学概论及生物无机化学。对于无机固体化学的制备、结构、性质，要从与一般无机化合物的制备、结构、性质的共性和特殊性入手，找出其特性学习。生物无机化学需要学生具备一定的生物化学知识，学习难度较大，学生要善于从化学角度去理解其主要内容。二、本课程涉及的无机化学前沿内容及学习方法本课程是本科高年级学生的无机化学课程教材，教材注意反映了现代无机化学的一些新领域、新知识和新成就，目的是使学生对现代无机化学的研究现状和发展趋势有一个全貌的概括性了解，使无机化学的教学在知识面上也有较大的扩展。但随着科技的突飞猛进的发展，无机化学学科无论是实验合成、还是结构测定，或是理论研究都会随着科技的发展而发生很大的变化。学生在对这些知识的学习时要结合有关参考资料及网上资料不断地补充和充实。三、自学进度及作业安排自学进度及作业安排，学生要通过面授掌握本课程的重点，通过自学系统地学习本课程的教学内容，做到明确基本概念，掌握基本理论。同时学生要认真独立完成作业，通过作业的练习和对典型例题的解答和分析，提高分析问题和解决问题的能力。附：自学进度及作业安排章节内容面授时数自学时数作业绪言展望无机化学的未来481酸碱理论与非水溶液612作业：P60：1－3，1－4，1－5，1－8，1－11，1－12思考题：P59－60：1－1，1－2，1－6，1－7，1－9，1－10２配位化学基础612作业：P152－154：3－1、3－8、3－14、3－17、3－19、3－24。思考题：P152－155：3－2、3－7、3－9、3－10、3－20、3－21、3－22、3－23、3－29、3－30３过渡金属的非经典配合物510作业：P221－223：5－1、5－3、5－16、5－18思考题：P221－223：5－2、5－4、5－7、5－10、5－12、5－13、5－17、5－20４金属原子簇化合48作业：p262-263:6－1，6－10，6－11，6－7物13。思考题：p262-263:6－2，6－4，6－6，6－7，6－8，6－14。５过渡元素通论48作业：p309-310:7－1,7－6,7－8,7－9,7－10,7－11p354:8－2思考题：p309-310:7－2,7－3,7－4,7－5,p354:8－1,8－3６镧系、锕系和超锕系元素36作业：p420-421:9－1,9－8,9－9７元素周期性的进一步讨论48作业：p453-454:10－1、10－6、10－7、10－9、10－11思考题：p453-454:10－2、10－5、10－8、10－12、10－13８无机固体化学概论48思考题：p493:11－4、11－6、11－14、11－15９稀有气体24作业：P526-527:12－3,12－13,12－14思考题：P526-527:12－1,12－2,12－6,12－8,12－1510生物无机化学36作业：p557:13－1,13－3，13－4,13－9思考题：P557:13－5,13－6,13－8,13－10合计4590Ⅲ例题与习题及其解答和分析一、典型例题的解答和分析例1－1写出HPO42－的共轭酸、碱对的化学式。解：根据布朗斯特－劳莱的质子理论，酸失去一个质子后形成的物种叫做该酸的共扼碱，碱结合一个质子后形成的物种称作该碱的共扼酸。HPO42－的共轭酸、碱对分别为H2PO4－、PO43－。例1－2解释鲍林规则并根据鲍林规则，粗略估计H3PO3属几元酸及pKa1值？解：含有非羟氧原子的酸，可用通式ROm(OH)n表示。由于非羟氧原子能使羟氧原子上带有更多的正电荷，这有利于质子的解离，同时非羟氧原子能使结构共扼程度高，使负电荷在更大范围内离域化，阴离子的电子弛豫能量也较高。由此，与R相接的非羟氧原子数目越多酸性越强。鲍林认为，Ka1值大小与化学式ROm(OH)n中的m值有关，即pKa1＝7－5m。根据鲍林规则及H3PO3的结构H3PO3属二元酸、pKa1＝2。例1－3何谓超酸？HSO3F•SbF5为哪一类型的超酸？写出2－丙醇与该酸反应的产物。解：一般地把H0＜－11