《無機化學(xué)習(xí)題》(張祖德)簡介.doc

緒 論 Introduction我的宗旨：To our students, whose enthusiasm and curiosity have often inspired us, and whose questions and suggestions have sometimes taught us.一、Chemistry the Central Science Chemistry has often been called the central science, because a basic knowledge of chemistry is essential for the study of biology, physics, geology, ecology and many other subjects. 1二十世紀(jì)，特別是二十世紀(jì)后期，化學(xué)有了突飛猛進的發(fā)展。 (1) 冠醚（crown ether）的發(fā)現(xiàn)（The discovery of crown ether）：第一個冠醚的發(fā)現(xiàn)純屬偶然。工業(yè)化學(xué)家（杜邦公司）C. J. Pedersen要從一種單基保護鄰苯二酚（1）與二氯二乙醚（2）制備雙苯酚（3）：當(dāng)用了稍微不純的化合物(1)(含有一些未經(jīng)保護的酚)，還得到了非常少的（0.4%）六醚(4)（二苯并（18）冠醚-6）KMnO4可溶于其中，呈紫紅色，他又合成了它們可以用來識別堿金屬離子，從而開創(chuàng)了超分子化學(xué)（super molecular chemistry）的先河。Pedersen獲得了1989年的Nobel chemistry prize. (2) N5 陽離子的首次露面（the discovery of the pentanitrogen ion）：在無水HF中，-78下，由N2F2與AsF5反應(yīng)：N2F2 + AsF5 N2FAsF6，將N2FAsF6與HN3（疊氮酸）反應(yīng)：N2FAsF6 + HN3 N5AsF6 + HF?？茖W(xué)家驚訝的是N5居然能存在，當(dāng)然N5比O2的氧化性更強：N5 + e (5/2) N2，N5與水或有機物可發(fā)生爆炸反應(yīng)?？茖W(xué)家正在試圖制備純氮原子的化合物N5N3，即：N5AsF6 + HN3 N5N3 + AsF5 + HF這樣，就首次合成出同種元素組成的不僅是單質(zhì)，N5N3可以是離子化合物，但至今還未實現(xiàn)這一反應(yīng)。 (3) 1999年Science雜志上報導(dǎo)二氧化碳原子晶體的發(fā)現(xiàn)（the atonic crystal of cavbon dioxide）美國Lawrence Livemore 國家實驗室(LLNL)科學(xué)家將CO2轉(zhuǎn)化為具有類似SiO2的原子晶體：在-40，將液態(tài)CO2裝入高壓容器中，用Nb : YbLiF4激光器加熱到1800K和40GPa高壓，CO2在微米級的紅寶石基片上(或者鉑薄膜上)，形成類似SiO2的原子晶體。 Chemistry is an experiment science. Most discoveries in chemistry are made in laboratory.諾貝爾物理學(xué)獎得主，美籍華裔科學(xué)家朱棣文博士在北京出席”2000年國際拉曼光譜會議“之后，在上海交大，作了題為“斯坦福大學(xué)BIO-X研究實例分析”的專題報告，廣泛深入地論述了生物與物理的統(tǒng)一，生物與其它學(xué)科融合發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀，以及斯坦福大學(xué)等世界著名高等學(xué)府在BIO-X研究領(lǐng)域的最新研究方向與未來的應(yīng)用前景，并回答了部分學(xué)生和教師的提問：問：“您認為在未來的生物科學(xué)方面，最有可能的突破點在哪里？”朱：在交叉科學(xué)方面，那些在各自領(lǐng)域最優(yōu)秀的科學(xué)家，用他們最新的技術(shù)共同完成的交叉課題。問：“您得了諾貝爾獎以后，仍在研究領(lǐng)域非?；钴S，您是怎么樣保持研究激情的？”朱：對我來講，最有興趣的事就是在實驗室里做實驗。在實驗室，不斷通過探索，將自已想知而未知的問題找到答案，就能使自己的學(xué)術(shù)思想保持年輕。二、怎樣上無機化學(xué)課？怎樣學(xué)好無機化學(xué)課？ 1無機化學(xué)課程的安排（The schedule of inorganic chemistry course）：在無機化學(xué)習(xí)題中已列出二十章：5第一章 氣體、液體和溶液的性質(zhì)第二章 化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)及化學(xué)平衡第三章 化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)第四章 電離平衡第五章 沉淀反應(yīng)第六章 氧化-還原反應(yīng)、電化學(xué)第七章 原子結(jié)構(gòu)和元素周期表第八章 化學(xué)鍵和分子、晶體結(jié)構(gòu)第九章 稀有氣體第十章 堿金屬和堿土金屬第十一章 鹵素第十二章 氧族元素第十三章 氮族元素第十四章 碳族元素第十五章 硼族元素第十六章 配位化合物第十七章 銅、鋅分族第十八章 過渡元素（I）第十九章 過渡元素（II）第二十章 鑭系、錒系元素和核化學(xué) 2無機化學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系。無機化學(xué)為什么要放在第一學(xué)期上？ （The relationship of inorganic chemistry and other subjects） (1) Analytical Chemistry (2) Physical Chemistry (3) Structural Chemistry Inorganic Chemistry (4) Coordination Chemistry 都有密切關(guān)系無機化學(xué)是基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)其它各科的基礎(chǔ)，是提高學(xué)生化學(xué)素質(zhì)的第一步 (5) Organic Chemistry (6) Rare Earth Chemistry (7) Biochemistry 3怎樣學(xué)好無機化學(xué)這門課程（How do you study this course to get well ?）： 從無機化學(xué)的內(nèi)容來看，分成三大類： (1) Chemical principles，(2) Chemical theories， (3) Elemental chemistry(1)和(2)歸屬于Theoretical Chemistry，(3)歸屬于Descriptive Chemistry。我們既不能忽視理論化學(xué)，更不能忽視描述化學(xué)，這兩個方面都要重視。因為在現(xiàn)階段化學(xué)仍然是一門實驗科學(xué)，各種化學(xué)理論的基礎(chǔ)仍然是長期以來的大量實踐。美國加州大學(xué)Mahan教授認為：“目前有一種傾向，即在大學(xué)一年級化學(xué)課程中逐漸增加化學(xué)基本概念、原子、分子的電子結(jié)構(gòu)等，而往往去掉一些描述性化學(xué)，但我認為，如果學(xué)生和教師忽視了物質(zhì)的性質(zhì)是推動化學(xué)發(fā)展的一種基本動力的事實，那將是一種錯誤?！笨偟脕碚f，學(xué)好化學(xué)要用科學(xué)方法，要付出辛勤的勞動。對化學(xué)原理：弄清定義，基本公式，多做練習(xí)，熟練運用；對化學(xué)理論：發(fā)展歷史，物理概念，物理圖像，抽象思維；對元素化學(xué)：反復(fù)記憶，反復(fù)對比，不斷總結(jié)，理論解釋。 4教學(xué)參考書：無機化學(xué)上、下冊（武大、北師大、大連理工大學(xué)）普通化學(xué)原理 北大 Principles of Modern Chemistry 5th edition David W. Oxtoby Basic Inorganic Chemistry 3rd edition, Cotton Descriptive Inorganic Chemistry 2nd edition, Geoff Rayner-Canham Concepts and Models of Inorganic Chemistry 3rd edition, B. E. Douglas General and Inorganic Chemistry 2nd edition, N.S. Akhmetov Chemistry the Central Science 8th edition, T. L. Brown Chemistry L.&P.Pauling. The Nature of Chemical Bond L. Pauling 5關(guān)于作業(yè)問題：為什么要編寫無機化學(xué)習(xí)題？因為幾乎所有教科書后面的習(xí)題都已有習(xí)題集形式出的書。每次課后布置35題 homework，基本上每一章學(xué)完后交一次作業(yè)。 6關(guān)于考試：每學(xué) 期考兩次，期中一次，期末一次。一學(xué)年總共四次。試題類型：選擇題，填空題，問答與計算等?？偣?20分(20分附加分，英文命題)。三、Naming Inorganic Compounds(Nomenclature) 1命名（Nomenclature）來自拉丁文的nomen（name）和calare（call）在無機物的命名中，我們考慮三類物質(zhì)的命名：離子化合物（Ionic compounds）、分子化合物（molecular compounds）和酸（acids）。 首先我們要介紹元素的命名 2The name of ElementsAll but eleven of elements are given a symbol corresponding to one or two letters in the English name在十一種元素符號中，一個來自德文：鎢W tungsten（wolfram）其他十個來自拉丁文（括號內(nèi)為拉丁文）： Na sodium（natrium） Ag silver（argentums）K potassium（kalium） Au gold（aurum）Fe iron（ferrum） Cu copper（cuprum）Sn tin（stannum） Hg mercury（hydrargyrum）Pb lead（plumbum） Sb antimony（stibium） 3離子化合物命名（Names of ionic compounds） (1) positive ions (cations)a單原子離子monatomic ionNa sodium ion Zn2+ zinc ion Al3+ aluminum ion b不同電荷的陽離子 Cations of differing chargesFe2+ iron(II) ion （ferrous ion） Cu copper(I) ion（cuprous ion）Fe3+ iron (III) ion （ferric ion） Cu2+ copper(II) ion（cupric ion）c非金屬原子形成的陽離子 Cations formed from nonmetal atoms以-ium結(jié)尾（形成多原子離子，Polyatomic ions）MH4 ammonium ion H3O hydronium ion (2) negative ions (anions) amonatomic anions：以-ide結(jié)尾H hydride ion O2- oxide ion N3- nitride ion少數(shù)簡單的多原子陰離子也以-ide結(jié)尾OH hydroxide ion CN cyanide ion O22- peroxide ionbpolyatomic anions：以-ate或ite結(jié)尾 NO3 nitrate SO42- sulfate NO2 nitrite SO32- sulfiteClO4 perchlorate ClO3 chlorate，ClO2 chlorite ion ClO hypochlorite ioncanions derived by adding H to an oxyanion加hydrogen或dihydrogen HCO3 hydrogen carbonate ion H2PO4 dihydrogen phosphate ion舊的方法也用bi-前綴來表示：HSO4 bisulfate ion HCO3- bicarbonate ion (3) the name of ionic compoundsBaBr2 barium bromide Al(NO3)3 aluminum nitrateCu(ClO)4 copper(II) perchlorate (cupric perchlorate) 4酸的命名（Names of acides） (1) 無氧酸（即陰離子以-ide結(jié)尾的酸）前綴hydro- + 元素名稱 + 后綴-ic acid HCl hydrochloric acid H2S hydrosulfuric acid (2) 含氧酸 (oxyacids)HClO4 perchloric acid HClO3 chloric acidHClO2 chlorous acid HClO hypochlorous acid 5二元分子化合物的命名（Names of binany molecular compounds） (1) 數(shù)字前綴：mono-(1)、di-(2)、tri-(3)、tetra-(4)、penta-(5)、hexa-(6)、hepta- (7)、octa-(8)、nona-(9)、deca-(10) (2) 第二個元素名稱以-ide結(jié)尾，用希臘（數(shù)字）前綴表示原子個數(shù)。遇到兩個元音，可以省略一個(3) 實例：Cl2O dichlorine monoxide，NF3 nitrogen trifluoride， N