無(wú)機(jī)合成化學(xué)作業(yè)4-54頁(yè)

1、第四章1.何謂軟化學(xué)？他有什么特征？答：通常將在溫和條件下進(jìn)行的反應(yīng)如先驅(qū)物法，水熱法，溶膠凝膠法，局部化學(xué)反應(yīng)，流變相反應(yīng)，低熱固相反應(yīng)稱之為軟化學(xué)。特點(diǎn)：反應(yīng)常在交溫和的條件下進(jìn)行。反應(yīng)過(guò)程路徑機(jī)制易于控制。2.綠色化學(xué)是在什么背景下提出的？它有什么內(nèi)涵和特點(diǎn)？答：化學(xué)物質(zhì)大規(guī)模地生產(chǎn)和廣泛使用，使得全球性的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重。在經(jīng)過(guò)千方百計(jì)的末端治理效果不佳的情況下，國(guó)際社會(huì)重新審視已經(jīng)走過(guò)的環(huán)保歷程，提出了綠色化學(xué)的概念。所謂綠色化學(xué)又稱環(huán)境無(wú)害化學(xué)，環(huán)境友好化學(xué)，清潔化學(xué)，在綠色化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展的技術(shù)稱環(huán)境友好技術(shù)。它的主要 特點(diǎn)是“原子經(jīng)濟(jì)型”。即在獲取新物質(zhì)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中充分利用原

2、料中的每個(gè)原子，實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)中廢物的零排放。3.軟化學(xué)和綠色化學(xué)有哪些異同點(diǎn)？答：綠色化學(xué)和軟化學(xué)關(guān)系密切。但又有區(qū)別。軟化學(xué)強(qiáng)調(diào)的是反應(yīng)條件的溫和與反應(yīng)設(shè)備的簡(jiǎn)單。從而達(dá)到節(jié)能高效的目的。在某些情況下這也是經(jīng)濟(jì)潔凈的，這與綠色化學(xué)是一致的。但在有些情況下，它并沒(méi)有解決經(jīng)濟(jì)潔凈的問(wèn)題。綠色化學(xué)是全方位地要求達(dá)到高效節(jié)能經(jīng)濟(jì)潔凈，可以預(yù)見，軟化學(xué)和綠色化學(xué)將會(huì)逐漸統(tǒng)一。4.分別敘述先驅(qū)物法和溶膠-凝膠法的定義和特點(diǎn)。在何種情況下不宜用先驅(qū)物法？(P127 P129 P130 P131)答：先驅(qū)物法：先驅(qū)物法是為了解決高溫固相反應(yīng)中產(chǎn)物的組成均勻性和反應(yīng)物的傳質(zhì)擴(kuò)散所發(fā)展起來(lái)的節(jié)能的合成方法。其基

3、本思路是：首先通過(guò)準(zhǔn)確的分子設(shè)計(jì)，合成出具有預(yù)期組分、結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的先驅(qū)物，再在軟環(huán)境下對(duì)先驅(qū)物進(jìn)行處理，進(jìn)而得到預(yù)期的材料。先驅(qū)物法特點(diǎn)：（1）混合的均一化程度高（2)陽(yáng)離子的摩爾比準(zhǔn)確（3）反應(yīng)溫度低下種情況不宜使用先驅(qū)物法：（1)兩種反應(yīng)物在水中溶解度相差很大（2）生成物不是以相同的速度產(chǎn)生結(jié)晶（3）常生成過(guò)飽和溶液溶膠-凝膠法：膠體分散系是分散程度很高的多相體系。溶膠的粒子半徑在1100nm間，具有很大的相界面，表面能高，吸附性能強(qiáng)，許多膠體溶液之所以能長(zhǎng)期保存，就是由于膠粒表面吸附了相同電荷的離子。由于同性相持使膠粒不易聚沉，因而膠體溶液是一熱力學(xué)不穩(wěn)定而動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的體系。如果在膠

4、體溶液中加入電解質(zhì)或者兩種帶相反電荷的膠體溶液相互作用，這種動(dòng)力學(xué)上的穩(wěn)定性立即受到破壞，膠體溶液就會(huì)發(fā)生聚沉，成為凝膠。這種制備無(wú)機(jī)化合物的方法叫做溶膠凝膠法。溶膠凝膠法特點(diǎn)：（1）通過(guò)混合個(gè)反應(yīng)物的溶液，可獲得所需要的均相多組分體系（2）可大幅度降低制備材料和固體化合物的溫度，從而可在比較溫和的條件下制備陶瓷、玻璃等功能材料。(3) 利用溶膠或凝膠的流動(dòng)性，通過(guò)某種技術(shù)如噴射、浸涂等合成出特殊形態(tài)的材料如薄膜、纖維、沉積材料。5.溶膠有什么特點(diǎn)？如何使溶膠成為凝膠？為什么說(shuō)溶膠體系是熱力學(xué)上不穩(wěn)定而動(dòng)力學(xué)上穩(wěn)定的體系？答：溶膠分散系是分散程度很高的多相體系。溶膠粒子半徑在1到100nm之間

5、，具有很大的相界面。表面能高，吸附性強(qiáng)，許多膠體溶液之所以能長(zhǎng)期保存，就是由于膠粒表面吸附了相同電荷的離子。由于同性相斥使得膠粒不易聚成，因?yàn)槟z體溶液是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定而動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的體系。如果在膠體溶液中加入電解質(zhì)或者兩種相反電荷的膠體溶液相互作用，這種動(dòng)力學(xué)上的穩(wěn)定性立即受到破壞，膠體溶液就會(huì)發(fā)生聚沉，成為凝膠。這種制備無(wú)機(jī)化合物的方法就叫做溶膠凝膠法。6.試述局部化學(xué)反應(yīng)的意義和類型。（答案P134）意義：局部化學(xué)反應(yīng)也成為拓?fù)浞磻?yīng)或規(guī)整化反應(yīng)。局部化學(xué)反應(yīng)通過(guò)反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)來(lái)控制反應(yīng)性，反應(yīng)前后主體結(jié)構(gòu)大體上或基本上保持不變。類型：脫水反應(yīng)、分解反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、嵌入反應(yīng)、離子交換反應(yīng)、

6、同晶置換反應(yīng)。7.試述低熱固相反應(yīng)的機(jī)理、規(guī)律和應(yīng)用。（答案P139-P141）機(jī)理：固相反應(yīng)的發(fā)生起始于兩個(gè)反應(yīng)物分子的擴(kuò)散接觸，接著發(fā)生鍵的斷裂和重組等化學(xué)作用，生成新的化學(xué)物分子。此時(shí)的生成物分子分散在源反應(yīng)物中，只有當(dāng)產(chǎn)物分子聚積形成一定大小的粒子，才能出現(xiàn)產(chǎn)物的晶核，從而完成成核過(guò)程。隨著晶核的長(zhǎng)大，達(dá)到一定的大小后出現(xiàn)產(chǎn)物的獨(dú)立晶相。這就是固相反應(yīng)經(jīng)歷的擴(kuò)散、反應(yīng)、成核、生長(zhǎng)四個(gè)階段。規(guī)律：1 潛伏期2 無(wú)化學(xué)平衡3 拓?fù)浠瘜W(xué)控制原理4 分布反應(yīng)5 嵌入反應(yīng)應(yīng)用：1低熱固相反應(yīng)在合成化學(xué)中的應(yīng)用，如在原子簇、新的多酸化合物、新的配合物等方面的應(yīng)用。2 低熱固相反應(yīng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用：a

7、低熱固相反應(yīng)在顏料制造業(yè)中的應(yīng)用b低熱固相反應(yīng)在制藥業(yè)中的應(yīng)用c其他的應(yīng)用，如工業(yè)上采用加熱苯胺磺酸鹽制備對(duì)氨基苯磺酸等 8.什么叫水熱合成法？按反應(yīng)溫度可分為幾類？水熱合成法有哪些優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用前景？高溫高壓下水熱合成法有哪些特征？說(shuō)明用水熱合成法合成水晶的必然性。（答案P139-P146）水熱合成法：水熱法是指在密閉體系中，以水為溶劑，在一定的溫度下，在水的自生壓強(qiáng)下，反應(yīng)混合物進(jìn)行反應(yīng)的一種方法。按反應(yīng)溫度分類：1低溫水熱法。在100以下進(jìn)行的水熱反應(yīng)2中溫水熱法。在100300下進(jìn)行的水熱反應(yīng)3高溫高壓水熱法。在300以上，0.3Gpa下進(jìn)行的水熱反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)及前景：該法可制得許多其他方法不能

8、或難以得到的化合物。眾多的介穩(wěn)相可通過(guò)水熱反應(yīng)加以合成。這在硅酸鹽、硅鋁酸鹽的合成中是相當(dāng)常見的，為新相的開發(fā)提供了廣闊的前景。用這個(gè)方法可以開發(fā)出更多更好的無(wú)機(jī)功能材料和各種新型無(wú)機(jī)化合物。高溫高壓下水熱合成特征：a使復(fù)雜離子間的反應(yīng)加速b使水解反應(yīng)加劇c使其氧化還原反應(yīng)電勢(shì)發(fā)生明顯變化。用水熱合成法合成水晶的必然性：從各種原料要想得到水晶，按一般的思路無(wú)非兩種方法：一是從水溶液中生長(zhǎng)水晶體。由于不溶于水，故此法行不通。二是從熔體中生長(zhǎng)水晶體。熔體冷去后一般生成了非晶態(tài)固體-玻璃，故此法得不到水晶，所以只有用水熱法了，這就是用水熱法合成水晶的必然性。水晶生長(zhǎng)的速度和質(zhì)量受下列因素的影響：（1

9、）堿溶液的種類（NaOH，Na2CO3)、濃度及原料的填充度。礦化劑一般濃度為1.01.2mol/L（NaOH）填充度8085（2）生成區(qū)的溫度330350（3）生成區(qū)與溶解區(qū)的溫度差2080（4）擋板的開孔度（5）籽晶的結(jié)晶方向總的來(lái)說(shuō)，在高溫下相應(yīng)提高填充度和溶液堿濃度可提高晶體的完整性。9.何謂流變態(tài)？它涉及哪些領(lǐng)域？答：流變學(xué)是研究物質(zhì)的流動(dòng)和形變的科學(xué)，它是一門介于力學(xué)化學(xué)物理和工程之間的新興交叉邊緣科學(xué)。這里所說(shuō)的物質(zhì)既包括流體形態(tài)，也包括固體形態(tài)的物質(zhì)。涉及生物流變學(xué)，高聚物流變學(xué)，食品流變學(xué)，土流變學(xué)，懸浮體流變學(xué)，高分子流變學(xué)等分支。10.流變相反應(yīng)有哪些優(yōu)點(diǎn)？有哪些應(yīng)用？答

10、：1.在流變相體系中，固體微粒在流體中分布均勻，緊密接觸，其表面能夠得到有效的利用，反應(yīng)能夠進(jìn)行的更加充分。2.能得到純凈單一的化合物，產(chǎn)物和反應(yīng)容器的體積比非常高。還可以避免大量廢棄物的產(chǎn)生，有利于環(huán)保，是一種高效節(jié)能經(jīng)濟(jì)的綠色化學(xué)反應(yīng)。3.流變熱交換良好，傳熱穩(wěn)定。4.在流變相體系中，很多物質(zhì)會(huì)表現(xiàn)出超濃度現(xiàn)象和新的反應(yīng)特征，甚至可以通過(guò)自組裝得到一些新型結(jié)構(gòu)和特異功能的化合物。5.用流變相發(fā)硬技術(shù)很容易活的納米材料和非晶態(tài)功能材料。6.采用流變相發(fā)應(yīng)法還可以得到大的單晶。應(yīng)用：1.用流變相反應(yīng)法制備芳香酸鹽發(fā)光材料。2.用流變相反應(yīng)法制備復(fù)合氧化物。3.用流變相反應(yīng)發(fā)制備納米材料。4.用

11、流變相反應(yīng)法生長(zhǎng)單晶。第五章（答案在P181）1.討論理論分解電壓，超電壓，實(shí)際分解電壓，槽電壓之間的關(guān)系。答：當(dāng)外加電源對(duì)電池兩極所加電壓低于這個(gè)反電壓數(shù)值時(shí)，電流不能正常通過(guò)，電解過(guò)程就不能進(jìn)行。這個(gè)最低電壓的數(shù)值成為理論分解電壓。理論分解電壓等于反向電壓，而實(shí)際開始分解的電壓往往要比理論分解電壓大一些，兩者之差為超電壓。而實(shí)際分解電壓高海英包括電解池內(nèi)溶液電阻產(chǎn)生的電壓降。4.試述熔鹽的特性，舉例說(shuō)明熔鹽在無(wú)機(jī)合成中的應(yīng)用：特性：（1)高溫離子熔鹽對(duì)其他物質(zhì)具有非凡的溶解能力，一些礦石、難容氧化物、高溫難容物質(zhì)，可望在高溫熔鹽中進(jìn)行處理。（2)熔鹽中的離子濃度高，粘度低，擴(kuò)散快，導(dǎo)電率大

12、，從而使高溫化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中傳質(zhì)、傳熱速率快，效率高。（3)金屬/熔鹽離子電極界面間的交流電流i0特別高，達(dá)到110A/cm2（而金屬/水溶液離子電極界面間的i0只有10-410-1A/cm2），使電解過(guò)程中的陽(yáng)極氧化和陰極還原不僅可在高溫高速下進(jìn)行，而且能耗低；動(dòng)力學(xué)遲緩過(guò)程引起的活化過(guò)電位和擴(kuò)散過(guò)程引起的濃差過(guò)電位都較低，熔鹽電解生產(chǎn)合金時(shí)，往往伴隨去極化作用。（4)常用熔鹽作為溶劑，用于電解制備金屬（水溶液中，電解無(wú)法得到）。（5)大多數(shù)熔鹽在一定溫度范圍內(nèi)，具有良好的熱穩(wěn)定性。（6)熔鹽的熱容量大，貯熱和導(dǎo)熱性能好，可用作蓄熱劑、載熱劑和冷卻劑。（7)熔鹽耐輻射，在核工業(yè)受到重視和廣泛應(yīng)

13、用。無(wú)機(jī)合成中的應(yīng)用： 合成新材料（1）熔鹽法或提拉法生長(zhǎng)激光晶體。（2）單晶薄膜磁光材料的制備。（3）玻璃激光材料的制備。（4）稀土發(fā)光材料的制備。（5）陰極發(fā)射材料和超硬材料的制備。（6）合成超低損耗的氟化物玻璃光纖預(yù)制棒。b 非金屬元素F2，,B,Si的制取c 在熔鹽中合成氟化物d 合成非常規(guī)價(jià)態(tài)化合物5.說(shuō)明光化學(xué)反應(yīng)的原理和配位化合物光化學(xué)合成的類型。答：光化學(xué)合成是指那些用熱化學(xué)反應(yīng)難以或者必須在苛刻條件下才能合成的化合物用光化學(xué)容易合成的光化學(xué)反應(yīng)。 配位化合物光化學(xué)的類型：1.光取代反應(yīng)。2.光異構(gòu)化反應(yīng)。3.光致電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。4.光敏化反應(yīng)。7.說(shuō)明微波的概念和微波加熱的特點(diǎn)。答：微波是喲中頻率在300MHZ到300GHZ的電磁波。位于電磁波譜的紅外輻射和無(wú)線電波之間，微波是特殊的電磁波段。不能用在無(wú)線電和高頻技術(shù)中普遍使用的器件來(lái)產(chǎn)生。特點(diǎn);可以在被加熱物體的不同深度同時(shí)產(chǎn)生熱。也正是這種“體加熱作用”，是的加熱速度快而且加熱均