南開大學(xué)無(wú)機(jī)及化學(xué)課件之-第一章

1、無(wú)機(jī)及分析化學(xué)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)主講教師：主講教師： 尹學(xué)博尹學(xué)博南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院緒論：什么是化學(xué)緒論：什么是化學(xué)? 化學(xué)是在原子和分子層次上研究化學(xué)是在原子和分子層次上研究物質(zhì)的物質(zhì)的組成組成、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)性質(zhì)以及以及物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)化物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)化的科學(xué)。的科學(xué)。, 研究層次：原子和分子研究層次：原子和分子, 研究?jī)?nèi)容：研究?jī)?nèi)容： 物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與相互轉(zhuǎn)化物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與相互轉(zhuǎn)化, 核心與特征：合成新物質(zhì)，對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行表核心與特征：合成新物質(zhì)，對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行表征，開發(fā)其新的應(yīng)用并探討其中的機(jī)理。征，開發(fā)其新的應(yīng)用并探討其中的機(jī)理?；瘜W(xué)的分支化學(xué)的分支o無(wú)機(jī)化學(xué)無(wú)

2、機(jī)化學(xué)o有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)o分析化學(xué)分析化學(xué)o物理化學(xué)物理化學(xué)o高分子化學(xué)高分子化學(xué)o生物化學(xué)，材料化學(xué)，環(huán)境化學(xué)生物化學(xué)，材料化學(xué)，環(huán)境化學(xué)化學(xué)在化學(xué)在21世紀(jì)煥發(fā)著新的青春世紀(jì)煥發(fā)著新的青春o20世紀(jì)化學(xué)的標(biāo)志性成果世紀(jì)化學(xué)的標(biāo)志性成果 1. 合成氨技術(shù)合成氨技術(shù) 2.三大合成高分子材料三大合成高分子材料:塑料、橡膠、纖維。塑料、橡膠、纖維。 3.藥物的發(fā)明藥物的發(fā)明o化學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀（化學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀（ 21世紀(jì)）世紀(jì)） 化學(xué)和其他學(xué)科交叉化學(xué)和其他學(xué)科交叉,形成了許多新興學(xué)科形成了許多新興學(xué)科: 如地球化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、藥物化學(xué)等如地球化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、藥物化學(xué)等 化學(xué)已

3、經(jīng)成為生命、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、材料、環(huán)境等學(xué)科化學(xué)已經(jīng)成為生命、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、材料、環(huán)境等學(xué)科的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。 化學(xué)在人類由古代穴居人的野蠻生活進(jìn)化到現(xiàn)在文明世界的變化過(guò)程中, 使我們不僅可以和自然處于和諧之中, 而且可以使我們和自己的愿望相吻合?；瘜W(xué)家涉足的工業(yè)領(lǐng)域如下圖： 人類基因組項(xiàng)目和人類基因組項(xiàng)目和DNA序列分析序列分析-在分子水平上認(rèn)識(shí)人類，有助于治在分子水平上認(rèn)識(shí)人類，有助于治療疑難病癥和進(jìn)行保健事業(yè)、生物驅(qū)術(shù)以及制藥工業(yè)的新革命療疑難病癥和進(jìn)行保健事業(yè)、生物驅(qū)術(shù)以及制藥工業(yè)的新革命l人類基因組項(xiàng)目人類基因組項(xiàng)目 (Human Genome Project, HGP): 1990年美年美

4、國(guó)制定了國(guó)制定了HGP，計(jì)劃在，計(jì)劃在15年內(nèi)投資年內(nèi)投資30億美元，完成全部脫氧核億美元，完成全部脫氧核糖核酸糖核酸(DNA)測(cè)定、定位及遺傳學(xué)研究。人類基因組項(xiàng)目研究測(cè)定、定位及遺傳學(xué)研究。人類基因組項(xiàng)目研究的的主要目的是測(cè)定人類基因組主要目的是測(cè)定人類基因組30億堿基對(duì)的億堿基對(duì)的DNA序列，建立人序列，建立人類基因庫(kù)，類基因庫(kù)，使人們進(jìn)入使人們進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)能用生物分子學(xué)方法研究廣泛世紀(jì)時(shí)能用生物分子學(xué)方法研究廣泛的生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題的生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題.lDNA序列分析序列分析(DNA Sequencing) : 2000年年6月月26日，人類基因日，人類基因草圖正式發(fā)表，比推出人類基因草圖的原

5、計(jì)劃草圖正式發(fā)表，比推出人類基因草圖的原計(jì)劃2005年提前年提前5年。年。人類基因草圖之所以能提前完成，主要得益于人類基因草圖之所以能提前完成，主要得益于毛細(xì)管電泳技術(shù)毛細(xì)管電泳技術(shù)的發(fā)展，是分析化學(xué)家起了關(guān)鍵作用的發(fā)展，是分析化學(xué)家起了關(guān)鍵作用.例例4 三聚氰胺的檢測(cè)三聚氰胺的檢測(cè)l三聚氰胺（英文名三聚氰胺（英文名Melamine），是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機(jī)化），是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機(jī)化合物，重要的氮雜環(huán)有機(jī)化工原料。合物，重要的氮雜環(huán)有機(jī)化工原料。 l蛋白質(zhì)主要由氨基酸組成，其含氮量一般不超過(guò)蛋白質(zhì)主要由氨基酸組成，其含氮量一般不超過(guò)30%，而三聚，而三聚氰胺的分子式含氮量為氰胺的分子式

6、含氮量為66左右。通用的蛋白質(zhì)測(cè)試方法左右。通用的蛋白質(zhì)測(cè)試方法“凱凱氏定氮法氏定氮法”是通過(guò)測(cè)出含氮量來(lái)估算蛋白質(zhì)含量是通過(guò)測(cè)出含氮量來(lái)估算蛋白質(zhì)含量。l由于食品和飼料工業(yè)蛋白質(zhì)含量測(cè)試方法的缺陷，三聚氰胺被由于食品和飼料工業(yè)蛋白質(zhì)含量測(cè)試方法的缺陷，三聚氰胺被不法商人用作食品添加劑，以提升食品檢測(cè)中的蛋白質(zhì)含量指不法商人用作食品添加劑，以提升食品檢測(cè)中的蛋白質(zhì)含量指標(biāo)，因此三聚氰胺也被人稱為標(biāo)，因此三聚氰胺也被人稱為“蛋白精蛋白精”。l參照美國(guó)食品化學(xué)品法典參照美國(guó)食品化學(xué)品法典(FCC)三聚氰胺三聚氰胺HPLC-UV定量方法，定量方法，同時(shí)還可采用同時(shí)還可采用HPLC/MS檢測(cè)方法對(duì)嬰兒

7、食品，寵物食品，飼料檢測(cè)方法對(duì)嬰兒食品，寵物食品，飼料及其原料進(jìn)行三聚氰胺的檢測(cè)。及其原料進(jìn)行三聚氰胺的檢測(cè)。Hydrogen-Bonding Recognition-Induced Color Change of Gold Nanoparticles for Visual Detection of Melamine in Raw Milk and Infant Formula, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (27), 94969497Detection of Melamine in Milk Products by Surface Desorption Atmo

8、spheric Pressure Chemical Ionization Mass Spectrometry Anal. Chem., 2009, 81 (7), 24262436化學(xué)在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的作用化學(xué)在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的作用1.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥、農(nóng)藥。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥、農(nóng)藥。 2.工業(yè)生產(chǎn)中煤、石油、天然氣的開發(fā)工業(yè)生產(chǎn)中煤、石油、天然氣的開發(fā) 和煉制。和煉制。 3.國(guó)防工業(yè)中導(dǎo)彈的生產(chǎn)國(guó)防工業(yè)中導(dǎo)彈的生產(chǎn),人造衛(wèi)星材料人造衛(wèi)星材料 及發(fā)射衛(wèi)星使用的高能燃料。及發(fā)射衛(wèi)星使用的高能燃料。 4.計(jì)算機(jī)中信息存儲(chǔ)設(shè)備。計(jì)算機(jī)中信息存儲(chǔ)設(shè)備?；瘜W(xué)在生物學(xué)中的應(yīng)用化學(xué)在生物學(xué)中的應(yīng)用o生命過(guò)

9、程實(shí)際是很多化學(xué)過(guò)程的綜合生命過(guò)程實(shí)際是很多化學(xué)過(guò)程的綜合o通過(guò)生物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)了解其活性、功能通過(guò)生物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)了解其活性、功能o藥物的合成、藥物與生物分子的相互作用研藥物的合成、藥物與生物分子的相互作用研究究o藥物的組成和結(jié)構(gòu)分析藥物的組成和結(jié)構(gòu)分析儀器分析和化學(xué)分析儀器分析和化學(xué)分析無(wú)機(jī)及分析化學(xué)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課程的主要內(nèi)容課程的主要內(nèi)容化學(xué)基本理論化學(xué)基本理論物質(zhì)狀態(tài)物質(zhì)狀態(tài)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)配位化合物配位化合物教材教材:無(wú)機(jī)及分析化學(xué)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)，張緒宏張緒宏 尹學(xué)博尹學(xué)博 編編化學(xué)分析化學(xué)分析數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理重量分析重量

10、分析沉淀平衡沉淀平衡(滴定滴定)滴定分析滴定分析酸堿平衡、滴定酸堿平衡、滴定配位平衡、滴定配位平衡、滴定氧化還原滴定氧化還原滴定本書的內(nèi)容本書的內(nèi)容化學(xué)基本理論元素化學(xué)分析化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)參考用書教學(xué)參考用書o無(wú)機(jī)化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)，宋天佑等編；高等教育出版社，宋天佑等編；高等教育出版社，2004年年6月第月第1版。版。o無(wú)機(jī)化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)，北京師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、南京師范大學(xué)編；，北京師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、南京師范大學(xué)編；高等教育出版社；高等教育出版社； 2003年年1月第月第4版。版。o近代化學(xué)導(dǎo)論近代化學(xué)導(dǎo)論，申泮文主編；高等教育出版社；，申泮文主編；高等教育出版社；2002年年1月第月第

11、1版。版。o定量化學(xué)分析定量化學(xué)分析，許曉文等編，南開大學(xué)出版社，第二版。，許曉文等編，南開大學(xué)出版社，第二版。o無(wú)機(jī)及分析化學(xué)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)，武漢大學(xué)，武漢大學(xué)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)編寫組編，編寫組編，武漢大學(xué)出版社，第二版。武漢大學(xué)出版社，第二版。學(xué)習(xí)方法：學(xué)習(xí)方法：o1. 預(yù)習(xí)預(yù)習(xí);o2. 課堂筆記課堂筆記;o3. 及時(shí)復(fù)習(xí)和習(xí)題及時(shí)復(fù)習(xí)和習(xí)題;o4. 積極參與討論和答疑積極參與討論和答疑;o5. 充分利用課外參考書和網(wǎng)絡(luò)資源充分利用課外參考書和網(wǎng)絡(luò)資源; 成績(jī)?cè)u(píng)定成績(jī)?cè)u(píng)定: 1. 平時(shí)成績(jī)（作業(yè)和出勤）平時(shí)成績(jī)（作業(yè)和出勤） 2. 期中考試期中考試 3. 期末考試期末考試 聯(lián)系方

12、法聯(lián)系方法: 尹學(xué)博：尹學(xué)博：法定計(jì)量單位法定計(jì)量單位國(guó)際單位制的基本單位國(guó)際單位制的基本單位 量的名稱 單位名稱 單位符號(hào) 長(zhǎng)度長(zhǎng)度 L 米米 m 質(zhì)量質(zhì)量 m千克千克(公斤公斤) kg 時(shí)間時(shí)間 t 秒秒 s 電流電流 I 安安培培 A熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度 T 開開爾文爾文 K 物質(zhì)的量物質(zhì)的量 n 摩摩爾爾 mol 發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度 Iv 坎坎德拉德拉 cd國(guó)際單位制的輔助單位國(guó)際單位制的輔助單位 量的名稱單位名稱 單位符號(hào) 平面角 弧度 rad 立體角 球面度 sr國(guó)際單位制中具有專門名稱的國(guó)際單位制中具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位(續(xù)表)國(guó)家選定的非國(guó)際單位制單位國(guó)家選定的非國(guó)際

13、單位制單位(續(xù)表)用于構(gòu)成十進(jìn)位數(shù)和分?jǐn)?shù)單位的詞頭用于構(gòu)成十進(jìn)位數(shù)和分?jǐn)?shù)單位的詞頭(續(xù)表)有效數(shù)字及其運(yùn)算1有效數(shù)字 在實(shí)際工作中對(duì)某一物理量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要根據(jù)實(shí)際工作的要求選擇不同精度的測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量，在記錄測(cè)量數(shù)據(jù)和進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算時(shí)，一定要正確地使用有效數(shù)字，使之不僅能表示所測(cè)物理量的大小，而且能正確地反映測(cè)量的準(zhǔn)確程度。所謂有效數(shù)字，就是實(shí)際能測(cè)量到的數(shù)字所謂有效數(shù)字，就是實(shí)際能測(cè)量到的數(shù)字。 例如，對(duì)某物體使用分析天平測(cè)量其質(zhì)量，結(jié)果為1.5000克。若改用架盤天平稱量時(shí)，其結(jié)果為 1.5 克。這兩個(gè)數(shù)字從數(shù)值的大小來(lái)看似乎是相同的，但所反映的測(cè)量準(zhǔn)確程度是不同的。前者反映了測(cè)量的準(zhǔn)

14、確程度準(zhǔn)確到0.0001克數(shù)量級(jí)，而后者僅反映了測(cè)量的準(zhǔn)確程度準(zhǔn)確到 0.1 克數(shù)量級(jí)。1.5000 中的“1” 、“5”和其后的兩個(gè)“0”均是準(zhǔn)確的，最后一個(gè)數(shù)字“0”則 是可疑的。而在 1.5 這個(gè)數(shù)字中，數(shù)字“1”是準(zhǔn)確的，數(shù)字“5”是可疑的。如果用分析天平稱量的質(zhì)量是1.5000克，而在記錄時(shí)寫成1.5克，則其測(cè)量的準(zhǔn)確程度無(wú)形中被人為地縮小了1000倍。這在實(shí)際工作中是不允許的。 在有效數(shù)字中，數(shù)字“0”具有雙重意義：(1)作為普通數(shù)字使用，它是有效數(shù)字；(2)只起定位作用，它不是有效數(shù)字。 例如，測(cè)得以下數(shù)據(jù)： 試劑的體積 12mL (量筒量取) 二位有效數(shù)字 試樣的質(zhì)量 0.62

15、83g (分析天平稱取) 四位有效數(shù)字 滴定液體積 23.58mL (滴定管讀取) 四位有效數(shù)字 溶液的濃度 0.02080 mol/L 四位有效數(shù)字 溶液的濃度 0.10 mol/L 二位有效數(shù)字 被測(cè)物含量 56.12 四位有效數(shù)字 平衡常數(shù) K1.8x10 二位有效數(shù)字 pH值(注) 12.08 二位有效數(shù)字 pH值 5.1 一位有效數(shù)字注： 考慮考慮pH值的有效數(shù)字時(shí)，因?yàn)橹档挠行?shù)字時(shí)，因?yàn)閜H值是氫離子濃度值是氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，所以的負(fù)對(duì)數(shù)，所以pH值的有效數(shù)字位數(shù)只考慮小數(shù)點(diǎn)后值的有效數(shù)字位數(shù)只考慮小數(shù)點(diǎn)后數(shù)字個(gè)數(shù)，小數(shù)點(diǎn)前面的數(shù)字不是有效數(shù)字，因?yàn)樗鼘?shí)數(shù)字個(gè)數(shù)，小數(shù)點(diǎn)前面的數(shù)

16、字不是有效數(shù)字，因?yàn)樗鼘?shí)際上只反映了氫離子濃度的數(shù)量級(jí)。際上只反映了氫離子濃度的數(shù)量級(jí)。例如：例如：pH=4.30表示表示 c(H+)=5.010-5 molL-1 2. 有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則 (1)加減法 例如兩個(gè)測(cè)量值分別為1.3872克和35.1克，相加 1.3872 - 有0.0002克的誤差 +35.1 - 有0.2克的誤差可得 36.4872 問(wèn)題是計(jì)算結(jié)果應(yīng)將有效數(shù)字保留到小數(shù)點(diǎn)后第幾位呢? 因?yàn)樵诩訑?shù) 35.1 中 “1” 已是可疑數(shù)字，所以相加的結(jié)果36.4872 克中數(shù)字“4” 必然是可疑數(shù)字，因此再寫后面的數(shù)字“8”、“7”、“2”已無(wú)意義。根據(jù)誤差傳遞的結(jié)果在進(jìn)行有效數(shù)字

17、的加減法運(yùn)算時(shí)，和與差的絕對(duì)誤差等于各有效數(shù)字絕對(duì)誤差的代數(shù)和。因此，計(jì)算結(jié)果(36.4872)的絕對(duì)誤差為 (0.2)+(0.0002)0.2 所以計(jì)算結(jié)果的正確表示應(yīng)為 36.5 。有效數(shù)字36.5 正好與0.2的絕對(duì)誤差相匹配。(2)乘除法 例如，以下三個(gè)有效數(shù)字進(jìn)行乘除法運(yùn)算時(shí) 0.0248.156 12.576 0.015564885 因?yàn)槊總€(gè)數(shù)據(jù)的最后一位數(shù)字均為可疑數(shù)字，若最后一位有1的誤差，其相對(duì)誤差分別為： 相對(duì)誤差 0.024： (二位有效數(shù)字) 0.0010.024100 4 8.156： (四位有效數(shù)字) 0.0018.156100 0.01 12.576：(五位有效數(shù)字) 0.00112.57610