工科無機化學

1、 無機化學無機化學 林苗林苗 博士博士 教授教授 化學實驗樓化學實驗樓307室室（O）阿阿 愛因斯坦：發(fā)展獨立思考和獨立判愛因斯坦：發(fā)展獨立思考和獨立判斷的一般能力，應當始終放在首位，斷的一般能力，應當始終放在首位，而不應當把獲得專業(yè)知識放在首位。而不應當把獲得專業(yè)知識放在首位。如果一個人掌握了他的如果一個人掌握了他的學科的基礎理學科的基礎理論論，并且學會了，并且學會了獨立地思考獨立地思考和工作，和工作，他必定會找到他自己的道路，而且比他必定會找到他自己的道路，而且比起那種主要以獲得細節(jié)知識為其培訓起那種主要以獲得細節(jié)知識為其培訓內(nèi)容的人來，他一定會更好地適應進內(nèi)容的人來，他一定會更好地適應進

2、步和變化。步和變化。要求要求 ：n重視做好化學實驗重視做好化學實驗n抓好各個學習環(huán)節(jié)抓好各個學習環(huán)節(jié)n預習預習上課上課復習復習完成作業(yè)完成作業(yè)n抓住重點抓住重點 n多思考，多提問多思考，多提問n可隨時提出要求和建議可隨時提出要求和建議課時安排課時安排n上課時數(shù)上課時數(shù): 48學時學時(318周周)n實驗時數(shù)實驗時數(shù): 36學時學時(415周周)無機化學實驗無機化學實驗:1無機化學實驗的基本操作無機化學實驗的基本操作2化學反應摩爾焓變的測定化學反應摩爾焓變的測定3醋酸解離度和解離常數(shù)的測定醋酸解離度和解離常數(shù)的測定4硫酸亞鐵銨的制備硫酸亞鐵銨的制備5三草酸合鐵（三草酸合鐵（III）酸鉀的制備）酸

3、鉀的制備6電解質在水溶液中的電離平衡（設計性實驗）電解質在水溶液中的電離平衡（設計性實驗）7鐵（鐵（III）離子與磺基水楊酸配合物的組成和穩(wěn)）離子與磺基水楊酸配合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)的測定定常數(shù)的測定8鈷鈷()氨氯化合物的制備和性質分析（綜合性、氨氯化合物的制備和性質分析（綜合性、設計性實驗）設計性實驗）成績評定成績評定無機化學無機化學:n平時平時30% (作業(yè)、測驗作業(yè)、測驗)n期末考試期末考試70%無機化學實驗：無機化學實驗： 單獨記分，由平時成績、實驗操作、實單獨記分，由平時成績、實驗操作、實驗報告等綜合而成。驗報告等綜合而成。參考文獻：參考文獻：n無機化學無機化學第四版第四版 大連理工大

4、連理工大學無機化學教研室編大學無機化學教研室編 高等教高等教育出版社育出版社n現(xiàn)代基礎化學現(xiàn)代基礎化學（上篇）（上篇） 朱朱裕貞等編裕貞等編 化學工業(yè)出版社化學工業(yè)出版社第一章第一章 物質的狀態(tài)物質的狀態(tài) 聚集是自然界的一種物理現(xiàn)象，聚集狀聚集是自然界的一種物理現(xiàn)象，聚集狀態(tài)是物質的一種存在形式。它們決定于分態(tài)是物質的一種存在形式。它們決定于分子、原子（涉及電子）的相互作用。子、原子（涉及電子）的相互作用。 以地球作為系統(tǒng)：以地球作為系統(tǒng)： 固態(tài)（固態(tài)（s）、液態(tài)（）、液態(tài)（l）、氣態(tài)（）、氣態(tài)（g） 以宇宙作為系統(tǒng)：以宇宙作為系統(tǒng)： 等離子態(tài)是物質存在的主要形式。等離子態(tài)是物質存在的主要形式

5、。物質的第四態(tài)物質的第四態(tài)等離子態(tài)等離子態(tài) 將包含足夠多的、電荷數(shù)目近于相等的將包含足夠多的、電荷數(shù)目近于相等的自由電子和正離子與中性粒子所形成的混自由電子和正離子與中性粒子所形成的混合狀態(tài)稱為等離子態(tài)。合狀態(tài)稱為等離子態(tài)。 這種混合體稱為這種混合體稱為等離子體等離子體（plasma）。）。物質的第五態(tài)物質的第五態(tài)中子態(tài)中子態(tài) 若將固態(tài)物質施以高壓，非金屬可變成若將固態(tài)物質施以高壓，非金屬可變成金屬。金屬。 若將金屬再加高壓或超高壓，此時核外若將金屬再加高壓或超高壓，此時核外電子被壓到核內(nèi)去了，電子與質子結合成電子被壓到核內(nèi)去了，電子與質子結合成為中子，形成物質的第五態(tài)。為中子，形成物質的第五

6、態(tài)。1.1 氣體氣體氣體的最氣體的最基本特征基本特征： 具有可具有可壓縮性壓縮性（compressibility）和）和擴擴散性散性(diffusivity)1.1.1 理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體狀態(tài)方程式(equation of state of ideal gas)pV = nRT R 摩爾氣體常數(shù)摩爾氣體常數(shù)在在STP下下，p = 101.325 kPa, T = 273.15 Kn = 1.0 mol 時時, V = 22.414 L = 22.41410-3 m3R = 8.314 Jmol-1K-1R = 8.314 kPaLmol-1K-1理想氣體理想氣體 是一種物理模型是一種物

7、理模型 人們將符合理想氣體狀態(tài)方程式的氣體，人們將符合理想氣體狀態(tài)方程式的氣體，稱為理想氣體稱為理想氣體。 理想氣體分子之間沒有相互吸引和排斥，理想氣體分子之間沒有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對于氣體所占有體積完全分子本身的體積相對于氣體所占有體積完全可以忽略?？梢院雎?。理想氣體狀態(tài)方程式的應用范圍理想氣體狀態(tài)方程式的應用范圍 溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。 原因：低壓、高溫下的真實氣體，分子原因：低壓、高溫下的真實氣體，分子間距很大，相互作用極為微弱；分子本身間距很大，相互作用極為微弱；分子本身大小相對于整個氣體體積可以忽略不計，大小相對于整個氣體體

8、積可以忽略不計，故可近似地將其視為理想氣體。故可近似地將其視為理想氣體。有關氣體體積的化學計算有關氣體體積的化學計算例例1-1為了行車為了行車的安全，可在汽的安全，可在汽車中裝備上空氣車中裝備上空氣袋，防止碰撞時袋，防止碰撞時司機受到傷害。司機受到傷害。這種空氣袋是用這種空氣袋是用氮氣充脹起來的氮氣充脹起來的，所用的氮氣是，所用的氮氣是由疊氮化鈉與三氧化二鐵在火花的引發(fā)下反由疊氮化鈉與三氧化二鐵在火花的引發(fā)下反應生成的。總反應是：應生成的?？偡磻牵?NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在在25，748mmHg下，要產(chǎn)生下，要產(chǎn)生75.0L的的N2，計算需要

9、疊氮化鈉的質量。計算需要疊氮化鈉的質量。解：解： 根據(jù)化學反應方程式所顯示出的根據(jù)化學反應方程式所顯示出的n（NaN3）與）與n（N2）的數(shù)量關系，可以的數(shù)量關系，可以進一步確定在給定條件下，進一步確定在給定條件下， n（N2） 與與m（NaN3）的關系。的關系。6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)6mol 9molMr(NaN3)=65.01 P=748mmHg=99.73kPa T=298Kn(N2)=PV/RT=99.73*75.0/8.314*298=3.019moln(NaN3)=6*3.019/9=2.013molm(NaN3)=2.013*6

10、5.01=130.8g 1.1.2 氣體氣體分壓定律和分體積定律分壓定律和分體積定律 組分氣體：組分氣體： 理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。 分壓：分壓： 組分氣體組分氣體B在相同溫度下占有與混合氣體相同在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體體積時所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體B的分壓。的分壓。VRTnpBB分壓定律分壓定律： 混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和。氣體分壓之和。 p = p1 + p2 + 或或 p = pB VnRTp ,2211VRTnpVRTnpVRTnnVR

11、TnVRTnp2121 n =n1+ n2+ 分壓的求解：分壓的求解：x B B的摩爾分數(shù)的摩爾分數(shù)VRTnpBBpxpnnpxnnppBBBBBBVnRTp 例例1-2 某容器中含有某容器中含有NH3、O2 、N2等氣體的等氣體的混合物。取樣分析后，其中混合物。取樣分析后，其中n（ NH3）=0.320mol，n（O2）= 0.180mol，n（N2）=0.700mol?；旌蠚怏w的總壓混合氣體的總壓p = 133.0kPa。試計算各組分氣體的分壓。試計算各組分氣體的分壓。解：解：n = n（NH3）+n（O2）+n（N2） = 0.320mol+0.180mol+0.700mol = 1.2

12、00mol p（NH3）= n（NH3）/ n *p = 0.320/1.200*133.0 kPa = 35.5 kPa p(N2) = p - p(NH3) - p(O2) = (133.0-35.5-20.0)kPa = 77.5kPa20.0kPakPa0 .133200. 1180. 0OO22pnnp分體積分體積: 混合氣體中某一組分混合氣體中某一組分B的分體積的分體積VB是該組是該組份單獨存在并具有與混合氣體相同溫度和壓份單獨存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時所占有的體積。力時所占有的體積。pRTnVBB V = V1 + V2 + pRTnVBBBBVV或pnRTV pRTn

13、npRTnpRTnV2121 稱為B的體積分數(shù)BBBnnVVppVVxPpBBBBBBB例例1-3 氧是人類維持氧是人類維持生命的必需氣體，生命的必需氣體，缺氧生命就會死亡缺氧生命就會死亡，過剩的氧會使人，過剩的氧會使人致病，只有在氧氣致病，只有在氧氣的分壓維持的分壓維持21kPa才才能使人體維持正常能使人體維持正常代謝過程。在潛代謝過程。在潛水員自身攜帶的水下呼吸器中充有氧氣和氦氣水員自身攜帶的水下呼吸器中充有氧氣和氦氣（He在血液中溶解度很小，在血液中溶解度很小，N2的溶解度大，可使人得氣栓?。┑娜芙舛却螅墒谷说脷馑ú。?某潛水員潛至海水某潛水員潛至海水30m處作業(yè)，海水的密處作業(yè)，海水

14、的密度為度為1.03g cm-3，溫度為，溫度為20。在這種條件下。在這種條件下，若維持，若維持O2、He混合氣中混合氣中p(O2)=21kPa，氧，氧氣的體積分數(shù)為多少？以氣的體積分數(shù)為多少？以1.000L混合氣體為混合氣體為基準，計算氧氣的分體積和氦氣的質量。（基準，計算氧氣的分體積和氦氣的質量。（重力加速度取重力加速度取9.807m/s2）解：解：T =（273+20）K = 293K海水深海水深30m處的壓力是由處的壓力是由30m高的海水和海面高的海水和海面的大氣共同產(chǎn)生。海面上的空氣壓力為的大氣共同產(chǎn)生。海面上的空氣壓力為760mmHg，則則P=g hw + kPa101mmg760

15、mmHg760=9.807 m/s2 1.03 10-3kg cm-3 30m+101kPa=3.03 103 kg cm-1 s-2 +101kPa =303kPa+101kPa =404kPa%2.5%10040421)O()O()O(kPa21)O(2222iiXVVXVVPpPg63. 0K293molKJ314. 8L)052. 0000. 1 (kPa404molg0026. 4)He()He(0026. 4)He(mL52L052. 0)O(1112TRVPMmMrV若混合氣體體積為若混合氣體體積為1.000L時，時，1.2 液體和溶液液體和溶液1.2.1 液體液體 液體的液體的

16、基本特征基本特征：n具有具有流動性流動性 只有體積，沒有形狀。溫度一定，體積恒只有體積，沒有形狀。溫度一定，體積恒定。定。n液體分子的排列是液體分子的排列是短程有序，長程無序短程有序，長程無序。1.2.2 溶液溶液 溶液的定義：溶液的定義： 一種物質以分子或離子的狀態(tài)均勻地分布一種物質以分子或離子的狀態(tài)均勻地分布在另一種物質中得到的分散體系稱做在另一種物質中得到的分散體系稱做溶液溶液。 故溶液是一種分散體系，作為分散介質的故溶液是一種分散體系，作為分散介質的叫做叫做溶劑溶劑，被分散物質叫做，被分散物質叫做溶質溶質。 溶液濃度的表示：溶液濃度的表示：n質量百分濃度質量百分濃度（%）（mass percent concentration）n質量摩爾濃度質量摩爾濃度（m）（molal concentration）n摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)（x）（mole fraction）n物質的量濃度物質的量濃度（c） 最常用最常用（amount of substance conc