无机及分析化学课件第1-2章.ppt
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- 无机 分析化学 课件
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1、 物质结构知识目标:了解核外电子运动的基本特点;了解核外电子运动的基本特点;理解四个量子数的意义及取值规则;理解四个量子数的意义及取值规则;掌握原子核外电子排布的原理和主族元素及第四周期过渡元素原子核外电子排掌握原子核外电子排布的原理和主族元素及第四周期过渡元素原子核外电子排布;布;理解原子的电子层结构与元素周期表、元素性质之间的关系;理解原子的电子层结构与元素周期表、元素性质之间的关系;了解共价键的定义、现代价键理论的基本要点、共价键的键参数和共价键的类了解共价键的定义、现代价键理论的基本要点、共价键的键参数和共价键的类型;型;理解杂化、杂化轨道的意义,掌握以理解杂化、杂化轨道的意义,掌握以
2、sp、sp2、sp3杂化轨道成键分子的空间构杂化轨道成键分子的空间构型;型;掌握分子间作用力和氢键的概念及对物质某些性质的影响。掌握分子间作用力和氢键的概念及对物质某些性质的影响。能力目标:能写出主族元素及第四周期过渡元素原子核外电子排布式;能写出主族元素及第四周期过渡元素原子核外电子排布式;能解释原子的电子层结构与元素周期表、元素性质之间的关系;能解释原子的电子层结构与元素周期表、元素性质之间的关系;能应用杂化轨道理论解释某些分子的空间构型;能应用杂化轨道理论解释某些分子的空间构型;能应用分子间作用力和氢键的概念解释某些物质的物理性质。能应用分子间作用力和氢键的概念解释某些物质的物理性质。第
3、一节第一节 核外电子运动状态核外电子运动状态一、原子核外电子的运动一、原子核外电子的运动 元素的化学性质主要决定于原子核外电子的运动状态及其排布。在描述核外电子的运动时,只能指出它在原子核外空间某处出现的概率。以核外只有一个电子的的氢原子为例,在不同时刻记录电子与原子核的的相对位置,然后将位置叠加,结果像在原子核外笼罩着一团电子形成的云雾,称为电子云。密度高的区域表示电子在此出现的概率高,如下图所示:氢原子的电子云氢原子的电子云二、核外电子运动状态的描述二、核外电子运动状态的描述采用四个量子数来描述核外电子运动状态。主量子数n-电子层主量子数n是描述电子所属电子层离核远近的参数,取值为1,2,
4、n等正整数,习惯上用K,L,M,N,O,P,Q等字母来表示。n=1,2,3,4,5,6,7电子层=K,L,M,N,O,P,Q角量子数l-电子层角量子数l是描述电子云形状的参数,其取值受主量子数的制约,只能取0,1,2,3,(n-1),对应地分别用s,p,d,f等符号来表示。l=0,1,2,3电子亚层=s p d f磁量子数m-电子云伸展方向磁量子数m是描述电子云在空间的伸展方向的参数,其取值受角量子数的制约,当角量子数一定时,m可以取从+l到-l并包括0在内的整数值。即m=0,1,2,l。自旋量子数ms-电子的自旋电子一方面围绕着原子核高速旋转,同时也围绕着本身的轴转动,称为电子的自旋。自旋量
5、子数ms是用来描述电子自旋方向的参数。ms取值只有两个:+1/2和-1/2;它们代表电子自旋的两个相反的方向,即顺时针方向和逆时针方向。三、基态原子中电子分布原则三、基态原子中电子分布原则基态原子中电子分布必须遵守下列三条原则:1.泡利不相容原理泡利不相容原理(1)原子核外电子的运动状态使用四个量子数来描述的,同一个原子中不可能有运 动状态完全相同的两个电子同时存在;(2)同一轨道,主量子数、角量子数、磁量子数三个量子数相同,自旋量子数只有 两种可能;(3)s亚层只有1个轨道,最多容纳两个电子;p层有3个轨道,最多容纳6个电子;d 亚层有5个轨道,最多容纳10个电子;f亚层有7个轨道,最多容纳
6、14个电子;每一个电子层所具有的轨道数为n2个,所以每个电子层最多容纳的电子数为2n2个。2.能量最低原理能量最低原理 在不违背泡利不相容原理的情况下,原子核外电子总是先占据能量最低的原子轨道,只有当能量较低轨道占满后,电子才依次进入能量较高的原子轨道,称为能量最低原理。3.洪特规则洪特规则 在同一电子层的同一亚层的各个轨道上,电子排布总是尽量先占据不同的轨道,而且自旋方向相同。这样的电子填入方式可使原子能量最低。作为洪特规则的特例,电子在等价轨道上处于全充满、半充满或者全空状态时,具有额外的稳定性。四、多电子原子轨道的能级四、多电子原子轨道的能级针对多电子原子,由鲍林近似能级图得到的能级高低
7、基本规律:1.当角量子数l值相等时,主量子数n值不同,n越大,电子的能量E越高;2.当主量子数n值相同,角量子数l值不同时,l值越大,电子的能量E越高;3.当主量子数n值和角量子数l值都不相同时,n3,电子能量E的高低,通常由近似能级图来确定。主量子数大的4s亚层的能量,反而低于主量子数小的3d亚层的能量,这种现象称为能级交错。第二节第二节 电子层结构和元素周期系电子层结构和元素周期系一、元素周期系与电子层结构的关系一、元素周期系与电子层结构的关系 周期:7个周期族:16个族区:5个区二、元素性质的周期性二、元素性质的周期性 元素按原子序数排列成序后,随着原子序数的增加,它们的原子核外电子排布
8、、原子半径、电负性、化合价等性质呈规律性变化。第三节第三节 共价键理论共价键理论一、现代价键理论一、现代价键理论原子间通过共用电子对所形成的化学键称为共价键。(1)共价键理论基本要点共价键理论基本要点1.当两个原子接近时,只有自旋方向相反的成单电子可以互相配对,使核间电子云密度增大,系统能量降低,形成稳定的化学键;2.自旋方向相反的成单电子配对成共价键后,就不能再与其他原子中的成单电子配对。3.成键时,若两原子轨道相互重叠越大,两核之间电子云密度越大,形成的共价键越牢固,即原子轨道最大重叠原理。(2)共价键的特征共价键的特征共价键的两个基本特征:1.共价键具有饱和性;已成键的电子不能再与其他电
9、子配对成键。2.共价键具有方向性;原子轨道间的重叠只能沿着一定方向进行才能最大重叠。(3)共价键的类型共价键的类型共价键一般分为键和键两种类型:1.键键 成键时两原子沿着键轴方向,以“头碰头”的方式发生轨道重叠,形成的共 价键称为键。2.键键 成键时两原子的p轨道垂直于两核连线,以“肩并肩”的方式重叠,形成的 共价键称为键。(4)共价键的键参数共价键的键参数1.键能键能定义:在298.15K和100kPa下,断开1mol键所需要的能量,单位是kJ/mol。一般来说,键能越大,表明键越牢固,分子越稳定。2.键长键长分子中两成键原子核间的平衡距离称为键长。一般来说,成键原子的半径越小,成键的电子对
10、越多,其键长就越短,键能越大,共价键就越牢固。3.键角键角分子中同一原子形成的两个化学键之间的夹角,称为键角。4.键的极性键的极性在不同种原子所形成的共价键中,两原子吸引电子能力不同,电子对偏向电负性大的原子一端,使之带部分负电荷,而电负性较小的原子带部分正电荷,这样的共价键称为极性共价键。二、杂化轨道理论二、杂化轨道理论杂化是指原子形成分子时,同一原子中能量相近的不同原子轨道重新分配能量和空间取向,组合成一组新轨道的过程,杂化后形成的新轨道称为杂化轨道。1.sp3杂化杂化原子在形成分子时,由1个ns轨道和3个np轨道之间进行杂化的过程称为sp3杂化。2.sp2杂化杂化原子在形成分子时,由1个
11、ns轨道和2个np轨道之间进行杂化的过程称为sp2杂化。3.sp杂化杂化原子在形成分子时,由1个ns轨道和1个np轨道之间进行杂化的过程称为sp杂化。第四节第四节 分子间作用力和氢键分子间作用力和氢键一、分子的极性一、分子的极性一个分子内,正负电荷的数量相等,所以整个分子呈电中性。但是分子内部电荷的分布并不一定均匀,假定分子内存在一个正电荷中心和一个负电荷中心,若两中心重合,则分子没有极性,为非极性分子,若两中心不重合,则分子具有极性,为极性分子。分子有极性应具备两个条件:分子有极性应具备两个条件:1.键有极性;2.分子是非对称的。二、分子间作用力二、分子间作用力分子间作用力也称为范德华力,主
12、要包括取向力,诱导力和色散力三种形式。1.取向力取向力由于极性分子间通过取向产生的分子间作用力,称为取向力,其大小与极性分子的偶极矩有关,分子的偶极矩越大,分子的极性越大,取向力也越大。2.诱导力诱导力由极性分子的永久偶极与非极性分子所产生的诱导偶极之间的作用力称为诱导力,其大小与极性分子的极性和非极性分子的可极化性相关。3.色散力色散力分子间由瞬间偶极所产生的作用力称为色散力,其大小与费进行分子的可极化性有关系,可极化性越强,色散力越大。三、氢键三、氢键当氢原子与电负性很大、原子半径很小的元素X(如F、O、N等)以共价键结合后,其共用电子对强烈地偏向X原子一方,使氢原子几乎成为裸露的质子而具
13、有较大的正电性,因而这个氢原子还能与另一个电负性较大、半径较小的带有孤对电子的Y(如F、O、N等)原子产生静电吸引作用而形成氢键。1.氢键的形成氢键的形成2.氢键的特点氢键的特点(1)氢键基本上仍属静电作用力,比化学键弱得多,但是比范德华力强,是一种特殊的分子间作用力;(2)氢键具有饱和性和方向性;3.氢键的分类氢键的分类氢键可分为分子间氢键和分子内氢键两种。两个分子间形成的氢键,称为分子间氢键;同一分子内的原子之间形成的氢键,称为分子内氢键。4.氢键对物质性质的影响氢键对物质性质的影响(1)对熔点、沸点的影响对熔点、沸点的影响分子间氢键使分子间作用力增强,物质的熔点、沸点升高。分子内氢键的生
14、成使得其比同类化合物的熔点、沸点降低。(2)对物质溶解度的影响对物质溶解度的影响如果溶质分子和溶剂分子之间能形成氢键,有利于物质的溶解。分散体系知识目标:了解分散系的相关概念;理解分散系的分类方法;掌握各类分散系的特征;了解分散系的相关概念;理解分散系的分类方法;掌握各类分散系的特征;了解溶液组成量度的相关概念;理解溶液稀释与混合的原理;掌握溶液组成量了解溶液组成量度的相关概念;理解溶液稀释与混合的原理;掌握溶液组成量度的各种表示方法、溶液的配制、各种浓度的计算及换算;度的各种表示方法、溶液的配制、各种浓度的计算及换算;了解溶液依数性、渗透压的产生原理;理解渗透压定律、晶体和胶体渗透压概了解溶
15、液依数性、渗透压的产生原理;理解渗透压定律、晶体和胶体渗透压概念;掌握渗透浓度的计算、渗透压作用机理及其在医学上的应用;念;掌握渗透浓度的计算、渗透压作用机理及其在医学上的应用;了解溶胶的制备、凝胶的形成;理解溶胶的稳定性及聚沉;掌握溶胶、高分子了解溶胶的制备、凝胶的形成;理解溶胶的稳定性及聚沉;掌握溶胶、高分子溶液的性质及其应用;溶液的性质及其应用;了解与表面想象相关的概念;理解表面张力、表面能的产生及其降低的方法和了解与表面想象相关的概念;理解表面张力、表面能的产生及其降低的方法和途径;掌握表面吸附及表面活性物质的作用原理及其在实践中的应用。途径;掌握表面吸附及表面活性物质的作用原理及其在
16、实践中的应用。能力目标:能说出各种分散系的特征;能说出各种分散系的特征;能进行溶液的配制、稀释的实际操作,能应用各种浓度公式进能进行溶液的配制、稀释的实际操作,能应用各种浓度公式进行相关计算;行相关计算;能应用渗透压原理分析渗透进行的方向及解释与渗透压相关的能应用渗透压原理分析渗透进行的方向及解释与渗透压相关的医学问题;医学问题;能解释溶胶、高分子溶液的稳定性及高分子溶液对溶胶的保护能解释溶胶、高分子溶液的稳定性及高分子溶液对溶胶的保护作用;作用;能分析吸附、表面活性物质的作用过程并能应用。能分析吸附、表面活性物质的作用过程并能应用。第一节第一节 分散系分散系人们把具体研究的对象称为体系。分散
17、系是指一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种介质中所形成的体系。其中被分散的物质称为分散相(分散质),容纳分散相的介质称为分散介质(分散剂)。通常按分散相例子大小不同,将分散系分为三类:分子或离子分散系、胶体分散系、粗分散系。分子或离子分散系通常称为真溶液,简称溶液。其中分散相称为溶质,分散介质称为溶剂。粗分散系按分散状态分为悬浮液和乳状液。悬浮液是固体分散质以微小颗粒分散在液体分散剂中形成的分散系。乳状液是液体分散质以微小的液滴分散在另一种不相溶的液体分散剂中形成的分散系。胶体分散系即胶体溶液,根据分散颗粒的聚集状态分为溶胶和高分子溶液。从外观上看溶胶和高分子溶液均不浑浊,用普通显微镜不能分
18、辨出粒子。前者是多相、相对稳定体系;后者是单相、稳定体系。第二节第二节 溶液的组成标度溶液的组成标度溶液组成中,溶液组成标度是指一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量。一、溶液的组成标度的表示方法一、溶液的组成标度的表示方法表示溶液组成标度的方法很多,医学上常用的有:物质的量浓度、质量浓度、质量摩尔浓度、质量分数、体系分数、摩尔分数等。1.物质的量浓度物质的量浓度溶质B物质的量nB除以溶液的体积V称为物质B的物质的量浓度,用cB表示,也可以写成c(B):cB=nB/V物质的量浓度的SI单位是“摩尔每立方米”,符号为mol/m3。其他常用单位还有mol/L、mmol/L、mol/L。2.质量浓度质量浓
19、度溶质B的质量mB除以溶液的体积V称为物质B的质量浓度,用B表示:B=mB/V质量浓度的SI单位是kg/m3。其他常用单位还有g/L、mg/L、g/L。3.质量摩尔浓度质量摩尔浓度溶质B的物质的量nB除以溶剂的质量mA称为物质B的摩尔质量浓度,用bB表示:bB=nB/mA摩尔质量浓度的SI单位是mol/kg。4.质量分数质量分数溶质B的质量mB除以溶液的质量m称为物质B的质量分数,用B表示:B=mB/m质量分数量纲为1,可以用小数或者百分数表示。5.体积分数体积分数在相同温度和压力下,溶质B的体积VB除以溶液的体积V称为物质B的体积分数,用B表示:B=VB/V体积分数量纲为1,可以用小数或者百
20、分数表示。6.摩尔分数摩尔分数物质B的物质的量nB除以混合物的物质的量n称为物质B的摩尔分数,用xB表示。溶液由溶质B和溶剂A组成,设溶质B的物质的量为nB,溶剂A物质的量为nA。则溶质B的摩尔分数和溶剂A的摩尔分数分别为:xB=nB/(nA+nB)xA=nA/(nA+nB)摩尔分数量纲为1,可以用小数或者百分数表示。二、溶液组成标度的有关计算二、溶液组成标度的有关计算1.溶液组成标度表示方法的换算溶液组成标度表示方法的换算(1)质量浓度与物质的量浓度之间的换算质量浓度与物质的量浓度之间的换算换算依据是:cB=nB/VB=mB/VmB=nBMB因为溶质的量不变,所以mB=cBVMB=BV换算公
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