无机及分析化学课件.ppt

1、,绪论,一、无机及分析化学的任务和作用 1、无机化学的研究对象 元素和非碳氢结构的化合物。 2、无机化学的主要任务 研究无机物质的组成、结构、性质及其变化规律的 科学。 3、分析化学的研究对象 无机物、有机物或其他物质。,绪论,4、分析化学的主要任务 鉴定物质的化学组成、测定有关组分的含量以及 表征物质的化学结构（包括定性分析、定量分析 和结构分析）。 5、无机及分析化学的实用意义 是其他化学科学的理论和应用基础。,绪论,二、分析方法的分类 1、无机分析和有机分析 2、定性分析、定量分析和结构分析 3、化学分析和仪器分析 4、常量分析、半微量分析、微量分析和超微量分析 5、常量组分分析、微量组

2、分分析和痕量组分分析 6、快速分析、例行（日常）分析和仲裁分析,绪论,三、无机及分析化学课程的基本内容 1、理论部分 化学基础理论和物质分析方法。 2、实验部分 重点以化学定量分析中滴定分析训练项目为主， 兼顾无机物制备、离子鉴定和部分化学（定量） 分离方法。,绪论,四、无机及分析化学课程的学习方法 在感性知识或实验观察的基础上，通过分析、比较、判断后，经过推理、归纳得到概括性和理论化的概念、定律、原理等理性知识，再将其应用到实际工作、生产和科研中，在实践的基础上进一步丰富和检验理性知识。 在实际操作的训练中，掌握实验的基本操作技能，培养严谨认真、实事求是的科学态度，提高分析、判断和解决实际问

3、题的能力。,第一节 核外电子的运动状态 第二节 原子核外电子排布 第三节 元素性质的周期性变化 第四节 化学键 第五节 分子的极性 第六节 分子间的作用力 阅读材料：,无机及分析化学,第一章 物质结构,原子是化学变化中的最小微粒，原子很小，但可以再分， 原子有复杂的结构。构成原子的粒子之间的关系可表示如下：,原子,原子核 核外电子,质子 中子,物质结构,原子结构(1-3) 分子结构(4-6 ),第一章 物质结构,第一节 核外电子的运动状态 一、电子云 电子云: 化学上习惯用小黑点分布的疏密来表示电子 出现概率密度的相对大小。 黑点图 界面图 角度分布图,第一章 物质结构,氢原子光谱线状光谱,第

4、一章 物质结构,第一章 物质结构,二、原子核外电子的运动状态,根据实验结果和理论推算，核外电子的运动状态需从以下四个方面来描述。 1.电子层（n） 电子层决定核外电子的能量和电子离核平均距离的参数，这是决定电子能量高低的主要因素。 电子层n 1 2 3 4 5 6 7 电子层符号 K L M N O P Q,第一章 物质结构,2电子亚层和电子云的形状 科学研究发现，即使在同一电子层中，电子的能 量还有微小的差别，且电子云的形状也不相同，所以， 根据能量差别及电子云的形状不同，把同一电子层 又分为几个电子亚层，这些亚层分别用s、 p、 d、 f表示。 3电子云的伸展方向 电子云不仅有确定的形状，

5、而且在空间有一定的 伸展方向。s电子云呈球形对称，在空间各个方向出 现的概率都是一样的，所以没有方向性。p电子云在 空间可沿坐标的x，y，z轴三个方向伸展，d电子云 有五个伸展方向，f电子云有七个伸展方向。,第一章 物质结构,第一章 物质结构,第一章 物质结构,能量相同的各原子轨道称为简并轨道或等价轨道 亚 层 s p d f 简并轨道数 1 3 5 7,如果用方框或圆圈表示一个轨道，则各亚层 上的轨道可用轨道式来 表示。例如2p亚层有三个轨道，它们可表示为： 2p 2p 或 ,第一章 物质结构,现将各电子层可能有的轨道数归纳如下： 电子层(n) 电子亚层 轨道数 K(n=1) 1s 1=1

6、L(n=2) 2s 2p 1+3= 4 M(n=3) 3s 3p 3d 1+3+5=9 N(n=4) 4s 4p 4d 4f 1+3+5+7=16,4电子的自旋 原子中的电子在围绕原子核运动的同时，还存在本身的自旋运动。电子自旋状态只有两种，即顺时针方向和逆时针方向，通常用“”和“”表示两种不同的自旋方向。,第一节 核外电子的运动状态 第二节 原子核外电子排布 第三节 元素性质的周期性变化 第四节 化学键 第五节 分子的极性 第六节 分子间的作用力 阅读材料：,无机及分析化学,第一章 物质结构,一、电子分布和近似能级图,电子层与电子距离核的远近和电子能量高低的关系,第二节 原子核外电子排布,多

7、电子原子的能级,每个代表一个原子轨道 p 三重简并 d 五重简并 f 七重简并,美国著名结构化学家Pauling ，根据大量光谱实验数据和理论计算，提出了多电子原子的原子轨道近似能级图。共分成七个能级组.,第一章 物质结构,二、核外电子的排布,多电子原子处于基态时，核外电子排布遵循以下三个条原理： 1.泡利不相容原理在一个原子中，不可能有运动状态完全相同的两个电子存在。 2.能量最低原理在不违反泡利原理的条件下，电子优先占据能量较低的原子轨道 例如：E1sE2sE3s E2pE3pE4p E3sE3pE3d,第一章 物质结构,3.洪特规则在同一原子的等价轨道上，自旋方向 相同的电子数目最多时，

8、原子的能量最低。 能量相等的轨道全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）或全空（p0、d0、f0）的状态比较稳定。,问题：,IB族中的铜、银、金的电子层结构如何？为什么？,第一章 物质结构,三、原子的电子结构与元素周期律,周期名称 元素数目,第一章 物质结构,1.周期与族的划分,周期与能级组,把电子层数相同而按原子序数由小到大的顺序排列的一系列元素作为表中的一个横行，称为一个周期。 元素周期表中有7个横行，也就是7个周期。 周期的序数就是该周期元素原子具有的电子层数。,元素周期表,第一章 物质结构,元素的周期,周期的划分与能级组的划分完全一致，每个能级组都独自 对应一个周期。

9、共有七个能级组， 所以共有七个周期。,第一周期： 2 种元素 第一能级组： 2 个电子 1 个能级 1s 1 个轨道,第二周期： 8 种元素 第二能级组： 8 个电子 2 个能级 2s 2p 4 个轨道,第一章 物质结构,第三周期： 8 种元素 第三能级组： 8 个电子 2 个能级 3s 3p 4 个轨道,第五周期： 18 种元素 第五能级组： 18 个电子 3 个能级 5s 4d 5p 9 个轨道,第四周期： 18 种元素 第四能级组： 18 个电子 3 个能级 4s 3d 4p 9 个轨道,第一章 物质结构,第七周期： 32 种元素 第七能级组：32 个电子 4 个能级 7s 5f 6d

10、7p 16 个轨道,第六周期： 32 种元素 第六能级组： 32 个电子 4 个能级 6s 4f 5d 6p 16 个轨道,第一章 物质结构,2.族与价电子结构 元素的原子参加化学反应时，能参与化学键形成的电 子称为价电子，价电子所在的电子层的电子排布式，称 价电子层结构。,主族：同一主族元素具有相同的价电子结构和相同的最外层电子数。,纵行 (16个族),第一章 物质结构,第一章 物质结构,第一节 核外电子的运动状态 第二节 原子核外电子排布 第三节 元素性质的周期性变化 第四节 化学键 第五节 分子的极性 第六节 分子间的作用力 阅读材料：,无机及分析化学,第三节、元素的性质的周期性变化,1

11、.原子半径 同周期元素的原子半径变化规律: 主族元素的原子半径的递减较明显 副族元素(d区)的原子半径递减缓慢同族元素的原子半径变化规律: 同族中，从上到下，原子半径一次增大同族中，同周期从左到右，原子半径一次减小。,第一章 物质结构,2.电离能,电离能： 某元素 1 mol 基态气态原子，失去最高能级的 1 个电子，形成 1 mol 气态离子 ( M+ ) 所吸收的能量，叫这种元素的第一电离能 ( 用 I1 表示 ) 。,1 mol 气态离子 ( M+ ) 继续失去最高能级的 1 mol 电子，形成 1 mol 气态离子 ( M2+ ) 所吸收的能量则为第二电离能 I2 。,即 M ( g

12、) M+ ( g ) + e H = I1,M+( g ) M2+ ( g ) + e H = I2,用类似的方法定义 I3 ，I4 ， In 。,第一章 物质结构,同族：自上而下，电子层增加，原子半径增大，电子离核远，核对电子吸引力减小元素的电离能减小。,同周期：从左向右，核电荷 Z 增大，原子半径 r 减小。 核对电子的吸引增强，愈来愈不易失去电子，所以第一电离能 增大。,第一章 物质结构,3.电负性（） 原子的电负性是用来度量分子中原子对成键电子吸引能力的相对大小。 最活泼的非金属氟F的电负性为4.0,第一章 物质结构,1932年，Pauling 提出了电负性的概念 电负性表示一个元素的

13、原子在分子中吸引电子的能力。并规定氟的电负性约为 4.0，其它元素与氟相比，得出相应数据。,同周期中，自左向右，电负性变大，元素的非金属性增强。,同族中，自上而下，电负性变小，元素的金属性增强。,第一章 物质结构,电负性的应用： 1判断元素的金属性和非金属性 2估计化学键的类型,第一章 物质结构,4.元素的金属性和非金属性 元素的金属性是指元素的原子失去电子的能力，非金属性是指元素的原子得到电子的能力。 5.氧化数 元素的氧化数是指在单质和化合物中元素的一个原子的形式电荷数。,第一章 物质结构,总结： 1.电子云的图形 2.1-36号元素的名称，元素符号，电子排布式 3.元素性质的递变规律,第

14、一章 物质结构,第一节 核外电子的运动状态 第二节 原子核外电子排布 第三节 元素性质的周期性变化 第四节 化学键 第五节 分子的极性 第六节 分子间的作用力 阅读材料：,无机及分析化学,第四节化学键,化学键：分子或晶体中，直接相邻原子（或离子）之间强烈的相互作用称为化学键。,离子键,共价键,金属键,化学键,第一章 物质结构,一、离子键,1.离子键理论的基本要点 1916年德国化学家柯塞尔提出了离子理论。他认为，当电负性很小的金属原子和电负性很大的非金属原子相互靠近时，前者易失去电子变成阳离子，后者易得到电子变成阴离子。而正、负离子靠静电引力作用结合在一起，这种静电引力作用称为离子键,。如Na

15、Cl的形成。,第一章 物质结构,Cl e Cl- 1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p6 ( =3.0 ) Ar,Na+Cl-,Na - e Na+ 1s22s22p63s1 1s22s22p6 ( = 0.9 ) Ne,电子转移形成离子,2.离子键的形成,第一章 物质结构,离子键可存在于气体分子（LiF），大量的是存在于离子晶体中。,原子得失电子，形成阴阳离子。靠静电引力形成化学键离子键。,Na+ Cl-,Na+Cl- (离子型分子),静电引力 离子键,第一章 物质结构,3.离子键的本质是库仑静电作用力 F = q+ q- /R2 q+、q-为离子所带电荷, R为离子

16、间距离。 离子键强度是用晶格能来描述的。 4.离子键的特征：既无方向性，也无饱和性，离子化合物是由正负离子通过离子键相互交替连结而成的晶体结构。 离子键的离子性与元素的电负性差有关。 两元素的电负性差( x=1.7)判断键的性质。,第一章 物质结构,二、共价键,原子之间通过共用电子对所形成的相互作用，叫做共价键。共价键具有方向性和饱和性。,1.共价键的形成,两个原子核吸引电子的能力相同，共用电子对不偏向任何一个原子核，这种共价键叫非极性共价键，简称非极性键。例如，HH、 ClCl 键都是非极性键 。,共用电子对偏向吸引电子能力较强的原子核，偏离吸引电子能力较弱的原子核，这种共价键叫极性共价键，

17、简称极性键。例如，H2O、HCl 等。,第一章 物质结构,但这一理论遇到了许多不能解释的问题，如两个电子都带负电荷，为何不相互排斥，反而相互配对成键?两个氢原子可以形成电子对，三个氢原子能否共用电子形成H3？为了解决这些矛盾，一些化学家在经典共价理论基础上，从量子力学的角度发展了这一成果，建立了现代价键理论。,第一章 物质结构,2.价键理论基本要点：,未成对价电子自旋方式相反； 原子轨道最大程度地重叠。 能量最低原理。,第一章 物质结构,3.共价键的特征： （1） 共价键具有有饱和性。一个原子有几个未成对的电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键。,第一章 物质结构,（2.）共价键具有方向性。共

18、价键尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向（轨道的对称轴）形成，叫着最大重叠原理。即重叠越多，电子在两核间出现的机会越大，形成的共价键也就越稳定。,第一章 物质结构,4.共价键的类型,（1）按共用电子对数目：共价单键、双键和三键 H-CI O=C=O NN (2)按电子云是否偏移：极性共价键和非极性共价键,第一章 物质结构,（3）按电子云的重叠方式：键和键,第一章 物质结构,键：沿着轨道对称轴方向的重叠形成的共价键。 键：沿着轨道对称轴平行方向的重叠形成的共价键。,键电子云界面图 键电子云界面图,第一章 物质结构,第一章 物质结构,（4）按电子对的提供方式：正常共价键和配位键,定义：由成键的两原子中

19、的一个原子单独提供电子对进入另一个原子的空轨道共用而成键，此种共价键称为配位键。,第一章 物质结构,5.键参数,键长：成键的两个原子核之间的距离。 两个原子共价半径之和 = 键长 键长越短，键能越大，共价键越牢固 键角：键与键之间的夹角，反映了分子的空间结构 键能：指298.15K，101.3KPa条件下， AB（g） A（g）+ B（g）所需的E（KJ/mol） 衡量共价键的强度，键能越大，键越牢固。,表征共价键的物理量叫键参数。,第一章 物质结构,三、杂化轨道理论,CH4 形成的过程中， C 原子的电子曾有过如下的激发步骤，以得到 4 个单电子。,显然，这 4 个单电子所在原子轨道不一致。

20、利用这些原子轨道与 4 个 H 原子形成的化学键，应该不完全相同，也不应该指向正四面体的四个顶点。CH4 为什么是正四面体结构 ？,第一章 物质结构,Pauling 1931年提出杂化轨道理论，非常成功地解释了构型方面的这类问题 。,杂化后轨道伸展方向，形状发生改变,成键能力增强,成键能力大小顺序 spsp2sp3dsp2sp3dsp3d2,.杂化理论的基本要点：,形成分子时，中心原子能级相近的价电子轨道混合杂化，形成新的价电子轨道杂化轨道。,杂化前后轨道数目不变。,第一章 物质结构,2.杂化轨道的类型,杂化轨道,等性杂化,不等性杂化,sp杂化,sp2杂化,sp3杂化,sp3d2杂化,杂化类型

21、,d2sp3杂化,第一章 物质结构,（1）sp3杂化,由1个s和3个p轨道组合成4个sp3轨道的过程。形成的轨道为sp3杂化轨道。 以CH4为例：,E=s/4+3p/4 夹角：109028,第一章 物质结构,（2）sp2杂化,由1个s和2个p轨道组合成3个sp2轨道的过程。形成的轨道为sp2杂化轨道。以BF3为例：,E=s/3+2p/3 夹角：1200,第一章 物质结构,（3）sp杂化,由1个s和1个p轨道组合成2个sp轨道的过程。形成的轨道为sp杂化轨道。以BeCl2为例：,Esp=s/2+p/2 夹角：1800,第一章 物质结构,第一章 物质结构,3.不等性杂化,如果参加杂化的原子轨道中有

22、不参加成键的孤对电 子存在，杂化后所形成的杂化轨道的形状和能量不完全 等同，这类杂化称为不等性杂化。例如NH3和H2O分子。,碳原子杂化轨道sp2的形成及特点,E=s/3+2p/3 夹角：1200,乙烯的形成,碳原子杂化轨道sp的形成及特点,E=s/2+p/2 夹角：1800,小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型,杂化轨道数,成键轨道夹角,分子空间构型,杂化轨道类型,第一章 物质结构,第一节 核外电子的运动状态 第二节 原子核外电子排布 第三节 元素性质的周期性变化 第四节 化学键 第五节 分子的极性 第六节 分子间的作用力 阅读材料：,无机及分析化学,第五节分子的极性,一、键的极性与分子的极

23、性 1.电荷中心： 2.极性分子和非极性分子： 极性分子：正、负电荷重心相重合的分子。 非极性分子：正、负电荷重心不相重合的分子。,第一章 物质结构,双原子分子 H2、Cl2、O2分子中存在非极性键，为非极性分子。 HF、 HCl、HBr、HI分子中存在极性键，为极性分子。 多原子分子 分子由非极性键构成，整个分子是非极性的。 分子由极性键构成，分子的极性则由空间构型决定。,第一章 物质结构,二、偶极矩 正、负电荷间的距离（d）与正电荷重心或负电荷重心上的电量（ q）的乘积。 =qd 是矢量，方向由正到负，单位：Cm 越大，分子极性越强 =0 分子是非极性分子 HFHCl HBr HI,第一章

24、 物质结构,第一节 核外电子的运动状态 第二节 原子核外电子排布 第三节 元素性质的周期性变化 第四节 化学键 第五节 分子的极性 第六节 分子间的作用力 阅读材料：,无机及分析化学,第六节分子间的作用力,一、分子的极化,第一章 物质结构, ,分子的变形性：在外电场中 （1）非极性分子 这种性质变形性；过程极化变形；产生 的偶极诱导偶极（电场消失亦消失） （2）极性分子 ：本身具有偶极永久偶极、固有 偶极（不消失），相当一个电场，可使邻近分子极化 变形；,第一章 物质结构,二、分子间的力- van der Waals 力,1.取向力： 由永久偶极的取向而产生的分子间吸引力。,2.诱导力 由极性

25、分子的永久偶极与非极性分子所产生的诱导 偶极之间的相互作用力。,第一章 物质结构,3.色散力由瞬间偶极而产生的分子间的相互作用力。,影响因素： 与分子的变形性有关。 分子量越大变形性越大，色散力越大。 分子间吸引力随分子量增大而增大。,第一章 物质结构,分子间力的特性,特点: (1)键能小，只有几个至几十个kJmol-1，比化学键小1-2个数量级。 (2) 静电短程力， 不具有方向性和饱和性。 (3) 非极性分子间只存在色散力；极性分子与非极性分子间存在色散力与诱导力；极性分子之间三种力都存在。色散力是主要的，取向力在极性大的分子中占有较大比重。 (4)取向力与温度有关，诱导力、色散力受温度影

26、响不大。,第一章 物质结构,分子间作用力与物质性质的关系,1.熔、沸点的规律：分子量越大色散力越大，同类物质的熔沸点随着分子量的增大而升高。 2.相似相溶：强极性分子间存在强的定向力，所以互溶。非极性分子间的引力和极性分子间的引力都大于极性分子与非极性分子间的引力，所以极性分子与非极性分子之间互不相溶。,第一章 物质结构,三、氢 键,概念：由电负性极强的元素（O、N、F）相结合的氢原子，和另一分子中电负性极强的原子间所产生的引力的作用。分为分子内氢键和分子间氢键。,第一章 物质结构,核酸中的分子内的氢键,第一章 物质结构,第一节 化学反应速率 第二节 化学平衡 阅读材料：化学反应速率理论简介,

27、无机及分析化学,第二章 化学反应速率和化学平衡,思考题,2-1 影响化学反应速率的主要因素有哪些？影响化学平衡的因素有哪些？举例说明。 2-2 何谓质量作用定律？能否根据配平的化学反应方程式写出质量作用定律表示式？为什么？ 2-3 采取什么措施可以加快下列反应的反应速率？,第二章 化学反应速率和化学平衡,2-4 对于恒容气体反应：,如何用不同物质的浓度变化表示该反应的平均速率？它们之间有什么关系？,第一节 化学反应速率 第二节 化学平衡 阅读材料：化学反应速率理论简介,无机及分析化学,第一节 化学反应速率,一、化学反应速率的概念及表示方法 在化学反应中，随着反应的进行，反应物浓度不断减小，生成

28、物浓度不断增大。通常用单位时间内反应物或生成物浓度的变化来表示化学反应速率。浓度单位为mol/L，时间单位为秒(s)、分(min)、小时(h)，因此，反应速率的单位为mol/(Ls)、mol/(Lmin)、mol/(Lh)等。绝大多数化学反应在反应进行中速率是不断变化的，因此在描述化学反应快慢时可选用平均反应速率或瞬时反应速率来表示。,第二章 化学反应速率和化学平衡,第二章 化学反应速率和化学平衡,第一节 化学反应速率,化学反应速率：指在一定条件下，反应物转 变为生成物的速率。,化学反应速率表示方法： 常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来方法。 浓度：mol/m-3、mol/L

29、时间：s、min、h 反应速率：mol/(Ls)、mol/(Lmin)、mol/(Lh) 绝大多数化学反应在反应进行中速率是不断变 化的，因此在描述化学反应快慢时可选用平均反应速率或瞬时反应速率来表示。,第二章 化学反应速率和化学平衡,1平均反应速率 平均反应速率是指某一段时间内反应的平均速率，可表示为：,或,因为反应速率总是正值，所以用反应物浓度的减少来表示时，必须在式子前加一个负号，使反应速率为正值。,第二章 化学反应速率和化学平衡,【例题2-1】 今有合成氨的反应，其中各种物质浓度变化如下：,起始浓度/(mol/L) 1.0 3.0 0 2 s浓度/(mol/L) 0.8 2.4 0.4

30、 求此合成氨的平均反应速率。 解: 如用单位时间内反应物氮气或氢气的浓度减少表示：,第二章 化学反应速率和化学平衡, -, -,若用产物氨气的浓度增加表示反应速率，则为：,在同一时间间隔内，反应物减小量(mol)的绝对值、产物生成量(mol)，与化学反应方程式的计量数成正比。则用氮气、氢气或氨气表示的反应速率与化学反应方程式的计量数的关系成正比：,第二章 化学反应速率和化学平衡,实验证明，几乎所有化学反应的速率都随反应时间的变化而不断变化。通常，反应刚开始时速率较快，随着反应的进行，反应物浓度逐渐减少，反应速率不断减慢。因此有必要应用瞬时速率的概念精确表示化学反应在某一指定时刻的速度。由于瞬时

31、速率真正反应了某时刻化学反应进行的快慢，所以比平均速度更重要，有着更广泛的应用。故以后提到反应速率，一般指瞬时速率。,第二章 化学反应速率和化学平衡,2瞬时反应速率 时间间隔t 趋于无限小(t 0)时的 平均速率的极限。,t0,第二章 化学反应速率和化学平衡,反应速率的大小首先决定于参加反应的物质的 本性，其次是外界条件，如反应物的浓度、温度和催 化剂等。 1浓度对反应速率的影响 (1) 基元反应和非基元反应 基元反应（简单反应）: 一步就能完成的反应。 例如：,二、影响化学反应速率的因素,NO2(g) 2NO(g) + O2(g),第二章 化学反应速率和化学平衡,非基元反应（复杂反应）：反应

32、物分子需经几步反应 才能转化为生成物的反应。,大多数反应是非基元反应。 例如： 这三个基元反应表示了总反应所经历的途径称为反应机理，或反应历程。化学动力学的重要任务之一就是研究反应机理，确定反应历程，揭示反应速率的本质。,由三个步骤组成,第二章 化学反应速率和化学平衡,(2) 经验速率方程式 质量作用定律: 实验证明，在一定温度下，基元反应的化学反应速率与各反应物浓度幂（幂次等于反应方程式中该物质分子式前的系数）的乘积成正比。,第二章 化学反应速率和化学平衡,在一定温度下，一般简单反应： aA bBgG hH v ca(A) cb(B) v kca(A) cb(B) 上式即为经验速率方程式 。

33、 比例系数k称为速率常数。显然，一定温度下，当c(A) c(B) 1mol/L时，v k。,k 的物理意义： 在一定的条件下(温度、催化剂)，反应物浓度均为单位浓度 ( 1mol/L)时的反应速率。, 反应不同，k值不同。 同一反应，温度不同k值不同。 同一反应，温度一定时，有无催化剂k值也是 不同的。 k是化学反应在一定温度下的特征常数，其数值的大小，取决于反应的本质，一定温度下，不同反应的速率常数不同。k值越大，反应速率越快。对于同一反应，k值随温度的改变而改变，一般情况下，温度升高，k值增大。,第二章 化学反应速率和化学平衡, 质量作用定律只适用于基元反应和非基元反应中的每一步基元反应，

34、对于非基元反应的总反应，则不能由反应方程式直接写出其反应速率方程式。 在书写反应速率方程式时，反应物的浓度是指气态物质或溶液的浓度。固态或纯液体的浓度是常数，可以并入速率常数内，因此在质量作用定律表达式中不包括固体或纯液体物质的浓度。如：,注意：,C(s) + O2(g) CO2(g) v kc(O2),第二章 化学反应速率和化学平衡,第二章 化学反应速率和化学平衡, 对于有固体物质参加的反应，由于反应只在 固体表面进行，因此反应速率仅与固体表面 积的大小和扩散速率有关，可以通过增大固体物质的表面积，即通过固体物质粉碎加快反应速率。, 对于有气态物质参加的反应，压力会影响反应速率。在一定温度时

35、，增大压力，气态反应物的浓度增大，反应速率加快；相反，降低压力，气态反应物的浓度减小，反应速率减慢。 例如：,N2(g) + O2(g) 2NO(g),当压力增大一倍时，反应速率增大至原来的四倍。 对于没有气体参加的反应，由于压力对反应物的浓度影响很小，所以当改变压力，其他条件不变时，对反应速率影响不大。,2温度对反应速率的影响 温度对化学反应速率的影响特别显著，一般情况 下升高温度可使大多数反应的速率加快。 荷兰物理化学家范特霍夫(J.H Vant Hoff)依据大量实验提出经验规则： 一般化学反应，在一定的温度范围内，温度每升高10 ( 10K )，反应速率或反应速率常数一般增大到原来的2

36、4倍。,第二章 化学反应速率和化学平衡,3催化剂对反应速率的影响 催化剂：是一种能改变化学反应速率，而其自身在反应前后质量和化学组成均不改变的物质。 催化作用：催化剂能改变反应速率的作用。 正催化剂：能加快反应速率的催化剂。 负催化剂：能减慢反应速率的催化剂。,第二章 化学反应速率和化学平衡,催化剂具有以下的基本特征： 反应前后其质量和化学组成不变。 量小但对反应速率影响大。 有一定的选择性。 催化剂既催化正反应，也催化逆反应。,第一节 化学反应速率 第二节 化学平衡 阅读材料：化学反应速率理论简介,无机及分析化学,第二节 化学平衡,一、可逆反应与化学平衡,可逆反应: 在同一条件下,一个化学反

37、应既能向正反应方向进行又能向逆反应方向进行 ，这样的反应称为可逆反应。 通常可逆反应用双箭头表示： A + B D + E 几乎所有的反应都是可逆反应，只是可逆的程度不同而已。,第二章 化学反应速率和化学平衡,化学平衡： 在一定条件下，反应刚开始时，正反应速率较大，逆反应的速率几乎为0，随着反应的进行，反应物浓度逐渐减小，正反应速率逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。当正反应速率等于逆反应速率时，体系中反应物和产物的浓度均不再随时间改变而变化，体系所处的状态称为化学平衡。如图所示：,图2-1 可逆反应的正、逆反应速率,第二章 化学反应速率和化学平衡,1. 达到化学平衡时，正、逆反

38、应速率相等（v正 v逆)。 外界条件不变，平衡会一直维持下去。 化学平衡是动态平衡。 达平衡后，反应并没有停止，因v正 v逆，所以体系中各物质浓度保持不变。 化学平衡是有条件的。 当外界条件改变时，正、逆反应速率发生变化，原有的平衡将被破坏，反应继续进行，直到建立新的动态平衡。 由于反应是可逆的，因而化学平衡既可以由反应物开始达到平衡，也可以由产物开始达到平衡，即可从左自右达到平衡状态，也可从右向左达到平衡状态。,化学平衡的特征,第二章 化学反应速率和化学平衡,二 、 化学平衡常数 在恒温下，可逆反应无论从正反应开始，或是从逆反应开始，最后达到平衡时，尽管每种物质的浓度或分压在各个体系中并不一

39、致，但生成物平衡时相对浓度或相对分压的乘积与反应物平衡时相对浓度或相对分压的乘积之比却是一个恒定值。,第二章 化学反应速率和化学平衡,第二章 化学反应速率和化学平衡,1、经验平衡常数 参与反应的物质按一定比例组成反应混合物。平衡时，各组分的浓度不再改变。但反应混合物的组成不同时，平衡体系的组成并不相同。看如下的反应数据：,CO2 H2 CO H2O CO2 H2 CO H2O 1 ) 0.01 0.01 0 0 0.004 0.004 0.006 0.006 2.3 2 ) 0.01 0.02 0 0 0.0022 0.0122 0.0078 0.0078 2.3 3 ) 0.01 0.01

40、0.001 0 0.0041 0.0041 0.0069 0.0059 2.4 4 ) 0 0 0.02 0.02 0.0082 0.0082 0.0118 0.0118 2.1,CO2 ( g ) + H2 ( g ) CO ( g ) + H2O ( g ),起始浓度 / moldm 3 平衡浓度 / moldm 3,1473K,尽管平衡组成不同，但的值是不变的。,第二章 化学反应速率和化学平衡,对于一般可逆反应: a A + b B g G + h H 平衡时:,第二章 化学反应速率和化学平衡,K 称为经验平衡常数（或实验平衡常数）。,K 的单位： （ mol dm 3 ） ( g +

41、h ) ( a + b )，即为浓度的某次幂。 当 ( g + h ) = ( a + b ) 时， K 无单位。,Kc,对溶液反应: a A ( aq ) + b B ( aq ) g G ( aq ) + h H ( aq ),第二章 化学反应速率和化学平衡,对气相反应： a A ( g ) + b B ( g ) g G ( g ) + h H ( g ),Kp = Kc (RT)n 当n=0时：Kp=Kc,注意：书写 Kc 或 Kp 表达式时，只写浓度或分压可变的 溶液相和气相，纯固态和纯液态物质，不写入。,2、标准平衡常数,第二章 化学反应速率和化学平衡,若为气体反应：,反应: a

42、A + b B g G + h H,若为稀溶液反应： （c= 1.0mol/L）,（ p = 0.101325MPa）,书写标准平衡常数时应注意 1、标准平衡常数中，气态物质的量以相对分压表示，溶液中的物质（溶质）的量用相对浓度表示，纯液体和纯固体不出现在K表达式中（视为1）。 CaCO3 ( s ) CaO ( s ) + CO2 ( g ) 2、平衡常数表达式必须与化学方程式对应，同一化学反应，方程式的写法不同时，其平衡常数的数值也不相同。,第二章 化学反应速率和化学平衡,3、多重平衡规则 如果某个反应可以表示为两个或多个反应的总和，则总反应的平衡常数等于各分步反应平衡常数之积。这个关系称

43、为多重平衡规则。,第二章 化学反应速率和化学平衡,反应3 =反应2-反应1 则K3=K2/K1,反应3=反应2+反应1 则K3=K1K2,例： SO2(g)+0.5O2(g) SO3(g) K1=20 NO2(g) NO(g)+0.5O2 K2=0.012 求反应：SO3(g)+NO2(g) SO3(g)+NO(g)的Kc。 解：由多重平衡规则： Kc=K1K2=200.012=0.24,第二章 化学反应速率和化学平衡,第二章 化学反应速率和化学平衡,三、化学平衡的移动,化学平衡如同其他平衡一样，都是相对的和暂时的，它只能在一定的条件下才能保持。当外界条件变化时，化学反应从原来的平衡状态转变到

44、新的平衡状态的过程叫化学平衡的移动。浓度、压力、温度对化学平衡的移动都有影响。,1.浓度对化学平衡的影响,第二章 化学反应速率和化学平衡,对于任意可逆反应： aA + bB gG + hH,浓度商 ： Qc ,QcKc，平衡。 Qc Kc，未达到平衡，若 QcKc ，平衡将向右移动， QcKc ，平衡将向左移动。,其它条件不变时，增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向右移动；增大生成物浓度或减小反应物浓度，平衡向左移动。,2、压力对化学平衡的影响 压力的变化对没有气体参加的化学反应影响不大。对于有气体参加且反应前后气体的物质的量有变化的反应，压力变化时将对化学平衡产生影响。 在恒温下，增大压力

45、，平衡向气体分子数目减小的方向移动，减小压力，平衡向气体分子数目增加的方向移动。 例如： N2 (g) + 3H2(g) 2NH3(g) 增加总压力，平衡将向生成NH3的方向移动， 减小总压力，平衡将向产生N2 和 H2 的方向移动。,第二章 化学反应速率和化学平衡,第二章 化学反应速率和化学平衡,3、温度对化学平衡的影响 温度对化学平衡的影响与浓度、压力的影响有本质的区别。 浓度、压力变化时，平衡常数不变，只导致平衡发生移动。但温度变化时平衡常数发生改变。 实验测定表明： 正向放热(q0)反应，温度升高， K减小，此时，QK， 平衡向左移动，即向吸热方向移动。 正向吸热(q0)反应，温度升高

46、， K增大，此时，QK， 平衡向右移动，即向吸热方向移动。 温度对化学平衡的影响可归纳为：其它条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热方向移动；降低温度，化学平衡向放热方向移动。,第二章 化学反应速率和化学平衡,1884年法国科学家勒夏特列(Le chatelier)概括出一条普遍规律：如果改变平衡体系的条件之一(如浓度、压力或温度)，平衡就向能减弱这个改变的方向移动。 这个规律被称为勒夏特列原理，也叫平衡移动原理。此原理适用于所有的动态平衡体系，但必须指出，它只能用于已经建立平衡的体系，对于非平衡体系则不适用。,第一节 概述 第二节 非金属元素及其化合物 第三节 金属元素及其化合物 第四节 生命

47、元素,无机及分析化学,第三章 重要元素及其化合物,思考题,3-1 举例说明X2氧化性和X-还原性强弱的递变规律。 3-2 试述HX的还原性、热稳定性和氢卤酸酸性的递变规律。 3-3 比较O2和O3性质。硫有哪些含氧酸?浓硫酸有哪些特性？ 3-4 试从氨的分子结构说明氨的性质。 3-5 总结硝酸盐热分解的规律，硝酸盐热分解是否都生成O2和NO2？ 3-6 过渡元素有哪些特点？ 3-7 过渡元素的水合离子为何多数有颜色？而Sc3+、Ti4+、Ag+和Zn2+等水合离子却无色？,第一节 概述 第二节 非金属元素及其化合物 第三节 金属元素及其化合物 第四节 生命元素,无机及分析化学,第三章 重要元素

48、及其化合物,第一节 概述,一、元素在自然界中的分布,大气圈的化学组成 气体体积分数(%)气体体积分数(%)气体体积分数(%) N2 78.08 Kr 1.14104NH301106 O2 20.95 Xe 8.7106NO201107 Ar 0.93 CH4 01.5104SO202103 CO2 0.03H2 05105H2S02108 Ne 1.82103 N2O 03105 O3 1106 He 5.24104CO01.2105H2O5105,第三章 重要元素及其化合物,海水里除组成水的氢、氧外，还有氯、硫、溴、碳及微量的铜、锌、锰、银、金、铀、镭等50余种元素。海洋中的元素大多数以离子

49、形式存在于海水中；也有些沉积在海底。由于海水总体积比大陆总体积大的多，可以想象许多元素资源在海洋里的储量比大陆多，例如海洋里锰的储量多达4000亿吨，为大陆储量的4000倍，可见海洋是元素资源的巨大宝库。,二、元素的分类,第三章 重要元素及其化合物,1、元素按性质分：金属元素 90多种 非金属元素，22种 2、普通元素和稀有元素 稀有元素一般指在自然界中含量少，或分布稀散；被人们发现较晚，难从矿物中提取的或工业制备和应用较晚的元素。 例如钛元素，由于冶炼技术较高，难以制备，长期以来，人们对它的性质了解得很少，被列为稀有元素，但它在地壳中的含量排第十位；而有些元素贮量并不多但矿物比较集中，如硼、

50、金等早已被人们所熟悉，被列为普通元素。因此，稀有元素和普通元素的划分不是绝对的。,第三章 重要元素及其化合物,三、元素在自然界中的存在形态,1、游离态 气态非金属单质，如N2、O2、H2、稀有气体。 固态非金属单质，如S、C等。 金属单质，如Cu、Fe、Ag、及铂系元素等单质。 2、化合态 大多数元素以化合态(氧化物、硫化物、氯化物、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、硅酸盐等)存在。它们广泛存在于海水及矿物中。 3、从存在的物理形态来说，在常温常压下元素的 单质以气态存在的有11种，以液态存在的有两种， 还有两种单质，熔点很低，易形成过冷状态；其余元素的单质呈固态。,第一节 概述 第二节 非金属元素及其

51、化合物 第三节 金属元素及其化合物 第四节 生命元素,无机及分析化学,第二节 非金属元素及其化合物,第三章 重要元素及其化合物,一、卤素及其化合物,1卤素概述,卤素单质的性质 性 质 氟 氯 溴 碘 常温聚集状态 气体 气体 液体 固体 颜色 淡黄色 黄绿色 红棕色 紫黑色 熔点/K 53.38 172 265.8 386.5 沸点/K 84.86 238.4 331.8 457.4 共价半径/pm 64 99 114 133 解离能/kJ/mol 156.9 243 193.8 152.6 X的水合能/KJ/mol 507 368 335 293,卤素单质都具有氧化性。 X2氧化能力：F2C

52、l2Br2I2 X还原能力：FClBrI,第三章 重要元素及其化合物,2卤化氢和氢卤酸,卤化氢的物理性质 性 质 HFHClHBrHI 熔点/K 190.00 158.20 184.50 222.20 沸点/K 292.50 188.10 206.00 237.60 气体分子偶极矩 /10-30C.m 6.37 3.57 2.67 1.40 键能/kJ/mol 568.60 431.8 365.70 298.70 溶解度/% (101.3kPa,293K) 35.30 42.00 49.00 57.00 水合热/kJ/mol 48.14 17.58 20.93 23.02 分子核间距/pm 9

53、2.00 126.00 142.00 162.00,第三章 重要元素及其化合物,制备： 氟化氢和氯化氢通常在实验室用浓H2SO4与相应的盐作用制得： CaF2(s) + H2SO4 (浓) CaSO4 + 2HF NaCl(s) + H2SO4(浓) NaHSO4 + HCl 由于浓H2SO4可将溴化氢和碘化氢进一步氧化成Br2和I2，故溴化氢和碘化氢不能用此法制取。,第三章 重要元素及其化合物,市售浓盐酸约含36.5的氯化氢，密度为19g/mL，浓度约为12mol/L。 特点：酸性强 可以完全挥发 与碱反应，生成易溶的氯化物（AgCl、PbCl2除外） 阴离子Cl没有氧化性 Cl离子可作配位

54、体与中心离子形成配离子，故盐酸具有特殊的溶解能力。,盐酸,氢氟酸 能和玻璃、陶瓷中的主要成分二氧化硅和硅酸盐反应： SiO2 + 4HF SiF4+ 2H2O CaSiO3 + 6HF CaF2 + SiF4+ 3H2O 因此氢氟酸一般装在聚乙烯塑料瓶中。,3卤素的含氧酸及其盐 (1) 次氯酸及其盐 次氯酸：弱酸，很不稳定，极易分解，仅存在于稀溶液中。 当光照时分解更快，并放出氧气。 2HClO 2HCl + O2 具有杀菌和漂白能力。 次氯酸钠(NaClO)：强氧化剂，有漂白、杀菌作用，常用于印染，制药工业。 漂白粉的有效成分： 2C12 + 3Ca(OH)2 Ca(C1O)2 + aCl2

55、Ca(OH)2H2O + H2O 漂白粉遇酸放出氯气： Ca(C1O)2 + 4HCl CaCl2 + 2Cl2 + 2H2O,第三章 重要元素及其化合物,(2) 氯酸及其盐 氯酸HC1O3：是强酸、强氧化剂。其稀溶液在室温时较稳定，40%以上的浓溶液受热分解。 氯酸盐：最常见的是KC1O3。将C12通入热的苛性钾溶液中，生成氯酸钾和氯化钾： 3C12 + 6KOH KClO3 + 5KCl + 3H2O,氯酸钾是白色晶体，易溶于热水，在酸性溶液中由于转化为氯酸而显氧化性。,KClO3与易燃物(如C、S、P及有机物)混合，受撞击时会猛烈爆炸。因此常用它制造焰火、火柴及炸药等。,第三章 重要元素

56、及其化合物,第三章 重要元素及其化合物,(3) 高氯酸及其盐 高氯酸HClO4：已知无机酸中最强的酸。它在冰醋酸、硫酸或硝酸溶液中仍能给出质子。 常温下，纯HClO4是无色粘稠液体，不稳定，储存时会发生分解爆炸。浓度低于60%的HClO4溶液是稳定的。高氯酸的氧化性比氯酸弱，但浓热的高氯酸是强氧化剂。 高氯酸盐：比氯酸盐稳定性强。常用的是高氯酸钾，其氧化性比氯酸钾弱，利用高氯酸钾的氧化性可制作安全炸药。,第三章 重要元素及其化合物,二、氧、硫及其化合物,1氧、硫的单质,臭氧 O3是浅蓝色的气体，它在161K时凝结为深蓝色液体，80K时凝固为暗紫色的固体。由于它有一种鱼腥臭味而得名。,O3的氧化

57、能力比O2强。,该反应可在常温下进行，测定所产生I 2的浓度，即可确定气体O 3的含量。,如O3可氧化I： O3 + 2KI + H2O,I2 + 2KOH + O2,第三章 重要元素及其化合物,第三章 重要元素及其化合物,2过氧化氢 无色液体，可以和水以任意比例混合，水溶液俗称双氧水。 (1) 不稳定性 常温下即能分解放出氧气。 2H2O2 2H2O + O2 (2) 弱酸性 水溶液是一种弱酸。 H2O2 H+ + HO2 Ka1.61012,第三章 重要元素及其化合物,(3) 氧化还原性 在酸性溶液中表现为强氧化性。如：,当H2O2遇到更强的氧化剂时，又表现出还原性。如KMnO4 在酸性条件下与H2O2的反应：,3硫化氢和金属硫化物,第三章 重要元素及其化合物,硫化氢H2S , 无色有腐蛋臭味的气体，有毒，大气污染物之一。H2S能溶于水，H2S的水溶液称为氢硫酸，是二元弱酸。它在溶液中能与很多金属离子作用，生成具有特征颜色的难溶硫化物。,硫化氢和金属硫化物都有还原性。 H2S水溶液在空气中放置，被氧化成硫而逐渐变浑浊：,第三章 重要元素及其化合物,4硫的氧化