天津大學無機化學課件0緒論

1、,無機化學Inorganic Chemistry,,目錄,第一章 化學反應中的質量關系和能量關系（3學時）,第二章 化學反應的方向、速率和限度（8學時）,第三章 酸堿反應和沉淀反應（7學時）,§1 化學中的計量 1學時§2 化學反應中的質量關系 1學時§3 化學反應中的能量關系 1學時,§1 化學反應的方向和吉布斯自由能變

2、 2學時§2 化學反應速率 2學時§3 化學反應的限度 2學時§4 化學平衡的移動 2學時,§1 水的解離反應和溶液的酸堿性

3、 1學時§2 弱電解質的解離反應 2學時§3 鹽類的水解反應 2學時§4 沉淀反應 2學時,,,,緒論 1學時,3/51,目錄,第四章　氧化還原反應（6學時）,,第六章 分子的結構與性質 （10學時）,§1 原子核元素　　　　 　　 1學時 §

4、2 原子結構的近代概念 　 1學時 §3 原子中電子的分布 　　 2學時 §4 原子性質的周期性 　 　 2學時,第五章　原子結構與元素周期性（6學時）,§1 氧化還原方程式的配平 1學時 §2 電極電勢　　　　　　 2學時 §3 氧化還原反應的方向和限度 1學時 §4 電

5、極電勢及其應用 2學時,§1 鍵參數 1學時　　§2 價鍵理論 2學時　　　　　　§3 分子的幾何構型 2學時　　　　§4 分子軌道理論

6、 2學時　　　§5 分子間力和氫鍵 3學時,,,,4/51,目錄,第七章　固體的結構與性質（4學時）,,第九章 元素概論 （6學時）,§1 配合物的基本概念 　 　 1學時 §2 配合物的化學鍵理論 　 3學時 §3 配合物在水溶液中的穩(wěn)定性 2學時 §4 配合物的類型和制備方法

7、　 1學時,第八章　配位化合物（7學時）,§1 晶體和非晶體 　 0.5學時 §2 離子晶體及其性質 0.5學時 §3 原子晶體和分子晶體 　 0.5學時 §4 金屬晶體 1學時 §5 混合型晶體和晶體的缺陷 0.5學時 &#

8、167;6 離子極化對物質性質的影響 1學時,§1 元素的發(fā)現(xiàn)分類和存在形態(tài) 1學時　　§2 元素的自然資源 2學時　　　　　　§3 氫 2學時　　　　§4 稀有氣體 1學時,,,,

9、5/51,目錄,第十章　堿金屬和堿土金屬（4學時）,,第十二章 氮族、碳族和硼族 （10學時）,§1 p區(qū)元素概述 　　 1學時 §2 鹵素 3學時 §3 氧族元素 4學時,第十一章　鹵素和氧族元素（8學時）,§

10、;1 s區(qū)元素概述 　 0.5學時 §2 堿金屬和堿土金屬的性質 0.5學時 §3 氧化物 1學時 §4 氫氧化物 1學時 §5 鹽類

11、 1學時,§1 氮族元素 4學時　　§2 碳族元素 3學時　　　　　　§3 硼族元素 2學時　　　　§4 對角關系

12、 1學時,,,,6/51,目錄,第十三章　過渡元素（12學時）,,§1 鑭系元素和錒系元素該素§2 稀土元素,第十四章　鑭系和錒系元素（自學）,§1 過渡元素概述 1學時 §2 鈦族和釩族元素 2學時 §3 鉻族元素 　 2學時

13、 §4 錳族元素 1學時 §5 鐵系和鉑系元素 2學時 §6 銅族元素 2學時§7 鋅族元素 2學時,,,7/51,緒論,1 化學的研究對象,2

14、 化學的主要分支,3 怎樣學習化學,,8/51,什么是化學？它研究的對象是什么？如何才能學好化學？這是開始學化學首先要解決的問題。下面就從回答這些問題來開始我們的化學學習。,一．化學研究的物質,物質是不依賴于人們的感覺而存在并且可以被人們的感覺所認識的客觀實在。簡而言之，物質是客觀存在的東西。,,實物,具有靜止質量、體積、占有空間的物體。如書桌、鐵、木材、水、空氣等。,,場,沒有靜止質量、體積、不占有空間。如電場、磁場、光、聲音。,化學

15、研究的物質一般是指實物,,具體地說物質包括實物和場,9/51,物質結構層次：,夸克,質子,中子,原子核,原子(離子),納米材料,分子,單質化合物,星體,電子,宇宙,(宇觀),,,,,,,,,,,,,,,,,微觀,(介觀),,宏觀,當今化學發(fā)展的趨勢大致是: 由宏觀到微觀，定性到定量，穩(wěn)定態(tài)到亞穩(wěn)定態(tài)，經驗上升到理論并用理論指導實踐，進而開創(chuàng)新的研究。,哪些是關鍵性的問題呢？ 化學反應的性能，化學催化，

16、生命過程中的化學問題等?？傊?，化學已成為中心科學，與21世紀的四個重大課題（能源、材料、環(huán)境和生命科學）都有關。,,,10/51,1、化學研究的對象,原子atom,分子molecules,亞分子submolecule,超分子supramolecule,化學的定義： 化學是研究分子層次以及以超分子為代表的分子以上層次的化學物質的組成、結構、性質和變化的科學。,11/51,1）分子層次（molecular scale）不是傳

17、統(tǒng)的分子概念，它既包括各種單原子分子、各種氣態(tài)原子或單核離子，也包括以共價鍵結合的傳統(tǒng)意義的分子，還包括離子晶體、原子晶體或金屬晶體等的單晶以及各種聚合度不同的高分子，即核-電子體系。,2）化學物質（chemical substance） 不包括物質的另一基本形態(tài)---場。化學研究的是以間斷形式存在的物質形態(tài)，而場是以連續(xù)形式存在的物質形態(tài)，屬物理學的研究范疇。,3）組成（form）包括定性組成和定量組成。弄清物質的定性組成應確證它含有

18、哪些元素，物質的定量組成包括各元素的質量百分比、原子個數比、化學式及分子式。,準確完整地把握化學的定義，應注意以下幾點：,12/51,4)結構（structure-Something made up of a number of parts that are held or put together in a particular way）包括原子結構、分子結構和晶體結構以及說明物質結構的各種結構理論。,5)性質（property）包括

19、物理性質和化學性質。物理性質如溶解性、熱性質和某些譜學性質等在化學中應用相當廣泛，自然也成為化學的研究內容。,6)變化（change）不僅研究化學變化，也研究與化學變化相關的物理變化，如熱化學、電化學和表面化學都是研究與化學過程相關的物理過程。,隨著科學技術的迅速發(fā)展，化學研究的內容、方法和手段發(fā)生了極為深刻的變化?？梢哉f，當今化學，日新月異?，F(xiàn)代化學的定義也不只一種！真是仁者見仁，智者見智。比如:,13/51,《中國大百科全書

20、3;化學卷》的定義:化學是研究物質的性質、組成、結構、變化和應用的科學。（1989）,初中化學教材定義：化學是研究物質的組成、結構、性質以及變化規(guī)律的科學。,曾國屏的定義：化學是研究物質從元素向生命進化過程中的各個物質層次的組成、結構和變化的科學。（1996）,廖正衡的定義：化學主要是研究物質的分子轉變規(guī)律的科學。指出化學的定義有20多種不同提法。（1986）,化學的定義一直頗有爭議：,徐光憲的定義：定義的多維性。（1986、1997、

21、2002）,魏光的定義：化學是研究分子及其近層次物質性能、構成、演變、應用諸運動規(guī)律的科學。（1998） ......,14/51,化學研究內容：,1）分離、鑒定和表征。這是化學研究的主要內容之一。2）合成新物質。這是化學研究的核心，是化學區(qū)別于所有其他科學的特色。美國化學文摘2007年4月16日登錄的化學物質總數近3200萬。http://www.cas.org/cgi-bin/regrepor

22、t.pl,15/51,化學創(chuàng)造了世界。,高壓鈉燈,備注：鈉蒸氣放電發(fā)光問題早在1950年就得以解決，由于沒有一種能抵御高溫鈉蒸氣（1400℃）強烈腐蝕的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高壓鈉燈。,16/51,F-22A與F-35戰(zhàn)機,17/51,氧化鋯陶瓷,18/51,氧化鋁陶瓷制品,高純氧化鋁透明陶瓷管,19/51,金剛石,金剛石鉆頭,20/51,光學纖維胃鏡,用光導纖維做手術，不用開刀,21/51,F-117是一種單座

23、戰(zhàn)斗轟炸機。設計目的是憑隱身性能，突破敵火力網，壓制敵方防空系統(tǒng)，摧毀嚴密防守的指揮所、戰(zhàn)略要地、重要工業(yè)目標，還可執(zhí)行偵察任務，具有一定空戰(zhàn)能力。,22/51,近年發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的新物質層出不窮，如球碳、管碳、俄羅斯套娃、團簇化合物、籠合物等。,,富勒烯C60 fullerene,俄羅斯套娃,如C50中國科學院院士、廈門大學教授鄭蘭蓀領導和組織完成 2004年４月３０日出版的美國《科學》雜志發(fā)布了此項成果,23/51,納米碳管

24、carbon nano tube,24/51,,IBM,中國地圖,用掃描隧道顯微鏡的針尖將原子一個個地排列成漢字，漢字的大小只有幾個納米。,25/51,化學改變了世界。,26/51,化學更要保護世界。,27/51,海邊,化學更要保護世界。,28/51,化學更要保護世界。,29/51,長海,化學更要保護世界。,30/51,,,,鏡海,化學更要保護世界。,31/51,瀘沽湖,化學更要保護世界。,32/51,2 化學簡史,2—1 古代化學

25、2—2 近代化學的萌芽2—3 化學的現(xiàn)狀,33/51,2—1 古代化學,實用和自然哲學時期（---公元前后）煉金術、煉丹時期（公元前后—公元1500年）醫(yī)化學時期（公元1500—1700年）燃素學說時期（公元1700-1774年）,34/51,火的認識和利用：為實現(xiàn)化學變化提供有利條件。古代化學工藝：以火為中心的實用化學。燒制陶瓷、冶煉青銅。物質觀：物質的本源是什么？我國的“陰陽說”和“五行說”。“陰陽說”：天為陽，地為

26、陰，天地交感產生了雷、火、風、澤、水、山，這八種自然物是自然界總的根源，它們再相互交感產生其他事物?！拔逍姓f”：金、木、水、火、土為構成萬物的基本材料，它們相生相克。水生木、木生土、土生金、金生水。水克火、土克水、火克金、金克木、木克土。,（1）實用和自然哲學時期（---公元前后）,35/51,對物質結構的探討：物質是否無限可分？有無最小單位？ 戰(zhàn)國時期的施惠提出了“小一”的概念，認為“至大無外，謂之大一；至小無內，謂之小

27、一。”小一是組成物質的最小單位。 而公孫龍則認為“一尺之棰，日取其半，萬世不竭?！闭f明物質是無限可分，意味著物質結構具有連續(xù)性。,36/51,古希臘人對物質結構的探討。留基伯與其弟子德謨克利特提出古代原子論：原子是自然界的實體，一切都從原子產生，一切也分解為原子，但作為一種固有的東西，原子本身始終是物質的基礎。,,唯心主義始祖柏拉圖首先提出“元素”一詞。其學生亞里士多德是古希臘自然哲學的集大成者，被譽為“萬學之祖”，提出“

28、四元素說”：水、火、土、,氣構成萬物，這是唯物的，同時他又認為萬物的本源是四種原始性質：冷、熱、干、濕。元素由這些原始性質依不同比例組合而成。,37/51,（2）煉金術、煉丹時期（公元前后—公元1500年）,中國煉丹術的產生有兩個原因：一是五行說（五行無常勝），此為理論基礎；二是封建主的貪得無厭，夢想長生。戰(zhàn)國末期有了煉丹術，漢代有較大發(fā)展，唐代達到高潮。當時所謂的丹主要是三仙丹HgO，丹砂HgS，鉛丹Pb3O4等。這些丹實際上都是劇毒

29、的，許多皇帝因服丹而亡。此外還有煉金術，即由賤金屬得到貴金屬。雖然煉丹、煉金不可能成功，但由此積累了許多化學知識，制作了一些實驗儀器。,38/51,（3）醫(yī)化學時期（公元1500—1700年）,進入16世紀，歐洲生產力發(fā)展較快，突破了封建制度，開始了資本主義的發(fā)展，同時促進了科學的解放。另一方面，金丹術士經過千余年的勞作，結果是徒勞的，甚至是喪失生命，許多有識之士放棄了這種虛幻的目標。金丹術首先在西方宣告結束。有些煉金術士主張改造

30、煉金術，將其引入藥物化學。即化學的目的不是為了制造金子和銀子，而是為了制造藥劑，這為化學開辟了新道路。我國許多著名的術士也是醫(yī)學家。唐代的孫思邈是煉丹術士，也是醫(yī)學家。他著有煉丹著作《丹房要訣》，同時還有醫(yī)學專著《千金要方》、《千金翼方》。,39/51,2—2 近代化學的萌芽,1700年史塔爾（Stahl）的燃素說 1748年羅蒙諾索夫的質量不滅定律 1774年拉瓦錫提出氧化理論

31、 1803年Dalton 建立的原子論 1808年蓋?呂薩布（Gay-Lussac）的氣體簡比定律1811年阿佛加德羅（Avogadro)定律和分子概念1869年門捷列夫建立元素周期系,40/51,,化學被確定為一門獨立的科學 英國人波義耳用畢生的精力從事對自然科學的探索，他主張化學研究的目的在于認識物質的本性。他給元素重新定義：元素是用一般化學方法不能再分的實物。其學說一個世紀后才被接受。,41/51,燃素理論

32、 進入17世紀，冶金工業(yè)有了很大發(fā)展，人們迫切需要對燃燒現(xiàn)象作出理論解釋。 波義耳認為燃燒是：金屬+火微粒=烤灰 法國化學家貝歇爾認為油狀土是一切可燃物的組分。1703年其學生史塔爾（Stahl）發(fā)展了老師的思想，提出了一套完整的理論—“燃素說”。他認為可燃物由兩部分組成：燃素和灰渣。可燃物燃燒時進行的是燃素逸出，留下灰渣的過程：可燃物 → 灰渣 + 燃素↑ 冶金則是在礦石（灰渣）

33、中加入富含燃素的物質（如煤），使其恢復為原來的金屬：灰渣 + 燃素 → 可燃物,42/51,,燃素說是化學史上最早提出的關于化學反應的理論，能夠說明當時所知道的化學現(xiàn)象，具有樸素的唯物主義觀點。然而此學說存在致命的局限性：金屬燃燒放出燃素后成為灰渣，重量反而增加；而冶金過程，灰渣獲得燃素后變輕了。燃素說的學者們不得不提出‘燃素’具有‘負重量’。,43/51,燃燒的氧化學說法國化學家拉瓦錫對燃燒進行研究，得到氧氣（先把Hg與O2在一

34、起加熱反應完全，將得到的HgO加熱分解得到能支持燃燒的O2。）并且證明燃燒過程是可燃物與氧氣結合的過程。因此他提出燃燒的氧化學說：燃燒過程不是失去燃素的分解反應，而是可燃物同空氣中的氧所起的化合反應。用下式表示為：可燃物 + 氧氣 → 氧化物1789年拉瓦錫出版了名著《化學綱要》，系統(tǒng)地批判了燃素說，創(chuàng)立了氧化說。此書與牛頓的《自然科學的數學原理》，達爾文的《物種起源》齊名，并稱世界自然科學的三大名著。拉瓦錫1768年成為法國國王

35、的包稅官，賺得大量錢財用于化學實驗。法國大革命時被判處死刑，年僅51歲，世界為之震驚。著名數學家拉格朗日說道：“他們可以一瞬間把他的頭割下，而他那樣的頭，一百年也許長不出一個?！?44/51,近代化學的奠基定律質量不滅定律：1748年俄國羅蒙諾索夫提出：無論是人工或是自然作用都沒有創(chuàng)造出什么東西，物質在每一個化學反應前的數量等于反應后的數量，這可以算是一個公理。當量定律：德國李希特提出酸堿反應的當量定律，如一定量的苛性鉀可被16份H

36、2SO4或12份HCl或11份HNO3所飽和。定比定律：德國普魯斯特于1799年提出：我們必須承認化合物生成時，有一只看不見的手掌握著天平?；衔锞褪窃煳镏髦付斯潭ū壤奈镔|。倍比定律：英國道爾頓于1803年提出：甲乙兩種元素化合成多種化合物時，存在簡單的整數比。,45/51,科學原子論：道爾頓于1808年發(fā)表《化學哲學新體系》，提出原子論，其要點為：●物質由不可分割的原子組成；●同種元素的原子其形狀、質量及性質都相同，不同元

37、素的原子，其形狀、質量及性質都不相同；●兩種元素的化合作用是一種元素的一定數目的原子與另一種元素的一定數目的原子結合形成復雜原子。 此學說意義重大：●給化學奠定了唯物主義基石—原子。他的原子說把古代原子論與元素說統(tǒng)一起來；●在理論上統(tǒng)一解釋了一些化學基本定律和化學實驗事實，揭示了質量守恒定律，當量定律、定比定律、倍比定律的內在聯(lián)系，使化學走上了定量科學的道路；●標志著人類對物質結構的認識前進了一大步。,46/51,分子論

38、：意大利的阿佛加德羅于1811年提出：單質與化合物存在的最小微粒為分子，分子由原子組成。蓋斯定律：蓋斯于1840年提出。一個化學反應一步完成或分步完成，其熱效應相同。元素周期律：俄國門捷列夫于1869年提出。為無機化學奠定了理論基礎。,47/51,2—3 化學的分支,化學各分支學科與邊緣學科的建立產生了眾多的分支學科，期中經典的四個分支學科是：無機化學(inorganic chemistry)有機化學(organic chem

39、istry)分析化學(analytical chemistry)物理化學(physical chemistry),48/51,化學9大類，77分支,無機化學8個,有機化學8個,無機合成化學無機物分離化學元素無機化學配位化學金屬簇化合物物理無機化學穩(wěn)定同位素化學無機固體化學,分析化學16個,物理化學14個,定性分析容量分析重量分析原子光譜法分子光譜法電分析化學色譜法質譜分析…,高分子化學6個,有機合成金

40、屬有機及元素有機化學天然產物化學物理有機化學有機固體化學有機光化學有機分析化學立體化學,核化學與放射化學9個,環(huán)境化學8個,生命化學5個,材料化學3個,,,,,,49/51,有機金屬化合物化學 無機固體化學 物理無機化學 生物無機化學和無機生物化學.,大約在1900年到第二次世界大戰(zhàn)期間, 同突飛猛進的有機化學相比,無機化學的進展卻是很緩慢的。無機化學家在這段時期沒有重大的建

41、樹, 缺乏全局性的工作, 無機化學的研究顯得冷冷清清。,2—4 無機化學的研究對象和發(fā)展,戰(zhàn)后和平時期中隨著工農業(yè)生產的飛躍發(fā)展,無機化學不僅在原有的天地中長進, 而且還不斷滲透到其他各種學科而產生了新的邊緣學科, 如:,50/51,注意觀察身邊的化學問題；預習思考——聽講記錄——練習提高；課本落實——主動學習；課外參考資料——擴大知識面；勤于思考，重視培養(yǎng)自學的能力。重視實驗技能的提高。,化學的學習方法,大學就是大大的學