高中化學(xué)競賽無機1第一章 化學(xué)基礎(chǔ)知識

1、.第一章 化學(xué)根底知識1. 1. 01 理想氣體模型的根本假定：氣體分子的自身體積可以忽略，分子可看成有質(zhì)量的幾何點；氣體分子間的作用力可以忽略，分子與分子之間、分子與器壁之間的碰撞，可認(rèn)為是完全彈性碰撞，即碰撞過程中無動能損失。 高溫、低壓下的實際氣體很接近理想氣體。1. 1. 02 理想氣體狀態(tài)方程： 理想氣體狀態(tài)方程 pV = nRT 中，假設(shè)壓力 p 以Pa為單位，體積 V 以m3為單位，溫度 T 以K為單位，物質(zhì)的量 n 以mol為單位，那么比例系數(shù)R = 8.314 Jmol1K1。R稱為摩爾氣體常數(shù)。pV 之積可以看成一種功。n假設(shè)理想氣體狀態(tài)方程中體積 V 的單位變?yōu)?dm3，

2、而其余物理量的單位不變，那么 R = 8.314´103 Padm3mol1K1，這個R 值用于處理壓力與濃度的關(guān)系時，非常方便，如用在下面的公式中 Vp = RT p = c RT式中 c 是以 moldm3 為單位的濃度。1. 1. 03 混合氣體和組分氣體：由兩種或兩種以上的氣體混合在一起組成的體系，稱為混合氣體。組成混合氣體的每種氣體，都稱為該混合氣體的組分氣體。1. 1. 04 組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)：假設(shè)第i種組分氣體的物質(zhì)的量用ni表示，混合氣體的物質(zhì)的量用n表示，那么 nin 稱為第i 種組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)，用 xi表示。顯然有1. 1. 05 組分氣體的分壓：混合氣體的

3、體積稱為總體積，用 V總 表示。當(dāng)?shù)趇種組分氣體單獨存在，且占有總體積時，其具有的壓力，稱為該組分氣體的分壓。假設(shè)第i種組分氣體的分壓，用 pi 表示，那么有下面理想氣體的狀態(tài)方程式成立 p i V總 = n i R T1. 1. 06 組分氣體的分體積：混合氣體所具有的壓力，稱為總壓，用 p總 表示。當(dāng)?shù)趇種組分氣體單獨存在，且具有總壓時，其所占有的體積，稱為該組分氣體的分體積。假設(shè)第i種組分氣體的分體積，用 Vi 表示，那么有下面理想氣體的狀態(tài)方程式成立 p總 V i = n i R T1. 1. 07 混合氣體的分壓定律：混合氣體的分壓定律可以表述為，混合氣體的總壓等于各組分氣體的分壓之

4、和。分壓定律的數(shù)學(xué)表達式為各組分氣體的分壓 pi在混合氣體的總壓 p總 中所占有的比例，應(yīng)該與其摩爾分?jǐn)?shù)x i一致。故有下面關(guān)系式成立 pi = p總xi 即組分氣體的分壓等于總壓與該組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)之積。1. 1. 08 利用分壓定義求算組分氣體分壓及利用分壓定律求算混合氣體總壓的計算：見?簡明無機化學(xué)?2版例1.1。1. 1. 09 利用混合氣體的組成求算組分氣體分壓的計算：見?簡明無機化學(xué)?2版例1.2。1. 2. 01 物質(zhì)的量濃度：溶液中所含溶質(zhì) A 的物質(zhì)的量與溶液的體積之比，稱為溶質(zhì) A 的物質(zhì)的量濃度，經(jīng)常稱為體積摩爾濃度，用符號 cA表示。當(dāng)物質(zhì)的量以 mol 為單位，體積

5、以 dm3 為單位時，體積摩爾濃度的單位為 moldm3。1. 2. 02 質(zhì)量摩爾濃度：溶液中所含溶質(zhì) A 的物質(zhì)的量與溶劑的質(zhì)量之比，稱為溶質(zhì) A 的質(zhì)量摩爾濃度，用符號 mA 或 bA 表示。當(dāng)物質(zhì)的量以 mol 為單位，質(zhì)量以 kg 為單位時，質(zhì)量摩爾濃度的單位為 mol kg1。在稀的水溶液中，溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù) x質(zhì)與其質(zhì)量摩爾濃度 m質(zhì)之間的關(guān)系為m質(zhì) 55.5 molkg1 x質(zhì) » 1. 2. 03 溶劑的飽和蒸氣壓：某溫度下，當(dāng)溶劑與其蒸氣實現(xiàn)平衡時，上方密閉空間里溶劑分子的個數(shù)不再改變，蒸氣的密度也不再改變，保持恒定。此時，蒸氣的壓力也不再改變。這個壓力稱為該溫度下

6、溶劑的飽和蒸氣壓。 在一樣的溫度下，溶液的飽和蒸氣壓低于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮骸?. 2. 04 拉烏爾定律：在一定溫度下，稀溶液的飽和蒸氣壓等于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮号c溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)之積。這就是拉烏爾定律。其數(shù)學(xué)表達式為 p = p0 x劑 假設(shè)用 D p 表示稀溶液飽和蒸氣壓下降值，那么有 D p = km 式中 k 為常數(shù)，m 為質(zhì)量摩爾濃度。即稀溶液飽和蒸氣壓下降值，與稀溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。1. 2. 05 稀溶液的依數(shù)性：稀溶液的某些共性，與溶質(zhì)的種類無關(guān)，只與溶液濃度相關(guān)。這類性質(zhì)稱為稀溶液的依數(shù)性。1. 2. 06 飽和蒸氣壓圖：物質(zhì)的飽和蒸氣壓 p 對溫度 T 作圖即得到物質(zhì)飽和

7、蒸氣壓圖。從圖中可以看出：同一溫度，水溶液的飽和蒸氣壓低于水的飽和蒸氣壓。由于溶液的飽和蒸氣壓的降低，導(dǎo)致溶液沸點升高，即水溶液的沸點高于純水。 1. 2. 07 沸點升高計算公式： DTb = kbm 式中DTb 表示沸點升高值，kb 稱為沸點升高常數(shù)。溶液的沸點升高值與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比。依數(shù)性的計算公式只能對于不揮發(fā)的非電解質(zhì)的稀溶液使用。1. 2. 08 關(guān)于水溶液沸點升高的計算：見?簡明無機化學(xué)?2版例1.3。360°n1. 3. 01 旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)軸：假設(shè)圖形繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn) 圖形復(fù)原一次，或旋轉(zhuǎn) 360° 圖形復(fù)原 n 次，那么稱該軸是該圖形的 n 重

8、旋轉(zhuǎn)軸，或 n 重軸。憑借旋轉(zhuǎn)軸所進展的旋轉(zhuǎn)稱為對稱操作，借以進展對稱操作的幾何元素稱為圖形的對稱元素。1. 3. 02 反映和鏡面：平面鏡成像這種對稱操作稱為反映，反映操作所憑借的對稱元素稱為鏡面。1. 3. 03 反演和對稱中心：圖形上的所有的點，沿著其與O 點的連線及其延長線按等間隔 移到O 點的另一方后，圖形復(fù)原。上述對稱操作稱為反演，反演操作所憑借的 O 點稱為對稱中心。 1. 3. 04 晶體的構(gòu)造基元：晶體中重復(fù)出現(xiàn)的最小單位稱為晶體的構(gòu)造基元。1. 3. 05 點陣和點陣點：將晶體的構(gòu)造基元用一個點代表，將在空間得到一組點。這一組點可以很好地表達晶體的構(gòu)造規(guī)律，構(gòu)造化學(xué)中將這樣

9、一組點稱為晶體的點陣，點陣的每一個點稱為一個點陣點，簡稱陣點。在點陣的每個點陣點上按同一種方式安置晶體的構(gòu)造基元，那么得到晶體。1. 3. 06 點陣單位：在任一點陣中都可以找到8個頂點均為點陣點的平行六面體。這種平行六面體稱為點陣單位。值得注意的是一個點陣的點陣單位并不是唯一的。假設(shè)點陣單位只在其頂點處有點陣點，所以它只具有1個點陣點。這種點陣單位稱為點陣的素單位。假設(shè)點陣單位不僅在其頂點處有點陣點，因此含有多于1個點陣點，這種點陣單位稱為點陣的復(fù)單位。1. 3. 07 晶格：將一種素單位上下、左右、前后無限多地并置起來那么得到晶格。晶格和點陣都可以很好地表示晶體的空間構(gòu)造規(guī)律：點陣以點表示

10、這種規(guī)律，而晶格是以直線網(wǎng)格表示這種規(guī)律。1. 3. 08 晶系：根據(jù)晶體的對稱性，即晶體所具有的特征對稱元素，可以將晶體分成7類，稱為7個晶系。7個晶系的名稱及其特征對稱元素列于下表。晶系 特征對稱元素晶系 特征對稱元素立方晶系 4條3重旋轉(zhuǎn)軸六方晶系 1條6重旋轉(zhuǎn)軸四方晶系 1條4重旋轉(zhuǎn)軸三方晶系 1條3重旋轉(zhuǎn)軸正交晶系 3條互相垂直的2重旋轉(zhuǎn)軸或2個互相垂直的鏡面單斜晶系 1條2重旋轉(zhuǎn)軸或1個鏡面三斜晶系 無1. 3. 09 空間點陣型式：同一個空間點陣可以有無限多種劃分平行六面體點陣單位的方式，但是晶體構(gòu)造理論證明可以全面且直觀地表示出整個空間點陣特性的最小平行六面體點陣單位只有14種

11、類型，稱為14種點陣型式。1. 3. 10 晶格參數(shù)：上述的14種平行六面體也稱為相應(yīng)點陣型式的一個晶格。晶格平行六面體的3個棱長分別用a，b，c表示，三個棱之間的夾角分別用 a，b，g 表示。其中a 和b 的夾角為 g，a和c 的夾角為 b，b和c 的夾角為a。a，b，c；a，b，g 稱為晶格參數(shù)。這6個晶格參數(shù)并非完全獨立，例如立方晶系晶格參數(shù)的特征為a = b = c且a = b = g = 90°，因此獨立的晶格參數(shù)只有一個a。1. 3. 11 晶胞和晶胞參數(shù)：在一個晶格的每個點陣點上以一樣的方式安置晶體的構(gòu)造基元，即可得到實際晶體的代表晶胞。描繪晶胞的特征要用平行六面體的3

12、個棱長a，b，c以及3個棱之間的夾角 a，b，g等6個晶胞參數(shù)。1. 4. 01 阿侖尼烏斯理論：1887 年瑞典科學(xué)家阿侖尼烏斯Arrhenius提出電離學(xué)說，指出電解質(zhì)在水溶液中發(fā)生解離，但這種解離是不完全的。電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性，說明解離的產(chǎn)物是離子。 電離學(xué)說定義解離產(chǎn)生的正離子全部是 H+ 的物質(zhì)是酸；解離產(chǎn)生的負離子全部是 OH 的物質(zhì)是堿。電離學(xué)說進一步從平衡角度找到了比較酸堿強弱的標(biāo)準(zhǔn)，即解離平衡常數(shù)。 1. 4. 02 布朗斯特酸堿理論：布朗斯特酸堿理論定義在反響中給出質(zhì)子的物質(zhì)為酸；定義在反響中承受質(zhì)子的物質(zhì)為堿。 酸 = 堿 + 質(zhì)子處于上述關(guān)系中的一對質(zhì)子酸堿，互為共軛酸

13、堿。 在反響中既可以給出質(zhì)子作為酸，又可以承受質(zhì)子作為堿的物質(zhì)，叫做兩性物質(zhì)。 在酸堿質(zhì)子理論中，酸和堿反響的本質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移。1. 4. 03 路易斯酸堿理論：路易斯酸堿理論定義但凡在反響中提供電子對的物質(zhì)都是堿，堿是電子對的給予體。酸與堿進展反響，生成物稱為酸堿配位化合物。幾乎所有的金屬離子都是路易斯酸，陰離子幾乎都是路易斯堿，而酸和堿反響的生成物都是酸堿配位化合物。酸可以與酸堿配位化合物反響，生成另一種酸和另一種酸堿配位化合物。這類反響稱為酸取代反響。 堿可以與酸堿配位化合物反響，生成另一種堿和另一種酸堿配位化合物。這類反響稱為堿取代反響。兩種酸堿配位化合物交換成分的反響，稱為雙取代反響

14、。1. 4. 04 酸堿的軟硬分類：路易斯酸是電子對的承受體，路易斯堿是電子對的給予體。由于酸堿對于電子的控制才能不同，它們的電子云的變形性不同。據(jù)此可以將路易斯酸堿進展軟硬分類。所謂“硬是指酸或堿對于自身的電子吸引力很強，有才能控制自身的電子云不易被拉動，或者說電子云不易變形。所謂“軟是指酸或堿對于自身的電子吸引力較弱，控制自身的電子云的才能較差，電子云易變形。硬酸是一些半徑小、電荷高的陽離子。 硬堿的特點是給電原子的元素電負性大。軟酸是一些半徑大、電荷低的陽離子。 軟堿的特點是給電原子的元素電負性小。介于硬酸和軟酸之間，還有一類交界酸。介于硬堿和軟堿之間，也有一類交界堿。1. 4. 05

15、酸堿配位化合物的穩(wěn)定性：路易斯酸和路易斯堿二者以配位鍵結(jié)合形成酸堿配位化合物。酸堿配位化合物穩(wěn)定與否，與路易斯酸堿的“軟硬性質(zhì)有關(guān)。 1. 5. 01 化學(xué)反響的速率：化學(xué)反響的速率是以單位時間內(nèi)濃度的改變量為根底來表示的。濃度的改變量一般以moldm3為單位，時間單位可以根據(jù)需要選取，因此速率的單位可為moldm3s1，moldm3min1，moldm3h1 等。對于極慢的過程，時間單位可以是天d，甚至是年a。 1. 5. 02 平均速率：u（O2） D c（B）D t =以某生成物B的濃度變化表示反響速率，那么在 t1 到 t2 這段時間里的平均速率 平均速率是濃度時間曲線的割線的斜率。這

16、就是平均速率的幾何意義。 1. 5. 03 瞬時速率： t0 u = t0 D t ® 0 limD c（B）D t 設(shè)在 t1 t2 之間有某一時刻 t0，使時間間隔 Dt 逐漸縮小且一直保持包含t0在其中。于是，該時間間隔的平均速率越來越接近 t0 時的瞬時速率 u 。瞬時速率是濃度時間曲線的切線的斜率。1. 5. 04 瞬時速率之間的關(guān)系：對于反響 a A + b B = g G + h H某時刻的以不同物質(zhì)的濃度變化表示的瞬時速率之間有如下的關(guān)系 u（A） a b g hu（B）u（G）u（H）= = = 1. 5. 05 基元反響和復(fù)雜反響：經(jīng)過反響物粒子一步即可完成的反響

17、，稱為基元反響。經(jīng)過兩步或多步，才能得到產(chǎn)物的反響，稱為復(fù)雜反響。1. 5. 06 質(zhì)量作用定律：恒溫下，基元反響的速率同反響物濃度的冪的連乘積成正比，冪指數(shù)等于反響方程式中的化學(xué)計量數(shù)。這就是質(zhì)量作用定律。 1. 5. 07 速率方程：對于一般基元反響 aA + bB = gG + hH可以根據(jù)質(zhì)量作用定律寫出如下表示某時刻的瞬時速率與該時刻反響物濃度的關(guān)系式 u i = ki cAa cBb 這種關(guān)系式就是化學(xué)反響的速率方程。 對于許多非基元反響，也有類似于上式形式的速率方程，如 u i = ki cAm cBn只是式中各種反響物濃度的冪指數(shù)不一定是各自的化學(xué)計量數(shù)。 1. 5. 08 速

18、率常數(shù)：速率方程中的 ki 稱為速率常數(shù)，表示當(dāng)反響物濃度均為1 moldm3 時的反響速率。1. 5. 09 反響級數(shù)：上面速率方程中 m 與 n 之和，為該反響的反響級數(shù)。可以說該反響是m + n級反響?；蛘哒f對反響物 A 是 m 級反響，對反響物 B 是 n 級反響。1. 5. 10 速率常數(shù)k 的單位：作為比例系數(shù)，率常數(shù)k不僅要使速率方程兩邊數(shù)值相等，而且要保證其兩邊單位的一致。對于n 級反響，速率方程的根本形式為 u i = ki cAn可見n 級反響 ki 的單位為moldm3n1s1或dm3n1moln1s1。因此，根據(jù)速率方程可以得到 ki 的單位；同理，根據(jù)反響速率常數(shù)的單

19、位，可以判斷反響的級數(shù)。1. 5. 11 阿侖尼烏斯公式：溫度對反響速率的影響，表達在對速率常數(shù) k 的影響上。阿侖尼烏斯總結(jié)了 k 與 T 的關(guān)系，得到一個經(jīng)歷公式 k = A e Ea RT lg k = + lg A Ea 2.303 RT 這就是阿侖尼烏斯公式的指數(shù)式。對上式取常用對數(shù)，得該式稱為阿侖尼烏斯公式的對數(shù)式。兩式中 k 為速率常數(shù)，R 為摩爾氣體常數(shù)，T 為熱力學(xué)溫度，A 稱為指前因子，單位同 k，Ea稱為活化能。1. 5. 12 碰撞理論：有一種反響速率理論叫做碰撞理論。該理論認(rèn)為，一組碰撞的反響物分子必須具備一個最低的數(shù)值，才能產(chǎn)生有效碰撞從而使反響發(fā)生。將滿足能量要求的的反響物分子組，稱為活化分子組，這種能量要求稱之為活化能。碰撞理論中的活化能作為一種能量要求，與溫度的關(guān)系不是很明顯。顯然，活化能 Ea 越大，滿足能量要求的活化分子組數(shù)那么越少，有效碰撞次數(shù)越少，故反響速率越慢。而溫度T越高，反響物分子的能量越高，滿足能量要求的活化分子組數(shù)那么越多，有效碰撞次數(shù)越多，故反響速率越快。且由于Ea 和T 均在阿侖尼烏斯公式中e的指數(shù)上，故對 k 的影響較為顯著。根據(jù)下式可以討論某溫度 T1 時的 k1，T2 時的 k2，反響的活化能 Ea 以及指前因子 A 之間的數(shù)量關(guān)系： k = A e E