南華大學2016-2017-1普通化學學習

1、普通化學學習要點緒論1.化學的定義：化學是在原子和分子水平上研究物質(zhì)的組成、結構和性質(zhì)及其變化規(guī)律和變化過程中能量關系的科學 2.化學的分支學科：無機化學：無機物有機化學：碳氫化合物及衍生物分析化學：測量和表征物理化學：所有物質(zhì)系統(tǒng)高分子化學：高分子化合物若干新分支：環(huán)境化學、核化學等等3.化學的地位和作用：（1）是解決食物短缺問題的主要學科之一(2)化學化學繼續(xù)推動材料科學發(fā)展(3)化學是提高人類生存質(zhì)量和生存安全的有效保障(4)化學在能源和資源的合理開發(fā)和高效安全利用中起關鍵作用(5)化學是生命科學的重要支柱第1章熱化學與能源1. 幾個基本概念(1)系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)：作為研究對象的那一部分物

2、質(zhì)和空間。開放系統(tǒng):有物質(zhì)和能量交換封閉系統(tǒng):只有能量交換隔離系統(tǒng):無物質(zhì)和能量交換環(huán)境：系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)和空間。 (2)相：系統(tǒng)中任何物理和化學性質(zhì)完全相同的、均勻部分稱為相。根據(jù)相的概念，系統(tǒng)可分為單相（均勻）系統(tǒng);多相（不均勻）系統(tǒng) 相與相之間有明確的界面思考：1) 101.325kPa，273.15K(0C)下，H2O(l), H2O(g)和H2O(s)同時共存時系統(tǒng)中的相數(shù)為多少。答：1）在此條件下，存在3相（氣、液、固各一相；2) CaCO3(s)分解為CaO (s)和CO2(g)并達到平衡的系統(tǒng)中的相數(shù)。答： 2）3相（氣體1相，固體2相）(3)狀態(tài)函數(shù)性質(zhì)可分

3、為兩類：廣度性質(zhì)：其量值具有加和性，如體積、質(zhì)量等強度性質(zhì)：其量值不具有加和性，如溫度、壓力等。思考：力和面積是什么性質(zhì)的物理量？它們的商即壓強(熱力學中稱為壓力)是強度性質(zhì)的物理量。由此可以得出什么結論？答：力和面積都是廣度性質(zhì)的物理量。結論是兩個廣度性質(zhì)的物理量的商是一個強度性質(zhì)的物理量。(4)過程與途徑 系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化稱為過程；實現(xiàn)一個過程的具體步驟稱途徑。思考：過程與途徑的區(qū)別設想如果你要把20 C的水燒開，要完成“水燒開”這個過程，你可以有多種具體的“途徑”：如可以在水壺中常壓燒；也可以在高壓鍋中加壓燒開再降至常壓。（5）可逆過程 體系經(jīng)過某一過程，由狀態(tài)變到狀態(tài)之后，如果通

4、過逆過程能使體系和環(huán)境都完全復原，這樣的過程稱為可逆過程。它是在一系列無限接近平衡條件下進行的過程。 （6）反應熱 反應熱指化學反應過程中系統(tǒng)放出或吸收的熱量。熱化學規(guī)定：系統(tǒng)放熱為負，系統(tǒng)吸熱為正。（7）熱力學第一定律封閉系統(tǒng)，不做非體積功時，若系統(tǒng)從環(huán)境吸收熱q，從環(huán)境得功w，則系統(tǒng)熱力學能的增加U (U2 U1)為：U = q + w熱力學第一定律的實質(zhì)是能量守恒定律在熱力學中的的應用（8）熱力學能系統(tǒng)內(nèi)部運動能量的總和。內(nèi)部運動包括分子的平動、轉動、振動以及電子運動和核運動。思考：同樣的物質(zhì)，在相同的溫度和壓力下，前者放在10000m高空，以400m/s飛行的飛機上，后者靜止在地面上。

5、兩者的內(nèi)能相同嗎？答：相同?；瘜W反應的反應熱與焓通常把反應物和生成物具有相同溫度時，系統(tǒng)吸收或放出的熱量叫做反應熱。根據(jù)反應條件的不同，反應熱又可分為：定容反應熱 定壓反應熱2.蓋斯定律化學反應的恒壓或恒容反應熱只與物質(zhì)的始態(tài)或終態(tài)有關而與變化的途徑無關。例 由前兩個反應熱計算反應3的反應熱1 C(gra) + O2(g) CO2(g) rHmy = 393.5kJmol-1 2 CO(g) + 1/2O2(g) CO2(g) rHmy = 283.0kJmol-1 3 C(gra) + 1/2O2(g) CO(g) rHmy = ？rHmy = 110.5kJmol-13.熱力學標準態(tài)(1)

6、氣體物質(zhì)的標準態(tài)：標準壓力p 下表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)的純氣體狀態(tài)(2)溶液中溶質(zhì)B的標準態(tài)是:標準壓力p 下，質(zhì)量摩爾濃度為m (1.0mol.kg-1),并表現(xiàn)出無限稀溶液中溶質(zhì)的狀態(tài); 本書采用近似c =1.0 mol.dm-3),液體或固體的標準態(tài)是:標準壓力p 下的純液體或純固體。4.能源的分類5.能源危機本質(zhì)：能量總量不變，質(zhì)量衰退了，有序能下降?？衫弥坝行堋睖p少了，于是產(chǎn)生了能源危機思考：我國能源的現(xiàn)狀有何特點？答：(1）能源總量豐富，但人均不足； (2）能源結構不合理，優(yōu)質(zhì)能源比例太小,煤炭占一次能源的76%，天然氣消耗只有世界平均的76%，石油消耗只占世界平均的1/3。 (

7、3）能源利用率低，能耗高浪費嚴重。我國煤炭的一個特點是煤炭中含硫量較高，煤炭中的硫在燃燒時生成二氧化硫。SO2和粉塵是煤燃燒的主要一次污染物，其中的SO2是造成酸雨的主要原因。所以煤炭的開采和燃燒都會引起環(huán)境污染。6.煤炭的主要成分：碳、氫、氧；少量氮、硫、磷等。 7.煤炭的熱值：單位質(zhì)量或體積的燃料完全燃燒放出的熱量。標準煤的熱值為29.3MJkg-18.煤炭的分類：無煙煤：低硫，較好；煙煤 ：高硫，燃燒環(huán)境污染；褐煤：儲量大，但熱值低。 9.石油石油是多種烴類的混合物，其中含有鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和少量含氧、含硫的有機物。石油經(jīng)過分餾和裂解等加工過程后可得到石油氣、汽油、煤油、柴油、潤滑

8、油和瀝青等產(chǎn)品（1）汽油95%的汽油用于驅(qū)動汽車。衡量汽油質(zhì)量的一個重要指標是辛烷值。直餾汽油的辛烷值約為5572之間，在汽油中加入少量四乙基鉛可以將辛烷值提高到7988，為了防止鉛在汽缸中沉積，加入少量二溴乙烷，使生成揮發(fā)性的溴化鉛，與尾氣一同排入大氣。思考：汽車尾氣污染物是什么？如何解決？答：主要污染物：NO、CO、HC和含鉛化物等。解決方法：采用無鉛汽油，對汽車尾氣進行催化凈化。10.天然氣天然氣是低級烷烴的混合物，主要成分是甲烷，常與石油伴生。其熱值約為55.6MJ kg-1。天然氣的優(yōu)點：可直接應用易于管道輸送污染少11.沼氣和生物質(zhì)能植物殘體在隔絕空氣的情況下發(fā)生自然分解時產(chǎn)生的氣

9、體稱為沼氣。沼氣約含60%的甲烷，其余為二氧化碳和少量的CO、H2、H2S等。思考：可用哪些原料制備沼氣？如果你來自農(nóng)村，你家使用過沼氣嗎？答：農(nóng)村一般用人畜糞便、雜草等制取沼氣。生物質(zhì)能的現(xiàn)代利用是將植物枝桿等在汽化爐中加壓汽化制成可燃氣體。思考：沼氣和柴火是生物質(zhì)能嗎？答：都是。沼氣也屬于生物質(zhì)能。柴火是生物質(zhì)能的直接利用。12.可燃冰未來的新能源天然氣被包進水分子中，在深海的低溫高壓下形成的透明結晶，外形似冰，用火柴一點就著，故稱“可燃冰”。 CH4xH2O (s)。形成條件：低溫高壓如0，76 MPa。儲量：尚難正確估計，各文發(fā)表的數(shù)據(jù)相差較大。預測總量相當于161萬億噸煤，可用100

10、萬年；是地球上煤、石油和天然氣能量總和的23倍。分布：深水大陸架和陸地永久凍土帶。我國東海、南海有大量可燃冰，約相當于全國石油儲量的一半。開采難，儲量豐富。13.煤氣和液化氣煤氣：煤的合成氣及煉焦氣都是城市煤氣。煤氣的組成:H2：50%；CO：15%；CH4：15%，熱值約16MJ M-3液化氣:來源于石油，主要成分為丙烷、丁烷等，煉油廠的副產(chǎn)品。思考：與煤氣相比，液化氣有哪些優(yōu)點？答：無毒、低污染、熱值高于煤氣。液化氣作動力 綠色汽車 燃料電池（各國競爭發(fā)展）。思考1：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是無限的(不考慮太陽的壽命)？1：礦物能源（煤炭和石油）是有限的，來自宇宙的能源（如太陽

11、能）和核能是無限的。第 2 章化學反應的基本原理與大氣污染1.自發(fā)反應或自發(fā)過程在給定條件下能自動進行的反應或過程自發(fā)過程的共同特征(1) 具有不可逆性單向性(2) 有一定的限度(3) 可有一定物理量判斷變化的方向和限度判據(jù)2.熵的定義：熵是系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)微觀粒子的混亂度(或無序度)的量度。比較物質(zhì)的標準熵值，可以得出下面一些規(guī)律：(1) 對于同一種物質(zhì)： Sg Sl Ss (2) 同一物質(zhì)在相同的聚集狀態(tài)時，其熵值隨溫度的升高而增大。 S高溫S低溫 (3) 對于不同種物質(zhì)： S復雜分子 S簡單分子(4) 對于混合物和純凈物： S混合物 S純物質(zhì)3.化學反應速率（1）影響反應速率的因素：反應物的本

12、性，反應物的濃度和系統(tǒng)的溫度、 壓力、催化劑 等宏觀量，光、電、磁等外場。4.基元反應由反應物一步直接生成產(chǎn)物的反應。也稱為元反應。復雜反應反應的實際過程由幾個基元反應組成的過程5.有效碰撞只有具有足夠能量的反應物分子的碰撞才有可能發(fā)生反應。這種能夠發(fā)生反應的碰撞。活化分子 那些具有足夠高能量，能發(fā)生有效碰撞的分子，發(fā)生反應的有效碰撞的分子，還必須沿著特定的方向碰撞活化能 要使普通分子成為活化分子所需最小能量。6.催化劑（觸媒）催化劑能與反應物生成不穩(wěn)定的中間化合物，改變了反應歷程，降低了反應的活化能催化劑的主要特征（1）改變反應途徑，降低活化能，使反應速率增大（2）只能改變達到平衡的時間而不

13、能改變平衡的狀態(tài)（3）有特殊的選擇性（4）對某些雜質(zhì)特別敏感助催化劑 合成氨的鐵催化劑-Fe Al2O3 K2O中- Fe是主催化劑， Al2O3 、K2O等是助催化劑。 催化劑毒物 如CO可使合成氨鐵催化劑中毒7.環(huán)境污染物的來源：工業(yè)：三廢，量大、成分復雜、毒性強農(nóng)業(yè)：農(nóng)藥、化肥、農(nóng)業(yè)廢棄物等交通運輸：噪音、燃料燃燒的排放物等生活：生活中的“三廢” 等。三廢：廢氣、廢液和廢渣三致：致突變、致癌、致畸8.大氣污染物一般分為兩類：一次(原生)污染物，即由污染物直接排入大氣的；二次(次生)污染物，是由一次污染物在大氣中進行熱和光化學反應后的產(chǎn)物。后者往往危害性更大9.顆粒物：大氣顆粒物包括塵（飄

14、塵、落塵）、煙、霧等。硫氧化物：SO2、SO3 (SOx) 硫氧化物主要來自于燃煤，是形成硫酸酸雨的主要氣體。氮氧化物：NO、NO2等 NOx是形成硝酸酸雨的主要氣體，其毒性比CO高10倍左右。 10.CO和CO2人類排放量最大的污染物，主要來自于燃料的不完全燃燒。其毒害是使血液失去輸氧能力。11.烴類CxHy(或簡寫為 HC) 主要來源有煉油廠排放氣、油品的不完全燃燒。12.溫室效應大氣層中的某些微量組分，能讓太陽的短波輻射透過，加熱地面，而地面增溫后所放出的熱輻射（屬長波紅外輻射），卻被這些組分吸收，使大氣增溫，這種現(xiàn)象稱為溫室效應。 13.綠色化學是以保護環(huán)境為目標來設計、生產(chǎn)化學產(chǎn)品的

15、一門新興學科，是一門從源頭阻止污染的化學。第3章 水化學與水污染1.溶液的通性難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液有一定的共同性和規(guī)律性。該類性質(zhì)稱為稀溶液的通性，或稱為依數(shù)性。包括：稀溶液蒸氣壓的下降、沸點上升、凝固點下降和稀溶液的滲透壓。（與純?nèi)軇┍容^） 。2.蒸氣壓下降在一定溫度下，液體及其蒸氣達到相平衡時，蒸氣所具有的壓力稱為該溫度下液體的飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。 思考：蒸氣壓與溫度有什么關系？答：不同溶劑蒸氣壓不同，相同溶劑溫度升高，蒸氣壓增大。例如：p(H2O, l , 298K)=3167 Pap(H2O, l, 373K)=101.325kPa3.溶液的沸點上升沸點：液體蒸氣壓達到101.3

16、25kPa(1atm)時的溫度。沸騰溫度：液體蒸氣壓與外界壓力相等時的溫度。難揮發(fā)物質(zhì)的溶液的沸點總是高于純?nèi)軇┑姆悬c，二者之差為： Tbp = Tbp Tb = kbpm kbp稱為溶劑的摩爾沸點上升常數(shù)，單位為Kkgmol-14.凝固點（熔點）下降液相和固相蒸氣壓相等時的溫度固相與液相共存時的溫度。溶液的凝固點總是低于純?nèi)軇┑哪厅c，它們之差為： Tfp = TfpTf = kfp m kfp 稱為溶劑的摩爾凝固點下降常數(shù)。5.溶液的滲透壓滲透現(xiàn)象:溶劑通過半透膜進入溶液或溶劑從稀溶液通過半透膜進入濃溶液的現(xiàn)象（單向擴散）滲透壓:阻止?jié)B透進行所施加的最小外壓,用表示。6.等滲溶液與反滲透等

17、滲溶液:人體血液的滲透壓約為780kPa，病人注射或輸液時，使用0.9%的NaCl溶液（0.16 moldm-3）或5%的葡萄糖溶液(0.28moldm-3)，這兩種溶液與紅細胞和血漿都是等滲溶液（即滲透壓相等）。反滲透: 若外加在溶液上的壓力大于滲透壓，則會使溶液中的溶劑向純?nèi)軇┓较蛄鲃?，使純?nèi)軇w積增加，該過程叫反滲透。廣泛用于海水淡化、工業(yè)廢水的處理及溶液的濃縮等，關鍵在于耐高壓半透膜的制備。 思考1：相同濃度的電解質(zhì)溶液的蒸氣壓與非電解質(zhì)比如何變化？答：其蒸氣壓下降，沸點上升和凝固點下降，以及溶液滲透壓的數(shù)值變化均比同濃度的非電解質(zhì)大。思考2： 將質(zhì)量摩爾濃度均為0.10 molkg-

18、1的BaCl2, HCl, HAc, 蔗糖水溶液的粒子數(shù)、蒸氣壓、沸點、凝固點和滲透壓按從大到小次序排序:解：按從大到小次序排序如下：粒子數(shù) BaCl2 HCl HAc 蔗糖蒸氣壓 蔗糖 HAc HCl BaCl2沸點 BaCl2 HCl HAc 蔗糖凝固點 蔗糖 HAc HCl BaCl2滲透壓 BaCl2 HCl HAc 蔗糖7.酸堿質(zhì)子理論凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸；凡能結合質(zhì)子的物質(zhì)都是堿。酸、堿可以是分子，也可以是離子。酸給出質(zhì)子后可以再結合質(zhì)子，因此酸給出質(zhì)子后就變?yōu)閴A：8.共軛酸堿概念酸與對應的堿的這種相互依存、相互轉化的關系稱為酸堿共軛關系。酸失去質(zhì)子后形成的堿被稱為該酸的共軛堿

19、；堿結合質(zhì)子后形成的酸被稱為該堿的共軛酸。共軛酸與它的共軛堿一起稱為共軛酸堿對。附例 已知HAc的Ka =1.7610-5，計算3.0%米醋(含HAc濃度為0.50 moldm-3)的pH。解：設米醋溶液中H+的平衡濃度為x moldm-3, 則HAc(aq) = H+(aq) + Ac-(aq) 平衡濃度/moldm-3 0.50 xxx Ka = 1.7610-5 Ka / c10-4 0.50 x 0.5pH = lg c( H+)/c = lg(2.9710-3) = 3 0.47 = 2.539.溶液pH的實驗測定：pH試紙(廣泛,精密) :簡單、方便、粗略 pH計（酸度計）:較精確

20、、可數(shù)字顯示或自動記錄 10.緩沖溶液和pH的控制同離子效應 :在弱酸的溶液中加入該酸的共軛堿，或在弱堿的溶液中加入該堿的共軛酸，使得弱酸或弱堿的解離度大大下降的現(xiàn)象，稱為同離子效應。如HAc的水溶液中，HAc(aq) = H+(aq) + Ac-(aq)加入NaAc，由于NaAc = Na+Ac使得HAc解離平衡向左移動，HAc的解離度降低。緩沖溶液:弱酸及其共軛堿或弱堿及其共軛酸所組成的溶液具有一個重要性質(zhì)，該溶液的pH在一定范圍內(nèi)不因稀釋或外加少量酸或堿而發(fā)生顯著變化，即對外加的酸和堿具有緩沖能力，這種溶液稱作緩沖溶液。11.溶度積和多相離子平衡溶度積:在一定溫度下，溶解與結晶速率相等時

21、，便建立了固體和溶液中離子之間的動態(tài)平衡，稱為多相離子平衡或溶解平衡，此時的溶液稱為飽和溶液。如CaCO3在水中的溶解度雖小，但仍有一定數(shù)量的Ca2+、CO32-存在于溶液中。同時，溶液中的Ca2+與CO32-又會結合而不斷析出。 CaCO3(s) = Ca2+(aq) + CO32-(aq)平衡常數(shù)表達式為思考：可以用Ks的大小判斷溶解度的大小嗎？附例：計算BaSO4在0.100 moldm-3 Na2SO4溶液中的溶解度，并與其在水中的溶解度比較。Ks (BaSO4) =1.0810-10解：設s moldm-3為BaSO4在0.1 moldm-3 Na2SO4溶液中的溶解度 BaSO4(

22、s) = Ba2+ + SO42- 平衡濃度/moldm-3 s s + 0.1Ks = s (s + 0.1) 0.1s = 1.0810-10解得：s =1.0810-9 BaSO4在純水中的溶解度為somoldm-3so = =1.0410-5 溶解度降低了約104 (一萬) 倍。12.分散系分類(1)按分散相粒子的大小分類：分子分散體系：分散相粒子的直徑小于10-9m，屬于真溶液。例如氯化鈉、葡萄糖等水溶液。膠體分散體系：分散相粒子的直徑在10-9m 10-7m之間，屬于膠體。例如蛋白質(zhì)、核酸等水溶液。 粗分散體系：分散相粒子的直徑大于10-7m，易聚沉。例如牛奶，豆?jié){，泥漿等。(2)

23、按膠體與水的親合力分類：憎液溶膠:分散相粒子與水的親合力較弱，如AgI膠體等。親液溶膠:分散相粒子與水的親合力較強，如蛋白質(zhì)、淀粉等。13.表面活性劑凡能顯著降低兩相之間表面張力的物質(zhì)稱表面活性劑表面活性劑的結構特點：表面活性劑具有兩類性質(zhì)完全不同的基團：親水基團和親油基團（疏水基團）。14.水污染及其危害水是一種寶貴的自然資源，是人類生活、動植物生長和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可缺少的物質(zhì)。引起水體污染的原因有兩個方面：(1)自然污染:主要是自然原因所造成的，如特殊地質(zhì)條件使某些地區(qū)有某種化學元素大量富集，天然植物在腐爛過程中產(chǎn)生某種毒物，以降雨淋洗后夾帶各種物質(zhì)流入水體。(2)人為污染:是人類生活和生產(chǎn)

24、活動中給水源帶進了許多污染物，包括生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)田排水和礦山排水、廢渣和垃圾傾倒在水中或岸邊經(jīng)降雨淋洗流入水體也會造成污染15.無機物污染(1)重金屬重金屬主要包括Hg、Cd、Pb、Cr等，此外還有As。As雖不是重金屬，但毒性與重金屬相似，故經(jīng)常和重金屬一起討論。重金屬的致害作用在于使人體中的酶失去活性，它們的共同特點是即使含量很小也有毒性，因為它們能在生物體內(nèi)積累，不易排出體外，因此危害很大。(2)氰化物和酸堿污染氰化物污染:氰化物的毒性很強，在水中以CN-存在。若遇酸性介質(zhì)，則CN-能生成毒性極強的揮發(fā)性氫氰酸HCN。氰化物主要來源于電鍍、煤氣、冶金等工業(yè)的廢水。CN-的毒性是由

25、于它與人體中的氧化酶結合，使氧化酶失去傳遞氧的作用，引起呼吸困難，全身細胞缺氧而窒息死亡?？谇徽衬のM約50mg氫氰酸，瞬時即能致死。我國工業(yè)廢水中氰化物的最大允許排放濃度(以CN-計)為0.5mgdm-1。酸堿污染:酸堿污染可使水體的pH發(fā)生變化(pH過低或過高)，會消滅或抑制一些有助于水凈化的細菌及微生物的生長，從而影響了水的自凈能力。(3) 有機物污染碳氫化合物污染:城市生活污水和食品、造紙等工業(yè)廢水中含有大量的碳氫化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等。它們在水中的好氧微生物(指生活時需要氧氣的微生物)的參與下，與O2作用降解時，要消耗水中溶解的O2 ，所以常常稱這些有機物為耗氧有機物水中含有大量耗氧

26、有機物時，水中溶解.O2將急劇下降，降至低于4mgdm-3時，魚就難以生存。若水中含O2量太低，這些有機物又會在厭氧微生物(指在缺氧的環(huán)境中才能生活的微生物)作用下，與水作用產(chǎn)生CH4、H2 S、NH3等物質(zhì)，即發(fā)生腐敗，使水變質(zhì)。(4)殺蟲劑、洗滌劑和多氯聯(lián)苯、苯并芘等污染隨著現(xiàn)代石油化學工業(yè)的高速發(fā)展，產(chǎn)生了多種原來自然界沒有的有機毒物，如有機氯農(nóng)藥、有機磷農(nóng)藥、合成洗滌劑，多氯聯(lián)苯(工業(yè)上用于油漆和油墨的添加劑,熱交換劑和塑料軟化劑等)、苯并芘(來源于煤焦油、汽油、煤、香煙等的不完全燃燒)。這些化合物在水中很難被微生物降解，因而稱為難降解有機物。它們被生物吸收后，食物鏈逐步被濃縮而造成嚴

27、重危害。其中如苯并芘、多氯聯(lián)苯等還有致癌作用。(5)熱污染一些熱電廠、核電站及各種工業(yè)過程中的冷卻水，若不采取措施而直接排入水體，均可引起熱污染。熱污染對水體的危害不僅僅是由于溫度的提高直接殺死水中某些生物(例如鱒魚在水溫20時，可致死亡)，而且，溫度升高后，必然降低了水中氧的溶解量。在這樣不適宜的溫度及缺氧的條件下，對水中生態(tài)系統(tǒng)的破壞是嚴重的。第4 章 電化學與金屬腐蝕1.原電池 將氧化還原反應的化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置2.原電池組成 是由兩個半電池組成的；半電池中的反應就是半反應,即電極反應。因此將半電池又叫電極。3. 銅鋅原電池 電池反應： Cu2+ZnZn2+Cu正極反應:Cu2+ +

28、2e- Cu負極反應:Zn - 2e- Zn2+4. 氧化還原電對 氧化態(tài)和相應的還原態(tài)物質(zhì)能用來組成, 用符號“氧化態(tài)/還原態(tài)”表示。銅鋅原電池中的兩個半電池的電對可分別表示為Zn2+/Zn和Cu2+/Cu。5. 標準電極電勢標準氫電極的電極電勢 為零6. 電池的電動勢E附例1：Zn與H2在標準條件下組成電池，Zn為負極，在25時測得電池的電動勢E = 0.7618V。求 (Zn2+/Zn) = ? 解：根據(jù) E= (正極)- (負極)0.7618V = 0V (Zn2+/Zn) 可求出待測電極 (Zn2+/Zn)的標準電極電勢 = 0.7618V8. 參比電極使用標準氫電極不方便，一般常用

29、易于制備、使用方便且電極電勢穩(wěn)定的甘汞電極或氯化銀電極等作為電極電勢的對比參考，稱為參比電極。 9. 電極電勢的能斯特方程式對于任意給定的電極，電極反應通式為 a(氧化態(tài))+ne- b(還原態(tài)) 又如，T=298.15K時例2：計算當pH=5.00，c(Cr2O72-)=0.0100moldm-3，c(Cr3+)=1.00 10-6 moldm-3時，重鉻酸鉀溶液中的(Cr2O72-/ Cr3+)值。解：半反應式為： Cr2O72-+14H+6e-=2Cr3+7H2O Nernst方程為：10. 化學電源(1) 一次電池放電后不能充電或補充化學物質(zhì)使其復原的電池。如鋅-錳干電池、鋅 -氧化汞電

30、池 、鋰-鉻酸銀電池。(2) 二次電池放電后通過充電使其復原的電池。鉛蓄電池（3） 連續(xù)電池在放電過程中可以不斷地輸入化學物質(zhì)，通過反應把化學能轉變成電能，連續(xù)產(chǎn)生電流的電池。燃料電池11. 金屬的腐蝕與防止金屬的腐蝕： 當金屬與周圍介質(zhì)接觸時，由于發(fā)生化學作用或電化學作用而引起的破壞。估計每年腐蝕而報廢的鋼鐵設備相當于鋼鐵年產(chǎn)量的1/4,發(fā)達國家年經(jīng)濟損失占GDP的34%。12. 腐蝕的分類（1）化學腐蝕：金屬與周圍介質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應而引起的腐蝕叫化學腐蝕。（2）電化學腐蝕金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生電化學作用而引起的金屬腐蝕。13. 金屬腐蝕的防止（1）改變金屬的內(nèi)部結構：例如，把鉻、鎳加入普

31、通鋼中制成不銹鋼。（2）保護層法：例如，在金屬表面涂漆、電鍍或用化學方法形成致密而耐腐蝕的氧化膜等。如白口鐵(鍍鋅鐵)、馬口鐵(鍍錫鐵)。（3）緩蝕劑法:在腐蝕介質(zhì)中，加入少量能減小腐蝕速率的物質(zhì)以防止腐蝕的方法。1）無機緩蝕劑：在中性或堿性介質(zhì)中主要采用無機緩蝕劑，如鉻酸鹽、重鉻酸鹽、磷酸鹽、碳酸氫鹽等。主要是在金屬的表面形成氧化膜或沉淀物。 2)有機緩蝕劑：在酸性介質(zhì)中，一般是含有N、S、O的有機化合物。常用的緩蝕劑有烏洛托品、若丁等。 3)氣相緩蝕劑：如亞硝酸二環(huán)己烷基胺給機器產(chǎn)品（尤其是精密儀器）的包裝技術常帶來重大革新。（4） 陰極保護法1) 犧牲陽極保護法2) 外加電流法第5章 物

32、質(zhì)結構基礎1. 光的波粒二象性2. 德布羅意(de Broglie)提出微觀粒子也具有波的性質(zhì)，并假設： l = h / mv 粒子波的假設被電子衍射實驗所證實。3. 量子數(shù)(1) 主量子數(shù) n 的物理意義n 的取值：n = 1，2，3， n = 1，2，3，4, 對應于電子層K，L，M，N, 表示核外的電子層數(shù)并確定電子到核的平均距離，確定單電子原子的電子運動的能量(2) 角量子數(shù) l 的物理意義l 的取值：l = 0,1,2,3, (n 1)l = 0,1,2,3 的原子軌道習慣上分別稱為s、p、d、f 軌道。 表示亞層，基本確定原子軌道的形狀，對于多電子原子，與n共同確定原子軌道的能量。

33、(3) 磁量子數(shù) m 的物理意義：m 的取值: m = 0,1,2, l, 共可取2l + 1個值 確定原子軌道的伸展方向，除s軌道外,都是各向異性的(4) 自旋量子數(shù)ms用波函數(shù)n,l,m描述原子中電子的運動,習慣上稱為軌道運動,它由n, l, m三個量子數(shù)所規(guī)定,電子還有自旋運動，因而產(chǎn)生磁矩，電子自旋磁矩只有兩個方向。因此，自旋量子數(shù)的取值僅有兩個，分別為+1/2和-1/2，也常形象地表示為 和 。一個軌道中的電子可以有兩種不同的自旋方向。4. 核外電子分布原理與方式原子核外電子的分布要服從以下規(guī)則：（1）泡里不相容原理（2）能量最低原理（3）洪德規(guī)則此外，還有一些其它的補充規(guī)則，用以解

34、釋以上規(guī)則不足以說明實驗事實的一些特例思考；第n層最多可以排布幾個電子？答：根據(jù)泡里原理，主量子數(shù)為n 的電子層內(nèi)允許排布的電子數(shù)最多為2n2個。5. 化學鍵與分子間相互作用力化學鍵可分為離子鍵、金屬鍵和共價鍵三種思考：NaCl晶體中鈉離子與氯離子之間、金屬銅中銅原子與銅原子之間，H2O中氫原子與氧原子之間各有什么鍵？答：NaCl晶體中鈉離子與氯離子之間是離子鍵；金屬銅中銅與銅之間是金屬鍵，在水中， H2O分子中H原子與O原子之間存在共價鍵， H2O間存在分子間作用力和氫鍵。（1）離子鍵離子鍵的本質(zhì)： 異號離子之間的靜電引力。離子鍵的特征：沒有方向性 ，沒有飽和性（2）共價鍵共價鍵是兩個原子共

35、用成鍵電子對形成的，成鍵電子對可以由兩個原子共同提供，也可以由一個原子單獨提供（后者習慣上稱為配位鍵）（1）共價鍵的特征 共價鍵具有方向性，共價鍵具有飽和性（3）金屬鍵金屬的電離能較小，最外層的價電子容易脫離原子的束縛而形成自由電子。金屬離子緊密堆積。所有自由電子在整個堆積體間自由運動，形成金屬鍵。金屬鍵的本質(zhì)：金屬離子與自由電子之間的庫侖引力。 金屬鍵的特點：沒有方向性 ，沒有飽和性6. 分子間相互作用力分子間作用力：包括范德華力、氫鍵、疏水作用等，比化學鍵要弱得多。范德華力存在于所有分子中。范德華力包含：取向力、誘導力和色散力范德華力的特點：永遠存在于分子間的弱相互作用； 短程力；沒有方向

36、性、沒有飽和性；以色散力為主。氫鍵：電負性很大的原子X（F、O、N）與H原子成鍵時，由于X吸引電子的能力很強，使氫原子帶有較多正電荷，它與另一個電負性大且半徑又小的原子Y （F、O、N）形成氫鍵：XHY氫鍵具有方向性和飽和性；氫鍵可以是分子間的也可以是分子內(nèi)的。7.熔點和沸點 思考 分子間氫鍵使物質(zhì)的熔點和沸點大幅升高，無氫鍵時，同類單質(zhì)和化合物的熔點和沸點隨分子摩爾質(zhì)量的增加而升高。(請思考為什么？) 溶解性 溶劑與溶質(zhì)間的氫鍵或分子間作用力大于溶質(zhì)之間的作用力，或溶質(zhì)與溶劑之間有相似的結構、極性等，有利于溶質(zhì)的溶解，即相似相溶原理。第6章 無機化合物1.氯化物 是指氯與電負性比氯小的元素所

37、組成的二元化合。2.氧化物是指氧與電負性比氧小的元素所組成的二元化合物。3. 鐵的氧化物鐵有多種不同價態(tài)的氧化物：氧化亞鐵FeO，三氧化二鐵Fe2O3，四氧化三鐵Fe3O4。 FeO為黑色粉末，熔點為13691。溶于酸，不溶于水和堿溶液。極不穩(wěn)定，易被氧化。主要用來制造玻璃色料。 Fe2O3是棕紅色或黑色粉末，熔點為1565。具有兩性能與酸堿反應，不溶于水，也不與水起作用。常用做顏料、拋光劑、催化劑和紅粉等。Fe3O4為黑色晶體，加熱至熔點(15945)同時分解。不溶于水，溶于酸。具有很好的磁性和優(yōu)良的導電性，能用于制造錄音錄相磁帶和電訊器材等，還可用來做顏料和拋光劑等。4. 氧化還原性（1）

38、高錳酸鉀：暗紫色晶體,常用強氧化劑。氧化能力隨介質(zhì)的酸度的減弱而減弱，還原產(chǎn)物也不同。（2）重鉻酸鉀：橙色晶體,常用氧化劑。+6價的鉻可以鉻酸鉀的形式存在，也可以重鉻酸鉀的形式存在： 2CrO42(aq) + 2H+(aq) = Cr2O72(aq) + H2O (黃色) (橙色)（3）：亞硝酸鈉：無色透明晶體,一般用作氧化劑，有弱毒性、致癌。亞硝酸鹽中氮的氧化值為+3，處于中間價態(tài)，既有氧化性又有還原性。（4）過氧化氫：過氧化氫中氧的氧化值為-1，既有氧化性又有還原性。 H2O2 + 2I + 2H+ = I2 + 2H2O 2MnO4 + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ + 5O2

39、 + 8H2O過氧化氫的應用漂白劑：漂白象牙、絲、羽毛等； 消毒劑：3%的H2O2做外科消毒劑；氧化劑：90%的H2O2做火箭燃料的氧化劑 5.配位化合物簡稱配合物，也稱絡合物，是一類比較復雜的無機化合物。研究配位化合物的化學稱為配位化學。配位化學屬于無機化學領域，是現(xiàn)代無機化學的一個重要研究方向。 配合物在化學、化工、生命科學的許多領域中都有應用。 6. 金屬材料金屬材料的優(yōu)點：良好的導電、傳熱性、高的機械強度，較為廣泛的溫度使用范圍，良好的機械加工性能等。金屬材料的缺點：易被腐蝕和難以滿足高新技術更高溫度的需要實際使用的金屬材料絕大多數(shù)是合金材料。 思考：911事件中紐約世貿(mào)大廈坍塌的原因

40、？合金鋼強度經(jīng)得起12級臺風、各種龍卷風的襲擊，也耐得住地震、雷電或爆炸的侵擾。但其優(yōu)良的導熱性，使他經(jīng)不起高溫，整體變軟，促成大廈迅速倒塌。7. 典型的合金材料（1)輕質(zhì)合金：輕質(zhì)合金是由鎂、鋁、鈦、鋰等輕金屬形成的合金。主要優(yōu)點是密度小，在交通運輸、航空航天等領域有重要應用。鋁合金：在鋁中加入鎂、銅、鋅、錳形成鋁合金。鋁銅鎂合金稱為硬鋁，鋁鋅鎂銅合金稱為超強硬鋁(其強度遠高于鋼)。密度小、強度高、易成型，用于飛機制造業(yè)。鈦合金：鈦中加入鋁、釩、鉻、鉬、錳等形成鈦合金。鈦合金具有密度小、強度高、抗磁性、耐高溫、耐海水腐蝕等優(yōu)點。是制造飛機、火箭發(fā)動機，人造衛(wèi)星外殼，宇宙飛船船艙、潛艇等的重要

41、結構材料。（2)耐熱合金：耐熱合金主要是第VVII 副族元素和VIII族高熔點元素形成的合金。應用最多的有鐵基、鎳基和鈷基合金。它們廣泛地用來制造渦輪發(fā)動機、各種燃氣輪機熱端部件，渦輪工作葉片、渦輪盤、燃燒室等。（3)低熔合金：低熔合金常用的低熔金屬及其合金元素有汞、錫、鉛和鉍等。汞常用做溫度計、氣壓計中的液柱，也可做恒溫設備中的電開關接觸液。汞容易與很多種金屬形成合金。鉍的某些合金可應用于自動滅火設備、鍋爐安全裝置以及信號儀表等，還可用作原子能反應堆的冷卻劑。（4)形狀記憶合金：形狀記憶合金有一個特殊的轉變溫度，在轉變溫度以下，金屬晶體結構處于一種不穩(wěn)定結構狀態(tài)，在轉變溫度以上，金屬結構是一

42、種穩(wěn)定結構狀態(tài)。一旦把它加熱到轉變溫度以上，不穩(wěn)定結構就轉變?yōu)榉€(wěn)定結構，合金就恢復了原來的形狀。用鎳鈦形狀記憶合金制成管接口，在使用溫度下加工的管接口內(nèi)徑比外管徑略小，安裝時在低溫下將其機械擴張，套接完畢在室溫下放置，由于接口恢復原狀而使接口非常緊密。這種管子固定法在F14型戰(zhàn)斗機油壓系統(tǒng)的接頭及在海底輸送管的接口固接均有很成功的實例。8. 新型無機功能材料（1）耐熱高強結構材料：氮化硅 Si3N4：組成氮化硅的兩種元素的電負性相近，屬強共價鍵結合的原子晶體，所以氮化硅的硬度高（耐磨損）、熔點高（耐高溫）、結構穩(wěn)定、絕緣性能好，故是制造高溫燃氣輪機的理想材料。缺陷是抗機械沖擊強度偏低，容易發(fā)生

43、脆性斷裂。氮化硼 BN： 氮化硼（金剛石型）屬強共價鍵結合，兼有許多優(yōu)良性能，不但耐高溫，耐腐蝕、高導熱、高絕緣，還可以很容易地進行機械加工，是一種理想的高溫導熱絕緣材料，也是既硬又韌的超硬材料。（2）半導體材料：半導體材料是導電能力介于導體與絕緣體之間的一類物質(zhì)，半導體在一定條件下可以導電，其電導率隨溫度的升高而迅速增大。 按化學組成，半導體可以分為單質(zhì)半導體和化合物半導體，按半導體是否含有雜質(zhì)又可分為本征半導體和雜質(zhì)半導體。 單質(zhì)半導體材料:Si、Ge、Sn、Te等； 化合物半導體種類很多，有二元體系、三元體系等。 二元體系如SiC、 GaAs、ZnS、CdTe、HgTe等； 三元體系如Z

44、nSiP2、ZnGeP2、ZnGeAs2、CdGeAs2、CdSnSe2等（3）超導材料具有超導電性的材料稱為超導材料。有些物質(zhì)在某一特定的溫度附近，其導電率將突然增至無窮大（即電阻為零），這種現(xiàn)象稱為超導電性。 室溫超導是科學家努力追求的目標。 例如，利用超導材料的超導電性，可制造超導發(fā)電機、電動機，大大減輕其重量、體積并提高其輸出功率。 利用超導材料的抗磁性，超導磁鐵與鐵路路基導體間所產(chǎn)生的磁性斥力，可制成超導磁懸浮列車。 （4）光導纖維光導纖維簡稱光纖，以傳光和傳像為目的的一種光波傳導介質(zhì)。光導纖維是根據(jù)光的全反射原理制成的，其最大應用是激光通訊。此外，光纖還可用于電視、電腦視頻、傳真電

45、話、光學、醫(yī)學(如胃鏡等各種人體內(nèi)窺鏡)等。目前用的主要有氧化物玻璃光纖、非氧化物光纖和聚合物光纖等類。 第7章 高分子化合物與材料1. 高分子化合物高分子化合物（高分子、高聚物或聚合物）的分子比低分子化合物的分子要大很多。通常低分子有機化合物的相對分子質(zhì)量在1000以下，而高分子化合物的相對分子質(zhì)量在1萬以上，有的可達上千萬。 高分子化合物的基本特征：相對分子質(zhì)量大。 2. 高分子化合物的特點（1）高分子化合物組成簡單，相對分子質(zhì)量大，具有“多分散性”。是多分子的混合物。（2）高分子化合物可歸納為線型和體型兩種結構。線型結構中包括鏈型和支鏈型。（3）高分子化合物由于其相對分子質(zhì)量很大，有較好

46、的機械強度。又由于其分子是由共價鍵結合而成，故有較好的絕緣性和耐腐蝕性，由于其分子鏈很長，呈卷曲狀，故有較好的可塑性和高彈性。 （4）高分子化合物在常溫常壓下主要以固態(tài)或液態(tài)存在，幾乎無揮發(fā)性，溶解性也很差，有時只發(fā)生溶脹。 3. 高分子化合物的命名 （1）按原料單體或聚合物的結構特征命名1）在單體名稱前面冠以“聚”字：聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙二酰己二胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。 2）在單體名稱后面加“樹脂” ：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。（2）按商品名命名 有機玻璃聚甲基丙烯酸甲酯。尼龍或錦綸聚酰胺，如尼龍-610。我國習慣以“綸”作為合成纖維商品名的后綴，如滌綸、氯綸、腈綸、錦綸、丙綸等。為解決

47、聚合物讀寫不便，常采用國際通用的英文縮寫符號，如PVC、ABS等4. 高分子化合物的分類（1）按來源分類 天然高分子和合成高分子。（2）按主鏈結構分類 1）碳鏈聚合物：主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯：2）雜鏈聚合物：主鏈除碳原子外，還含有氧、氮、硫等雜原子。如聚己二酰己二胺（尼龍-66）.3）元素有機聚合物：主鏈由硅、硼、鋁與氧、氮、硫、磷等組成，側鏈是有機基團。如聚二甲基硅氧烷.4)元素無機聚合物：主鏈和側鏈均由無機元素或基團組成。如聚二氯磷腈.（3）按性能和用途分類 塑料、纖維、橡膠、涂料、粘合劑和功能高分子六大類。（4）按功能分類 通用高分子、工程材料高分子、功能高分子、仿生高分子等 。5. 高分子化合物的基本結構(1) 高聚物分子的幾何形狀 1）線型結構高分子物質(zhì): 分子中有獨立的大分子存在，分子鏈中以單鍵相連的相鄰兩鏈節(jié)之間還可以保持一定的