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文檔簡介
第一章化學(xué)基礎(chǔ)知識
本章作為化學(xué)課程的基礎(chǔ),包括5部分內(nèi)容。第一章化學(xué)基礎(chǔ)知識本章(1)氣體(2)稀溶液的性質(zhì)(3)晶體結(jié)構(gòu)基本概念
(4)酸堿理論(5)
化學(xué)反應(yīng)速率
(1)氣體1.1理想氣體1.1.1理想氣體的狀態(tài)方程
符合下面兩條假定的氣體,叫做理想氣體:
(1)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(diǎn)。1.1理想氣體1.1.1
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——無動能損失。
(2)分子間的作用力可以忽略,分子與分子之間、分子與
在高溫和低壓下,實(shí)際氣體分子間的距離相當(dāng)大,氣體分子自身的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣體占有的體積。
這時分子間的作用力極弱。在高溫和低壓下,實(shí)際氣體分這
高溫和低壓下的實(shí)際氣體很接近理想氣體。
故理想氣體的這種假定是有實(shí)際意義的。高溫和低壓下的實(shí)際氣體很故理
中學(xué)階段的物理課程和化學(xué)課程中,曾學(xué)習(xí)過理想氣體的經(jīng)驗(yàn)公式Boyle定律
n,T
一定時V
p1讀做“正比于”中學(xué)階段的物理課程和化學(xué)課程Gay-Lussac定律
n,p
一定時V
TAvogadro定律
p,T
一定時V
nGay-Lussac定律V
TV
nV
p1
綜合以上三式,得pnTV
VTVnVp1
以R
做比例系數(shù),比例式pnTV
V=pnRT
則變成等式以R做比例系數(shù),比例式pnTV
得pV=nRT
此式即為理想氣體狀態(tài)方程。
V=pnRT
上式中nTpVR=
由
得pV=n
則R=8.314J?mol-1?K-1
若壓力
p
的單位為Pa體積V
的單位為m3溫度T
的單位為K物質(zhì)的量n
的單位為molR稱為摩爾氣體常數(shù)。則R=8.314J?mol-
看出pV
乘積的物理學(xué)單位為焦耳(J)
從式R=和
R=8.314J?mol-1?K-1nTpV看出pV乘積的物理學(xué)單位為焦耳(J
從物理學(xué)單位上看pV
是一種功。
所以pV
的單位為
N?m-2?m3
=N?m=J
pPaN?m-2
Vm3從物理學(xué)單位上看pV是一種功。R=
Pa?dm3?mol-1?K-1
8.314103nTpVR=
若壓力
p
的單位為Pa體積V
的單位為m3溫度T
的單位為K物質(zhì)的量n
的單位為moldR=
這個
R
值用于處理壓力與濃度的關(guān)系時,十分方便。R=8.314103Pa?dm3?mol-1?K-1
這個R值用于處理壓力與濃度R=
如用在下面的公式中
式中c
是以mol?dm-3為單位的濃度。p=cRTp=RTVn如用在下面的公式中式中c是以mo1.1.2混合氣體的分壓定律
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。1.1.2混合氣體的分壓定律
顯然,空氣是混合氣體,其中的O2,N2,CO2
等,均為空氣這種混合氣體的組分氣體。
組成混合氣體的每種氣體,都稱為該混合氣體的組分氣體。顯然,空氣是混合氣體,其中組
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,顯然有n=
nii第i種組分氣體的物質(zhì)的量顯然有n
第
i種組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)用
xi表示,則
例如,由4molN2
和1molO2
組成的混合氣體,則其中xi=nin第i種組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)用顯然有
xi=1ix(N2)==45n(N2)nx(O2)==15n(O2)n顯然有xi=1ix(N2)=
當(dāng)?shù)?/p>
i
種組分氣體單獨(dú)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。
混合氣體的體積稱為總體積,用V總
表示。當(dāng)?shù)趇種組分氣體單獨(dú)存在,
應(yīng)有關(guān)系式
p
V
=n
RT
第
i種組分氣體的分壓,用
pi表示ii
總應(yīng)有關(guān)系式 第i種組分氣
當(dāng)?shù)?/p>
i
種組分氣體單獨(dú)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。
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(dú)存在,且
第
i
種組分氣體的分體積,用Vi
表示。
應(yīng)有關(guān)系式
p
V
=nRTii
總第i種組分氣體的分體積,用
我們通過實(shí)驗(yàn)來研究分壓與總壓的關(guān)系2dm3
2105PaO2N2+O2+2dm3N22dm3
2105Pa
p總我們通過實(shí)驗(yàn)來研究分壓與總2dm
將N2
和O2
按上圖所示混合。2dm3
2105PaO2N2+O2+2dm3N22dm3
2105Pa
p總
測得混合氣體的p總為4105Pa。將N2和O2按上圖所示混合。
按分壓的定義p(O2)=2105Pap(N2)=2105Pa2dm3
2105PaO2N2+O2+2dm3N22dm3
2105Pa
p總按分壓的定義p(O2)=21
可見p總
=p(N2)
+p(O2)
測得混合氣體的p總為4105Pa。p(O2)=2105Pap(N2)=2105Pa可見p總=p(N2)1dm32dm3 4dm3
8105Pa2105Pa p總
再考察一個實(shí)驗(yàn)N2O2N2
+O2
+
測得混合氣體的總壓為3105Pa1dm32dm31dm32dm3 4dm3
8105Pa2105Pa p總
根據(jù)分壓的定義,由波義耳定律得N2O2N2
+O2
+p(O2)=1105Pap(N2)=2105Pa1dm32dm3
混合氣體的總壓為3105Pap(N2)=2105Pap(O2)=1105Pa
亦有p總
=p(N2)+p(O2)混合氣體的總壓為3105Pa
道爾頓(Dalton)
進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn),提出了混合氣體的分壓定律
——混合氣體的總壓等于各組分氣體的分壓之和
此即道爾頓分壓定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式p總
=
pii道爾頓(Dalton)進(jìn)行了大量
理想氣體混合時,由于分子間無相互作用,故碰撞器壁產(chǎn)生的壓力,與獨(dú)立存在時是相同的。即在混合氣體中,組分氣體是各自獨(dú)立的。
這是分壓定律的實(shí)質(zhì)。理想氣體混合時,由于分子間無
故有pi=p總?
xi
同樣基于上述原因,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)xi一致。故有pi=
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。pi=p總?
xi即組分氣體的分壓等于總壓與
例1.1
某溫度下,將
5
105Pa的H22dm3和
4
105Pa的N25dm3充入
10dm3的真空容器中。
求各組分氣體的分壓及混合氣體的總壓。例1.1某溫度下,將H2
V1=2dm3,
p1=5105Pa, V2=10dm3,p(H2)=p2
解:根據(jù)分壓的定義求組分氣體的分壓,=1
105(Pa)V2p1V1p(H2)==5
105
210=2
105(Pa)
同理p(N2)=4
105
510H2V1=2dm3,=1105+2105=3105(Pa)
由道爾頓分壓定律p總
=p(H2)
+p(N2)=1105+2105=31
例1.2
常壓(1.0105Pa)下,將2.0gH2,11.2gN2和19.2gO2
相混合。
求各組分氣體的分壓。例1.2常壓(1.0105
解:混合氣體的總壓和組成已知,可用總壓和組成求分壓。n(N2)==0.4(mol)
28
11.2n(H2)==1.0(mol)
2
2.0n(O2)==0.6(mol)
32
19.2解:混合氣體的總壓和組成已n(N2)=n=
ni=2.0molin(N2)
=0.4moln(H2)
=1.0moln(O2)
=0.6moln=ni=2.0molin(x(H2)===0.5nn(H2)2.0
1.0x(N2)===0.2nn(N2)2.0
0.4x(O2)===0.3nn(O2)2.0
0.6x(H2)==p(H2)=p總·
x(H2)=0.5105
(Pa)=11050.5p(H2)=p總·x(H2)=0.510=0.2105
(Pa)=11050.2p(N2)=p總·
x(N2)=0.2105(Pa)=1105=0.3105
(Pa)=11050.3p(O2)=p總·
x(O2)=0.3105(Pa)=11051.2.1溶液的濃度1.2稀溶液的性質(zhì)
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。1.2.1溶液的濃度1.2
溶質(zhì)
A
的物質(zhì)的量濃度用符號c(A)表示。
物質(zhì)的量濃度經(jīng)常稱為體積摩爾濃度。溶質(zhì)A的物質(zhì)的量濃度用物
當(dāng)物質(zhì)的量以mol為單位,體積以dm3
為單位時,體積摩爾濃度的單位為mol·dm-3。
體積摩爾濃度使用方便,唯一不足就是其數(shù)值要隨溫度變化。當(dāng)物質(zhì)的量以mol為單位,體
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m(A)或b(A)表示。質(zhì)量摩爾濃度溶液中所含
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·kg-1。
當(dāng)物質(zhì)的量以mol為單位,
摩爾分?jǐn)?shù)
顯然有x(質(zhì))
+
x(劑)
=1x(質(zhì))=n(質(zhì))
n(劑)+n(質(zhì))x(劑)=n(劑)
n(劑)+n(質(zhì))摩爾分?jǐn)?shù)顯然有x(質(zhì))
對于稀溶液,n(質(zhì))<<n(劑),故有
對于稀的水溶液,則有x(質(zhì))
n(質(zhì))
n(劑)x(質(zhì))
n(質(zhì))
n(水)對于稀溶液,n(質(zhì))<<n(劑),
對于1kg溶劑水,則有1kg0.018kg?mol-1x(質(zhì))
n(質(zhì))
分子和分母同時除以1kgx(質(zhì))
n(質(zhì))
n(水)對于1kg溶劑水,則有1kg01kg0.018kg?mol-1x(質(zhì))
n(質(zhì))1x(質(zhì))
n(質(zhì))1kg0.018kg?mol-11kg0.018kg?mol-1x(質(zhì))n(質(zhì)
分子是1kg溶劑水所對應(yīng)的溶質(zhì)的物質(zhì)的量,即質(zhì)量摩爾濃度m。1x(質(zhì))
n(質(zhì))1kg0.018kg?mol-1分子是1kg溶劑水所對應(yīng)的溶質(zhì)1x(質(zhì))
n(質(zhì))1kg0.018kg?mol-1故x(質(zhì))
m(質(zhì))55.5mol?kg-1
這是稀的水溶液中,x(質(zhì))與質(zhì)量摩爾濃度m(質(zhì))之間的關(guān)系。1x(質(zhì))n(質(zhì))1kg0.018kg
對于其他溶劑,分母不是55.5,但仍是一個特定的數(shù)值。x(質(zhì))
m(質(zhì))55.5mol?kg-1對于其他溶劑,分母不是55.5,x(質(zhì))1.2.2飽和蒸氣壓1.溶劑的飽和蒸氣壓
在密閉容器中,在純?nèi)軇┑膯挝槐砻嫔?,單位時間里,有N0
個溶劑分子蒸發(fā)到上方空間中。1.2.2飽和蒸氣壓1.
上方空間里溶劑分子個數(shù)逐漸增加,密度增加,壓力也增加。上方空間里溶劑分子個數(shù)逐漸
隨著上方空間里溶劑分子個數(shù)的增加,分子凝聚回到液態(tài)的機(jī)會增加。隨著上方空間里溶劑分子個數(shù)
凝聚回到液態(tài)的分子個數(shù)也在增加。凝聚回到液態(tài)的分子個數(shù)
當(dāng)密度達(dá)到一定數(shù)值時,凝聚回來的分子的個數(shù)也達(dá)到N0個。當(dāng)密度達(dá)到一定數(shù)值時,凝聚
這時起,上方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。這時起,上方空間里溶劑分
這個壓力稱為該溫度下溶劑的飽和蒸氣壓,用p0
表示。
此時,蒸氣的壓力也不再改變。這個壓力稱為該溫度下溶劑此時2.溶液的飽和蒸氣壓
當(dāng)溶液中溶有難揮發(fā)的溶質(zhì)時,則有部分液體表面被這種溶質(zhì)分子所占據(jù)。2.溶液的飽和蒸氣壓當(dāng)溶劑的表面
溶液的表面難揮發(fā)溶質(zhì)的分子溶劑分子溶劑的表面溶液的表面難揮發(fā)溶質(zhì)的分子溶劑分子
于是,溶液中,在單位表面上單位時間內(nèi)蒸發(fā)的溶劑分子的數(shù)目N
要小于純?nèi)軇┑腘0。
當(dāng)凝聚的分子數(shù)目達(dá)到N(N<N0)時,實(shí)現(xiàn)平衡,蒸氣的密度及壓力不會改變。于是,溶液中,在單位表面當(dāng)凝
這種平衡狀態(tài)下的飽和蒸氣壓為p,則有p<p0。
一般性的結(jié)論是,在相同的溫度下,溶液的飽和蒸氣壓低于純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?。這種平衡狀態(tài)下的飽和蒸氣一般
當(dāng)溶劑或溶液與氣態(tài)實(shí)現(xiàn)平衡時,若使蒸氣壓小于其飽和蒸氣壓,則平衡右移,液體氣化。
蒸發(fā)液體氣體
凝聚
當(dāng)溶劑或溶液與氣態(tài)實(shí)現(xiàn)平
若使蒸氣壓大于其飽和蒸氣壓時,平衡左移,氣體液化。
蒸發(fā)液體氣體
凝聚
若使蒸氣壓大于其飽和蒸氣
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。3.拉烏爾定律在一定溫度下,稀溶液的飽和
其數(shù)學(xué)表達(dá)式為
p=p0
?
x(劑)
這就是拉烏爾(Raoult)定律。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為這就是拉烏
用p
表示稀溶液飽和蒸氣壓下降值,則有p=p0
-p=p0
-p0?
x(劑)
=p0[1-x(劑)]
故有p=p0
?
x(質(zhì))用p表示稀溶液飽和蒸氣壓
對于稀的水溶液,有結(jié)合
x(質(zhì))
m(質(zhì))55.5mol?kg-1
p=p0
?
x(質(zhì))p=p0?55.5mol?kg-1m(質(zhì))對于稀的水溶液,有結(jié)合x(質(zhì))m
一定溫度下,p0
為常數(shù)。
故上式可以寫成p=k?mp=p0?55.5mol?kg-1m(質(zhì))一定溫度下,p0為常數(shù)。故
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。p=k?m
這是Raoult
定律的又一種表述形式。
式中k
為常數(shù),但不同溶劑k
值不同。稀溶液飽和蒸氣壓下降值,與稀
但稀溶液的某些共性,與溶質(zhì)的種類無關(guān),只與溶液濃度相關(guān)。
各種不同物質(zhì)的稀溶液,其化學(xué)性質(zhì)各不相同,這是顯然的。但稀溶液的某些共性,與溶質(zhì)各
我們把這類性質(zhì)稱為稀溶液的依數(shù)性。
溶液的飽和蒸氣壓降低,就是一種依數(shù)性。它與溶質(zhì)的種類無關(guān),只與溶液濃度相關(guān)。我們把這類性質(zhì)稱為稀溶液溶液1.飽和蒸氣壓圖
下面是水,水溶液體系的飽和蒸氣壓圖。
物質(zhì)的飽和蒸氣壓p,對溫度T
做圖,即得到物質(zhì)的飽和蒸氣壓圖。1.2.3溶液沸點(diǎn)升高1.飽和蒸氣壓圖
水,水溶液體系的飽和蒸氣壓圖
縱坐標(biāo):蒸氣壓p
橫坐標(biāo):溫度Tl1
1.013105l1
水線l2
水溶液線p/Pa
T/KAA′373T1l2水,水溶液體系的飽和蒸氣壓圖縱坐l1p
Tl1
水線l2l2
水溶液線l1pTl1水線l2l2
從圖中可以看出(1)隨著溫度的升高,水和水溶液的飽和蒸氣壓都升高。p
T
l1
水線l2
水溶液線l1l2從圖中可以看出pTl1p
T
l1
水線l2
水溶液線l1l2
(2)同一溫度,水溶液的飽和蒸氣壓低于水的飽和蒸氣壓。
pTl1水線l1l21.013105A373/Pa/Kl1p
Tl1
水線l2
水溶液線l2
(3)擬使水的飽和蒸氣壓等于外界大氣壓力
1.013
105Pa,需要
373K,見圖中A
點(diǎn)。1.013105A373/Pa/Kl1pTl1
故水的沸點(diǎn)是373K。1.013105A373/Pa/Kl1p
Tl1
水線l2
水溶液線l2故水的沸點(diǎn)是373K
(4)在373K時,溶液的飽和蒸氣壓小于外界大氣壓力1.013105Pa,溶液未達(dá)到沸點(diǎn)。1.013105A373/Pa/Kl1p
Tl1
水線l2
水溶液線l2(4)在373K時,溶液的飽和蒸1A′T1
只有當(dāng)溫度升到T1
時>373K
,溶液的飽和蒸氣壓才達(dá)到1.013105Pa,溶液才沸騰。見圖中A′點(diǎn)。(
)1.013105A373/Pa/Kl1p
Tl1
水線l2
水溶液線l2A′T1只有當(dāng)溫度升到T1時>
即T1是溶液的沸點(diǎn),比純水的沸點(diǎn)373K高。A′T11.013105A373/Pa/Kl1p
Tl1
水線l2
水溶液線l2即T1是溶液的沸點(diǎn),比純水A′T11.
可見,由于溶液的飽和蒸氣壓的降低,導(dǎo)致溶液沸點(diǎn)升高。
即水溶液的沸點(diǎn)高于純水??梢?,由于溶液的飽和蒸氣壓即2.沸點(diǎn)升高計算公式
用Tb
表示沸點(diǎn)升高值,Tb=Tb-T0,b2.沸點(diǎn)升高計算公式用Tb
直接受p
影響,Tb
pTb=Tb-T0,b
式中T0,純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn),
Tb
溶液的沸點(diǎn)。bTb直接受p影響,比例系數(shù)用
kb
表示,則有Tb=kb?m
而
p
=k?m,
故Tbm
Tb
p比例系數(shù)用kb表示,則有Tb=kb?m
最常見的溶劑是H2O,其kb=0.513
kb
稱為沸點(diǎn)升高常數(shù)。不同的溶劑kb值不同。Tb=kb?m
結(jié)論是溶液的沸點(diǎn)升高值與其質(zhì)量摩爾濃度成正比。
kb的單位??Tb=kb?m結(jié)論是溶液的沸點(diǎn)升高值kb
kb
=——Tb
mTb=kb?mkb
的單位為
K?kg?mol-1—————K
mol?kg-1kb=——
例1.3
100g
水中溶有5.0g葡萄糖(C6H12O6),試求所得水溶液的沸點(diǎn)比純水的升高多少?已知水的kb=0.513K?kg?mol-1。例1.3100g水中溶有5
解:由葡萄糖的化學(xué)式C6H12O6
可得,其摩爾質(zhì)量為180g?mol-1。
用m
表示葡萄糖溶液的質(zhì)量摩爾濃度,則有5.0g葡萄糖溶于100g水中,解:由葡萄糖的化學(xué)式C6H12O65.0g葡萄糖溶于100g水中m=
1000g?kg-1100g180g?mol-15.0g5.0g葡萄糖溶于100g水中m=1
將質(zhì)量摩爾濃度m
代入沸點(diǎn)升高公式Tb=kb?m
中,得Tb=0.513K?kg?mol-1
1000g?kg-1100g180g?mol-15.0g求得Tb=0.14K
將質(zhì)量摩爾濃度m代入沸點(diǎn)Tb=
計算公式成立的條件是:不揮發(fā)的非電解質(zhì)的稀溶液。計算公式成立的條件是:不揮發(fā)的
(1)
溶質(zhì)有揮發(fā)性的溶液由后續(xù)課程講授(1)溶質(zhì)有揮發(fā)性的溶液由后續(xù)課程講授
(2)濃溶液
公式的推出,曾用到稀溶液的條件,即n(質(zhì))<<n(劑)。
因此濃溶液雖然有沸點(diǎn)升高現(xiàn)象,但定量關(guān)系不準(zhǔn)確,不能用公式計算。(2)濃溶液因此濃
(3)電解質(zhì)溶液定量關(guān)系不確切,
不能用公式計算。(3)電解質(zhì)溶液定量關(guān)
溶質(zhì)不發(fā)生解離,是質(zhì)量摩爾濃度
m
與溶液表面不揮發(fā)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)之間存在準(zhǔn)確定量關(guān)系的重要前提。溶質(zhì)不發(fā)生解離,是質(zhì)量
例如
NaCl,解離成為Na+
和Cl-。m=1mol?kg-1
時,質(zhì)點(diǎn)濃度似乎是2mol?kg-1。例如NaCl,解離成為Na+
而由于Na+
和
Cl-之間的相互吸引,又使得發(fā)揮作用的質(zhì)點(diǎn)濃度不足2mol?kg-1。
故對于電解質(zhì)溶液,定量關(guān)系不確切,不能用公式計算。而由于Na+和Cl-之間的Al2
SO4
3體系就更加復(fù)雜。()
但是0.1mol?kg-1的
Al2SO4
3
總比
0.1mol?kg-1
的
NaCl產(chǎn)生的粒子多。()Al2SO43體系就更加復(fù)雜。
所以對于電解質(zhì)溶液,仍有蒸氣壓降低、沸點(diǎn)升高等性質(zhì)。
但是只可以定性地討論和推理,而一般不用公式進(jìn)行定量計算。所以對于電解質(zhì)溶液,仍有但是
1.3晶體結(jié)構(gòu)基本概念
生活中常見的金屬器材,實(shí)驗(yàn)室中的固體試劑,自然界的砂子、巖石等,絕大多數(shù)是由晶體構(gòu)成的。1.3晶體結(jié)構(gòu)基本概念生
構(gòu)成晶體的粒子,包括原子、離子或分子在晶體內(nèi)部呈周期性有規(guī)律排列。構(gòu)成晶體的粒子,包括原
討論晶體結(jié)構(gòu),研究晶體內(nèi)部粒子的規(guī)律性排列,勢必要接觸晶體的對稱性。
因此簡單認(rèn)識和了解有關(guān)對稱性的基礎(chǔ)知識是完全必要的。1.3.1對稱性討論晶體結(jié)構(gòu),研究晶體內(nèi)因此
下面將有限幾何圖形中常見的對稱性作一簡單介紹,盡管這種對稱性與無限的晶體的對稱性還有很多不同。下面將有限幾何圖形中常見1.旋轉(zhuǎn)和對稱軸
正方形繞著經(jīng)過其對角線交點(diǎn)且垂直于正方形所在平面的直線旋轉(zhuǎn)1.旋轉(zhuǎn)和對稱軸
每旋轉(zhuǎn)90°圖形復(fù)原一次。每旋轉(zhuǎn)90°圖形復(fù)原一次。
繞軸旋轉(zhuǎn)是一種對稱操作,稱為旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)操作所憑借的直線是一種對稱元素,稱為對稱軸。繞軸旋轉(zhuǎn)是一種對稱操作,旋轉(zhuǎn)
我們說這條直線是正方形的
4重對稱軸,或4重軸。
每旋轉(zhuǎn)圖形復(fù)原一次,或旋轉(zhuǎn)360°圖形將復(fù)原4次。360°4我們說這條直線是正方形的4重
我們說該對稱軸是圖形的n
重對稱軸,或n
重軸。
若圖形繞對稱軸旋轉(zhuǎn),每旋轉(zhuǎn)圖形復(fù)原一次,或旋轉(zhuǎn)360°圖形將復(fù)原n
次360°n我們說該對稱軸是圖形的n重
思考題正方形的4重軸有幾條?有沒有2重軸?有幾種2重軸?每種各有幾條?思考題2.反映和對稱面
正六面體中通過一組(4條)互相平行的棱的中點(diǎn)的平面2.反映和對稱面
正六面體的所有點(diǎn)憑借這個平面進(jìn)行平面鏡成像操作后,圖形復(fù)原。正六面體的所有點(diǎn)憑借這個平面
平面鏡成像這種對稱操作稱為反映。
反映操作所憑借的平面是一種對稱元素,稱為對稱面。平面鏡成像這種對稱操作稱反映
思考題正六面體中有幾個這樣的對稱面?
有幾個?
其他種類的對稱面還有嗎?思考題有幾個?3.反演和對稱中心
矩形的對角線交點(diǎn)為O
o3.反演和對稱中心
矩形的所有點(diǎn)沿著其與O點(diǎn)的連線及其延長線按等距離移到O點(diǎn)的另一方后,圖形復(fù)原。o矩形的所有點(diǎn)沿著其與O點(diǎn)的o
上述對稱操作稱為反演,反演操作所憑借的
O
點(diǎn)是一種對稱元素,稱為對稱中心。o上述對稱操作稱為反演,反演操o
思考題下列幾何圖形哪些有對稱中心?
平行四邊形正三角形五角星形
正三棱柱正八面體
正四面體思考題平行四邊形
找出正六面體的所有對稱元素,并與正八面體相比較。
一個幾何圖形只能有一個對稱中心嗎?
思考題找出正六面體的所有對稱一個幾
晶體是由原子、分子或離子在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。
1.3.2晶體和點(diǎn)陣晶體是由原子、分子或離子在1.
我們先研究二維晶體
幾種簡單的周期性重復(fù)排列方式我們先研究二維晶體幾“重復(fù)出現(xiàn)”的最小單位為一一兩個粒子“重復(fù)出現(xiàn)”的最小單位為一一“重復(fù)出現(xiàn)”是指,若任意一個最小單位沿著某一方向平移一定距離出現(xiàn)另一個最小單位,則沿著此方向每平移該距離必須出現(xiàn)一個最小單位?!爸貜?fù)出現(xiàn)”是
晶體中這種重復(fù)出現(xiàn)的最小單位,稱為晶體的結(jié)構(gòu)基元。
不同種類的粒子必須全部包含在結(jié)構(gòu)基元中。晶體中這種重復(fù)出現(xiàn)的最小單位,稱為晶體的結(jié)構(gòu)
每個結(jié)構(gòu)基元用一個幾何點(diǎn)表示
則得到空間中有序排列的一組點(diǎn)
例如用位置上的幾何點(diǎn)表示每個結(jié)構(gòu)基元用一個幾何點(diǎn)表示則得到空間中有序排列的一也得到空間有序排列的一組點(diǎn)也可以用位置上的幾何點(diǎn)表示也得到空間有序排列的一組點(diǎn)也可以用位置上的幾
不論選取哪個點(diǎn)作為基元的代表,得到的一組點(diǎn)都是相同的。不論選取哪個點(diǎn)作為基元的代
關(guān)鍵是選取的那些點(diǎn)在基元中的位置必須一致。關(guān)鍵是選取的那些點(diǎn)在基元中
將結(jié)構(gòu)基元抽象成一個幾何點(diǎn),所得到的空間的一組點(diǎn),可以很好地體現(xiàn)晶體的排列規(guī)律。
將這一組點(diǎn),稱為晶體的點(diǎn)陣。
將點(diǎn)陣的每一個點(diǎn)稱為點(diǎn)陣點(diǎn)。將結(jié)構(gòu)基元抽象成一個幾何點(diǎn),所左圖是晶體
右圖是晶體的點(diǎn)陣左圖是晶體右圖是晶體的點(diǎn)陣
在晶體點(diǎn)陣的每個點(diǎn)陣點(diǎn)上按同一種方式安置結(jié)構(gòu)基元,則得到晶體。
晶體=點(diǎn)陣+結(jié)構(gòu)基元在晶體點(diǎn)陣的每個點(diǎn)陣點(diǎn)上晶體結(jié)構(gòu)基元為一一
兩個粒子
晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)基元為一一晶體的點(diǎn)陣
粒子的種類相同,且每個粒子均處于由3個粒子構(gòu)成的正三角形的中心。粒子的種類相同,且每個粒子均處
但是一類粒子處于一個頂角向上的三角形的中心
這種粒子相當(dāng)于右圖中的紅色粒子但是一類粒子處于一個頂角向上的
還有一類粒子處于一個頂角向下的三角形的中心
這種粒子相當(dāng)于右圖中的黑色粒子還有一類粒子處于一個頂角向下的
我們稱這兩種粒子的化學(xué)環(huán)境不一致。我們稱這兩種粒子的結(jié)構(gòu)基元為
晶體的點(diǎn)陣兩個粒子
種類相同、但化學(xué)環(huán)境不同的粒子必須全部包含在結(jié)構(gòu)基元中。結(jié)構(gòu)基元為晶體的點(diǎn)陣兩個粒子
兩種不同的晶體可能具有同一點(diǎn)陣
點(diǎn)陣更具有代表性兩種不同的晶體可能具有同一點(diǎn)陣點(diǎn)陣更結(jié)構(gòu)基元為一一兩個粒子結(jié)構(gòu)基元為一一兩個粒子
晶體
點(diǎn)陣晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)基元為一一兩個粒子結(jié)構(gòu)基元為一一兩個粒子
晶體
點(diǎn)陣晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)基元為一一兩個粒子
晶體
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)基元為一一兩個粒子晶這是完全不同的兩種晶體
它們具有完全相同的點(diǎn)陣
這是完全不同的兩種晶體它們具有完全相同的點(diǎn)陣
可見用點(diǎn)陣去研究晶體粒子的排列規(guī)律和晶體的對稱性更具有代表性。
可見用點(diǎn)陣去研究晶體粒子的排列
在點(diǎn)陣中可以找到8個頂點(diǎn)均為點(diǎn)陣點(diǎn)的平行六面體。
下面的討論圍繞如何認(rèn)清點(diǎn)陣中點(diǎn)陣點(diǎn)的排列規(guī)律展開。在點(diǎn)陣中可以找到8個頂點(diǎn)均這種平行六面體稱為空間點(diǎn)陣的點(diǎn)陣單位
這種平行六面體稱為空間點(diǎn)陣的點(diǎn)陣單位
點(diǎn)陣單位并不是唯一的,圖中的B,C
和D
均屬于這樣的平行六面體
點(diǎn)陣單位并不是唯一的,圖中的
A只在頂點(diǎn)處有點(diǎn)陣點(diǎn),因而A
只含有1個點(diǎn)陣點(diǎn)。
A只在頂點(diǎn)處有點(diǎn)陣點(diǎn),因而A只
只含有1個點(diǎn)陣點(diǎn)的平行六面體點(diǎn)陣單位稱為點(diǎn)陣的素單位。
只含有1個點(diǎn)陣點(diǎn)的平行六面體B
含有個點(diǎn)陣點(diǎn)。
C
含有個點(diǎn)陣點(diǎn)。
兩
兩
D
含有個點(diǎn)陣點(diǎn)。
4B含有個點(diǎn)陣點(diǎn)。C含有
含有1個以上點(diǎn)陣點(diǎn)的平行六面體點(diǎn)陣單位稱為點(diǎn)陣的復(fù)單位。
含有1個以上點(diǎn)陣點(diǎn)的平行六面
晶體
點(diǎn)陣晶體點(diǎn)陣
晶體
點(diǎn)陣的復(fù)單位晶體點(diǎn)陣的復(fù)單位
晶體
點(diǎn)陣的復(fù)單位晶體點(diǎn)陣的復(fù)單位
將一種素單位上下、左右、前后無限多地并置起來形成空間格子或晶格。
素單位不止一種,所以晶格的形式也有多種。
但一種晶體的點(diǎn)陣是唯一的。將一種素單位上下、左右、前素
晶格和點(diǎn)陣都可以很好地表示晶體的空間結(jié)構(gòu)規(guī)律:
點(diǎn)陣以點(diǎn)表示這種規(guī)律,
而晶格是以直線網(wǎng)格表示這種規(guī)律。
晶格和點(diǎn)陣都可以很好地點(diǎn)陣以
根據(jù)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),即晶體所具有的特征對稱元素,晶體可以分成7種不同的晶系。1.3.3晶系和點(diǎn)陣型式1.七個晶系根據(jù)晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),即晶1.3.3
例如將具有4條3重對稱軸的歸為一類,稱為立方晶系。
這4條3重軸就是立方晶系的特征對稱元素。
例如將具有4條3重對稱軸的1立方晶系
4
條3重對稱軸
晶系名稱特征對稱元素
3四方晶系1條4重對稱軸或
2個互相垂直對稱面2六方晶系1條6重對稱軸1立方晶系4條3重對稱軸4三方晶系1條3重對稱軸
晶系名稱特征對稱元素
6單斜晶系
1條2重軸或
1個對稱面
7三斜晶系無5正交晶系3條互相垂直2重軸4三方晶系1條3重對稱軸
整個空間點(diǎn)陣可以看成是由平行六面體點(diǎn)陣單位并置而成的。
空間點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)可以由點(diǎn)陣單位表示出來。
2.14種空間點(diǎn)陣型式整個空間點(diǎn)陣可以看成是由平行
但是同一個空間點(diǎn)陣可以有多種點(diǎn)陣單位。
晶體學(xué)理論證明能夠全面且直觀地表示出整個空間點(diǎn)陣特性的最小平行六面體點(diǎn)陣單位只有14種類型。但是同一個空間點(diǎn)陣可以有多種體心立方面心立方簡單立方
這就是14種點(diǎn)陣型式體心立方面心立方簡單立方這就是14種點(diǎn)陣型簡單四方
體心四方簡單四方體心四方簡單正交體心正交面心正交底心正交簡單體心面心底心簡單三斜簡單單斜底心單斜簡單簡單底心簡單六方菱面體簡單六方菱面體
有時也將這14
種平行六面體的每一種,稱為相對應(yīng)的點(diǎn)陣型式的一個晶格。
實(shí)際晶體是形形色色的,但就其點(diǎn)陣型式而言,只有14種。
有時也將這14種平行六面體
這就是從空間點(diǎn)陣以及點(diǎn)陣型式入手研究晶體的意義之所在。
這14種晶格與7種晶系之間的關(guān)系,還有些復(fù)雜細(xì)節(jié),有待后續(xù)的結(jié)構(gòu)化學(xué)課程進(jìn)一步探討。
這就是從空間點(diǎn)陣以及點(diǎn)陣型式
描述晶格的特征要用平行六面體的
3
個棱長a,b,c及其之間的夾角,,。
a,b,c;,,
稱為晶格常數(shù)。描述晶格的特征要用平行a
其中a和b
的夾角為,a和c
的夾角為,b和c
的夾角為。c
b
a其中a和b的夾角為,a和c
各晶系晶格常數(shù)的特征、獨(dú)立的晶格常數(shù)見下表所示。
這6個晶格常數(shù)并非都是獨(dú)立的。各晶系晶格常數(shù)的特征、獨(dú)這2四方晶系a=b≠c
a,c
==
=90°3正交晶系a≠b
≠c
a,b,c
==
=90°
晶系名稱晶格常數(shù)特征獨(dú)立晶格常數(shù)1立方晶系a=b=c
a
===90°2四方晶系a=b≠c4六方晶系a=b≠ca,c
==90°=120°5三方晶系a=b=ca,
==
≠90°
晶系名稱晶格常數(shù)特征獨(dú)立晶格常數(shù)6單斜晶系a≠b≠ca,b,c,
==90°
≠90°7三斜晶系a≠b≠ca,b,c
≠
≠
≠90°,,4六方晶系a=b≠c
上面討論的點(diǎn)陣單位是晶體所屬點(diǎn)陣的代表。
在點(diǎn)陣單位的每個點(diǎn)陣點(diǎn)上以相同的方式安置晶體的結(jié)構(gòu)基元,即可得到實(shí)際晶體的代表——晶胞。
6.1.3晶胞上面討論的點(diǎn)陣單位是晶體所屬
晶胞平行六面體的
3
個棱長a,b,c及其之間的夾角,,稱為晶胞常數(shù)。
晶胞常數(shù)與前面講的晶格常數(shù)基本一致。晶胞平行六面體的3個棱長
一個晶格NaCl晶胞
安置NaCl結(jié)構(gòu)基元一個晶格NaCl晶胞安置NaCl結(jié)
一個晶格CsCl晶胞安置CsCl結(jié)構(gòu)基元一個晶格CsCl晶胞安置CsCl結(jié)構(gòu)基元一個晶格ZnS晶胞安置ZnS結(jié)構(gòu)基元一個晶格ZnS晶胞安置ZnS結(jié)構(gòu)基元
數(shù)量巨大的點(diǎn)陣單位無隙并置起來,得到點(diǎn)陣。
而數(shù)量巨大的晶胞無隙并置起來,則得到晶體。
數(shù)量巨大的點(diǎn)陣單位無隙并置而
面心立方NaCl的點(diǎn)陣類型為面心立方NaCl的點(diǎn)陣類型為
如圖是CsCl的一個晶胞如圖是CsCl的一個晶胞CsCl的點(diǎn)陣類型為簡單立方。簡單立方也稱為立方素格。CsCl的點(diǎn)陣類型為簡單立方。簡單立方也
如圖是ZnS的一個晶胞如圖是ZnS的一個晶胞ZnS的點(diǎn)陣類型為面心立方ZnS的點(diǎn)陣類型為面心立方
晶胞或晶體的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)要通過其空間點(diǎn)陣加以討論。晶胞或晶體的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)要
判斷晶胞類型要觀察點(diǎn)陣中點(diǎn)陣點(diǎn)的分布情況。
如果面對一晶體進(jìn)行判斷,則要找到結(jié)構(gòu)基元,將晶體抽象成點(diǎn)陣,再選出合理的點(diǎn)陣單位,進(jìn)行判斷。判斷晶胞類型要觀察點(diǎn)陣中點(diǎn)如
確定結(jié)構(gòu)基元,很重要,很難。不難。很難。確定結(jié)構(gòu)基元,很重要,很難。不難。很難?!稛o機(jī)化學(xué)》精編版課件
確定結(jié)構(gòu)基元,確定晶胞是實(shí)際工作中極其復(fù)雜的一步。確定結(jié)構(gòu)基元,確定晶胞是實(shí)際
使用單晶衍射儀測定結(jié)構(gòu),要合成出大單晶——40m左右。
現(xiàn)在可以使用高級的X射線單晶衍射儀測定并繪制出結(jié)構(gòu)基元和晶胞。使用單晶衍射儀測定結(jié)構(gòu),要合成1.4酸堿理論
酸使石蕊變紅,有酸味堿使石蕊變藍(lán),有澀味
最初階段,人們從一些簡單性質(zhì)上認(rèn)識酸堿
當(dāng)酸堿相混合時,性質(zhì)消失1.4酸堿理論酸
后來人們從組成上認(rèn)識酸堿
當(dāng)氧元素發(fā)現(xiàn)后認(rèn)為酸中一定含有氧元素;
鹽酸等無氧酸的發(fā)現(xiàn),又使人們認(rèn)識到酸中一定含有氫元素。后來人們從組成上認(rèn)識酸堿當(dāng)
稀溶液依數(shù)性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,在1dm30.1mol?dm-3的蔗糖溶液中,能獨(dú)立發(fā)揮作用的溶質(zhì)的粒子是0.1mol。1.4.1阿侖尼烏斯理論稀溶液依數(shù)性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表1.4.1
但是對于電解質(zhì)溶液,情況則有所不同。
以
KCl溶液為例,在
1dm3濃度為
0.1mol?dm-3的溶液中,發(fā)揮作用的粒子并不是
0.1mol
,也不是
0.2mol,而是
0.192mol。但是對于電解質(zhì)溶液,情況則有
隨
KCl濃度的不同,這種倍數(shù)關(guān)系呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化
即發(fā)揮作用的粒子數(shù)是0.1mol的1.92倍。0.100.050.010.0050.001
倍數(shù)
1.921.941.97
1.98
1.99
[KCl]mol?dm-3隨KCl濃度的不同,這種倍數(shù)
數(shù)據(jù)既說明
KCl在水溶液中發(fā)生解離,又說明這種解離是不完全的。
理由是倍數(shù)小于2。0.100.050.010.0050.001
倍數(shù)
1.921.941.97
1.98
1.99
[KCl]mol?dm-3數(shù)據(jù)既說明KCl在水溶液中發(fā)生KCl
水溶液的導(dǎo)電性,說明解離的產(chǎn)物是離子。解離的方式是
以上是1887年阿侖尼烏斯提出電離學(xué)說時的觀點(diǎn)。KClK++Cl-
KCl水溶液的導(dǎo)電性,說明解
阿侖尼烏斯的電離學(xué)說,使人們對酸堿的認(rèn)識發(fā)生了一個質(zhì)的飛躍。
電離學(xué)說明確地給出了酸堿的定義:酸解離產(chǎn)生的正離子全部是
H+
堿解離產(chǎn)生的負(fù)離子全部是
OH-
阿侖尼烏斯的電離學(xué)說,使人們對
電離學(xué)說進(jìn)一步從平衡角度找到了比較酸堿強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn),即解離平衡常數(shù)。
HAcH++Ac-
K
a=1.810-5HF
H++F-K
a=6.310-4
數(shù)據(jù)表明HF的酸性比HAc的強(qiáng)些。電離學(xué)說進(jìn)一步從平衡角度HAc
阿侖尼烏斯理論在水溶液中是成功的。但其在非水體系中的適用性,卻受到了挑戰(zhàn)。阿侖尼烏斯理論在水溶液中
試比較下列反應(yīng)NaNH2+NH4Cl=NaCl
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