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無機化學學習指導 版權信息
- ISBN:9787030572301
- 條形碼:9787030572301 ; 978-7-03-057230-1
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
無機化學學習指導 本書特色
與《無機化學(第二版)》配套,并附有期末考試題和研究生入學考試題
無機化學學習指導 內容簡介
本指導書的內容涵蓋了"無機化學"教材涉及的所有內容,即包括第1章緒論;第2章原子結構;第3章分子結構與化學鍵理論;第4章化學反應基本原理;第5章固體結構;第6章溶液化學;第7章元素通論;第8章非金屬元素;第9章非過渡金屬元素;第10章過渡金屬元素;第11章鑭系和錒系元素。
無機化學學習指導 目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 本章主要內容回顧 1
1.1.1 理想氣體狀態方程 1
1.1.2 分壓、分體積 1
1.2 建議學時和學習要求 2
1.2.1 建議學時 2
1.2.2 學習要求 2
1.2.3 重點和難點 2
1.3 擴展知識點 2
1.3.1 實際氣體的狀態方程——范德華方程 2
1.3.2 氣體擴散定律 4
1.3.3 氣體的液化 4
1.3.4 其他聚集態 6
1.3.5 無機化學的分支學科 8
1.4 例題與解析 9
1.5 部分習題解答 13
第2章 原子結構 16
2.1 本章主要內容回顧 16
2.1.1 核外電子的運動狀態及描述方法 16
2.1.2 多電子原子的電子層結構 18
2.1.3 原子結構與元素周期性 20
2.2 建議學時和學習要求 21
2.2.1 建議學時 21
2.2.2 學習要求 21
2.2.3 重點和難點 21
2.3 擴展知識點 22
2.3.1 氫原子波函數的圖形 22
2.3.2 屏蔽系數σ的經驗估算方法 24
2.4 例題與解析 24
2.5 部分習題解答 29
第3章 分子結構與化學鍵理論 36
3.1 本章主要內容回顧 36
3.1.1 共價鍵相關理論 36
3.1.2 鍵參數 38
3.1.3 分子間作用力與氫鍵 39
3.2 建議學時和學習要求 40
3.2.1 建議學時 40
3.2.2 學習要求 40
3.2.3 重點和難點 41
3.3 擴展知識點 41
3.3.1 原子軌道和分子軌道的對稱性 41
3.3.2 分子軌道中的“對稱性匹配原則” 43
3.3.3 異核雙原子分子的分子軌道排布 44
3.3.4 氫鍵在生命體中的作用 45
3.4 例題與解析 45
3.5 部分習題解答 50
第4章 化學反應基本原理 56
4.1 本章主要內容回顧 56
4.1.1 化學熱力學 56
4.1.2 化學平衡 58
4.1.3 化學動力學 60
4.2 建議學時和學習要求 61
4.2.1 建議學時 61
4.2.2 學習要求 61
4.2.3 重點和難點 62
4.3 擴展知識點 62
4.3.1 不同過程下體積功的計算方法 62
4.3.2 水合離子的標準摩爾生成焓和生成自由能、標準熵 64
4.3.3 熵在統計學意義上的微觀實質 66
4.3.4 反應物濃度與時間的定量關系 67
4.3.5 酶催化反應 70
4.4 例題與解析 71
4.5 部分習題解答 81
第5章 固體結構 102
5.1 本章主要內容回顧 102
5.1.1 晶體的結構特征和類型 102
5.1.2 金屬鍵和金屬晶體 102
5.1.3 離子鍵和離子晶體 103
5.1.4 原子晶體和分子晶體 104
5.2 建議學時和學習要求 105
5.2.1 建議學時 105
5.2.2 學習要求 105
5.2.3 重點和難點 105
5.3 擴展知識點 105
5.3.1 晶體結構的測定 105
5.3.2 晶體的缺陷 106
5.4 例題與解析 108
5.5 部分習題解答 111
第6章 溶液化學 115
6.1 本章主要內容回顧 115
6.1.1 溶液的性質 115
6.1.2 酸堿平衡 115
6.1.3 沉淀溶解平衡 118
6.1.4 配合物與配位平衡 119
6.1.5 氧化還原平衡 120
6.2 建議學時和學習要求 122
6.2.1 建議學時 122
6.2.2 學習要求 122
6.2.3 重點和難點 123
6.3 擴展知識點 123
6.3.1 強電解質溶液的理論簡介 123
6.3.2 人體中的緩沖體系 124
6.3.3 酸堿指示劑 125
6.3.4 電解 126
6.3.5 化學電源 127
6.3.6 金屬的電化學腐蝕及防腐 132
6.4 例題與解析 133
6.5 部分習題解答 150
第7章 元素通論 168
7.1 本章主要內容回顧 168
7.1.1 周期表中元素的分類 168
7.1.2 非金屬元素通論 168
7.1.3 金屬元素通論 171
7.2 建議學時和學習要求 173
7.2.1 建議學時 173
7.2.2 學習要求 173
7.2.3 重點和難點 173
7.3 擴展知識點 173
7.3.1 金屬還原過程的熱力學 173
7.3.2 金屬的提煉 174
7.4 例題與解析 176
7.5 部分習題解答 178
第8章 非金屬元素 182
8.1 本章主要內容回顧 182
8.1.1 硼、碳和硅 182
8.1.2 氮、磷和砷 183
8.1.3 氧、硫、硒和碲 186
8.1.4 鹵素 188
8.1.5 稀有氣體 189
8.2 建議學時和學習要求 190
8.2.1 建議學時 190
8.2.2 學習要求 190
8.2.3 重點和難點 190
8.3 擴展知識點 191
8.3.1 石墨烯材料 191
8.3.2 單晶硅材料 192
8.3.3 多氮化合物 193
8.3.4 含氟超強酸 193
8.4 例題與解析 194
8.5 部分習題解答 200
第9章 非過渡金屬元素 215
9.1 本章主要內容回顧 215
9.1.1 堿金屬和堿土金屬 215
9.1.2 鋁分族金屬 216
9.1.3 鍺分族金屬 217
9.1.4 銻分族金屬 219
9.1.5 銅族金屬 220
9.1.6 鋅族金屬 223
9.2 建議學時和學習要求 226
9.2.1 建議學時 226
9.2.2 學習要求 226
9.2.3 重點和難點 227
9.3 擴展知識點 227
9.3.1 金納米粒子的研究進展 227
9.3.2 銅離子熒光探針研究進展 228
9.3.3 鋅離子熒光分子探針研究進展 229
9.4 例題與解析 229
9.5 部分習題解答 238
第10章 過渡金屬元素 247
10.1 本章主要內容回顧 247
10.1.1 配合物的結構和異構現象 247
10.1.2 配合物的晶體場理論 248
10.1.3 3d過渡金屬 249
10.2 建議學時和學習要求 254
10.2.1 建議學時 254
10.2.2 學習要求 254
10.2.3 重點和難點 255
10.3 擴展知識點 255
10.3.1 手性配合物 255
10.3.2 磁性材料 256
10.3.3 合金材料 258
10.3.4 超導材料 258
10.4 例題與解析 260
10.5 部分習題解答 267
第11章 鑭系和錒系元素 278
11.1 建議學時和學習要求 278
11.1.1 建議學時 278
11.1.2 學習要求 278
11.2 擴展知識點 278
11.2.1 稀土元素的分離技術 278
11.2.2 新型有機-無機稀土雜化發光材料的研究 279
11.3 例題與解析 282
11.4 部分習題解答 283
第12章 化學新進展 286
12.1 建議學時和學習要求 286
12.1.1 建議學時 286
12.1.2 學習要求 286
12.2 擴展知識點 286
12.2.1 綠色化學——使用AlkyClean催化劑生產烷基化油 286
12.2.2 生命中的化學——青蒿素研究進展 287
12.2.3 新材料與化學——MOFs材料在廢水處理中的應用 287
12.2.4 新能源與化學——車用乙醇汽油的應用 288
12.2.5 納米技術與化學——納米氧化鋯材料 288
無機化學(上)期末模擬考試題 289
無機化學(下)期末模擬考試題 295
研究生入學模擬考試題 300
無機化學學習指導 節選
第 1 章 緒 論 1.1 本章主要內容回顧 1.1.1 理想氣體狀態方程 理想氣體的溫度、壓力和體積之間存在如下關系式,稱為理想氣體狀態方程。 式中:p 為氣體壓力;V 為氣體體積;n 為氣體的物質的量;R 為摩爾氣體常量;T 為熱力學溫度;m 為氣體質量;M 為氣體的相對分子質量。因此,已知理想氣體的任意三個物理量, 就可通過式(1.1)求算第四個物理量。 1.1.2 分壓、分體積 1. 分壓 組分氣體 B 在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時所產生的壓力稱為該組分氣體 B 的分壓,用符號 pB 表示。任何組分氣體 B 均滿足理想氣體狀態方程,即 pBV = nBRT (1.2) 式中:pB 為組分氣體 B 的分壓;nB 為組分氣體 B 的物質的量;V 為混合氣體的總體積;R 為摩爾氣體常量;T 為混合氣體的熱力學溫度。 2. 道爾頓分壓定律 在溫度恒定下,混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和,此結論稱為道爾頓分壓定律。將分壓與總壓相除,可推導出 式中:xB 為組分 B 的摩爾分數,則 pB = xB p (1.4) 3. 分體積 混合氣體中組分 B 的分體積 VB 是指該組分單獨存在,并具有與混合氣體相同溫度(T)和壓力(p)時所占有的體積,其狀態方程表示為 pVB = nBRT (1.5) 4. 分體積定律 理想混合氣體的總體積等于各組分氣體分體積之和,這就是分體積定律。將分體積與總體積相除,可推導出 式中:B 為組分氣體 B 的體積分數,代入分壓公式得 計算時常用的重要公式: 上述公式使用的前提是混合前后組分氣體的 nB 不變。 1.2 建議學時和學習要求 1.2.1 建議學時 對于化學(師范)專業建議 2 學時,其他非化學專業也建議 2 學時。 1.2.2 學習要求 (1)學會應用理想氣體狀態方程計算氣體的質量、物質的量、體積、壓力、溫度等物理量。 (2)掌握分壓、分體積的概念及相關物理量的計算,如 pB、VB、nB、p、V、mB 等。 1.2.3 重點和難點 有關組分氣體的分壓、分體積、總壓、總體積等物理量的計算。 1.3 擴展知識點 1.3.1 實際氣體的狀態方程——范德華方程 氣體由于分子本身的體積和分子間作用力不能忽略,當體系壓力升高和溫度降低時,其 性質與理想氣體偏差越來越大。圖1.1中,虛線代表理想氣體,隨著壓力p的增大,其 pV/nRT 值是不變的。而實際氣體如 H2、CH4、N2 和 CO2 卻發生變化。 1873 年,荷蘭科學家范德華(van der Waals)針對引起偏差的主要原因,在引入分子自身 體積和分子間引力因素的影響下推出了實際氣體狀態方程,其數學表達式為 圖 1.1 幾種氣體的 pV/nRT-p(200 K)曲線 式中:p 和 V 分別為實際氣體的壓力和體積;Vm 為氣體的摩爾體積;n 為氣體物質的量;a 為常數,是考慮了壓力效應的校正因子,與氣體分子間的引力作用有關,其單位為 Pa?m6?mol.2 或 L2?kPa?mol.2;b 也為常數,是考慮了分子體積效應的校正因子,與氣體分 子自身體積大小有關,其單位為 m3?mol.1 或 L?mol.1。將式(1.11)與理想氣體狀態方程進行比較得出 式(1.13)是氣體分子體積引起的修正。設 1 mol 氣體的體積為 b,其自身占據的空間不能再被其他分子進入,則 n mol 氣體占據的體積 nb 需要被扣除。式(1.14)是氣體分子間作用力引起的修正。因分子間的吸引作用會減弱其對器壁的碰撞作用,使實測壓力小于按理想氣體推測出的壓力。由于氣體分子對器壁的碰撞是彈性的,碰撞產生的壓力與氣體的濃度 n/V 成 正比;同樣,分子間的吸引作用也導致實測壓力減小,減小的壓力也與氣體的濃度 n/V 成正比,所以壓力的校正項為 a(n/V)2。 表 1.1 給出了某些氣體的范德華常數 a 和 b 值。 表 1.1 某些氣體的范德華常數 范德華方程一般用來處理與理想氣體偏差較大、沸點較高的實際氣體,如 Cl2、SO2、CO2等。對于沸點較低的氣體,如 H2、O2 等,在常溫常壓下與理想氣體偏差不大,一般僅 1%左 右,可以用理想氣體狀態方程進行計算。 1.3.2 氣體擴散定律 1831 年,英國物理學家格拉罕姆(Graham)指出:同溫同壓下不同氣體的擴散速率與氣體密度的平方根成反比,這就是氣體擴散定律。其數學表達式為 式中:U1、ρ1 和 M1 分別為**種氣體的擴散速率、密度和相對分子質量;U2、ρ2 和 M2 分別為第二種氣體的擴散速率、密度和相對分子質量。 由氣體擴散方程可以看出,較輕的氣體(M 較小)比較重氣體(M 較大)的擴散速率快。 1.3.3 氣體的液化 1. 氣體液化的條件 氣體變為液體的過程稱為液化。任何氣體必須在降低溫度或同時增加壓力的條件下才能液化。那么,使氣體液化的兩個條件是否需同時具備呢?實驗證明,單純降溫可使氣體液化,但單純加壓則不行。 2. 臨界溫度、臨界壓力和臨界體積 當把溫度降低到一定數值,然后加壓力即可實現氣體的液化,即在這個溫度以上,無論加多大的壓力,氣體均不能液化,這個溫度稱為臨界溫度(Tc)。在臨界溫度條件下,使氣體液化所需的*小壓力稱為臨界壓力(pc)。在臨界溫度和臨界壓力下,1 mol 氣態物質所占有的體積稱為臨界體積(Vmc)。 一般情況下,非極性分子(He、H2、N2、O2 等)之間由于吸引力很小,則臨界溫度很低,難以液化;而強極性分子(如 H2O、NH3 等)因具有較大的分子間作用力,臨界溫度較高,比較容易液化。 3. 臨界點物質的特性 當氣態物質處于臨界點時,氣體和液體之間的性質差異將消失,兩者之間的界面也將消失。處于臨界點的物質既具有氣體的性質,又具有液體的性質。它基本上仍是一種氣體,但 又不同于一般氣體,是一種稠密的氣態,其密度比一般氣體大兩個數量級,與液體相近。但 它的黏度比液體小,擴散速率比液體快(約兩個數量級),所以有較好的流動性和傳遞性能。它的介電常數隨壓力而急劇變化(如介電常數增大有利于溶解一些極性大的物質)。 4. 超臨界狀態 溫度及壓力均處于臨界點以上的液體稱為超臨界流體。圖 1.2 中的方格框區域即為超臨界 CO2 流體區域。 圖 1.2 CO2 的相圖 由于 CO2 的臨界溫度較低(31.06℃),臨界壓力也不高(7.38 MPa),且無毒、無臭、無公 害,所以在工業應用中常使用 CO2 超臨界流體萃取法進行物質的分離。例如,用超臨界 CO2從咖啡豆中除去咖啡因;從煙草中脫除尼古丁;從大豆或玉米胚芽中分離甘油酯;對花生油、棕櫚油、大豆油脫臭等。又如,從紅花中提取紅花甙及紅花醌甙(它們是治療高血壓和肝病的有效成分);從月見草中提取月見草油(它們對心血管病有良好的療效)等。使用超臨界技術的唯一缺點是涉及高壓系統,大規模使用時對工藝過程和技術的要求高、設備費用大。但由于它優點很多,仍受到重視。圖 1.3 為 CO2超臨界流體萃取工藝流程圖。 圖 1.3 CO2超臨界流體萃取工藝流程圖 當水的溫度和壓力升高到臨界點(T = 374.3℃,p=22.05 MPa)以上時,就處于一種既不同于氣態也不同于液態的新流體態——超臨界態,該狀態的水稱為超臨界水。因其具有非常強的極性,可以溶解極性極低的芳烴化合物及各種氣體(氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳等),能夠促進擴散控制的反應速率,具有重要的工程意義。例如,將有機廢水或廢氣通入超臨界水進行氧化反應,可以使一些難分解的有機廢物被完全降解成二氧化碳、氮氣、水,以及可以從水中分離的無機鹽等無毒的小分子化合物,達到凈化水或去除廢氣的目的。 1.3.4 其他聚集態 1. 液晶 液晶是介于液體和晶體之間的各向異性的流體。液晶像液體一樣具有流動性,但由于其分子排列具有一定的規律,即有序排列,所以又像晶體那樣表現出各向異性的特征。液晶物質受熱溫度升高至一定值時就變為各向同性的液體,而降低溫度至一定值時,又可轉變為晶體。 液晶類化合物對光、電、磁及熱等都極為敏感,只要接收極低的能量就可引起分子排列順序的變化,從而產生光-電、電-光、熱-光等一系列物理效應,利用這些效應就能設計出各種液晶顯示器。 *早發現的液晶物質是膽甾醇苯甲酸酯,由奧地利植物學家萊尼茨爾在加熱膽固醇苯甲酸酯時發現,其結構如圖 1.4 所示。 液晶顯示材料具有明顯的優點:驅動電壓低、功耗微小、可靠性高、顯示信息量大、彩色顯示、無閃爍、
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