现代无机合成技术
姓名：杨芳芳
学号： 141320133
所属学院：化学学院
专业：物理化学
班级：化学2班
导师：王野
2015 年1 月5 日
纳米TiO2的性能、应用及其制备方法综述
摘要：纳米TiO2具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能，在光催化剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景。同时它也是一种新型的无机功能材料，显示出很多传统二氧化钛所不具备的奇异的性能，在光电转换和光催化方面有广阔的应用前景，其制备以及应用已经成为材料研究的热点之一。本文对有关纳米TiO2的性能、应用及制备方法研究进行了综述。
关键字：纳米TiO2、性能、应用、制备
一、简介：
纳米二氧化钛：亦称纳米钛白粉。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在100纳米以下，其外观为白色疏松粉末。具有抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化功效，可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。
二、分类：
①、按照晶型可分为:金红石型纳米钛白粉和锐钛型纳米钛白粉。
②、按照其表面特性可分为:亲水性纳米钛白粉和亲油性纳米钛白粉。
③、按照外观来分有，粉体和液体之分，粉体一般都是白色液体有白色和半透明状。
三、纳米TiO2的性能
纳米TiO2除了具有与普通纳米材料一样的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等外，还具有其特殊的性质，尤其是催化性能。
3.1基本物化特性
纳米TiO2有金红石、锐钛矿和板钛矿3种晶型。金红石和锐钛矿属四方晶系，板钛矿属正交晶系，一般情况下，板钛矿在650℃转变为锐钛矿，锐钛矿915℃转变为金红石，结构转变温度与TiO2颗粒大小、含杂质及其制备方法有关，颗粒愈小，转变温度愈低，锐钛型纳米TiO2向金红石型转变的温度为600℃或低于此温度，纳米TiO2化学性能稳定，常温下几乎不与其它化合物反应，不溶于水、稀酸，微溶于碱和热硝酸，不与空气中CO2、SO2、O2等反应，具有生物惰性和
热稳定性，无毒性[1]。
3.2光催化性
利用有些半导体材料对有机污染物进行光催化降解，最终使其生成无毒、无味的CO2、H2O和一些简单的无机物，正在成为环保领域的一项工业化技术。纳米TiO2是一种n型半导体材料，禁带宽度较宽，其中锐钛型为3.2 eV,金红石型为3.0eV，当它吸收了波长小于或等于387.5nm的光子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子e-，同时在价带上产生带正电的空穴h+，吸附在TiO2表面的氧俘获电子形成?O2-，而空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强氧化性的?OH，反应生成的原子氧、氢氧自由基都有很强的化学活性，氧化降解大多数有机污染物,同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的有机物质中的电子，使原本不吸收光的物质被直接氧化分解，这两种氧化方式可能单独起作用也可能同时起作用，对于不同的物质两种氧化方式参与作用的程度有所不同[2]。此外，许多有机物也被直接氧化降解，这为消除环境污染、污水处理开辟了一条新路。
3.3超亲水性
近几年来,有许多关于将二氧化钛光催化剂固定与玻璃、墙面砖和卫生洁具等物品表面，从而使它们具有杀菌、自洁净、光催化降解污物等功能的研究。已有研究表明,薄膜在光照下的亲水性对二氧化钛光催化表面的自洁净、易清洗等性能具有十分重要的影响。当水在二氧化钛薄膜表面的接触角小于150时具有高的水流动性，小于100时有自清洁效果，小于70时有防霉效果[3]。因而有关这方面的研究工作越来越多。FUJISHIMA课题组发现当二氧化钛薄膜在紫外光照射下，水在二氧化钛薄膜表面的润湿角逐渐下降到00，他们把这种现象称为二氧化钛薄膜超亲水性。
四、纳米TiO2的制备方法
目前，纳米TiO2的制备方法很多，一般可以分为物理法和化学法。
4.1物理法
常用的物理法有气相冷凝法、粉碎法和真空冷凝法。气相冷凝法是通过多种方法使物质挥发成气相，并经过特殊工艺冷凝成核得到纳米粉体。由于使材料气化的方法有很多种，因此气相冷凝法的工艺也千差万别。在气化和冷凝过程中须有
保护性气氛，可以通过控制蒸发和冷凝的工艺条件来控制粉体的粒径。气相蒸发沉积法、溅射法、蒸发-凝聚法、等离子法都是气相冷凝制备纳米粉体的重要方法。该方法制备的粉体纯度高，颗粒大小分布均匀，尺寸可控，适于生产高熔点纳米金属粒子或纳米颗粒薄膜。粉碎法，是利用球磨机转动和振动时的巨大能量，将原料粉碎为细小颗粒。其制备纳米粉体的优点是工艺简单，易实现连续生产，并能制备出高熔点的金属和合金材料，缺点是其对设备要求很高，而且颗粒大小不均匀，容易引入杂质。真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点是纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。
4.2化学法
4.2.1气相法
① TiCl4氢氧火焰水解法
该方法最初是由德国迪高沙(Degussa)公司开发。其所用原料是TiCl4、H2和O2，是将TiCl4气体导入高温的氢氧火焰中进行气相水解.所得到的晶体类型一般是锐钛型和金红石型的混晶型。优点是，产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小，且过程较短，自动化程度高。不足之处就是过程温度较高，腐蚀严重，设备材质要求较严，对工艺参数控制要求精确。因此产品成本较高，一般厂家难以承受。主要用于电子材料、催化荆和功能陶瓷等方面，且该工艺已经成熟。
②TiCl4气相氧化法[4]
该方法用的原料是TiCl4和O2，利用N2携带TiCl4蒸气，预热到435℃后经套管喷嘴的内管进入高温管式反应器，O2预热到870℃后经套管喷嘴的外管也进入反应器，TiCl4和O2在900℃---1400℃下反应生成的纳米TiO2微粒经粒子捕集系统，实现气固分离。该工艺目前关键是要解决喷嘴和反应器的结构设计及TiO2粒子遇冷壁结疤且粒径难以控制的问题。其优点是自动化程度高，可制备优质的粉体。
③钛醇盐气相水解法[5]
该工艺最早是由美国麻省理工学院开发成功的，可以用来生产单分散的球形纳米TiO2。该工艺已经在日本曹达公司实现了工业化，主要是利用氮气、氧气或
空气作载气，把钛醇盐蒸气和水蒸气分别导入反应器，瞬间混合和快速水解。通过改变反应区内各蒸汽的停留时间、浓度、流速、物质的量比以及反应温度等来调节纳米TiO2的粒径和形状。用该法制的纳米TiO2粉体纯度高、分散性好、团聚少、表面活性大，特别适用于精细陶瓷、催化剂材料、电子材料。该法是目前气相法制造纳米TiO2中使用最多的方法.该工艺的特点是操作温度较低、能耗小，对材质要求不高，并可以连续化生产。但工艺过程需瞬间完成，要求反应物料在极短的时间内达到微观上的均匀混合。因此，对反应器的类型、加热方式、进料方式均有很高的要求。
④钛醇盐热裂解法
该工艺以钛醇盐为原料，氮气、氦气或氧气经纯化后携带醇盐蒸气，经喷嘴进入主反应器，以防止TiO2超细粒子在喷嘴上沉积堵住喷嘴，二者在主反应器进行热分解反应，另一路将汽化器出来的饱和反应气稀释以防止气流中钛醇盐在进入主反应器的途中冷凝析出。反应器出口物料经粒子捕集系统实现气固完全分离。用这种方法可生产出中球形非晶型超细TiO2，为提高分解反应速率，载气中最好含有水蒸气。为提高所生成超细TiO2的耐候性，可向热分解炉内同时导入易挥发的金属化物蒸气，使超细TiO2粉体制备和无机表面处理同时进行。
⑤惰性气体原位加压(IGC)法
此法以金属Ti为原料在铝蒸发器中电阻加热，蒸发后，送入的He气中，形成Ti微粒，并沉积在液态N2冷却棒上。然后将棒加热到室温，引入O2，Ti粉被氧化成纳米TiO2粉末，平均粒径12nm，主要是锐钛矿型，含少量金红石型。用聚四氟乙烯刮刀刮下，收集在成型模中，在1.4kPa压力下室温原位成型压制成一定形状的生坯，然后进行热压烧结或微波烧结成高密度的纳米TiO2陶瓷。气相法的反应速度快，能实现连续化生产，而且产品纯度高、分散性好、团聚少、表面活性大，特别适用于精细陶瓷材料、催化材料和电子信息材料，但气相法反应要在高温下瞬间完成，要求反应物料在极短的时间内达到微观上的均匀混合，对反应设备、加热、进料方式等都有很高的要求。目前气相法在我国还处于小试阶段，若实现工业化大生产，还要解决一系列工程和设备问题。但气相法制备纳米级TiO2的前景较好。
4.2.2 液相法
①TiCl4液相水解法
将TiCl4直接溶于去离子水中，稀释到一定浓度，在表面活性剂作用下，再通入NH3或NH3?H2O，TiCl4发生水解反应析出TiO2·nH2O。经过滤、洗涤、干燥和煅烧得TiO2微粉。可以向TiCl4稀释液中加适量醋酸、柠檬酸等抑制剂控制水解反应的速度，进而控制粒度及分布及反团聚。该法具有原料来源广泛、成本低廉、设备简单等优点，但是还存在TiCl4精制难、粉体的纯度低及粒径难以控制等问题。
②溶胶-凝胶法[6][7]
溶胶-凝胶法是上世纪80年代以来新兴的一种制备法，它能通过低温化学手段控制材料的显微结构，在材料合成领域具有极大的应用价值。近年来。溶胶-凝胶法被广泛采用于制备纳米TiO2。溶胶-凝胶法包括，溶胶的制备，溶胶，凝胶转化，凝胶的干燥和焙烧。该工艺以钛酸丁酯为原料，经水解、缩聚得溶胶，再经进一步缩聚得到凝胶，凝胶经过干燥得到纳米TiO2。在溶胶-凝胶法中，均匀稳定的溶胶是制备性能良好的光催化剂的先决条件。由于钛酸丁酯极易水解，甚至会吸收空气中少量的水分而发生水解，生成水合氧化钛沉淀，因此在溶胶的制备过程中，需要加入适量的酸来抑制其水解。其反应机理如下：
水解反应：Ti(OR)4+xH2O Ti(OR)(4-x)(OH)x+xROH…Ti(OH)4
缩聚反应：TiOH+HOTi TiOTi十H2O(失水缩聚)
TiOR+HOTi TiOTi+ROH(失醇缩聚)
溶剂化反应：Ti(OR)4+yROH Ti(OR)(4-y)(OR)y十yROH
溶胶-凝胶法避免了以无机盐为原料的阴离子污染问题，所以制得的超细TiO2粉体纯度好、分布均匀、分散性好、煅烧温度低、反应易控制、副反应少、工艺操作简，能适用于对粉料纯度要求高的领域但原料成本较高凝胶颗粒之间烧结性差干燥时收缩大易造成颗粒间的团聚。
③超临界CO2干燥法
该法是以溶胶-凝胶法为基础进一步处理。由于超临界流体具有极好的溶解特性液体间不存在气液相界面且不受表面张力或毛细管作用力的影响。该法在抽提溶剂和晶化的过程中不会因为存在表面张力作用而使凝胶网络结构塌陷和发生凝胶收缩团聚而使颗粒长大。具体过程是将溶胶凝胶法得到的湿凝胶放于高压釜
中根据试验所要求的温度、压力进行超临界CO2干燥。该法可制得大孔、高比表面积、高堆密度的纳米TiO2可克服干燥过程中超细TiO2颗粒间的团聚问题但该法工艺复杂产品成本较高需要干燥的时间过长。
④微乳液法[8]
该法制备纳米TiO2是近年来才发展起来的一种较有前途的方法。该法的制备原理是在表面活性剂作用下使两种互不相溶的溶剂形成一个均匀的乳液。通常是将两种反应物分别溶于组成完全相同的两份微乳液中然后在一定条件下混合发生反应再通过超速离心使超细微粉与微乳液分离再用有机溶剂除去附着在表面的油和表面活性剂最后干燥处理得超细TiO2。此法得到粒子纯度高、粒度小、可控而且分布均匀但很难制得稳定微乳液。此法的关键是制可控、稳定、微观尺寸均匀的微乳液而且需要降低成本和减轻团聚。因此微乳法工业化还要经历一段时间。
⑤水热合成法
该法是利用化合物在高温高压水溶液中的溶解度大、离子活度强、晶体结构转型等特殊性质在密闭的高压反应器中使前驱物在水热介质中溶解进而成核、生长形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒。水热法不必高温焙烧直接得到结晶良好的粉体TiO2避免了硬团聚。而且通过改变工艺条件可控制粉体粒径和晶型等特性故所得产品纯度高分散性好晶型好且颗粒大小可控但该法要高温高压过程故对设备的材质和安全要求较严、操作复杂而且产品成本较高。
⑥均匀沉淀法[9]
该法不是直接加入沉淀剂，而是加入某种物质(如尿素)，该物质并不直接与TiOSO4发生反应,而是通过它在溶液中的化学反应，缓慢均匀地释放出沉淀剂(如氨水)，沉淀剂再与TiOSO4进行沉淀反应，然后将沉淀物过滤、洗涤、热处理(约900℃)，即可得TiO2纳米颗粒。反应原理为：
CO (NH2)2+ 3H2O→CO2↑+ 2NH3·H2O
TiOSO4+2NH3·H2O→TiO (OH )2↓+(NH4)2SO4
TiO (OH)2→TiO2 (s) + H2O
该法得到的产品颗粒均匀、致密，便于过滤洗涤，是目前工业化看好的一种方法。据报道，韩国最近采用均匀沉淀法已成功地开发了一种常温下水解TiCl4制
备纳米TiO2的新工艺。
⑦超声化学法
该法是近几年发展起来的一种制备纳米金属化合物的方法，而且这种方法已经取得较理想的结果。该法是以钛酸四异丁酯、TiCl4等前驱体在水相发生水解，然后生成的中间体发生缩聚反应，生成凝胶体。超声作用可促进缩聚反应，在生成的凝胶体中由于空化效应可生成大量微小晶核，它们不断碰撞而长大，最后形成纳米级的TiO2,控制反应条件，可以制备出数纳米TiO2。该法能够有效地防止TiO2的团聚,并对固体表面形态、表面组成有重要的影响。液相法生产纳米TiO2，其优点是原料来源广泛、成本低、设备简单，较适用于大规模生产，但液相法造成物料局部浓度过高，粒子大小、形状不均，而且由于纳米粒子小，比表面积大，表面能极高，干燥和煅烧过程易引起粒子间的团聚，特别是硬团聚，使产品的分散性较差，影响产品的使用效果和应用范围。液相法可引入均相沉淀、微乳和高温水热技术来控制粒径的大小和粒度分布，还可引入冷冻干燥、共沸蒸馏、超临界干燥和表面处理等技术来减少颗粒之间的团聚。但是其能耗很高，设备复杂，所以在未来设计的新方法中尽量克服这些不利条件。只要严格控制工艺条件，就可以制得粒径小、粒度分布窄、分散性好的纳米TiO2。液相法中以TiCl4液相水解法最具发展潜力应加大研究力度和深度。
4.2.3固相法
该法用固态物料热分解或固-固反应进行的。它包括氧化还原法、热解法和反应法。比较常用的偏钛酸热解法制备纳米TiO2。该法工艺简单，操作易行，可批量生产，但制得的纳米TiO2粒径分布较宽。
五、纳米TiO2的应用
5.l光催化剂方面的应用
由于纳米TiO2的粒径小，表面分子比例高,比表面积、表面能及表面结合力大，表面活性中心多，催化效率高，且纳米TiO2对环境无二次污染，在污水净化、抗菌杀菌等方面具有十分广阔的应用前景。现已发现纳米TiO2能处理80多种有毒化合物，包括工业有毒溶剂、化学杀虫剂、防腐剂、染料及油污等；纳米TiO2对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄沙门氏菌、芽枝菌和曲霉菌等具有很强的杀菌能力[10]。纳米TiO
具有很强的“超亲水性”，在它的表面不易形成水珠，而且纳米TiO2
2
在可见光照射下可以对碳氢化合物作用。利用这样一个效应可以在玻璃、陶瓷和瓷砖的表面涂上一层纳米TiO2薄层，利用氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为CO2和O2同剩余的无机物一起可被雨水冲刷干净，从而实现自清洁功能。
5.2 在化妆品方面的应用
纳米TiO2无毒、无味，不分解、不变质，吸收紫外线能力强，对长波和中波均有屏蔽作用，且纳米TiO2自身为白色，可以随意着色，在防晒霜、粉底霜、口红、防晒摩丝等化妆品中得到广泛应用。在化妆品中添加的纳米TiO2，金红石型优于锐钛型而且纳米TiO2的粒径对紫外线的吸收能力和遮盖力影响很大，一般30-50nm粒径为最佳在作为防晒物质的应用中，为了封闭纳米TiO2的催化活性，提高耐候性、稳定性和分散性，需要对纳米TiO2进行表面处理。用无机物进行表面处理，可以封闭TiO2的光催化活性，提高耐候性与稳定性；用有机物进TiO2表面处理,可以改进TiO2在不同介质中的分散性[11]。
5.3 在光电转化方面的应用
将纳米TiO2制成覆盖于染料薄膜的半导体纳米TiO2多孔膜作为太阳能电池的工作电极，由染料承担吸收光和给出电荷的作用，半导体纳米TiO2多孔膜则承担支撑染料、接受激发态染料给出的电荷和传导电荷的作用，它涉及的是半导体的多数载流子，晶体缺陷可降低电子与空穴的复合几率，大大提高光电转换效率和稳定性。这种新型结构的太阳能电池工作时没有净变化，只是将太阳能转换成电能。因此，该光电转换体系有利于提高太阳能的效率，具有重大的应用价值。
5.4 在调色剂方面的应用
纳米TiO2具有随角变色特性，利用纳米TiO2与云母珠光颜料复合制成汽车等金属闪光面漆，所形成的涂层,在照光区呈现出一种多黄色亮点，而在侧光区则呈现与蓝色相似的乳光，并能增加金属面漆颜色的饱合度和视角闪色性。纳米TiO2的颜色随粒径变化，粒径越小，颜色越深。因此，在制备印刷油墨时，可以通过添加不同粒径的纳米颗粒来调节油墨的颜色。
5.5在陶瓷方面应用
在陶瓷中添加纳米TiO2，可以使陶瓷具有更好的形变性和断裂韧性,大大提高陶瓷的强度，而且它的应变率随晶粒尺寸减小而增大。纳米TiO2陶瓷的这种塑
性主要是因为纳米TiO2陶瓷中高浓度的界面和短距离扩散，原子在纳米TiO2陶瓷中可迅速扩散，原子迁移比通常的多晶样品快好几个数量级,短距离扩散增加了滑动的可能性，边界滑动造成初裂能移迅速得到原子愈合。纳米TiO2陶瓷在80-180℃下,外力作用下具有呈正弦形塑性弯曲的特性，即使是带裂纹的TiO2纳米陶瓷也能经受一定程度的曲变而裂纹不扩散。纳米陶瓷具有可弯曲100%的良好韧性[12]。
5.6 在其它方面的应用
纳米TiO2粒子对不同的电磁波有强烈的吸收作用，能有效地吸收入射雷达波和红外线，而且其尺寸小于雷达波和红外线的波长，透射率也较高，从而可以使雷达波和红外线的反射信号大大降低，如在战机表面涂上一层纳米TiO2吸波材料，可起到“隐形”作用。纳米TiO2和Al2O3、SiO2、Fe2O3等的复合颗粒在红外波段有很强的吸收作用,它们与纤维物复合能制成远红外功能织物，这种纤维对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用，同时织物以高效发射出同样波长的远红外线,这样人体皮肤吸收远红外线，转换成热量向人体内部传播，能够增强保暖效果。纳米TiO2可以添加在织物中，还能使其具有防紫外线和抗菌的作用。另外，将纳米TiO2填充在塑料中，可以提高塑料的强度、韧性、耐酸碱性。如用2%的NDZ-101处理过的纳米TiO2填充不饱和聚酯，大大提高了材料的强度、韧性与耐酸碱性。
六、结语
纳米TiO2其优异的光催化性能，引起了国内外材料科学界的广泛关注，成为开发研究的热点之一。虽然TiO2的制备工艺已经取得了显著的成就，但不可否认其生产和研制仍存在诸多问题：如何降低生产成本、减轻纳米TiO2的团聚，提高分散性；如何通过表面处理技术，开拓高性能产品，拓展产品应用领域；以及如何对粒子的大小与形貌进行有效的控制等，仍是今后较长一段时间内需关注的问题。
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第一章 无机合成定义：研究无机物及其不同物态的合成原理，合成技术，合成方法及对合成产物进行分离、提纯、鉴定、表征的一门学科。 合成方法：包括常规的经典合成方法、极端条件下（超高温、超高压、等离子体、溅射、激光等）的合成方法和特殊合成方法（含电化学合成、光化学合成、微波合成、生物合成等）以及软化学和绿色合成方法。 无机合成VS有机合成方法技术——不同点：（1）无机合成经常采用独特的方法和技术，（2）有机合成主要是分子层次上反应和加工；无机合成主要注重晶体或其他凝聚态结构上的精雕细琢。相同点：方法和技术。 合成对象：典型无机化合物的合成，典型材料的合成，晶体生长等。 第二章气体和溶剂 溶剂效应是指因溶剂而使化学反应速度和化学平衡发生改变的效应 气体除杂净化的方法 1化学除杂—设计原则要求特效型、灵敏性和高的选择性。2气体的分级分离净化—原则是基于气体的沸点、蒸气压等性能的不同。3吸附分离和净化—基于吸附剂对气体混合物中各组分的吸附能力的差异，甚至只有微小的差别，在恒温或恒压条件下，进行快速的吸附-脱附循环，达到分离提纯气体的目的 气体干燥剂分两类：一类是同气体中的水分发生化学反应的干燥剂（P2O5），另一类是可吸附气体中的水分的干燥剂（硅胶、分子筛） 选吸附剂作干燥剂时应考虑的因素 1干燥剂的吸附容量，越大越好；2吸附效率，越快越好；3残留水的蒸汽压，吸附平衡后残留水的蒸汽压越小越好；4干燥剂的再生，越易再生成本越低越好 使用气体要注意安全，即要防毒、防火、防爆 一般说来溶剂分为质子溶剂、质子惰性溶剂、固态高温溶剂。 质子溶剂是能接受或提供质子的溶剂。显著特点是都能自电离，这种自电离是溶剂分子之间的质子传递，也称自递 水是使用最为广泛和廉价的一种质子溶剂。高的介电常数使它成为离子化合物和极性化合物的一种良好溶剂。 质子溶剂的种类：A 液氨B液体氟化C 硫酸D “超酸”溶剂 质子惰性溶剂可简单的分为四类 第一类称惰性溶剂，其基本上不溶剂化不自电离。如Ccl4。第二类称偶极质子惰性溶剂（配位溶剂），即极性高但自电离程度不大的溶剂。如乙腈，二甲基亚砜等。第三类称为两性溶剂。包括那些极性强和能自电离的溶剂。如Brcl3。第四类称无机分子溶剂，不含氢，也不接受质子，几乎不自电离。如SO2,N2O4 固态高温溶剂 a.熔盐第一类为以离子间力成键的化合物，包括像碱金属卤化物这类化合物。第二类包括以共价键为主的化合物 b.金属 选择溶剂的根据反应物的性质；生成物的性质和溶剂的性质。
1.使用气体应注意哪些安全问题 答：防毒 防火防爆 2.试述气体的来源和净化步骤，如何除去气体中的水分 答：来源 1.工业制备 2.实验室制备 净化步骤： 1.除去液雾和固体颗粒 2.干燥 3.除氧 4.除氮 去除气体中水分有两条途径： 1.让气体通过低温冷降，使气体中的水分冷冻下来 2.让气体通过干燥剂，将水分除去 3.干燥气体的干燥剂有哪些选择干燥剂应考虑哪些因素 答：干燥剂有两类： 1.可同气体中的水分发生化学反应的干燥剂 2.可吸附气体中水分的干燥剂 应从以下方面考虑： 干燥剂的吸附容量，干燥剂的吸附容量越大越好 吸附速率，吸附速率越快越好 残留水的蒸汽压，吸附平衡后蒸汽压越小越好 干燥剂的再生 4.如何进行无氧实验操作 1.无水无氧操作室 2保护气体及其净化 3 试剂的储存和转移 4 反应、过滤和离心分离及升华提纯 5 样品的保存和转移 5.溶剂有哪些类型质子溶剂有什么特点质子惰性溶剂分为几类举例说明溶剂类型：质子溶剂，质子惰性溶剂，固态高温溶剂 质子溶剂的特点：自电离 质子惰性溶剂分类： a惰性溶剂四氯化碳，环己烷等 b偶极质子惰性溶剂。乙腈，二甲基亚砜等 c两性溶剂三氟化溴 d无机分子溶剂二氧化硫，四氧化二氮。 6. 使用溶剂时应考虑哪些因素依据哪些原则 答：因素：反应物的性质,生成物的性质,溶剂的性质 原则： a反应物充分溶解
b反应物不与溶剂作用 c使副反应最少 d易于使产物分离。 7.规则溶液理论的是用范围是什么 答：规则溶液理论只能适用于混合物，在这个混合物中没有化学反应和溶剂化效应。 8.下列反应在水和液氨中进行效果有什么不同 答：在水中进行时，反应产物为氯化银有白色沉淀。在液氨进行时，溶液为无色透明，发生了络合效应。 9.什么叫拉平效应和区分效应 答：拉平效应：将各种不同强度的酸拉平到溶剂化质子的水平的效应区分效应：能区分酸（或碱）强弱的作用为区分效应。 10.举例说明非水溶剂在无机合成中的应用。 答：a水溶液中难以生成化合物的制备。 b无水盐的制备 c异常氧化态特殊配位化合物的制备 d控制制备反应的速度 e提高制备反应的产率。 第三章经典合成方法 1. 化学气相沉积法有哪些反应类型该法对反应体系有什么要求在热解反应中用金属烷基化物和金属烷基氧化物作为源物质时，得到的沉积层分别为什么物质如何解释 答1、反应类型：热分解反应；化学合成反应；化学输运反应。 2、要求： 1）反应物在气温下最好是气态，或在不太高的温度下就有相当的蒸气压，且容易获得高纯产品。 2）能够形成所需要的材料沉积层，反应副产物均易挥发 3）沉积装置简单操作方便。 3、金属烷基化物，其M-C键能一般小于C-C键能，可广泛用于沉积高附着 性的金属膜。若元素的烷氧基配合物，由于M-O键能大C-键能，所以可用来沉积氧化物。 2.写出制备光导纤维预制棒的主要反应和方法。反应体系的尾气如何处理在管内沉积法和管外沉积法中加入添加剂的顺序有什么不同 答：方法：管内沉积法，管外沉积法，轴向沉积法，等离子体激活化学气相沉积法。 和HCl，除去的方法是用碱液吸收。 尾气:SO 2
化学前沿 【论文摘要】: 无机化学是化学学科里其它各分支学科的基础学科，在近年来取得较突出的进展，主要表现在固体材料化学、配位化学等方面。未来无机化学的发展特点是各学科交叉纵横相互渗透，用以解决工业生产与人民生活的实际问题。文章就当代无机化学研究的前沿与未来发展趋势做了简要阐述。 当前无机化学的发展趋向主要是新型的无机化合物的合成和应用，以及新的研究领域的开辟和建立。因此21世纪理论与计算方法的运用将大大加强理论和实验更加紧密的结合。同时各学科间的深入发展和学科间的相互渗透，形成许多学科的新的研究领域。例如，生物无机化学就是无机化学与生物学结合的边缘学科；固体无机化学是十分活跃的新兴学科；作为边沿学科的配位化学日益与其它相关学科相互渗透与交叉。 根据国际上最新进展和我国的具体情况,文章就“无机合成与制备化学研究进展”和“我国无机化学最新研究进展”两个方面进行阐述： 一、无机合成与制备化学研究进展 无机合成与制备在固体化学和材料化学研究中占有重要的地位, 是化学和材料科学的 基础学科。发展现代无机合成与制备化学, 不断地推出新的合成反应和路线或改进和绿化现有的陈旧合成方法, 不断地创造与开发新的物种, 将为研究材料结构、性能(或功能) 与反应间的关系、揭示新规律与原理提供基础。近年来无机合成与制备化学研究的新进展主要表现为以下几个方面： （一）极端条件合成 在现代合成中愈来愈广泛地应用极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成, 并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。超临界流体反应之一的超临界水热合成就是无机合成化学的一个重要分支。 （二）软化学合成 与极端条件下的合成化学相对应的是在温和条件下功能无机材料的合成与晶化, 即温 和条件下的合成或软化学合成。由于苛刻条件对实验设备的依赖与技术上的不易控制性, 减弱了材料合成的定向程度。而温和条件下的合成化学——即“软化学合成”,正是具有对实验设备要求简单和化学上的易控性和可操作性特点, 因而在无机材料合成化学的研究领域中 占有一席之地。 （三）缺陷与价态控制 缺陷与特定价态的控制是固体化学和固体物理重要的研究对象, 也是决定和优化材料 性能的主要因素。材料的许多性质如发光、导电、催化等都和缺陷与价态有关。晶体生长行为和材料的反应性与缺陷关系密切, 因此, 缺陷与价态在合成中的控制显然成为重要的科学题。缺陷与特定价态的生成和变化与材料最初生成条件有关, 因此，可通过控制材料生成条件来控制材料中的缺陷和元素的价态。 （四）计算机辅助合成 计算机辅助合成是在对反应机理有了了解的基础上进行的理论模拟过程。国际上一般为建立与完善合成反应与结构的原始数据库, 再在系统研究其合成反应与机理的基础上, 应用神经网络系统并结合基因算法、退火、mon te2carlo 优化计算等建立有关的合成反应数学模型与能量分布模型, 并进一步建立定向合成的专家决策系统。
第一章物质存在的状态………………………………………………………………2 一、气体 .......................................................................................................... 2 二、液体 .......................................................................................................... 3 ①溶液与蒸汽压 ................................................................................................ 3 ②溶液的沸点升高和凝固点的下降 ................................................................... 3 ③渗透压 .......................................................................................................... 4 ④非电解质稀溶液的依数性 .............................................................................. 4 三、胶体 .......................................................................................................... 4 第二章 化学动力学初步……………………………………………………………5 一、化学反应速率 ............................................................................................ 5 二、化学反应速率理论 ..................................................................................... 6 三、影响化学反应速率的因素 .......................................................................... 6 2、温度 ............................................................................................................ 7 第三章 化学热力学初步……………………………………………………………8 一、热力学定律及基本定律 .............................................................................. 8 二、化学热力学四个重要的状态函数 ................................................................ 9 4、自由能 ....................................................................................................... 10 ①吉布斯自由能 .............................................................................................. 10 ②自由能G ——反应自发性的判据 .................................................................. 11 ③标准摩尔生成自由能θ m f G ? (11)
无机合成化学复习资料
第二章气体和溶剂 P45 1.使用气体应注意哪些安全问题？ 答：防毒 防火防爆 2.试述气体的来源和净化步骤，如何除去气体中的水分？ 答：来源 1.工业制备 2.实验室制备 净化步骤： 1.除去液雾和固体颗粒 2.干燥 3.除氧 4.除氮 去除气体中水分有两条途径： 1.让气体通过低温冷降，使气体中的水分冷冻下来 2.让气体通过干燥剂，将水分除去 3.干燥气体的干燥剂有哪些？选择干燥剂应考虑哪些因素？ 答：干燥剂有两类： 1.可同气体中的水分发生化学反应的干燥剂 2.可吸附气体中水分的干燥剂 应从以下方面考虑： 干燥剂的吸附容量，干燥剂的吸附容量越大越好 吸附速率，吸附速率越快越好 残留水的蒸汽压，吸附平衡后蒸汽压越小越好 干燥剂的再生 4.如何进行无氧实验操作？ 1.无水无氧操作室 2保护气体及其净化 3 试剂的储存和转移 4 反应、过滤和离心分离及升华提纯 5 样品的保存和转移 5.溶剂有哪些类型？质子溶剂有什么特点？质子惰性溶剂分为几类？举例说明溶剂类型：质子溶剂，质子惰性溶剂，固态高温溶剂 质子溶剂的特点：自电离 质子惰性溶剂分类： a惰性溶剂四氯化碳，环己烷等 b偶极质子惰性溶剂。乙腈，二甲基亚砜等 c两性溶剂三氟化溴 d无机分子溶剂二氧化硫，四氧化二氮。 6. 使用溶剂时应考虑哪些因素？依据哪些原则？ 答：因素：反应物的性质,生成物的性质,溶剂的性质
a反应物充分溶解 b反应物不与溶剂作用 c使副反应最少 d易于使产物分离。 7.规则溶液理论的是用范围是什么？ 答：规则溶液理论只能适用于混合物，在这个混合物中没有化学反应和溶剂化效应。 8.下列反应在水和液氨中进行效果有什么不同？ 答：在水中进行时，反应产物为氯化银有白色沉淀。在液氨进行时，溶液为无色透明，发生了络合效应。 9.什么叫拉平效应和区分效应？ 答：拉平效应：将各种不同强度的酸拉平到溶剂化质子的水平的效应区分效应：能区分酸（或碱）强弱的作用为区分效应。 10.举例说明非水溶剂在无机合成中的应用。 答：a水溶液中难以生成化合物的制备。 b无水盐的制备 c异常氧化态特殊配位化合物的制备 d控制制备反应的速度 e提高制备反应的产率。 第三章经典合成方法 1. 化学气相沉积法有哪些反应类型？该法对反应体系有什么要求？在热解反应中用金属烷基化物和金属烷基氧化物作为源物质时，得到的沉积层分别为什么物质?如何解释？ 答1、反应类型：热分解反应；化学合成反应；化学输运反应。 2、要求： 1）反应物在气温下最好是气态，或在不太高的温度下就有相当的蒸气压，且容易获得高纯产品。 2）能够形成所需要的材料沉积层，反应副产物均易挥发 3）沉积装置简单操作方便。 3、金属烷基化物，其M-C键能一般小于C-C键能，可广泛用于沉积高附着 性的金属膜。若元素的烷氧基配合物，由于M-O键能大C-键能，所以可用来沉积氧化物。 2.写出制备光导纤维预制棒的主要反应和方法。反应体系的尾气如何处理？在管内沉积法和管外沉积法中加入添加剂的顺序有什么不同? 答：方法：管内沉积法，管外沉积法，轴向沉积法，等离子体激活化学气相沉
上海大学2015～2016学年秋季学期研究生课程论文课程名称：现代无机合成课程编号：01SAJ9017 论文题目:Hydrothermal-Electrochemical Synthesis of ZnO Nanorods 作者姓名:刘志学号:15723697成绩: 论文评语: 任课教师签名: 批阅日期:
水热电化学合成ZnO纳米棒 刘志 上海市大场镇上大路99号上海大学理学院摘要 ZnO纳米棒具有本体ZnO材料的性质以及其纳米结构带来的一些特性使得它在传感和光发射等领域有很大潜在应用价值。本文采用SSP(soft solution proeessing)方法中的重要工艺方法—水热电化学法一步制备出ZnO纳米棒,达到了降低材料制造成本、减少环境污染、降低晶体缺陷密度的目的。 本研究首次对水热电化学法制备ZnO纳米棒的反应过程进行了热力学计算。热力学计算得到水热电化学法制备ZnO纳米棒的反应历程为: Zn(NO3)2Zn2++2NO3-(1) NO3-+H2O+2e-NO2-+2OH-(2) Zn2++2OH-Zn(OH)2(3) Zn(OH)2ZnO+H2O 水热电化学法制备的纳米棒的长度大约为4.3um，直径分布在90-150nm。对于是否添加NaOH添加剂以及120-180℃之间不同条件的各组实验样品的形貌、结构以及光致发光性质都进行了表征。在180℃合成的ZnO纳米棒显现出很强的UV 辐射和较弱的缺陷相关可见辐射，紫外-可见辐射之比约为230。这种高质量光学性质主要归功于高温生长导致较高的纳米棒生长速率（4.3um/h）。在热力学上分 相不如ZnO相稳定。因为生长温度在聚合物材料析是因为高温下缺陷相关Zn(OH) 2 承受范围之内，我们的方法提供了一种十分有前景的在灵活的聚合物基体上合成高光电性质的设备的方法。 关键词:水热电化学合成；ZnO；纳米棒；光致发光；PET，三电极体系
无机合成化学课后习题 第一章 1.现代无机合成的内容和方法与旧时代相比有哪些变化？ 2. 为什么说无机合成化学往往是一个国家工业发展水平的 标志？ 3. 为什么说合成化学是化学学科的核心，是化学家改造世界、创造社会财富的最有力的手段？ 4.您能举出几种由p区元素合成的无机材料吗？ 5.为什么从某种意义上讲,合成化学的发展史就是化学的发 展史？ 6.您或您的朋友的研究课题属于无机合成领域吗？如果是，属于哪个热点领域？举例说明。 7. 什么是极端条件下的合成？能否举一例说明。 8. 查阅文献，找出一例绿色合成原理在无机合成化学中的应用。 9. 何谓软化学合成方法？与所谓的“硬化学法”相比有什么 特点？ 10.在研究工作中，您最喜欢利用哪种工具查阅化合物的合成方法 第二章 1. 化学热力学在无机合成中的起着什么样的重要的作用？
2. Bartlett是怎样从吉布斯-亥姆霍兹方程分析，确立稀有气体第一个化合物制备的热力学根据？ 3. Ellingham 图建立的依据是什么？ 4. 查阅Ellingham 图，看MnO被C还原为金属的最低温度是多少？写出该温度下的总反应方程式。 5. 偶合反应在无机合成中应用的原理何在？请举例说明。 6. 10.Pourbaix图(pH-E)的实质是什么？它都有哪些方面的应用？ 第三章 1.温度与物性有怎样的关系？什么是物质的第五态？ 2.实验室中，获得低温的方法或低温源装置有哪几种？各举 一例。 3.为什么任何碱金属与液氨反应后溶液都具有同一吸收波长 的蓝光？核心物种是什么？如何证明？ 4. 什么是金属陶瓷？有什么特殊性质？用在哪些方面？它们是如何在高温下制备的？ 5. 获得高温有哪些手段？高温合成技术有哪些广泛应用？ 6.何谓高温下的化学转移反应？它主要应用在无机合成的哪些方面？ 7.什么是等离子体超高温合成？它主要有哪些方面的用途？ 8.什么是自蔓延高温合成？该法有什么特点？其关键技术是什么？
无机化学知识点归纳 一、常见物质的组成和结构 1、常见分子（或物质）的形状及键角 （1）形状：V型：H2O、H2S 直线型：CO2、CS2 、C2H2平面三角型：BF3、SO3 三角锥型：NH3正四面体型：CH4、CCl4、白磷、NH4+ 平面结构：C2H4、C6H6 （2）键角：H2O：104.5°；BF3、C2H4、C6H6、石墨：120°白磷：60° NH3：107°18′CH4、CCl4、NH4+、金刚石：109°28′ CO2、CS2、C2H2：180° 2、常见粒子的饱和结构： ①具有氦结构的粒子（2）：H－、He、Li+、Be2+； ②具有氖结构的粒子（2、8）：N3－、O2－、F－、Ne、Na+、Mg2+、Al3+； ③具有氩结构的粒子（2、8、8）：S2－、Cl－、Ar、K+、Ca2+； ④核外电子总数为10的粒子： 阳离子：Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3O+； 阴离子：N3－、O2－、F－、OH－、NH2－； 分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4 ⑤核外电子总数为18的粒子： 阳离子：K+、Ca 2+； 阴离子：P3－、S2－、HS－、Cl－； 分子：Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、C2H6、CH3OH、N2H4。 3、常见物质的构型： AB2型的化合物（化合价一般为＋2、－1或＋4、－2）：CO2、NO2、SO2、SiO2、CS2、ClO2、CaC2、MgX2、CaX2、BeCl2、BaX2、KO2等 A2B2型的化合物：H2O2、Na2O2、C2H2等 A2B型的化合物：H2O、H2S、Na2O、Na2S、Li2O等 AB型的化合物：CO、NO、HX、NaX、MgO、CaO、MgS、CaS、SiC等 能形成A2B和A2B2型化合物的元素：H、Na与O，其中属于共价化合物（液体）的是H 和O［H2O和H2O2］；属于离子化合物（固体）的是Na和O［Na2O和Na2O2］。 4、常见分子的极性： 常见的非极性分子：CO2、CS2、BF3、CH4、CCl4、、SF6、C2H4、C2H2、C6H6等 常见的极性分子：双原子化合物分子、H2O、H2S、NH3、H2O2、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等5、一些物质的组成特征： （1）不含金属元素的离子化合物：铵盐 （2）含有金属元素的阴离子：MnO4－、AlO2－、Cr2O72－ （3）只含阳离子不含阴离子的物质：金属晶体 二、物质的溶解性规律 1、常见酸、碱、盐的溶解性规律：（限于中学常见范围内，不全面） ①酸：只有硅酸（H2SiO3或原硅酸H4SiO4）难溶，其他均可溶； ②碱：只有NaOH、KOH、Ba(OH)2可溶，Ca(OH)2微溶，其它均难溶。 ③盐：钠盐、钾盐、铵盐、硝酸盐均可溶； 硫酸盐：仅硫酸钡、硫酸铅难溶、硫酸钙、硫酸银微溶，其它均可溶；
无机化学（上） 知识点总结 第一章 物质存在的状态 一、气体 1、气体分子运动论的基本理论 ①气体由分子组成，分子之间的距离>>分子直径； ②气体分子处于永恒无规则运动状态； ③气体分子之间相互作用可忽略，除相互碰撞时； ④气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是弹性碰撞。碰撞时总动能保持不变，没有能量损失。 ⑤分子的平均动能与热力学温度成正比。 2、理想气体状态方程 ①假定前提：a 、分子不占体积；b 、分子间作用力忽略 ②表达式：pV=nRT ；R ≈8.314kPa 2L 2mol 1-2K 1- ③适用条件：温度较高、压力较低使得稀薄气体 ④具体应用：a 、已知三个量，可求第四个； b 、测量气体的分子量：pV=M W RT （n=M W ） c 、已知气体的状态求其密度ρ：pV=M W RT →p=MV WRT →ρMV RT =p 3、混合气体的分压定律 ①混合气体的四个概念 a 、分压：相同温度下，某组分气体与混合气体具有相同体积时的压力； b 、分体积：相同温度下，某组分气体与混合气体具有相同压力时的体积 c 、体积分数：φ= 2 1 v v d 、摩尔分数：xi= 总 n n i ②混合气体的分压定律 a 、定律：混合气体总压力等于组分气体压力之和； 某组分气体压力的大小和它在混合气体中体积分数或摩尔数成正比 b 、适用范围：理想气体及可以看作理想气体的实际气体 c 、应用：已知分压求总压或由总压和体积分数或摩尔分数求分压、 4、气体扩散定律 ①定律：T 、p 相同时，各种不同气体的扩散速率与气体密度的平方根成反比： 2 1 u u =21p p =2 1 M M (p 表示密度) ②用途：a 、测定气体的相对分子质量；b 、同位素分离 二、液体
第一章习题： 1.现代无机合成的内容和方法与旧时代相比有哪些变化？ 2.为什么说无机合成化学往往是一个国家工业发展水平的标志？ 3.为什么说合成化学是化学学科的核心，是化学家改造世界、创造社会财富的最有力的手段？ 4.您能举出几种由p区元素合成的无机材料吗？ 5.为什么从某种意义上讲，合成化学的发展史就是化学的发展史？ 6.您或您的朋友的研究课题属于无机合成领域？如果是，属于哪个热点领域？举例说。 7. 什么是极端条件下的合成？能否举一例说明。 8. 查阅文献，找出一例绿色合成原理在无机合成化学中的应用。 9. 何谓软化学合成方法？与所谓的“硬化学法”相比有什么特点？ 10.在研究工作中，您最喜欢利用哪种工具查阅化合物的合成方法？ 第二章习题： 1.化学热力学在无机合成中的起着什么样的重要的作用？ 2. Bartlett是怎样从吉布斯-亥姆霍兹方程分，确立稀有气体第一个化合物制备的热力学根据？ 3.Ellingham 图建立的依据是什么？ 4. 查阅Ellingham 图，看MnO被C还原为金属的最低温度是多少？写出该温度下的总反应方程式。 5. 偶合反应在无机合成中应用的原理何在？请举例说明。 6. 10.Pourbaix图(pH-E)的实质是什么？它都有哪些方面的应用？ 第三章习题： 1.温度与物性有怎样的关系？什么是物质的第五态？ 2.实验室中，获得低温的方法或低温源装置有哪几种？各举一例。 3.为什么任何碱金属与液氨反应后溶液都具有同一吸收波长的蓝光？核心物种是什么？如何证明？ 4. 什么是金属陶瓷？有什么特殊性质？用在哪些方面？它们是如何在高温下制备的？ 5. 获得高温有哪些手段？高温合成技术有哪些广泛应用？ 6.何谓高温下的化学转移反应？它主要应用在无机合成的哪些方面？ 7.什么是等离子体超高温合成？它主要有哪些方面的用途？ 8.什么是自蔓延高温合成？该法有什么特点？其关键技术是什么？ 9.从物理化学原理说明高温高压合成的机理。 10.什么是超导体？超导体具有什么突出的性质？哪些元素是超导元素？ 第四章习题 1.什么是水热-溶剂热合成？该法有什么特点？有无不足？ 2. 水热-溶剂热合成都有哪些反应类型？ 3. 影响水热-溶剂热合成的因素有哪些？ 4. 水热-溶剂热合成有哪些具体应用？ 5.什么是“空气敏感化合物”？无水无氧操作主要应用在哪些方面？ 6.无水无氧操作有哪几种具体技术？相比各有什么特点？ 7.何谓电解合成？无机化合物的电解合成有哪些其他合成方法所不及的优点？ 8.有哪些电解条件影响理想的电解合成？ 9.电解合成技术有哪些广泛应用？ 第五章：
现代无机合成技术 姓名：杨芳芳 学号： 141320133 所属学院：化学学院 专业：物理化学 班级：化学2班 导师：王野 2015 年1 月5 日
纳米TiO2的性能、应用及其制备方法综述 摘要：纳米TiO2具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能，在光催化剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景。同时它也是一种新型的无机功能材料，显示出很多传统二氧化钛所不具备的奇异的性能，在光电转换和光催化方面有广阔的应用前景，其制备以及应用已经成为材料研究的热点之一。本文对有关纳米TiO2的性能、应用及制备方法研究进行了综述。 关键字：纳米TiO2、性能、应用、制备 一、简介： 纳米二氧化钛：亦称纳米钛白粉。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在100纳米以下，其外观为白色疏松粉末。具有抗紫外线、抗菌、自洁净、抗老化功效，可用于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。 二、分类： ①、按照晶型可分为:金红石型纳米钛白粉和锐钛型纳米钛白粉。 ②、按照其表面特性可分为:亲水性纳米钛白粉和亲油性纳米钛白粉。 ③、按照外观来分有，粉体和液体之分，粉体一般都是白色液体有白色和半透明状。 三、纳米TiO2的性能 纳米TiO2除了具有与普通纳米材料一样的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等外，还具有其特殊的性质，尤其是催化性能。 3.1基本物化特性 纳米TiO2有金红石、锐钛矿和板钛矿3种晶型。金红石和锐钛矿属四方晶系，板钛矿属正交晶系，一般情况下，板钛矿在650℃转变为锐钛矿，锐钛矿915℃转变为金红石，结构转变温度与TiO2颗粒大小、含杂质及其制备方法有关，颗粒愈小，转变温度愈低，锐钛型纳米TiO2向金红石型转变的温度为600℃或低于此温度，纳米TiO2化学性能稳定，常温下几乎不与其它化合物反应，不溶于水、稀酸，微溶于碱和热硝酸，不与空气中CO2、SO2、O2等反应，具有生物惰性和
无机合成参考题
无机合成化学参考题 1.进行无机合成时，选择溶剂应遵循什么样的原则？ 答：有利于反应进行 对人毒性较小 对环境污染小 不是很贵 2.分子筛可以用于纯化与催化反应的原理是什么？ 答：原理：分子筛中有均匀的空隙结构当物质大小与分子筛空隙大小相近时就会透过分子筛进而阻挡一部分物质，达到纯化的目的。分子筛中有许许多多的空腔，空腔内又有许多直径相同的微孔相连，这些微孔能将极性不同，沸点不同，饱和程度不同的分子分离开来就可以达到纯化的作用。 分子筛经过质子交换处理后，表面具有丰富的质子酸位，可以在酸催化反应中可以提供很高的催化活性，其孔道结构形成选择性也可催化炼油反应。 3.以1 : 1摩尔比的MgO和Al2O3的混合物反应生成尖晶石为例来讨论固体反 应过程的影响因素。并解释为什么在实际实验中反应生成两界面以1 : 2.7的比例移动？ 4.精细陶瓷与传统陶瓷有什么区别？ 答：原料：前者使用粘土为主要原料，后者则使用可以在化学组成、形态、粒度和分布精确控制的氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等为主要原料。 成分：前者由粘土产地决定，后者因为是纯化合物由人工配比决定。 定制工艺：前者主要是手工来制坯，上釉工艺，以炉窑来生产，后者主要用等静压，注射成型和气相沉积来获得相对精确的和较大密度的坯体，以真空烧结等先进烧结手段。 性能：前者主要用来观赏，生活使用，后者则具有高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘以及在磁、电、光、声、生物工程各方面具有的特殊功能
在高温机械等领域得到广泛的应用。 5.什么叫水热与溶剂热合成，影响水热反应的因素有哪些？ 答：概念：水热与溶剂热合成指在一定温度下（100—1000°C）和压强 （1-100MPa）条件下利用溶液中物质化学反应来合成材料，重点研究高温和密闭或高压条件下溶液中的化学行为与规律一般在特定类型的密闭容器活高压釜中进行的一类有效的合成方法。 影响因素：溶液中的溶剂种类，如水或者非水 反应物本身性质 温度一般是较低温度 压力，pH等 反应时间，添加剂， 6.溶胶—凝胶合成的原理是什么？该合成方法有哪些特点？ 答：原理：一般以无机物或者金属醇盐做前驱体，在液相将这些原料均匀混合，并进行水解，缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经过陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，形成凝胶，再经过干燥，烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。 特点：优点：因为起始原料首先被分散在溶剂中形成低粘度溶液所以可以均匀混合得到均匀的材料 所制备的原料具有较高的纯度 材料组成组分较好控制 反应时温度比较低 具有流变特性 可以控制孔隙度 缺点：原料成本较高 存在残留小空洞 较长反应时间 有机溶剂对人有一定的危害性 7.离子液体的含义，与传统溶剂相比有哪些优点？
原始人类即能辨别自然界存在的无机物质的性质而加以利用。后来偶然发现自然物质能变化成性质不同的新物质，于是加以仿效，这就是古代化学工艺的开始。 如至少在公元前6000年，中国原始人即知烧粘土制陶器，并逐渐发展为彩陶、白陶，釉陶和瓷器。公元前5000年左右，人类发现天然铜性质坚韧，用作器具不易破损。后又观察到铜矿石如孔雀石(碱式碳酸铜)与燃炽的木炭接触而被分解为氧化铜，进而被还原为金属铜，经过反复观察和试验，终于掌握以木炭还原铜矿石的炼铜技术。以后又陆续掌握炼锡、炼锌、炼镍等技术。中国在春秋战国时代即掌握了从铁矿冶铁和由铁炼钢的技术，公元前2世纪中国发现铁能与铜化合物溶液反应产生铜，这个反应成为后来生产铜的方法之一。 化合物方面，在公元前17世纪的殷商时代即知食盐(氯化钠)是调味品，苦盐(氢化镁)的味苦。公元前五世纪已有琉璃(聚硅酸盐)器皿。公元七世纪，中国即有焰硝(硝酸钾)、硫黄和木炭做成火药的记载。明朝宋应星在1637年刊行的《天工开物》中详细记述了中国古代手工业技术，其中有陶瓷器、铜、钢铁、食盐、焰硝、石灰、红矾、黄矾、等几十种无机物的生产过程。由此可见，在化学科学建立前，人类已掌握了大量无机化学的知识和技术。 古代的炼丹术是化学科学的先驱，炼丹术就是企图将丹砂(硫化汞)之类药剂变成黄金，并炼制出长生不老之丹的方术。中国金丹术始于公元前2、3世纪的秦汉时代。公元142年中国金丹家魏伯阳所著的《周易参同契》是世界上最古的论述金丹术的书，约在360年有葛洪著的《抱朴子》，这两本书记载了60多种无机物和它们的许多变化。约在公元8世纪，欧洲金丹术兴起，后来欧洲的金丹术逐渐演进为近代的化学科学，而中国的金丹术则未 能进一步演进。 金丹家关于无机物变化的知识主要从实验中得来。他们设计制造了加热炉、反应室、蒸馏器、研磨器等实验用具。金丹家所追求的目的虽属荒诞，但所使用的操作方法和积累的感 性知识，却成为化学科学的前驱。 由于最初化学所研究的多为无机物，所以近代无机化学的建立就标志着近代化学的创始。建立近代化学贡献最大的化学家有三人，即英国的玻意耳、法国的拉瓦锡和英国的道尔 顿。 玻意耳在化学方面进行过很多实验，如磷、氢的制备，金属在酸中的溶解以及硫、氢等物的燃烧。他从实验结果阐述了元素和化合物的区别，提出元素是一种不能分出其他物质的物质。这些新概念和新观点，把化学这门科学的研究引上了正确的路线，对建立近代化学作 出了卓越的贡献。 拉瓦锡采用天平作为研究物质变化的重要工具，进行了硫、磷的燃烧，锡、汞等金属在空气中加热的定量实验，确立了物质的燃烧是氧化作用的正确概念，推翻了盛行百年之久的燃素说。拉瓦锡在大量定量实验的基础上，于1774年提出质量守恒定律，即在化学变化中，物质的质量不变。1789年，在他所著的《化学概要》中，提出第一个化学元素分类表和新的化学命名法，并运用正确的定量观点，叙述当时的化学知识，从而奠定了近代化学的基础。 由于拉瓦锡的提倡，天平开始普遍应用于化合物组成和变化的研究。 1799年，法国化学家普鲁斯特归纳化合物组成测定的结果，提出定比定律，即每个化合物各组分元素的重量皆有一定比例。结合质量守恒定律，1803年道尔顿提出原子学说，
当代无机化学研究前沿与进展 【摘要】: 无机化学是化学学科里其它各分支学科的基础学科，在近年来取得较突出的进展，主要表现在固体材料化学、配位化学等方面。未来无机化学的发展特点是各学科交叉纵横相互渗透，用以解决工业生产与人民生活的实际问题。文章就当代无机化学研究的前沿与未来发展趋势做了简要阐述。 【关键词】:无机化学；研究前沿；研究进展 当前无机化学的发展趋向主要是新型的无机化合物的合成和应用，以及新的研究领域的开辟和建立。因此21世纪理论与计算方法的运用将大大加强理论和实验更加紧密的结合。同时各学科间的深入发展和学科间的相互渗透，形成许多学科的新的研究领域。例如，生物无机化学就是无机化学与生物学结合的边缘学科；固体无机化学是十分活跃的新兴学科；作为边沿学科的配位化学日益与其它相关学科相互渗透与交叉。 根据国际上最新进展和我国的具体情况,文章就“无机合成与制备化学研究进展”和“我国无机化学最新研究进展”两个方面进行阐述： 一、无机合成与制备化学研究进展 无机合成与制备在固体化学和材料化学研究中占有重要的地位, 是化学和材料科学的基础学科。发展现代无机合成与制备化学, 不断地推出新的合成反应和路线或改进和绿化现有的陈旧合成方法, 不断地创造与开发新的物种, 将为研究材料结构、性能(或功能) 与反应间的关系、揭示新规律与原理提供基础。近年来无机合成与制备化学研究的新进展主要表现为以下几个方面： （一）极端条件合成 在现代合成中愈来愈广泛地应用极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成, 并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。超临界流体反应之一的超临界水热合成就是无机合成化学的一个重要分支。 （二）软化学合成 与极端条件下的合成化学相对应的是在温和条件下功能无机材料的合成与晶化, 即温和条件下的合成或软化学合成。由于苛刻条件对实验设备的依赖与技术上的不易控制性, 减弱了材料合成的定向程度。而温和条件下的合成化学——即“软化学合成”, 正是具有对实验设备要求简单和化学上的易控性和可操作性特点, 因而在无机材料合成化学的研究领域中占有一席之地。
第一章概论 1 现代无机合成的内容和方法与旧时代相比有哪些变化？ 答： 2 为什么说无机合成化学往往是一个国家工业发展水平的标志？ 无机合成化学与国民经济的发展息息相关，在国民经济中占有重 要的地位。工业中广泛使用的三酸两破” 业生产中必不可少的化肥、农药，基础建设中使用的水泥、玻璃、陶瓷，涂料工业中使用的大量无机料等无一不与 无机合成有关。这些产品的产量和质量几乎代表着一个国家的工业水平。 3．为什么说合成化学是化学学科的核心，是化学家改造世界、创造社会財富的最有力的手段？ 答：作为化学学科中当之无愧的核 心，合成化学已成为化学家改造世界创造未来最有力的工具。合成化学领域的每 一次进步都会带动产业的一次革命。发展合成化学，不断创造和开发新的物种，不仅是研究结构、性能及其相互关 系，揭示新的规律与原理的基础，也成为推动化学学科与相关学科发展的主要动力。 4 您能举出几种由 p 区元素合成的无机材料吗？ 碳纳米管、 5 为什么从某种意义上讲，合成化学的发展史就是化学的发展史？ 6. 无机合成有哪些热点领域？ （1）特种结构无机材料的制备 （2）软化学合成 （3）极端条件下的合成 （ 4）无机功能材料的制备 （5）特殊聚集态材料的合成 7．什么是极端条件下的合成？能否举一例说明。 极端条件是指极限情况，即超高温、超高压、超真空及接近绝对零度、强磁场与电场、激光等离子体等。 例如，在模拟宇宙空间的情况下，可能合成出没有位错的高纯度品体。 8 查阅文献，找出一例绿色合成原理在无机合成化学中的应用。 9 何谓软化学合成方法？与所谓的“硬化学法”相比有什么特点？ 软化学是相对于硬化学而言的。它是指在较温和条件下实现的化学反应过程。 第二章 低温合成 1 温度与物性有怎样的关系？什么是物质的第五态？ 温度与物性的关系：对于一般液体来说，随着温度降低，密度会逐渐增加。 物质的第五态就是玻色—爱因斯坦凝聚（ BoSe-EinstemcondenSation ,简称BEQ ,它是科学巨匠爱因斯坦在 多年前预言的一种新物态：预言当原来不同状态的原子在温度足够低时，会突然聚集在一种尽可能低的能量状态， 即处于不同状态的原子 “凝聚”到了同一种状态（一般是基态） 。 2 为什么稀有气体化合物总是在低温或超低温下合成？ 由于稀有气体自身就是在低温下进行分离纯化的，因此它们的一些化合物也是在低温下进行的。 3 实验室中，获得低温的方法或低温源装置有哪几种？各举一例 （ 1）恒温低温浴。低温合成需要的低温源装置可分为制冷浴与相变冷浴。例：干冰啤酒 / 水果 （ 2）制冷产生低温。例：科学研究中使用的大型氦制冷机。 （ 3）低温恒温器。 （4）储存液化气体的装置。①储存液化气体的杜瓦瓶②储存液化气体的钢瓶。 (5) 低温的测量。①蒸气压温度计②低温热电偶③低温电阻温度计 4在Xe 的氟化物制备中，为什么系统要严格地隔绝湿气， 所用仪器、管路应是防爆的，并且要用镍和蒙铜品制作？ ，农 6）特种功能材料的分子设计 7）仿生合成 8）纳米粉体材料的制备 9）组合化学 10）绿色化学。 特点： 1. 不需用高纯金属作原料 2. 制得的合金是有一定颗粒度的粉末，不需在使用时 再磨碎 3. 产品本身具有高活性 4. 产品具有良好的表面性质和优良的吸放氢性能 5. 合成方法简单 6. 有可能降低成本 7. 为废旧储氢合金的回收再生开辟了新途径 80
（4）F-+HSO3-=SO32-+HF 2、解释下列现象 （1）AgI2-和I3-是稳定的，而AgF2-和I2F-不存在？ （2）BH3CO稳定存在而BF3CO不能形成？ 3—6 有效原子序数（EAN）规则（Effective atomic number） 一、概念 1927年英国化学家西奇维克提出，是指中心原子的电子数和配体给予中心原子的电子数之和。即中心原子形成稳定配合物的EAN应等于紧跟它后面的惰性原子的序数。主要用于羰基及其它非经典配合物结构中。如：[Cr(CO)6]→24e-+12e-=36e- [Fe(CO)5] →26e-+10e-=36e-→Kr(氪) -36e- [Co(NH3)6]3+→24e-+12e-=36e- 对于中心原子三偶数电子的，可直接形成羰基配合物，而一般中心原子为奇数电子的羰基配合物多不稳定，（不能满足EAN），所以它们容易氧化，还原或聚和成多核配合物，以符合EAN要求，如V为23e-，在形成V(CO)6的总电子数为35，它不稳定，易被还原成[V(CO)6]-。而V(CO)6+Na→Na++[V(CO)6]- 又如具有奇电子数的Mn(0),Co(0),它们的羰基配合物以二聚体Mn2(CO)10,Co2(CO)8或混合形式[Mn(CO)5Cl]和[HCo(CO)4]存在，它们的结构，有效原子序数计算如下图： 二、常见配体提供电子数的计算 1、NO：一氧化氮分子虽不是有机配体，但与CO十分类似。能理解成NO+，与CO有相当数目的电子（等电子体）。NO参加配体是以三电子成键，因而许多有亚硝酰作配体的配合物能符合EAN法则。如： [Co(CO)3NO]→27+6+3=36e- [Fe(CO)2(NO)2] →26e-+4e-+6e-=36e- [Mn(CO)(NO)3] →25+2+9=36e-[Cr(NO)4] →24+12=36e- 2、烷基与金属形成σ键，按单电子计算。对不饱和的碳氢分子或离子可按参加配位双键的π电子数目计算。如：[Mn(CO)5(C2H4)]+=25e-+2e-+10e--e-=36e- [Cr(C6H4)2]=24e-+2×6e-=36e- [Fe(C4H6)(CO)3]=26e-+4e-+6e-=6e- 3、环戊二烯基和羰基的混合配合物：环戊二烯基作为5个e-，如： [Mn(CO)3(C5H5)]=25+6+5=36e- [Co(CO)2(C5H5)]=27+4+5=36e- [V(CO)4(C5H5)]=23+8+5=36e- EAN法则的另一种说法是18e-规则。而中心原子内层电子不予考虑，只考虑外层和次外层的电子（即价电子），中心原子价电子数加上配体给予的电子数目总和等于18e-时，则形成稳定的配合物。一些过渡元素不成键的内层电子数也是18。 为16的配合物。 三、应用： 练习1: 运用EAN规则判断下列金属羰基配合物是否存在？若存在，计算n值，并画出空间结构示意图。 ACr(CO)n BMn(CO)n CNi(CO)n DFe2(CO)n 练习2：利用EAN规则完成下列反应： 1Re2O7+CO→ 2Fe(CO)5+NO→