第5章 固体物质的合成与制备
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第五章 化学平衡一.基本要求1.掌握化学反应等温式的各种形式,并会用来判断反应的方向和限度。
2.了解标准平衡常数的定义,掌握标准平衡常数的各种表示形式和计算方法。
3.掌握标准平衡常数K 与r m G ∆在数值上的联系,熟练用热力学方法计算r m G ∆,从而获得标准平衡常数的数值。
4.了解标准摩尔生成Gibbs 自由能f m G ∆的定义和它的应用。
5.掌握温度对化学平衡的影响,记住van ’t Hoff 公式及其应用。
6.了解压力和惰性气体对化学平衡的影响。
二.把握学习要点的建议把本章放在多组分系统之后的目的,就是要利用多组分系统中介绍的化学势的概念和各种表示方式,来导出化学反应等温式,从而用来判断化学反应的方向与限度。
本章又用到了反应进度的概念,不过其值处在0 1 mol -的区间之内。
因为在利用化学势的表示式来计算反应的Gibbs 自由能的变化值时,是将化学势看作为一个定值,也就是在有限的反应系统中,化学进度为d ξ,如果在一个很大的系统中, 1 mol ξ=。
严格讲,标准平衡常数应该用绝对活度来定义,由于本教材没有介绍绝对活度的概念,所以利用标准态化学势来对标准平衡常数下定义,其含义是一样的。
从标准平衡常数的定义式可知,标准平衡常数与标准化学势一样,都仅是温度的函数,因为压力已指定为标准压力。
对于液相反应系统,标准平衡常数有其相应的形式。
对于复相化学反应,因为纯的凝聚态物质本身就作为标准态,它的化学势就是标准态化学势,已经归入r m G ∆中,所以在计算标准平衡常数时,只与气体物质的压力有关。
学习化学平衡的主要目的是如何判断反应的方向和限度,知道如何计算平衡常数,了解温度、压力和惰性气体对平衡的影响,能找到一个经济合理的反应条件,为科研和工业生产服务。
而不要过多地去考虑各种浓度表示式和各种平衡常数表示式之间的换算,否则会把自己搞糊涂了,反而没抓住主要内容。
由于标准平衡常数与r m G ∆在数值上有联系,r m ln p G RT K ∆=-,所以有了r m G ∆的值,就可以计算p K 的值。
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?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“三酸两碱”,农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颜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?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.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。
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晶体。
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。
特点:◇不需用高纯金属作原料;◇制得的合金是有一定颗粒度的粉末,不需在使用时再磨碎;◇产品本身具有高活性;◇产品具有良好的表面性质和优良的吸放氢性能;◇合成方法简单;◇有可能降低成本;◇为废旧储氢合金的回收再生开辟了新途径。
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?第二章化学热力学与无机合成1.化学热力学在无机合成中的起着什么样的重要的作用?无机合成反应的首要任务是设计合成方法,合成反应设计的方法随合成目标物的不同而有很大的不同,但都是先从热力学的可能及经济有利开始的。
根据热力学原理,从不同角度分析各种无机化学反应,就可以得到化学反应在指定情况下能否发生、化学反应发生的难易、产物的稳定性等信息。
硅酸盐材料【学习目标】1、了解硅酸盐的概念,会用氧化物表示硅酸盐的组成2、掌握三大传统无机非金属材料,熟悉常见的新型无机非金属材料【主干知识梳理】一、硅酸盐材料1、无机非金属材料(1)元素组成:无机非金属材料一般含有硅、氧元素(2)特点:具有耐高温、抗腐蚀、硬度高等特点,以及特殊的光学、电学等性能(3)物质组成:传统的无机非金属材料多为硅酸盐材料,如:制作餐具的陶瓷、窗户上的玻璃、建筑用的水泥2、硅酸盐(1)概念:由硅、氧和金属组成的化合物的总称,是构成地壳岩石的主要成分(2)性质:硅酸盐性质稳定,熔点较高,多数难溶于水(3)硅酸盐的结构:在硅酸盐中,Si和O构成了硅氧四面体,Si在中心,O在四面体的4个顶角;许多这样的四面体还可以通过顶角的O相互连接。
其结构示意图为(4)表示方法:硅酸盐矿物的成分复杂,多用氧化物的形式表示它们的组成表示顺序是:活泼金属氧化物•较活泼金属氧化物•二氧化硅•水,但化学式前面的系数不能为分数例如:硅酸钠Na2SiO3表示:Na2O·SiO2镁橄榄石Mg2SiO4 表示:2MgO·SiO2高岭石Al2Si2O5(OH)4表示:Al2O3·2SiO2·2H2O 正长石KAlSi3O8表示:K2O·Al2O3·6SiO2钾云母(KH2Al3Si3O12) 表示:K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O3、最简单的硅酸盐——Na2SiO3(1)俗名:泡花碱,水溶液俗称水玻璃(2)物理性质:白色固体,可溶于水(3)化学性质①与酸反应:Na2SiO3+2HCl===2NaCl+H2SiO3(胶体)②与CO2反应:Na2SiO3+CO2(少量)+H2O===Na2CO3+H2SiO3(胶体)Na2SiO3+2H2O+2CO2(过量)===H2SiO3(胶体)+2NaHCO3(4)用途:①制硅酸;②黏合剂(矿物胶);③耐火阻燃材料;④防腐剂4、传统无机非金属材料,如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料硅酸盐产品水泥玻璃陶瓷主要设备水泥回转窑玻璃窑——主要原料石灰石和粘土纯碱、石灰石、石英(过量) 黏土反应原理复杂的物理化学变化Na2CO3+SiO2=====高温Na2SiO3+CO2↑CaCO3+SiO2=====高温CaSiO3+CO2↑复杂的物理化学变化主要成分3CaO·SiO2、2CaO·SiO23CaO·Al2O3Na2SiO3、CaSiO3、SiO2Na2O·CaO·6SiO2——特性水硬性(跟水掺和搅拌后容易凝固变硬)非晶体,无固定熔点,在一定范围内软化可制成各种形状抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘【对点训练1】1、用氧化物的形式表示硅酸盐的组成,其中正确的是( )A .钙沸石[CaAl 2Si 3O 10·3H 2O]表示为Al 2O 3·CaO·3SiO 2·3H 2OB .镁橄榄石(Mg 2SiO 4)表示为MgO·12SiO 2 C .钾云母(K 2Al 6Si 6H 4O 24)表示为K 2O·2H 2O·3Al 2O 3·6SiO 2D .滑石(Mg 3H 2Si 4O 12)表示为3MgO·4SiO 2·H 2O2、下列叙述正确的是( )A .硅酸钠是硅酸盐,但不能溶于水B .电影银幕用水玻璃浸泡,主要是为了防腐C .建筑工业常用水玻璃作黏合剂D .用水玻璃浸泡铁道的木制枕木,主要是为了防火3、下列有关硅酸盐的说法中正确的是( )A .硅酸盐中的阴离子都是SiO 2-3B .硅酸盐都难溶于水C .通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成,说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的D .Na 2SiO 3是一种最简单的硅酸盐,其水溶液可用作黏合剂二、新型陶瓷1、新型陶瓷的特点:新型陶瓷在组成上不再限于传统的硅酸盐体系,在光学、热学、电学、磁学等方面具有很多新的特性和功能2、常见的新型陶瓷及特点(1)碳化硅(SiC):俗称金刚砂,碳原子和硅原子通过共价键连接,具有类似金刚石的结构,硬度很大,可用作砂纸和砂轮的磨料。
材料合成与制备方法第一章1、1 溶胶凝胶1、什么是溶胶——凝胶?答:就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体,在液相下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,溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构的凝胶,凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂,形成凝胶。
2、基本原理(了解)3、设备:磁力搅拌器、电力搅拌器4、优点:该方法制备块体材料具有纯度高、材料成分易控制、成分多元化、均匀性好、材料形状多样化、且可在较低的温度下进性合成并致密化等5、工艺过程:自己看6、工艺参数:自己看2、1水热与溶剂热合成1、水热法:是指在特制的密闭反应器(高压釜)中,采用水溶液作为反应体系,通过对反应体系加热、加压(或自生蒸气压),创造一个相对高温、高压的反应环境。
2、溶剂热法:将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒(例如:有机胺、醇、氨、四氯化碳或苯等),采用类似于水热法的原理,以制备在水溶液中无法长成,易氧化、易水解或对水敏感的材料。
3、优点:a、在有机溶剂中进行的反应能够有效地抑制产物的氧化过程或水中氧的污染;b、非水溶剂的采用使得溶剂热法可选择原料范围大大扩大;c、由于有机溶剂的低沸点,在同样的条件下,它们可以达到比水热合成更高的气压,从而有利于产物的结晶;d、由于较低的反应温度,反应物中结构单元可以保留到产物中,且不受破坏。
同时,有机溶剂官能团和反应物或产物作用,生成某些新型在催化和储能方面有潜在应用的材料4、生产设备:高压釜是进行高温高压水热与溶剂热合成的基本设备;(分类自己看),高压容器一般用特种不锈钢制成,5、合成工艺:选择反应物核反应介质——确定物料配方——优化配料顺序——装釜、封釜——确定反应温度、压力、时间等试验条件——冷却、开釜——液、固分离——物相分析6、水热与溶剂热合成存在的问题:1、无法观察晶体生长和材料合成的过程,不直观。
2、设备要求高耐高温高压的钢材,耐腐蚀的内衬、技术难度大温压控制严格、成本高。
一、选择题1.关于二氧化硫和二氧化氮叙述正确的是A .两种气体都是有毒的气体,且都可用水吸收以消除对空气的污染B .两种气体都具有强氧化性,因此都能够使品红溶液褪色C .二氧化硫与过量的二氧化氮混合后通入水中能得到两种常用的强酸D .两种气体溶于水都可以与水反应,且只生成相应的酸 2.可用于检验SO 24-的试剂是 A .稀硝酸B .NaOHC .BaCl 2D .KNO 33.对溶液中的离子进行鉴定,下列实验所得结论不合理的是A .向溶液中加入盐酸,产生使澄清石灰水变浑浊的无色气体,则溶液中可能含有2-3CO B .向溶液中加入稀硝酸后,再加入3AgNO 溶液有白色沉淀生成,则溶液中一定含有Cl - C .加入2BaCl 溶液有白色沉淀产生,再加盐酸,沉淀不溶解,原溶液中一定含有2-4SO D .向溶液中加入NaOH 溶液,加热后产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体,则可推该溶液中一定含有+4NH4.下列关于氮及其化合物的说法,不正确的是A .将大气中游离态的氮转化为氮的化合物的过程叫氮的固定B .氨碱工业中可以用氨气检查氯气管道是否泄漏C .工业上制备硝酸是利用NH 3和O 2反应生成NO ,进一步转化为NO 2及HNO 3D .为提高作物的养分,可以是将铵态氮肥与碱性肥料(如K 2CO 3)混合使用 5.设N A 为阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是A .120.0g NaHSO 4与MgSO 4的固体混合物中含有离子总数为2N AB .1.0L 1.0mol/L 的NaHCO 3水溶液中含有的氧原子数为3N AC .0.1mol Fe 恰好溶解在100mL 某浓度的硝酸溶液中,该反应转移的电子数为0.3N AD .反应KClO 3+6HCl=KCl+3Cl 2↑+3H 2O 中,生成3mol 氯气时转移6N A 个电子 6.下列叙述Ⅰ和叙述Ⅱ均正确并有因果关系的是7.(NH 4)2SO 4是一种常见的化肥,某工厂用石膏、NH 3、H 2O 、CO 2制备(NH 4)2SO 4的为工艺流程如下:下列说法正确的是A .通入的X 、Y 气体分别为CO 2和NH 3B .操作1为过滤,操作2为蒸馏C .步骤②中反应的离子方程式为CaSO 4+2NH 3+CO 2+H 2O=CaCO 3↓+2+4NH +2-4SO D .通入的CO 2应过量,且工艺流程中CO 2可循环利用 8.对于某些离子的检验及结论一定正确的是A .向某溶液中滴加紫色石蕊试液,溶液变红,原溶液一定是酸。