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无机化学及化学分析(史启祯第三版第一章)

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第1章原子结构和元素周期表Chapter 1Atomic Structure and Periodic Table of Elements太阳行星模型波的微粒性●电磁波是通过空间传播的能量。

可见光只不过是电磁波的一种。

电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。

●Plank 公式1900年, 普朗克(Plank M)提出著名的普朗克方程：E=hv式中的h叫普朗克常量(Planckconstant),其值为6.626×10-34J·s。

普朗克认为, 物体只能按hv的整数倍(例如1, 2, 3等)一份一份地吸收或释出光能, 而不可能是0.5, 1.6, 2.3等任何非整数倍。

即所谓的能量量子化概念。

普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念, 但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程(即吸收或释出)。

●光电效应1905年,爱因斯坦(Einstein A)成功地将能量量子化概念扩展到光本身,解释了光电效应(photoelectric effect)。

爱因斯坦认为,入射光本身的能量也按普朗克方程量子化,并将这一份份数值为1的能量叫光子(photons),一束光线就是一束光子流.频率一定的光子其能量都相同,光的强弱只表明光子的多少,而与每个光子的能量无关。

爱因斯坦对光电效应的成功解释最终使光的微粒性为人们所接受。

光电效应另一面谁来翻开？钱币的一面已被翻开！波的微粒性导致了人们对波的深层次认识，产生了讨论波的微粒性概念为基础的学科量子力学(quantummechanics ）。

Einstein 的光子学说电子微粒性的实验Plank 的量子论综上所述微粒的波动性●德布罗依关系式—一个伟大思想的诞生著名的德布罗依关系式德布罗依1924年说：“过去，对光过分强调波性而忽视它的粒性；现在对电子是否存在另一种倾向，即过分强调它的粒性而忽视它的波性。

”●微粒波动性的直接证据—光的衍射和绕射灯光源波粒二象性爱因斯坦的光子学说普朗克的量子化学说氢原子的光谱实验卢瑟福的有核模型Bohr 在的基础上，建立了Bohr 理论Bohr 模型的建立Bohr model1.1 波尔原子模型玻尔模型认为,电子只能在若干圆形的固定轨道上绕核运动。

它们是符合一定条件的轨道：电子的轨道角动量L 只能等于h/(2π)的整数倍：h π2n mvr L ==从距核最近的一条轨道算起,n 值分别等于1,2,3,4,5,6,7。

根据假定条件算得n =1时允许轨道的半径为53pm,这就是著名的波尔半径。

★关于固定轨道的概念Bohr 理论的主要内容Bohr model★关于轨道能量量子化的概念原子只能处于上述条件所限定的几个能态。

定态(stationary state)：所有这些允许能态之统称。

电子只能在有确定半径和能量的定态轨道上运动,且不辐射能量。

基态(ground state):n 值为1 的定态。

通常电子保持在能量最低的这一基态。

基态是能量最低即最稳定的状态。

激发态(excited states):指除基态以外的其余定态. 各激发态的能量随n 值增大而增高。

电子只有从外部吸收足够能量时才能到达激发态。

★关于能量的吸收和发射玻尔模型认为,只有当电子从较高能态(E 2)向较低能态(E 1)跃迁时,原子才能以光子的形式放出能量,光子能量的大小决定于跃迁所涉及的两条轨道间的能量差：ΔE = E 2－E 1= h νhE E E E h 1212-=-=ννE : 轨道的能量ν：光的频率h: Planck 常数Bohr model●解释了H 及He+、Li2+、B3+ 的原子光谱波型HαHβHγHδ计算值/nm 656.2 486.1 434.0 410.1实验值/nm 656.3 486.1 434.1 410.2●说明了原子的稳定性●对其他发光现象（如Ｘ光的形成）也能解释●计算氢原子的电离能●不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂●不能解释氢原子光谱的精细结构●不能解释多电子原子的光谱Bohr model1.2 原子结构的波动力学模型是由海森堡和薛定谔为代表的科学家通过数学方法处理原子中的电子的波动性而建立起来的。

▪不确定原理▪薛定谔方程●波函数与原子轨道●波函数ψ是量子力学描述核外电子运动状态的数学函数式，即用一定的波函数ψ表示电子的一种运动状态。

●因此波函数ψ和原子轨道是同义词，它只是反映了核外电子运动状态表现出的波动性和统计性规律（概率波，概率密度，电子云）。

波函数ψ是空间坐标x,y,z的函数。

1.2.1 四个量子数1.主量子数n（层）▪确定电子出现几率最大处离核的距离▪与电子能量有关▪不同的n 值，对应于不同的电子壳层。

2.角量子数l （形状）▪与角动量（轨道形状）有关，决定了ψ的角度函数的形状。

▪对于多电子原子, l 也与能量E有关。

▪l 的取值0，1，2，3……n-1(亚层）s, p, d, f…...3. 磁量子数m（方向）▪m可取0，±1, ±2……±l▪值决定了ψ角度函数的空间取向▪m 值相同的轨道互为等价轨道s轨道(l = 0, m = 0 ) :m 一种取值, 空间一种取向, 一条s轨道p轨道(l = 1, m = +1, 0, -1)m三种取值,三种取向,三条等价(简并)p轨道d 轨道(l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2) :m 五种取值, 空间五种取向, 五条等价(简并) d 轨道◆描述电子绕自轴旋转的状态◆自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为◆m s 取值+1/2和-1/2，分别用↑和↓表示磁场屏幕窄缝银原子流炉想象中的电子自旋★两种可能的自旋方向:正向(+1/2)和反向(-1/2)★产生方向相反的磁场★相反自旋的一对电子,磁场相互抵消.4. 自旋量子数m sn , l , m 一定, 轨道也确定0 1 2 3……轨道s p d f……例如: n =2, l =0, m =0, 2sn =3, l =1, m =0, 3p zn =3, l =2, m =0, 3d z 2核外电子运动轨道运动自旋运动与一套量子数相对应（自然也有1个能量E i )nl mm sA什么是轨道的“节点”和“节面”？Solution对p 轨道,电子概率为零的区域是个平面,称之为节面。

p x 轨道的节面是yz 平面,p y 轨道和pz 轨道的节面分别是xz 平面和xy 平面。

如2s 轨道的两种表示法中，(a)中原子核附近(r =0)电子概率最高,在离核某个距离处下降到零,概率为零的这个点叫节点小结：•n ：决定电子的能级•l ：决定电子云的形状•m ：决定电子云的伸展方向•一个原子轨道可由n ,l ,m 3个量子数确定。

•一个电子的运动状态必须用n ,l ,m,m s 4个量子数描述。

271.3 多电子原子轨道的能级鲍林近似能级图◆n 值相同时,轨道能级则由l 值决定, 叫能级分裂；◆l值相同时, 轨道能级只由n值决定, 例: E(1s) < E(2s)< E(3s) < E(4s)◆n和l都不同时出现更为复杂的情况,主量子数小的能级可能高于主量子数大的能级,即所谓的能级交错。

能级交错现象出现于第四能级组开始的各能级组中。

科顿能级图◆H 原子轨道能量只与n 有关, 其它原子轨道均发生能级分裂。

◆各种同名轨道的能量毫无例地随原子序数增大而下降。

◆从Sc开始, 第4周期元素的3d轨道能级低于4s。

这说明, 不但是Mn原子,其余3d过渡金属被氧化时,4s轨道都先于3d轨道失去电子。

1.4基态原子的核外电子排布(1) 基态原子的电子组态氩原子(Z=18)的基态电子组态标示为:Ar1s22s22p63s23p6钾原子(Z=19)的基态电子组态标示为:K 1s22s22p63s23p6 4s1(或[Ar]4s1)原子实(2) 遵循原则a)最低能量原理:电子总是优先占据可供占据的能量最低的轨道, 占满能量较低的轨道后才进入能量较高的轨道。

根据顺序图,电子填入轨道时遵循下列次序：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p铬(Z=24)之前的原子严格遵守这一顺序,钒(Z=23)之后的原子有时出现例外。

（P532）（全充满，半充满例外）b)泡利不相容原理同一原子中不能存在运动状态完全相同的电子, 或者说同一原子中不能存在四个量子数完全相同的电子。

例如, 一原子轨道中电子A 和电子B 的三个量子数n, l, m 已相同, m s 就必须不同。

21+21-1945年瑞士籍奥地利科学家W.Pauli(1900-1958)诺贝尔物理学奖*同一轨道上最多容纳自旋方向相反的两个电子。

P21表1.5c)洪特规则电子分布到等价轨道时,总是尽先以相同的自旋状态分占轨道:即在n 和l 相同的轨道上分布电子,将尽可得分布在m值不同的轨道上,且自旋相同。

例如Mn 原子：(b) [Ar] (a) [Ar]3d 4s单电子与磁性未成对电子的存在与否,实际上可通过物质在磁场中的行为确定：含有未成对电子的物质在外磁场中显示顺磁性顺磁性是指物体受磁场吸引的性质不含未成对电子的物质在外磁场中显示反磁性,反磁性是指物体受磁场排斥的性质。

根据Hund’s rule ,下列三种排布中哪一种是氮原子的实际电子组态?↓↑ ↓↑ ↓↑ ↑ —— —— —— —— ——1s 2s 2p x 2p y 2p z↓↑ ↓↑ ↑ ↑ ↑ —— —— —— —— —— 1s 2s 2p x 2p y 2p z↓↑ ↓↑ ↑ ↓ ↑ —— —— —— —— —— 1s 2s 2p x 2p y 2p z1. 电子组态和能级序列的关系2. 半充满和全充满1.5 元素周期表1元素的周期41元素周期表中的七个周期分别对应7个能级组周期特点能级组对应的能级原子轨道数元素数一二三四五六七特短周期短周期短周期长周期长周期特长周期不完全周期12345671s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p144991616288181832应有32422 元素的族第1，2，13，14，15，16和17列为主族，即,ⅠA,ⅡA,ⅢA,ⅣA,ⅤA,ⅥA,ⅦA。

主族：族序数=价电子总数稀有气体(He除外)8e－为ⅧA,通常称为零族，第3~7，11和12列为副族。

即, ⅢB,ⅣB,ⅤB,ⅥB,ⅦB,ⅠB和ⅡB。

前5个副族的价电子数=族序数。

ⅠB,ⅡB——根据n s轨道上电子数划分。

第8,9,10列元素称为Ⅷ族，价电子排布（n-1)d6-10n s0~2。

3 元素的分区元素周期表中价电子排布类似的元素集中在一起，分为5个区，并以最后填入的电子的能级代号作为区号。

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无机化学与化学分析

无机化学与化学分析

·基础化学·【课程名称】无机化学与化学分析（Inorganic Chemistry and Chemical Analysis）【课号】041026【所属院系】化学与化学工程系【课程总学时】75学时【教学对象】1、适合化学教育、化工工艺、环境科学专业的本科学生2、预备知识：高中化学【教学目的与课程性质、任务】性质：无机化学与化学分析是化学教育专业、化工工艺专业、环境科学专业的必修专业基础课。

任务：使学生初步掌握一些化学基本理论；牢固掌握元素化学知识，掌握分析化学的基本原理和基础知识；熟练掌握化学基本技能；提高分析和解决问题的能力；培养严谨的科学态度。

为学习后续课程，进行化学研究工作打下良好基础。

【教学内容及学时分配】第一章原子结构（4学时）1.1 氢原子的波动力学模型1.2 轨道概念的图形描述1.3 多电子原子轨道的能级和基态原子核外电子的排布1.4 周期表与原子结构1.5 原子参数第二章化学键与分子结构（6学时）2.1 化学键的定义2.2 离子键理论2.3 路易斯结构式2.4 价层电子对互斥理论2.5 价键理论2.6 分子轨道理论2.7 金属键理论2.8 分子间作用力第三章化学反应速率的表示方法（4学时）3.1 化学反应速率的表示方法3.2 影响化学反应速率的因素第四章化学热力学的初步概念与化学平衡（6学时）4.1 热化学4.2 熵和熵变4.3 自由能4.4 标准平衡常数·教学大纲·第五章酸和酸碱反应（2学时）5.1 布朗斯特酸碱5.2 路易斯酸碱第六章氧化还原反应（4学时）6.1 基本概念6.2 氧化还原反应方程式的配平6.3 埃灵罕母图6.4 电极电势6.5 电势数据的图示法6.6 影响氧化还原反应的动力学因素第七章配位化合物（4学时）7.1 相关的定义和命名7.2 化学键理论7.3 异构现象和立体化学7.4 配合物的稳定性第八章酸碱平衡和酸碱滴定法（8学时）8.1 弱酸、碱水溶液的质子转移平衡8.2 溶液H3O+的计算8.3 水解8.4 缓冲溶液8.5 酸碱滴定原理8.6 滴定方式和应用第九章重量分析法和沉淀滴定法（8学时）9.1 沉淀-溶解平衡9.2 重量分析法9.3 沉淀滴定法第十章配位滴定法（4学时）10.1 副反应系数和条件稳定常数10.2 配位滴定原理10.3 干扰的消除和滴定方式第十一章氧化还原滴定法（4学时）11.1 氧化还原平衡11.2 滴定曲线和指示剂11.3 待测组分的预报处理11.4 重要的氧化还原滴定法第十二章 S区元素（2学时）12.1 单质12.2 化合物·基础化学·第十三章 p区元素（一）（8学时）13.1 概述13.2 天然资源、单质的提取和用途13.3 硼13.4 铝13.5 碳13.6 硅13.7 氧13.8 磷13.9 长周期元素第十四章 p区元素（二）（4学时）14.1 第16和18族元素概述14.2 工业资源、单质的制备和用途14.3 过氧化氢、其他无机过氧化物和臭氧14.4 硫的重要化合物14.5 卤素第十五章 d区元素（6学时）15.1 通性15.2 钛和钒15.3 铬15.4 锰15.5 铁、钴、镍15.6 钼15.7 第二、三过渡元素的化学特征15.8 锌、镉、汞15.9 过渡元素金属有机化合物15.10 过渡金属有机化学与均相催化第十六章 f区元素（1学时）16.1 镧系元素16.2 锕系元素简介第十七章氢（1学时）17.1 存在、制备和用途17.2 核性质17.3 二元氢化物的分类17.4 氢的性质和反应【教材及主要参考书】『教材』·教学大纲·《无机化学和化学分析》史启祯主编，高等教育出版社，1998。

无机及分析化学01.第一章-绪论ppt课件

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➢ 个人误差：又称主观误差，是由于分析人员的主观原因。(如个人对 颜色的敏感程度不同，在辨别滴定终点的颜色或偏深或偏浅）
Chapter One
32
（2） 随机误差：由测量过程中一系列有关因 素的微小的随机波动而引起的误差，具有统 计规律性，可用统计的方法进行处理。多次 测量时正负误差可能相互抵消。无法严格控 制，仅可尽量减少。
A. 精度高且准确度也好 B. 精度不高但其平均值
的准确度仍较好 C. 精度很高但明显存在
负的系统误差 D. 精度很差，且准确度
也很差，不可取
Chapter One
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2. 定量分析误差产生的原因
（1）系统误差 由某种固定因素引起的误差，是在测量过
程中重复出现、正负及大小可测，并具有单向 性的误差。可通过其他方法验证而加以校正。
Chapter One
11
传统化学按研究对象的内在逻辑不同，分为无机 化学、有机化学、分析化学和物理化学四大分支。
现代化学已经渗透到很多领域，形成了许多应用 化学的新分支和边缘学科，如农业化学、生物化 学、医药化学、环境化学、材料化学、核化学、 等；另一方面，原有的“四大分支”中的某些内 容，已经发展成为一些新的独立分支，如热化学、 配位化学、化学生物学、稀有元素化学等。
Chapter One
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系统误差的分类
➢ 方法误差：由所选择的方法本身（分析系统的化学或物理化学性质） 决定的，无法避免。
➢ 操作误差：操作者本人所引起的，可通过提高 操作者技能来消除或 减少（所选试样缺乏代表性、溶样不完全、观察终点有误、观察先 入为主等）
➢ 仪器及试剂误差：由仪器性能及所用试剂的性质（仪器准确度不够、 器皿间不配套、试剂不纯等）所决定
无机化学与化学分析(第三版-史启祯,7-12章)

无机化学与化学分析(第三版-史启祯,7-12章)


大重叠原则是在符合对称性匹配原则的前提下， 决定分子轨道组合效 率的问题。
异构现象，异构体。 结构异构体：指配位实体中的配位键类型不同的异构体，包 括配位异构体和键合异构体两种。 键合异构体：化学式相同的配位化合物，由于配体具有两个 或两个以上的不同配位原子，配体分别用不同的配位原子和 中心原子(或离子)键合而产生的异构现象。 配位异构体：指直接与金属原子键合的配体不同，配合物的 化学组成相同。 立体异构体：空间排布不同包括几何异构体，旋光异构体。
（5）如配合物里单电子数为零，为反磁性，如存在单电子 则为顺磁性。 晶体稳定化能指电子占据分裂的 d 轨道后产生的高于平均能 量的额外稳定化能。（cfse） 分子轨道理论（配位场理论）一种化学键理论，是原子轨道 理论对分子的自然推广。
原子轨道线性组合的原则 （分子轨道是由原子轨道线性组合而得的） ： ⑴对称性匹配原则 只有对称性匹配的原子轨道才能组合成分子轨道， 这称为对称性匹配 原则。 原子轨道有 s、p、d 等各种类型，从它们的角度分布函数的几何图形 可以看出，它们对于某些点、线、面等有着不同的空间对称性。 对 称性是否匹配，可根据两个原子轨道的角度分布图中波瓣的正、负号 对于键轴（设为 x 轴）或对于含键轴的某一平面的对称性决定。 ⑵能量近似原则 在对称性匹配的原子轨道中， 只有能量相近的原子轨道才能组合成有 效的分子轨道，而且能量愈相近愈好，这称为能量近似原则。 ⑶轨道最大重叠原则 对称性匹配的两个原子轨道进行线性组合时，其重叠程度愈大，则组 合成的分子轨道的能量愈低，所形成的化学键愈牢固，这称为轨道最 大重叠原则。 在上述三条原则中，对称性匹配原则是首要的，它决 定原子轨道有无组合成分子轨道的可能性。 能量近似原则和轨道最
溶液的渗透压 渗透(osmosis)：由物质粒子通过半透膜单向扩散的现象。 半透膜(semipermeable membrane)：在两个不同浓度的溶液 之间，存在一种能有选择地通过或阻止某些粒子的物质。 渗 透 压 (osmosis pressure) ： 为 维 持 半 透 膜 所 隔 开 的 溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力。即阻止渗 透作用进行时所需加给的额外压力。
无机及分析化学教学大纲

无机及分析化学教学大纲

无机及分析化学教学大纲一、适用范围本教学大纲适用于大学本科应用化学、材料化学、高分子化学、化学工程与工艺专业。

二、课程性质、地位及作用《无机及分析化学》课程是高等学校化工类各专业的第一门必修基础课，是为实现教学内容整合和结构优化而设置的一门新课程，是课程体系改革的产物，集无机化学、分析化学两大基础课之优势和特点于一身。

通过本课程的学习，要求学生不仅掌握无机与分析化学的基本原理，掌握四大平衡及四大滴定分析方法和实际应用，熟悉仪器分析测试的基本原理和适用范围，了解元素化学的性质与应用，并且能熟练运用基本原理，结合相关知识解决实际问题，正确理解和掌握基本的化学分析方法，养成良好的实验习惯和严谨求实的科学作风，培养学生分析问题与解决问题的能力，达到培养学生的综合素质与创新能力的目标。

三、教学基本要求1. 1.通过本课程的学习，培养学生对物质世界的辩证唯物主义观点，使学生了解无机与分析化学学科在国家现代化建设中的作用。

了解化学发展简史，化学学科的分支及特点，以及本课程与相关学科的衔接与联系。

2. 2.通过化学反应热力学和动力学的学习，了解热力学能（内能）、焓、熵和吉布斯自由能等状态函数的概念和相关计算，会用自由能变ΔG来判断化学反应的方向及温度对ΔG的影响；正确理解平衡常数的意义及表示方法，掌握Gibbs自由能变与平衡常数的关系和有关计算；利用Van’t Hoff等温式判断任意给定条件下化学反应的方向；运用平衡移动原理说明温度、浓度压力对化学平衡移动的影响；了解化学反应速率的概念及其实验测定方法；掌握质量作用定律、化学反应的速率方程和阿累尼乌斯经验式，并能用活化分子、活化能等概念解释外界因素对反应速率的影响；通过原子结构、化学键与分子结构的学习，要求学生掌握原子的电子层填充规律及其与元素周期律的关系，元素若干性质（原子半径、电离能、电子亲和能和电负性）与原子结构的关系，能用轨道杂化理论来解释一般分子的构型，用价层电子对互斥理论来预言一般主族元素化合物的分子构型；了解离子极化和分子间作用力的概念；能够依据化合物的结构和成键类型，初步判断相应化合物的物理和化学性质。