普通化学 第6章 无机化合物课件.ppt

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1、19.12.2022,.,1,第6章 无机化合物,19.12.2022,.,2,1 卤化物熔点变化规律（P210表6.1）,6.1 氧化物和卤化物的性质6.1.1 物理性质,19.12.2022,.,3,注意：1）IA族的LiCl例外； 2）IIA族的熔点：BaCl2SrCl2 CaCl2 MgCl2 BeCl2; 3)熔点： FeCl2 FeCl3 ；SnCl2 SnCl4 原因：用离子极化理论解释。2 离子极化理论,（1）离子极化 (P212) 在外电场的作用下，离子中的原子核和电子会发生相对位移，离子就会变形，产生诱导偶极，这种过程叫做离子极化。,19.12.2022,.,4,_,把组成

2、化合物的原子看作球形的正、负离子，正、负电荷的中心重合于球心。在外电场的作用下，离子中的原子核和电子会发生相对位移，离子就会变形，产生诱导偶极，这种过程叫做离子极化。事实上离子都带电荷，所以离子本身就可以产生电场，使带有异号电荷的相邻离子极化。,19.12.2022,.,5,离子极化的结果，使正、负离子之间发生了额外的吸引力，甚至有可能使两个离子的轨道或电子云产生变形而导致轨道的相互重叠，趋向于生成极性较小的键（如下图），即离子键向共价键转变。因而，极性键可以看成是离子键向共价键过渡的一种形式。,图6.2 离子键向共价键转变的示意图,19.12.2022,.,6,影响离子极化作用的重要因素*,

3、极化力（离子使其他离子极化而发生变形的能力）离子的极化力决定于它的电场强度，主要取决于： 离子的电荷 电荷数越多，极化力越强。,离子的半径 半径越小，极化力越强。如 Mg2+ Ba2+,离子的外层电子构型 8电子构型(稀有气体原子结构)的离子(如Na+、Mg2+)极化力弱，917电子构型的离子(如Cr3、Mn2、Fe2、Fe3+)以及18电子构型的离子(如Ag、Zn2+等)极化力较强。 如 Ag Na+,19.12.2022,.,7,离子变形性(离子可以被极化的程度)离子变形性大小与离子的结构有关，主要取决于：,离子的电荷: 随正电荷的减少或负电荷的增加，变形性增大。 Si4+Al3+Mg2+

4、Na+F-O2-,离子的半径: 随半径的增大，变形性增大。F-Cl-Br-I-； O2-S2-,离子的外层电子构型: 18、917等电子构型的离子变形性较大，具有稀有气体外层电子构型的离子变形性小。K+Ag+ ； Ca2+Hg2+,19.12.2022,.,8,极化对晶体结构和熔点的影响*,以第三周期氯化物为例：由于Na+、Mg2+、Al3+、Si4+的离子电荷依次递增而半径减小，极化力依次增强，引起Cl发生变形的程度也依次增大，致使正负离子轨道的重叠程度增大，键的极性减小，相应的晶体由NaCl的离子晶体转变为MgCl2、AlCl3的层状过渡型晶体，最后转变为SiCl4的共价型分子晶体，其熔点

5、、沸点、导电性也依次递减。,19.12.2022,.,9,3 氧化物熔点变化规律,19.12.2022,.,10,注意：一般情况下，相同价态的某金属的氧化物的熔点都比其氯化物要高。 如 MgOMgCl2 Al2O3 AlCl3 Fe2O3 FeCl3 CaO CaCl2原因：变形性：Cl- O2-,4. 铁的氧化物（P215）,19.12.2022,.,11,6.1.2 氧化物和卤化物的化学性质,本节选择科学研究和实际工程中应用较多的高锰酸钾、重铬酸钾、亚硝酸盐、过氧化氢为代表，介绍氧化还原性、介质的影响及产物的一般规律。,无机化合物的化学性质涉及范围很广。现联系周期系和化学热力学，着重讨论氧

6、化还原性和酸碱性。,1 氧化还原性,19.12.2022,.,12,高锰酸钾暗紫色晶体,常用强氧化剂。氧化能力随介质的酸度的减弱而减弱，还原产物也不同。,酸性介质中是很强的氧化剂。还原产物为Mn2+MnO48H+5eMn2+ + 4H2O(MnO4/ Mn2+)1.506V,在中性或弱碱性的溶液中，还原为MnO2(棕褐色沉淀).,在强碱性溶液中，被还原为MnO42-（绿色）,19.12.2022,.,13,重铬酸钾橙色晶体,常用氧化剂。,重铬酸钾的氧化性示例：Cr2O72+ 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+6Fe3+ + 7H2O,+6价的铬可以铬酸钾的形式存在，也可以重铬酸钾的形式存在：

7、 2CrO42(aq) + 2H+(aq) = Cr2O72(aq) + H2O (黄色) (橙色),19.12.2022,.,14,亚硝酸钠无色透明晶体,一般用作氧化剂，有弱毒性、致癌。,作为氧化剂：2NO2+ 2I+ 4H+ = 2NO(g) + I2 + 2H2O,作为还原剂Cr2O72 + 3NO2 + 8H+ = 2Cr3+ + 3NO3 + 4H2O,19.12.2022,.,15,过氧化氢,过氧化氢中氧的氧化值为-1，既有氧化性又有还原性。 H2O2 + 2I + 2H+ = I2 + 2H2O2MnO4 + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O,过氧

8、化氢的应用漂白剂：漂白象牙、丝、羽毛等；消毒剂：3%的H2O2做外科消毒剂；氧化剂：90%的H2O2做火箭燃料的氧化剂,19.12.2022,.,16,2 酸碱性,氧化物及其水合物的酸碱性强弱的一般规律：,氧化物及其水合物的酸碱性根据氧化物对酸、碱的反应不同可将氧化物分成酸性、碱性、两性和不成盐四类，氧化物的水合物可用一个简化通式R(OH)x来表示。,(1) 周期系各族元素最高价态的氧化物及其水合物从左到右(同周期)：酸性增强，碱性减弱自上而下(同族)：酸性减弱，碱性增强,19.12.2022,.,17,表6.5 氧化物及水合物的酸碱性 P220,19.12.2022,.,18,图6.11 相

9、同元素不同价态的氧化物及其水合物的酸碱性,(2)同一元素形成不同价态的氧化物及其水合物高价态的酸性比低价的态强；低价态的碱性比高价的态强。,19.12.2022,.,19,氯化物,氯化物与水的作用 活泼金属的氯化物钾、钠、钡的氯化物在水中解离并水合，但不与水发生反应。,非金属氯化物除CCl4外，高价态氯化物与水完全反应。SiCl4(l) + 3H2O = H2SiO3(s)+ 4HCl(aq),不太活泼金属的氯化物镁、锌、铁等的氯化物会不同程度地与水发生反应(水解)，尽管反应常常是分级进行和可逆的，却总引起溶液酸性的增强。SnCl2 + H2O Sn(OH)Cl(s) + HClSbCl3 +

10、 H2O SbOCl(s) + HClBiCl3 + H2O BiOCl(s) + HCl,19.12.2022,.,20,硅酸盐,硅酸盐与水的作用,除碱金属外，绝大多数硅酸盐难溶于水也不与水作用。硅酸钠、硅酸钾是常见的可溶性的硅酸盐。将二氧化硅与烧碱或纯碱共熔，可得硅酸钠。SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O(g)SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2(g),Na2SiO3与水反应，强烈水解，呈碱性。 SiO32H2O = H2SiO32OH,19.12.2022,.,21,水玻璃与硅胶*,在一定范围内，水玻璃的模数越大，水玻璃的粘结性越高，硬化速率越

11、快，但粘结后强度较低。因此正确选择模数或加入化学试剂(如NH4Cl或NaOH)来调节模数，是保证粘结质量的一个重要因素。 水玻璃常用做铸型砂的粘结剂：在空气中遇CO2变成粘结力极强的硅凝胶：Na2SiO3 + 2CO2 + 2H2O = H2SiO3(s) + 2NaHCO3,也可以使用氯化铵：Na2SiO3 + 2NH4Cl = H2SiO3(s) + 2NaCl + 2NH3(g),硅酸钠的水溶液称为水玻璃，俗称泡花碱。硅酸钠的计量式可表示为Na2OmSiO2(写成Na2SiO3是简化表示)，m称为水玻璃的模数，一般在3 左右。,19.12.2022,.,22,硅酸分子由于其中含有SiO2

12、与H2O的比例不同而形成几种硅酸，通式为mSiO2nH2O，式中m 和n 都是正整数。m1的硅酸称为多硅酸。硅酸凝胶就是多硅酸，受热能完全脱水， 转变成SiO2。若将其中大部分水脱去，可得白色透明固体，称为硅胶。,硅胶的比表面积非常大(800900m2/g)，可用作吸附剂、干燥剂和催化剂载体。经CoCl2处理可得变色硅胶，是常用的干燥剂。当蓝色变成粉红色时，就要进行再生处理，方可恢复吸湿能力。,Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl,19.12.2022,.,23,6.2 配位化合物,配位化学是无机化学的一个重要研究方向。由于配位化学与生命科学的结合，以及具有特殊功能配

13、合物的良好前景等，使配位化学获得很大的发展。,附图6.4 Cu(DABT)Cl2配合物的分子结构(70K以下呈铁磁性质) , 配体DABT为2,2-二氨基-4,4-联噻唑的简称,配位化学的研究对象是配位化合物，也称为配合物。,19.12.2022,.,24,19.12.2022,.,25,6.2.1 配位化合物的组成和结构,配合物是由中心离子(或中心原子)通过配位键与配位体形成的化合物。根据配位体的不同，配合物分为简单配合物和特殊配合物两类。,简单配合物由单齿配体和中心离子(或中心原子)配位的配合物称为简单配合物。,特殊配合物配位体中至少有一个多齿配体和中心离子(或中心原子)配位形成环状结构的

14、配合物称为螯合物。还有中性金属原子为配合物形成体,CO为配体的羰合物。,19.12.2022,.,26,1. 简单配合物,以Cu(NH3)4 SO4 为例，金属离子 Cu2+为中心离子(又称为配离子的形成体)。在它周围直接配位着四个NH3配位体(能提供配位体的物质称为配位剂)。在配位体中，与中心原子直接相结合的原子叫做配原子(如NH3中N)。与中心离子直接相结合的配位原子的总数是配位数。在Cu(NH3)4 2+中, Cu2+离子的配位数为4。,Cu2+,附图6.5 Cu(NH3)42+离子的结构,19.12.2022,.,27,2. 特殊配合物（螯合物和羰合物）,每一个配位体只能提供一 个配位

15、原子的配位体称为单齿配体，而含有两个或两个以上配位原子的配位体称为多齿配体。能提供多齿配体的物质称为螯合剂。由多齿配体形成的环状结构的配合物称为螯合物，如Cu(en)22+。,附图6.6 Cu(en)22+的结构,如果配位化合物的形成体是中性原子，配位体是CO分子，这类配合物称为羰合物。如Ni(CO) 4, Fe(CO) 5 。,19.12.2022,.,28,6.2.2 配位化合物的命名,配离子命名配位体名称列在中心离子(或中心原子)之前，用“合”字将二者联在一起。每种配位体前用二、三、四等数字表示配位体数目。对较复杂的配位体则将配位体均写在括号中，以避免混淆。在中心离子之后用带括号的罗马字

16、表示其氧化值。例如：Ag(NH3)2+命名为二氨合银(I)配离子。,若配体不止一种，不同配体名称之间以中圆点“”分开。配体列出的顺序按如下规定：,无机配体先于有机配体,无机配体中，先负离子后中性分子,同类配体的名称，按配原子元素符号的英文字母顺序排列,19.12.2022,.,29,配合物命名服从一般化合物的命名原则。若与配位阳离子结合的负离子是简单酸根,则该配合物叫做“某化某”；若与配合物阳离子结合的负离子是复杂酸根如SO42-、Ac-等叫做“某酸某”。若配合物含有配阴离子（即配离子是负离子），则配阴离子后加“酸”字，也叫做“某酸某”,19.12.2022,.,30,配合物命名示例,Ag(N

17、H3)2Cl氯化二氨合银(I)Cu(en)2SO4硫酸二(乙二胺)合铜(II)HAuCl4四氯合金(III)酸K3Fe(CN)6六氰合铁(III)酸钾KPtCl3(C2H4)三氯乙烯合铂(II)酸钾CoCl(NH3)3(H2O)2Cl2二氯化一氯三氨二水合钴(III)Co2(CO)8八羰合二钴,NaAl(OH)4 四羟基合铝(III)酸钠,Co(NH3)6Cl2 二氯化六氨合钴(II),19.12.2022,.,31,6.2.3 配合物的结构,1 配合物的空间构型,配合物的空间构型是指配体围绕着中心离子或原子排布的几何构型。 测定配合物空间构型的方法很多，常用的是单晶X-射线衍射法，这种方法能

18、够比较精确地确定配合物中各个原子的位置、键长、键角、扭转角等，从而得出配合物分子或离子的空间构型。 空间构型与配位数的多少存在密切的关系。,19.12.2022,.,32,19.12.2022,.,33,19.12.2022,.,34,从表中可以看出，在各种不同的配位数的配合物中，围绕形成体（中心离子或原子）排布的配体，趋向于处在彼此排斥作用最小的位置上。这样的排布有利于使体系的能量最低。这与价层电子对互斥理论对一般分子的空间构型的推断是一致的。从表中还可以看出配合物空间构型不仅仅取决于配位数，当配位数相同时，还常与中心离子和配体的种类有关，如Ni(CN)42-是平面正方形，而NiCl42-的

19、构型为四面体构型。,19.12.2022,.,35,分子式相同，但结构和性质不同的配合物称为配合物的同分异构体，这种现象称为同分异构现象。配合物的同分异构现象是一种非常普遍的现象，通常可分为几何异构、旋光异构、键合异构、电离异构、溶剂合异构、配位异构等。,2 配合物的同分异构现象（略）,19.12.2022,.,36,1. 几何异构现象 配体相同但空间排布方式不同的现象称几何异构。其实质为空间异构 四面体配合物不存在几何异构现象，但MA2B2型平面正方形配合物存在顺式（cis-）和反式（trans-）异构现象。如Pt(NH3)2Cl2有两种几何异构体(图12-5)。,19.12.2022,.,

20、37,这两种几何异构体的性质不同：cis-Pt(NH3)2Cl2呈棕黄色，为极性分子，在水中的溶解度为0.258 g/100 gH2O，而且具有抗癌活性。,19.12.2022,.,38,邻位的Cl可被OH，然后被草酸根取代，形成Pt(NH3)2(C2O4):而trans-Pt(NH3)2Cl2呈淡黄色，为非极性分子，在水中的溶解度仅为0.037 g/100 g H2O，难溶于水，也不具有抗癌活性，而且也不能转化为草酸配合物。,19.12.2022,.,39,一般来说，中性顺反异构体可以通过测量偶极矩来区分。因为顺式异构体的偶极矩不为零，是极性分子，而反式偶极矩为零，是非极性分子。配合物的几何

21、异构体现象，可以通过IR和Raman光谱进行研究。,19.12.2022,.,40,2. 旋光异构现象旋光异构体又称光学异构体或光学活性异构体，是指两种异构体的对称关系类似于一个人的左手和右手，互成镜像关系（图12-8）。,19.12.2022,.,41,光学活性是一种普遍现象，许多分子具有这样的特性，这类分子叫做手性分子。例如，Cis-Cr(SCN)2(en)2+与它的镜像是不能重叠的，但异构体II与异构体I的镜像相同，故Cis- Cr(SCN)2(en)2+属于手性离子，具有旋光异构体(异构体I, II); 而Trans-Cr(SCN)2(en)2+与它的镜像相同(图12-9)，不是手性离

22、子，没有旋光异构体。,19.12.2022,.,42,具有旋光异构体的配合物可使平面偏振光发生方向相反的偏转，其中使偏振光向右(顺时针)偏转的为右旋旋光异构体（符号D表示），使偏振光向左(逆时针)偏转的为左旋旋光异构体（符号L表示）。,19.12.2022,.,43,具有相同的物理性质(如熔点，沸点，溶解度，折射率，酸性，密度等)，热力学性质(如自由能，焓、熵等)和化学性质的异构体称为对映异构体，简称对映体，对映体的熔点、沸点、在非手性溶剂中的溶解度及与非手性试剂反应的速度都相同，而旋光性、与手性试剂反应或在手性催化剂或手性溶剂中的反应速度则不同。这类配合物异构体在生物体内的生理功能有极大地差

23、异，生物体内含有许多具有旋光活性的有机物。,19.12.2022,.,44,3. 键合异构现象 能以不同的配位原子参与配位的离子称为两可离子，如亚硝酸根、硫氰酸根、氰根等配体能以不同的配位原子与中心离子键合，形成键合异构体(linkage isomer)。如Co(NH3)5(NO2)Cl2和Co(NH3)5(ONO)Cl2; Co(en)2(NCS)(NO2)Cl和Co(en)2(NCS)(O-NO)Cl; Co(en)2(NO2)2X和Co(en)2(ON-O)2X (X= F, Cl, Br, I); Co(NH3)2(Py)2(N-O2)2Cl2和Co(NH3)2(Py)2(ONO)2C

24、l2等都是键合异构体。,19.12.2022,.,45,为区分M-NO2和M-ONO两种键合异构体中的配体，我们将前者称为硝基，后者称为亚硝酸根（nitrito）。如Co(en)2(NO2)2Cl命名为氯化二硝基二乙二胺合钴(III), 而Co(en)2(ONO)2Cl命名为氯化二亚硝酸根二乙二胺合钴(III)。,19.12.2022,.,46,6.2.4 配合物的价键理论,基本要点,在形成配位化合物时，中心离子所提供的空轨道进行杂化，形成多种具有一定方向的杂化轨道，从而使配合物具有一定空间构型。,中心离子中心离子（或原子）有空的价电子轨道可接受由配位体的配原子提供的孤对电子而形成配位键。,配

25、位体配位体的配位原子必须有孤对电子可提供，常见的配位原子有C、N、S、O、F、Cl、Br、I等。,19.12.2022,.,47,前面章节我们曾讨论了主族元素的杂化轨道，如sp3, sp2, sp杂化轨道。对大多数d区元素的原子来说，d轨道也能参与杂化，形成含有s, p, d成分的杂化轨道，如sp3d2, dsp3等杂化轨道，现将常见的杂化轨道、空间构型和一些实例列于表12-5。,19.12.2022,.,48,19.12.2022,.,49,1. 配位数为2的配合物一般来说，d10金属离子易形成配位数为2的配合物，如Cu+的配合物Cu(NH3)2+, Ag+的配合物Ag(NH3)2+, Ag

26、Br2+等。价键理论对它们的结构给予了说明。Cu+的价层电子分布：,19.12.2022,.,50,从Cu+的价电子轨道的电子分布可以看出，Cu+与配体形成配位数为2的配合物时，它可以提供一个4s轨道和一个4p轨道来接受配体提供的电子对。按杂化轨道理论，为了增强成键能力，并形成结构匀称的配合物，Cu+的4s和4p轨道混合起来组成两个新的杂化轨道，即sp杂化轨道。以sp杂化轨道成键的配合物的空间构型为直线型，键角180。如Cu(NH3)2+，它的电子构型如下：,19.12.2022,.,51,Ag(NH3)2+的空间构型为直线形。,sp杂化,4d,AgCl2-，CuCl2-等都是直线形分子。,1

27、9.12.2022,.,52,2. 配位数为3的配合物配位数为3的配合物不是很多，常见的有BF3，价键理论认为B3+的电子构型如下：B3+与配体形成配位数为3的配合物时，它可以提供一个2s轨道和二个2p轨道来接受配体提供的电子对。按杂化轨道理论，为了增强成键能力，并形成结构匀称的配合物，B3+的一个2s和二个2p轨道混合起来组成三个新的杂化轨道，即sp2杂化轨道。,19.12.2022,.,53,根据表12-4可知，以sp2杂化轨道成键的配合物，构型为平面三角形，BF3的电子构型如下：,19.12.2022,.,54,3. 配位数为4的配合物,(1) 四面体型,Zn(NH3)42+,sp3杂化

28、,3d,Zn(NH3)42+的空间构型为四面体。,19.12.2022,.,55,sp3杂化,BeX42-、FeCl4 - 都是四面体形分子。,NiCl42-的空间构型为四面体。,3d,NiCl42-,NiCl42-,形成配合物前后，不成对电子数没有减少，称高自旋配合物。,NiCl42- 有不成对电子，顺磁性。,19.12.2022,.,56,顺磁性与反磁性:,顺磁性：在外磁场中诱导磁矩与外磁场相同，增强外磁场。 n 0 , 0 例：O2，NO，NO2 ， NiCl42-反磁性：在外磁场中诱导磁矩与外磁场相反，削弱外磁场。 n =0 , = 0,物质的磁性主要来源于电子的自旋磁矩。,磁 矩：,

29、玻尔磁子,n ： 未成对电子数,19.12.2022,.,57,(2) 配位数为4的平面正方形配合物,Ni(CN)42-,3d,dsp2杂化,4p,4s,3d,4p,形成配合物后，不成对电子数减少，称低自旋配合物。,19.12.2022,.,58,低自旋与高自旋配合物:,Ni2+有2个不成对电子：,Ni(CN)42-没有不成对电子：,如，Ni(CN)42-是低自旋配合物。,如NiCl42-是高自旋配合物。,Ni2+有2个不成对电子：,NiCl42-有2个不成对电子：,形成配合物后，磁矩比自由离子小的称低自旋配合物，,形成配合物后，磁矩与自由离子相同的称高自旋配合物。,19.12.2022,.,

30、59,4. 配位数为6的配合物 配位数为六的配合物空间构型大多为八面体构型，常用的杂化轨道方式为d2sp3, sp3d2。Fe3+ 的价电子轨道中的价电子分布为：,19.12.2022,.,60,FeF63-,Fe3+,FeF63-,FeF63-八面体型分子，nsnpnd杂化称外轨型配合物。高自旋。,19.12.2022,.,61,Fe(CN)63-,Fe3+,Fe(CN)63-,Fe(CN)63- 八面体型分子。(n-1)dnsnp杂化称内轨型配合物，低自旋。,19.12.2022,.,62,Co(NH3)63+ (八面体型配合物),Co的六个杂化轨道接受六个NH3分子提供的电子对形成八面体

31、型配合物。低自旋配合物。,离子电子组态：,配合物的电子组态：,19.12.2022,.,63,Co(CN)64- (八面体型配合物),自由离子,配离子,配合物的电子组态：,19.12.2022,.,64,d电子数与配合物构型的大致关系,d电子数,构型,杂化轨道,配位数,37,正八面体,d2sp3,6,8，9,平面正方形,dsp2,4,10,正四面体,sp3,4,1,2,正十二面体,d4sp3,8,正四面体,sp3,备注,线性分子,sp,2,4,19.12.2022,.,65,内轨型杂化与外轨型杂化：,中心离子用(n-1)d、ns和np轨道杂化形成的配合物，叫内轨型配合物。中心离子用ns、np和

32、nd轨道杂化形成的配合物，叫外轨型配合物。,内轨型配合物一般是低自旋，外轨型配合物一般是高自旋。,内轨型配合物稳定性要好于外轨型配合物。,19.12.2022,.,66, 当电负性较大的原子（如氧、卤素等）作为配位原子时，通常形成外轨型配合物；而当电负性较小的的原子（如CN-中的C）作为配位原子时，常形成内轨型配合物。 一般说来，卤素离子、水分子等与中心离子易形成外轨型配合物，CN-、NO2-易形成内轨型配合物，NH3随中心离子不同既有外轨型也有内轨型。, 中心离子的电荷越大，越易形成内轨型配合物。例如 Co(NH3)62+是外轨型配合物，而Co(NH3)63+是内轨型配合物。,19.12.2

33、022,.,67,价键理论的优点是能说明配合物的配位数、空间构型、磁性和稳定性。价键理论的不足是: 不能定量说明配合物的性质如吸收光谱； d9型配合物说明很勉强。,有关配合物结构的其它理论还有： 晶体场理论，分子轨道理论。,19.12.2022,.,68,配合物的解离常数和稳定常数,配离子的解离平衡,在Cu2+溶液中加入氨水，生成Cu(NH3)42+,6.2.5 配合物的稳定性,19.12.2022,.,69,6.2.6 配合物的应用,配合物及其配位化学在以下几个方面有非常广泛的应用。,离子的定性鉴定,电镀工业,冶金工业,生物医学,19.12.2022,.,70,1. 离子的定性鉴定,浓氨水鉴

34、定Cu2 Cu(NH3)42+ （深蓝色）,KSCN鉴定Fe3Fe(SCN)2+ （血红色）,K3Fe(CN)6鉴定Fe2 Fe3Fe(CN)62（滕氏蓝沉淀）,K4Fe(CN)6鉴定Fe3 Fe4Fe(CN)63（普鲁士蓝沉淀）,近代通过结构分析普鲁士蓝和滕氏蓝为组成和结构相同的同一种物质，分子式为 KFe Fe(CN)6H2O,19.12.2022,.,71,利用螯合剂与某些金属离子生成有色难溶的螯合物，作为检验这些离子的特征反应。例如丁二肟是Ni2的特效试剂，它与Ni作用，生成鲜红色的二(丁二肟)合镍内配盐。,附图6.7 二(丁二肟)合镍配合物的结构,19.12.2022,.,72,2.

35、 电镀工业方面,在电镀铜工艺中，一般不直接用CuSO4溶液作电镀液，而常加入配位剂焦磷酸钾(K2P2O7)，使形成Cu(P2O7)26-配离子。电镀液中存在下列平衡：Cu(P2O7)26 = Cu2+ 2P2O74Cu2+的浓度降低，在镀件(阴极)上Cu的析出电势代数值减小，同时析出速率也可得到控制，从而有利于得到较均匀、较光滑、附着力较好的镀层。,在电镀工艺中，为了使金属离子保持恒定的低浓度水平。一般利用配合物的特性使金属离子形成配离子。,19.12.2022,.,73,3. 冶金工业方面,用合适的配位体溶液直接把金属从矿物中浸取出来，再用适当的还原剂将配合物还原为金属。也称为湿法冶金。,又

36、如废旧材料中金的回收4Au + 8CN + 2H2O + O2 4Au(CN)2 + 4OH2Au(CN)2 + Zn 2Au + Zn(CN)42,19.12.2022,.,74,4. 生物医学方面,例如以Mg2+为中心的大环配合物叶绿素能进行光合作用，将太阳能转变成化学能。以Fe2为中心的卟啉配合物血红素能输送O2，而煤气中毒是因为血红素中的Fe2与CO生成了更稳定的配合物而失去了运输O2的功能。能固定空气中N2的植物固氮酶是铁和钼蛋白质配合物。,铅中毒主要损害神经系统、消化系统、造血系统和肾脏。我国儿童铅中毒比例很高。,在医药方面，顺铂Pt(NH3)2Cl2具有抗癌的作用，EDTA的钙钠

37、盐是排除人体内Hg、Pb、Cd等有毒金属和U、Th、Pu等放射性元素的高效解毒剂等等。Pb 2+ +Ca(edta) 2- =Pb(edta) 2- +Ca 2+,附图6.8 顺铂的结构,19.12.2022,.,75,6.3 无机材料基础(自学),材料是人类赖以生存和生产的物质基础。材料发展的历史反映了人类社会发展的文明史。新材料的研究和开发已被认为是当今社会发展的三大支柱之一。,材料的品种繁多，材料的分类方法主要有两种。,结构材料：以强度为特征，如建筑、构件,功能材料：以光、电、磁、热等性能为特征的材料,金属材料,无机非金属材料,有机高分子材料,复合材料,19.12.2022,.,76,6

38、.3.1 金属和合金材料,金属材料的优点：良好的导电、传热性、高的机械强度，较为广泛的温度使用范围，良好的机械加工性能等。,金属材料的缺点：易被腐蚀和难以满足高新技术更高温度的需要。,思考：911事件中纽约世贸大厦坍塌的原因？合金钢强度经得起12级台风、各种龙卷风的袭击，也耐得住地震、雷电或爆炸的侵扰。但其优良的导热性，使他经不起高温，整体变软，促成大厦迅速倒塌。,19.12.2022,.,77,1 合金的基本结构类型,金属固溶体一种溶质元素（金属或非金属）原子溶解到另一种溶剂金属元素（较大量的）的晶体中形成一种均匀的固态溶液，这类合金称为金属固溶体。金属固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。例

39、如钒、铬、锰、镍和钴等元素与铁都能形成置换固溶体；而氢、硼、碳和氮与许多副族金属元素能形成间隙固溶体。,(a)纯金属,溶质原子溶剂原子,图6.12 金属固溶体晶格示意图,(b)置换固溶体,(c)间隙固溶体,19.12.2022,.,78,金属化合物,当合金中加入的溶质原子数量超过了溶剂金属的溶解度时，除能形成固溶体外, 同时还会出现新的相，这第二相可以是另一种组分的固溶体，而更常见的是形成金属化合物。,金属化合物种类很多，从组成元素来说可以由金属元素与金属元素，也可以由金属元素和非金属元素组成。前者如Mg2Pb、CuZn 等；后者如硼、碳和氮等非金属元素与d区金属元素形成的化合物，分别称为硼化

40、物、碳化物、氮化物等。,19.12.2022,.,79,碳化物,碳能和大多数元素形成化合物。碳与电负性比碳小的元素形成的二元化合物，除碳氢化合物外，称为碳化物。,离子型碳化物指活泼金属的碳化物，如碳化钙(CaC2)，熔点较高(2300)，工业产品叫电石。,共价型碳化物非金属硅和硼的碳化物，如碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)。熔点高(分别为2827、2350)、硬度大，为原子晶体。,金属型碳化物由碳与钛、锆、钒、铌、钽、钼、钨、锰、铁等d区金属形成，例如WC、Fe3C等。这类碳化物的共同特点是具有金属光泽，能导电导热，熔点高，硬度大，但脆性也大。,19.12.2022,.,80,2 轻质合金,

41、轻质合金是由镁、铝、钛、锂等轻金属形成的合金。主要优点是密度小，在交通运输、航空航天等领域有重要应用。,铝合金在铝中加入镁、铜、锌、锰形成铝合金。铝铜镁合金称为硬铝，铝锌镁铜合金称为超强硬铝(其强度远高于钢)。这些铝合金相对密度小、强度高、易成型，广泛用于飞机制造业。,钛合金钛中加入铝、钒、铬、钼、锰等形成钛合金。钛合金具有密度小、强度高、抗磁性、耐高温、耐海水腐蚀等优点。是制造飞机、火箭发动机，人造卫星外壳，宇宙飞船船舱、潜艇等的重要结构材料。,19.12.2022,.,81,3 耐热合金与低熔合金,耐热合金主要是第VVII 副族元素和VIII族高熔点元素形成的合金。应用最多的有铁基、镍基和

42、钴基合金。它们广泛地用来制造涡轮发动机、各种燃气轮机热端部件，涡轮工作叶片、涡轮盘、燃烧室等。,低熔合金常用的低熔金属及其合金元素有汞、锡、铅和铋等。汞常用做温度计、气压计中的液柱，也可做恒温设备中的电开关接触液。汞容易与很多种金属形成合金。铋的某些合金可应用于自动灭火设备、锅炉安全装置以及信号仪表等，还可用作原子能反应堆的冷却剂。,19.12.2022,.,82,4 形状记忆合金,形状记忆合金有一个特殊的转变温度，在转变温度以下，金属晶体结构处于一种不稳定结构状态，在转变温度以上，金属结构是一种稳定结构状态。一旦把它加热到转变温度以上，不稳定结构就转变为稳定结构，合金就恢复了原来的形状。,用

43、镍钛形状记忆合金制成管接口，在使用温度下加工的管接口内径比外管径略小，安装时在低温下将其机械扩张，套接完毕在室温下放置，由于接口恢复原状而使接口非常紧密。这种管子固定法在F14型战斗机油压系统的接头及在海底输送管的接口固接均有很成功的实例。,19.12.2022,.,83,5 非晶态合金,熔融状态的合金缓慢冷却得到的是晶态合金，从熔融的液态到晶态需要时间使原子排列有序化。如果将熔融状态的合金以超高速急冷的方法使其凝固，不给原子有序化排列的时间，瞬间冷冻后其内部原子仍然保持着液态时的那种基本无序的状态，称为非晶态合金，也称金属玻璃。,高强度、高硬度和高韧性可以在非晶态合金身上达到较好的统一，因为

44、组成非晶态合金的两种原子间有很强的化学键，使得合金的强度很大。同时合金中原子犬牙交错不规则排列使得它具有较好的韧性。,19.12.2022,.,84,6.3.2 无机非金属材料,无机非金属材料的分类和特点,主要有传统的硅酸盐材料和新型无机材料等。前者主要指陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、砖瓦、搪瓷等以天然硅酸盐为原料的制品 (这些制品称为传统陶瓷)。,新型无机材料是用人工合成方法制得的材料，包括氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等化合物(这些材料又称为精细陶瓷或特种陶瓷)以及一些非金属单质如碳、硅等。,无机材料的主要特点是耐高温、抗氧化、耐磨、耐腐蚀和硬度大，而脆性是其不足。,19.12.20

45、22,.,85,1 耐热高温结构材料,氮化硅 Si3N4组成氮化硅的两种元素的电负性相近，属强共价键结合的原子晶体，所以氮化硅的硬度高（耐磨损）、熔点高（耐高温）、结构稳定、绝缘性能好，故是制造高温燃气轮机的理想材料。缺陷是抗机械冲击强度偏低，容易发生脆性断裂。,氮化硼 BN氮化硼（金刚石型）属强共价键结合，兼有许多优良性能，不但耐高温，耐腐蚀、高导热、高绝缘，还可以很容易地进行机械加工，是一种理想的高温导热绝缘材料，也是既硬又韧的超硬材料。,19.12.2022,.,86,2 半导体材料,半导体材料的分类按化学组成，半导体可以分为单质半导体和化合物半导体，按半导体是否含有杂质又可分为本征半导

46、体和杂质半导体。,由于半导体禁带较窄，不要太多的能量就可以使满带中的电子激发跃迁到空带，并在满带留下空穴。满带中的其它电子移动到空穴又产生新的空穴。在外电场作用下，电子和空穴都可以定向地移动。,19.12.2022,.,87,3 超导材料,有些物质在某特定的温度以下，其导电率将突然增至无穷大，这种现象称为超导电性。Bednorz和Mller因发现La-Ba-Cu-O氧化物（Tc=30K)超导体，荣获1987年诺贝尔物理学奖。,J. G. 贝德诺兹Johannes G.Bednorz,K. A. 穆勒Karl A.Mller,目前已发现30种单质，8000余种金属、合金、化合物具有超导性。20世

47、纪80年代以来，我国高温超导材料的研究和应用方面一直居世界前列。,附图6.9 首先报道超导材料的科学家,19.12.2022,.,88,1987年 赵忠贤等发现了组成为YBa2Cu3O7-的超导材料，相变温度Tc=93K。1993年，中-瑞合作开发得到Hg-Ba-Cu-O，其相变温度达到133.5K。,附图6.10 YBa2Cu3O7-的晶体结构,人们发现C60分子与碱金属K、Rb、Cs等形成的AxC60也具有超导性质，AxC60是球形结构，属三维超导体。而上述的混合金属氧化物是层状结构，属二维超导体。目前已研制出K3C60、Rb3C60、RbCs2C60、RbTl2C60等，其Tc分别为18

48、K、28K、33K、48K。,19.12.2022,.,89,据科技日报2001年12月3日报道，随着三条各长1000米的高温超导线材的出炉，标志着我国第一条铋系高温超导线材生产线正式建成投产，从而使我国成为世界上为数不多的具有高温超导线材生产技术及产业化生产能力的国家之一。同时，也使具有我国自主产权的超导技术产品在我国的应用成为现实。该产品单根线材可通过的电流达43安培，工程临界电流密度达到6000安培每平方厘米以上。该生产线目前年生产能力为200公里。,19.12.2022,.,90,4. 光导纤维,光导纤维简称光纤，以传光和传像为目的的一种光波传导介质。,光导纤维的最大应用是激光通讯，它

49、具有信息容量大、重量轻、抗干扰、保密性好等优点。,附图6.13 光导纤维,19.12.2022,.,91,选读： 纳米材料和纳米碳管,纳米材料纳米科技就是在1100nm范围内研究原子、分子的结构，通过直接操作和安排原子、分子将其组装成具有特定功能和结构的一门高新技术。纳米材料应用广泛，如美国制成的GaN和ZnO纳米导线，能发出紫外光，这对制造“单片实验室”非常有用。它可用于快速和低成本地分析医学、环境和其他样品。,纳米碳管1990年，瑞士科学家发现管状结构的碳分子，称为碳纳米管。它由六元环形的碳原子组成的管状大分子，管的直径为零点几到几十纳米，管长为几十纳米到1微米 。碳纳米管由几个到几十个单

50、层碳管同轴套构成，相邻管径向间距为0.34nm。,碳纳米管有许多优异性能。如强度比钢高100倍，具有优良的导热性和导电性等。,附图6. 14 纳米碳管结构,19.12.2022,.,92,纳米材料的表面效应和体积效应,表面效应指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。主要表现：因表面原子所占比例大，吸附能力强，表面反应活性高；表面活性中心数多，催化效率高。,体积效应指纳米粒子的尺寸与传导电子的波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、光吸收、化学活性、催化活性和熔点等较普通粒子发生了很大的变化。主要表现：熔点降低；活性表面的出现等。,19.12.