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1、Ch2 物质结构,工程化学总复习提要,n: 1, 2, .正整数l: 0, 1, 2, n-1 s p dm: 0,1, l,核外电子排布,下列各层或轨道可以填充多少个电子：（1）一个轨道（2）主量子数为n的一个壳层（3）量子数为n和l的一个亚层,2n2,2(2l+1),2,核外电子排列三原则,a.泡利不相容原则：一个原子中不可能有完全相同状态 (n, l, m, ms)的两个电子，每个原子轨道最多可容纳2个自旋相反的电子。,b.最低能量原则：核外电子分布尽可能优先占据能量较 低的轨道。,c.洪特规则：在能量相等的轨道上，自旋平行的电子数目最多时，原子的能量最低，电子尽可能自旋平行地多占据不同
2、的轨道。,若某元素原子的最外层只有1个电子，其量子数为n = 4, l = 0, m = 0, ms = + (或- )。符合上述条件的元素有哪几种？写出相应元素的电子排布式。它们属于第几周期？哪一族？哪一元素分区？,2，8，8，1 19 K 1s22s22p63s23p64s1 第4周期, IA, s区,2，8，13，1 24 Cr 1s22s22p63s23p63d 54s1第4周期, VIB, d区,2，8，18，1 29 Cu 1s22s22p63s23p63d104s1第4周期, IB, ds区,若某元素最高化合价为6，最外层电子数为1，原子半径是同族元素中最小的，试写出：（1）电子
3、排布式（2）外层电子排布式（3）3价离子的外层电子排布式,（1）电子分布式24 Cr 1s22s22p63s23p63d54s1,含有4s1,（2）外层电子分布式3d54s1,（3）3价离子的外层电子分布式 3d3,1. 离子键的本质是库仑静电作用力 F = q+ q- /R2 q+ 、q- 为离子所带电荷, R为离子核间距。,2. 离子键的特点：既无方向性，也无饱和性。 离子化合物是由正负离子通过离子键相互 交替连结而成的晶体结构。,共价键形成的原理,电子配对原理: 单电子配对,(2) 原子轨道最大重叠原理: 同号轨道才能实行有效重叠。,(3) 能量最低原理,+,成键,+,不成键,共价键的键
4、型, 键：头碰头方式重叠, 键：肩并肩方式重叠,-p 键,共价键具有方向性,共价键具有饱和性,杂化轨道理论,杂化：为提高成键能力使分子更稳定，不同类型的原子轨道趋向于重新组合成具有不同能量、形状、方向的新原子轨道。,轨道杂化特征：(1)能量相近 (ns-np);(2)成键能力增强;(3)轨道数目前后相同;(4)轨道空间取向不同.,+,-,轨道,Sp杂化轨道,s轨道,s轨道,杂化轨道的类型与空间结构的关系,杂化轨道与分子极性,分子杂化形式分子构型分子极性示例AB2sp等性 线形 非极性 BeCl2AB3sp2等性平面三角 非极性BF3,AB2 sp3不等性 角型 极性H2OAB3 sp3不等性
5、三角锥 极性NH3AB4sp3等性 正四面体 非极性CH4,根据杂化轨道理论预测下列分子的空间构型：SiF4, PCl3, OF2, SiHCl3判断各分子的偶极矩是否为零?,SiF4, 正四面体形，偶极矩为0PCl3, 三角锥形，偶极矩不等于0OF2, 角形，偶极矩不等于0SiHCl3，四面体形，偶极矩不等于0,分子间力的性质,能量小：几个几十kJ/mol; 近距离的(作用范围约几百pm)、无方向性、无饱和性。 色散力为主，取向力只在极性很强的分子的分子间作用力中占较大比重。,分子体积越大，变形性越大，色散力越大。,如： F2 Cl2 Br2 I2,沸点升高,分子间作用力对物质性质的影响,氢
6、键对物质性质的影响,下列化合物分子之间是否有氢键？C2H6, NH3, CH3CH2OCH2CH3, H3BO3, CH3COCH3,C2H6, CH3CH2OCH2CH3, CH3COCH3 ：没有NH3, H3BO3,：有,Ch 3 化学热力学初步,定容反应热与定压反应热的关系,已知定容反应热：qV = U；定压反应热：qp = Up + p(V2 V1)等温过程， Up UV，则：,对于理想气体反应，有：,反应的标准摩尔焓变的计算,rHm= f Hm(产物) f Hm(反应物) = gf Hm(G,s)+df Hm(D,g) af Hm(A,l)+bf Hm(B,aq),For a re
7、action：aA(l) + bB(aq) = gG(s) + dD(g),熵的性质,G与G 的关系化学反应等温方程 aA(g) + bB(g) = cC(g) + dD(g)标态(T) p p p p任意态(T) pA pB pC pD,rGm的计算,并可由此式近似求得转变温度Tc,rGm(T) rHm(298.15 K) T . rSm(298.15 K),因反应的焓变或熵变基本不随温度而变，即rHm(T) rHm(298.15 K) rSm(T) rSm(298.15 K)可得吉布斯等温方程近似公式：,利用rGm解决实际问题的一般步骤,1 写出正确的化学反应方程式 aA + bB= cC
8、 + dD2 计算rGm 根据fHm和Sm 计算rHm和rSm rGm=rHm TrSm（单位统一）3 找实际问题的条件，代入反应商Q中4 代入rGm=rGm+RTlnQ 然后判断，得出结论 若rGm 0 则在给定条件下，反应能正向进行,例 已知空气压力 p = 101.325kPa，其中所含CO2 的体积分数为0.030%，试计算此条件下将潮湿Ag2CO3 固体在 110 的烘箱中干燥时热分解反应的摩尔吉布斯函数变。问此条件下Ag2CO3(s) = Ag2O(s) + CO2(g)的热分解反应能否自发进行？有何办法阻止Ag2CO3 的热分解？,为避免 Ag2CO3 的热分解应使 rGm(38
9、3 K) 0,结论 ，在给定条件下热分解反应能自发进行,rGm(383 K)= rGm (383 K) + RT lnp(CO2)/p = 82.24 - 3830.1676 kJ.mol-1 + 8.31410-3kJ.mol-1.K-1383 Kln(30Pa/105Pa) = (18.05-25.83) kJ.mol-1 = -7.78 kJ.mol-1 0,rGm(383 K)= rGm (383 K) + RT lnp(CO2)/p 0 = 82.24-3830.1676+8.31410-3383lnp(CO2)/p 0 lnp(CO2)/p -5.668 p(CO2)/p 0.00
10、3453 p(CO2) 345.3 Pa,标准平衡常数 K,多重平衡,解：,起始时物质的量/mol 1.2 2.0 0,平衡时物质的量/mol 0.1 1.45 1.1,反应中物质的量的变化/mol -1.10 -1.10/2 +1.10,平衡时物质的量分数 x 0.10/2.65 1.45/2.65 1.10/2.65,则平衡分压为：,化学平衡的移动及温度对平衡常数的影响,第四章 溶液化学,溶液的蒸气压下降,稀溶液的蒸汽压：p = pA(1-xB) = pAxA,水的相图 P-T图,基于蒸气压曲线，可以构筑纯物质的相图。,1：水的蒸气压曲线；2：冰的升华压曲线；3：冰的熔点曲线,T/K,p,
11、22.1MPa,647.2,373.15,273.16,101325Pa,611Pa,临界点,液态,气 态,固态,沸点,凝固点,三相点,1,2,3,水的相图,水的临界点647.2K 22.1MPa,溶液中的酸碱平衡,酸碱理论,1) Arrhenius 酸碱电离理论,2)Bronsted-Lowry 酸碱质子理论,3)Lewis 酸碱电子理论,平衡常数(解离常数)可写为：,稀释定律：弱酸随浓度降低解离度增大。,HA(aq) + H2O H3+O(aq) + A-(aq) c - c c c,例 在0.100 molL-1 HAc溶液中加入一定量固体NaAc, 使NaAc的浓度等于0.100 mo
12、lL-1, 求该溶液中H+浓度, pH和HAc的解离度。,解：设已解离的HAc的浓度为x molL-1 HAc = H+ + Ac起始浓度/ molL-10.1 0 0.1平衡浓度/molL-1 0.1x x 0.1+x,c(H+) = x molL-1= 1.76 10-5 molL-1, pH = 4.75,与例4.3相比, 同离子效应使HAc从1.34%降为0.018%, c(H+)从1.34 10-3 molL-1 减少到1.76 10-5 molL-1 (降低76倍)。,沉淀的溶解,1)利用酸碱反应,Fe(OH)3(s) Fe3+(aq) + 3OH-(aq),H+,H2O(l),2
13、)利用配合反应,3)利用氧化还原反应,2) 胶体的结构,胶体的稳定性,Ch 5 化学动力学,影响化学反应速率的因素,反应速率主要受浓度(或压力)、温度和有无催化剂的影响。,质量作用定律：v = k(cA)a(cB)b,t,c,零级反应,零级反应的三个特征：,以 c 对反应时间 t 作图,C（1）c 对 t 作图为一直线,（2）t1/2 与反应物起始浓度有关,（3）速率常数 k 的量纲为(浓度)(时间)-1,t,ln c,一级反应,一级反应的三个特征：,以 ln c 对反应时间 t 作图,(1) lnc对t作图为一直线,(2)t1/2与反应物起始浓度无关,(3)速率常数 k 的量纲为(时间)1,
14、2)不同温度下的 k,范特霍夫 (J. H. vant Hoff )等压方程式.,设某一反应在不同温度 T1 和 T2 时的平衡常数分别为K1 和K2 ,a.阿累尼乌斯公式表明：T 升高，k 增大，v 增大。b.k不仅与温度有关，而且与活化能 Ea 有关。,第六章 电化学基础与金属腐蚀,1)原电池表示,2)原电池的半反应,电池反应K与E 关系,rGm = - RTlnK,rGm = -zFE,电池电动势的能斯特方程,电极电势的能斯特方程,非标准态下的电极电势服从能斯特公式。,氧化态 + ze- = 还原态,RT,zF,c(还原态),c(氧化态),电极的极化,电极的极化和超电势,极化分为浓差极化和电化学极化。,超电势 ,电解产物判断,盐类水溶液电解：阴极发生还原反应，电极电势高的氧化态被还原。阴极析出物质：不活泼金属Fe,ZnH2Na,K,Mg,Al阳极发生氧化反应，电极电势低的还原态被氧化。阳极析出物质：金属S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根,金属的腐蚀与防护,化学腐蚀,电化学腐蚀,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,介质处理,非金属防腐层,金属保护层,缓蚀剂保护,合理选材,金属腐蚀的防止方法,闭卷考试时间：20周地点：待定,考试题型：1）填空题；2）单选题；3）判断题；4）简答题 5）计算题考试提醒：带计算器；提供各种常数,
