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1、化,学,反,应,能否发生(反应方向),能量转换(热效应),反应限度(化学平衡),反应速率,反应机理,化,学,热,力,学,化,学,动,力,学,反,应,的,可,能,性,反,应,的,现,实,性,第一章,基本框架,体系,境,敞开体系,封闭体系,孤立体系,物质交换,能量交换,性质,深度,.,广度,状态函数,环,状态,物理,.,化学,热力学第一定律,?U=Q?W,过程函数,热力学第二定律,封闭体系:,?G 0,自发过程,孤立体系:,?S,0,自发过程,热力学第三定律,T=0 K,纯物质完整晶态,,混乱度最小,,S=0,-,G,T,P,=(,W,有用,),最大,概念:,1.,热力学标准态,;,状态函数;内能
2、,U;,热,Q;,功,W,2.,热效应;焓(变),(,H,H,r,H,r,H,m,f,H,m,),3.,吉布斯自由能,(G,G,r,G,r,G,m,f,G,m,),4.,熵(,S,m,r,S,m,),计算:,1.,盖斯定律,r,H,m,(T),v,B,f,H,m,(B,,,T),2.,吉布斯赫姆霍兹公式:,G(T),H(T),TS(T),T,转,3.,r,G,?,m,(298.15K),v,B,f,G,?,m,(B,,,298.15K),4.,r,S,?,m,(298.15K),v,B,S,m,?,(B,,,298.15K),5.(1),f,H,?,m,、,f,G,?,m,单位是,kJ,mol
3、,-1,S,m,?,(T),的单位是,J,K,-,1,mol,-1,;,(2),参考态单质,f,H,?,m,0,;,f,G,?,m,0,;,S,m,?,(T)0,。,第三章,基本知识点及要求,1.,道尔顿分压定律,:p,i,=p,总,x,i,2.,平衡常数:,(,1,)气相反应:,K,p,K,(注意单位),(,2,)溶液反应,:,B,K,c,K,(,3,)意义及书写注意事项,(,4,)多重平衡规则:,K,=K,1,.,K,2,3.,化学反应等温方程式:,(,1,),r,G,?,m,(T),-RTlnK,?,(T),(,2,),r,G,m,(T),RT ln,J,c,/K,?,r,G,m,(T)
4、,RT ln,J,p,/K,?,ln,K,2,K,1,r,H,m,R,T,2,T,1,T,2,T,1,(,),(,3,),ln K,(T),-,r,H,m,/RT+,r,S,m,/R,4.,一元弱酸弱碱的,电,离平衡:,c(H+)=K,a,.c(HA),1/2,c(OH,)K,b,.c(B),1/2,5.,缓,冲溶液:(,1,)定,义,;,组,成;,缓,冲原理,(加酸,加碱,稀释),c(,弱酸,),c(,弱酸盐,),c(H,+,)K,a,c(,弱碱,),c(,弱碱盐,),c(OH,)K,b,(,2,),6.,沉淀,-,溶解平衡:(,1,)溶度,积,Ks,及与溶解度关系,(,2,)溶度,积规则,
5、:比,较,离子,积,与,Ks,7.,配离子的离解平衡:,(,1,)配合物的构成,(,中心离子,配位原子,配位数,),(,2,)配合物的命名,(配正,配负,,2,个以上配体),c(HAc)/Ka 400,c(NH,3,H,2,O)/Kb 400,c(,弱酸,),c(,弱酸盐,),pH pK,a,lg,c(,弱碱,),c(,弱碱盐,),pH 14,pK,b,lg,1.,原电池,(,G,0),组成;正负极反应及配平;书写符号;电极类型;电对书写,2.,电极电势,E,?,及电动势,E,标准氢,(,甘汞,),电极;无加和性与方程式书写无关;介质酸碱性有关,3.Nernst,方程意义,正确书写及应用,a
6、O+z e,-,=b R,(,R=8.315 J,K,-1,mol,-1,;,F=96,485 C,mol,-1,;T,298.15K,),第四章,电化学原理及应用,E(,电极,)=E,?,(,电极,),lg,c(R)/,c,?,b,0.0592V,c(O)/,c,?,a,z,(,1,),pH,影响:氧化物(,MnO,2,、,PbO,2,)、含氧酸及其盐,(KMnO,4,、,KClO,3,)pH,减小,(,酸度增大,),,电极电势增加,氧化能力增强。,(,2,)生成沉淀(配离子)影响:氧化型形成沉淀,,,E,?,;还原型形成沉淀,,,E,?,;,氧化型和还原型都形成沉淀,看二者,Ks,的相对大
7、小。,4.,电动势,E,与,G,的关系,5.,电极电势的应用,-D,r,G,=W,elec,max,D,r,G,m,=-zFE,或,D,r,G,m,=-zFE,(,1,)氧化剂和还原剂相对强弱的比较,E,(,O/R)O,氧化能力,R,还,原能力,(,2,)氧化还原方向的判断,电动势,E 0,D,r,G,m,0,正向自发,(,3,)氧化还原反应进行的次序,反应首先发生在电极电势差值较大的两个电对之间,(,4,)氧化还原反应进行程度的衡量,lnK,zFE,/RT,lgK,zE,/0.0592V,(,5,)电极电势的相对大小不能判断反应速率的大小,6.,化学电源:,掌握铅蓄电池电极反应及充放电原理,
8、7.,电解,(,G0),:,(,1,)电解池与原电池的区别:,组成,原理,电极反应,(,2,)分解电压,反电动势,超电势,(,3,)极化:浓差;电化学,.,结果,:E(,阳,),增大,,E(,阴,),减小,8.,电镀,电抛光,电解加工,阳极氧化,9.,金属腐蚀与防护:,(,1,)化学腐蚀,(,2,)电化学腐蚀,析氢腐蚀;,吸氧腐蚀;氧浓差腐蚀(水线腐蚀),(,3,)了解防护方法,应用,:,1,1,2,3,z,、,z,1,、,z,2,、,z,3,分别为各电对中氧化型,与还原型的氧化数之差,E,E,E,E,A,B,C D,z,1,z,2,z,3,z,z,=,z,1,+,z,2,+,z,3,E,E,
9、E,E,=,z,1,+,z,2,+,z,3,z,E,E,E,E,计算电对的标准电极电势,计算电对的标准电极电势,应用,:,1,(BrO,-,/Br,2,),=,z,2,z,4,(BrO,-,/Br,-,)-,z,3,(Br,2,/Br,-,),=,(2,0.76-1,1.605)V,1,=,0.455V,E,E,E,z,4,BrO,3,BrO,-,Br,2,Br,-,z,1,z,2,z,3,?1.605,0.76,0.61,z,例,1,E,/V,B,=,z,1,+,z,2,+,z,3,z,E,E,E,E,应用,:,2,反应,2Cu,+,Cu,2+,+Cu,当一种元素处于中间氧化数时,它一部分向
10、高的,氧化数状态变化,(,被氧化,),另一部分向低的氧化,数状态变化,(,被还原,),,这类反应称为歧化反应,判断能否发生歧化反应,E,(Cu,2+,/Cu,+,)=0.159V,E,(Cu,+,/Cu)=0.520V,Cu,2+,Cu,+,Cu,0.159 0.520,0.340,E,/V,A,结论,:,(,右,),(,左,),Cu,+,易发生歧化反应,E,E,解释元素的氧化还原特性,应用,:,3,4Fe,2+,+O,2,+4H,+,4Fe,3+,+2H,2,O,Fe,2+,在空气中不稳定,易被空气中氧氧化为,Fe,3+,。,E,/V,A,Fe,3+,Fe,2+,Fe,0.771-0.44,
11、如,E,(O,2,/H,2,O)=1.229V,E,(Fe,3+,/Fe,2+,),解释元素的氧化还原特性,应用,:,3,故,Fe,2+,不会发生歧化反应,可发生歧化反应的逆反应,在,Fe,2+,盐溶液,加入少量金属铁能,避免,Fe,2+,被空气中氧气氧化为,Fe,3+,Fe+2Fe,3+,3Fe,2+,如,E,/V,A,Fe,3+,Fe,2+,Fe,0.771-0.44,1.,波尔理论:,定态假设;轨道假设;跃迁假设,2.,微观粒子的波粒二象性,:,=,h/p=h/mv;,波恩的统计解释,;,概率波,3.,电子运动的三大特性:,能量量子化;波粒二象性;统计性,4.,薛定谔方程与波函数,y,:
12、,波函数,=,薛定锷方程的合理解,=,原子轨道,概念意义;,s,p,轨道角度分布图(形状特点及描述),5.,电子云,y,2,与波函数,y,:,概念意义;,s,p,电子云角度分布图(形状特点及描述),电子云与原子轨道角度分布图区别,第,5,章,原子结构与周期系,6.,四个量子数,n,l,m,m,s,:,取值,意义,7.,核外电子排布:,(,1,)三原则:,泡利不相容;能量最低;洪特规则,(,2,)电子进入能级顺序及电子分布式:,重点,4,,,5,周期,8.,周期系与元素性质:,(,1,)外层电子构型与周期表中的位置,(,2,)有效核电荷数,原子半径,电负性,描述了原子中电子出现几率最大的区离核的
13、远近。,?,n,值越大,电子出现几率最大的区域离核越远,也可以说电,子离核的平均距离越大。,?,n,值相同的各原子轨道电子离核的平均距离较接近,故常把,具有相同主量子数,n,的各原子轨道归并称为同一个,“电子层”,。,?,n=1,2,3,4,5,6,等正整数,电子层分别用,K,L,M,N,O,P,表示,称,为电子层的符号。,?,在氢原子中,n,值越大的电子层,电子的能量越高。但在多电,子原子中,核外电子的能量则由主量子数,n,和角量子数,l,两者决,定。,1.,主量子数,n,角量子数,l,可表示原子轨道或电子云的形状。,l,=0,1,2,3,(n,-1),?,l,=0,时(,s,轨道),原子轨
14、道或电子云呈球形分布;,?,l,=1,时(,p,轨道),原子轨道的角度分布图为双球面,电子云,的角度分布的图为两个交于原点的橄榄形曲面;,?,l,=2,(,d,轨道)及,3,(称,f,轨道)时,原子轨道的形状更为复杂。,?,角量子数就表示同一电子层,n,的不同,“电子亚层”,。,?,n,l,相同的各原子轨道属于同一,“电子亚层”,简称“亚,层”。,2.,角量子数,l,m=0,,,1,,,2,,,l,。,决定了原子轨道(或电子云)在空间的伸展方向。,l,=0,,,m=0,,亚层只有一个球形的,s,轨道,无方向性。,l,=1,,,m=0,1,,,p,亚层有三个不同伸展方向的,p,轨道,常用,p,z
15、,,,p,x,,,p,y,表示这三个不同伸展方向。,l,=2,,,m=0,1,2,,,d,亚层有,5,个不同伸展方向的,d,轨道。,当,n,l,m,都确定,就决定了是哪一个,主层,、什么形状的,亚层,、,某个伸展方向的,轨道,。,3.,磁量子数,m,m,s,的取值只有,+1/2,和,-1/2,,不依赖于,n,,,l,,,m,三个量子数,它描述了电子自旋运动的特征。,电子的自旋只有两个方向,通常称为正自旋和反自旋,或,顺时针方向和反时针方向,可用向上或向下的箭头,“”来表示这两个不同方向的电子自旋运动状态。,4.,自旋量子数,m,s,Electron spin visualized,想象中的电子
16、自旋,?,两种可能的自旋方向,:,正向,(+1/2),和反向,(-1/2),?,自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为,,产生方向相反的磁场,?,自旋相反的一对电子,磁场相互抵消,.,Magnetic field,screen,Small clearance,space,Silver atomic,ray,kiln,原子的外层电子构型与周期表的分区,最外层电子,ns,np,次外层电子,(,n-1,),d,(,n-2,),f,分,区,末电子填入轨道,位,置,外层电子构型,s,区,s,轨道,A,A,ns,1-2,p,区,p,轨道,A-,零族,ns,2,np,1-6,d,区,d,轨道,B-,(n-1)
17、d,1-9,ns,1-2,ds,区,d,轨道,d,10,B,B,(n-1)d,10,ns,1-2,f,区,f,轨道,镧系,锕系,(n-2)f,1-14,(n-1)d,0-2,ns,2,外层电子构型,1.,离子键:本质,特征,2.,价键理论,理论要点,共价键本质特征,,?,键和,?,键,键参数,3.,杂化轨道理论与分子构型,理论要点;,sp,sp,2,sp,3,不等性,sp,3,杂化:分子构型及书上实例,4.,分子间力和氢键,(,1,)共价键极性与分子极性(电偶极矩,p,与分子构型),(2),色散力,诱导力,取向力,(,3,)氢键:特征;存在条件;对物性影响,第六章,化学键与分子结构,分子间的氢
18、键存在使熔、沸点升高,分子内的氢键存在使熔、沸点降低,?,键,与,?,键,的,对,比表,共价,键类,型,?,键,?,键,原子轨道重叠方式,头碰头,肩并肩,波函数分布,对键轴呈圆柱形对,称,对键轴上下反对称,电子云分布形状,核间呈圆柱形,存在密度为,0,的节面,存在方式,唯一,多键时,可多个,键稳定性,强,弱,一般,共价,单键是,?,键,,,双键中有一个,?,键和一个,?,键,,三键中,有一个,?,键键和两个,?,键。,能量相近原,则,只有能量相近的,轨,道才能,发,生,杂,化(如,ns,和,np,),。,轨,道数目守恒原,则,新,组,成的,杂,化,轨,道数目等于原来的原子,轨,道数目。,能量重
19、新分配原,则,杂,化前原子,轨,道能量各不相同,,杂,化,轨,道的能量相同,最大重叠原,则,杂,化,时,,都有,s,轨,道的参与,,s,轨,道的,为,正,值,,,导,致,杂,化,轨,道一,头,大一,头,小。大,头,部分参与形成,稳,定化学,键,。,杂,化,轨,道,对,称性分布原,则,杂,化后原子,轨,道在球形空,间,中尽量成,对,称性分布,因此,等,性,杂,化,轨,道,间,的,键,角相等。,原子轨道杂化原则,形成分子时才发生杂化,孤立原子的,s,、,p,、,d,等轨道不发生杂化。,杂化类型,sp,sp,2,sp,3,杂化轨道构,型,直线形,三角形,四面体形,杂化轨道中,孤电子对数,分子几何构,
20、型,直线形,三角形,正,四面体,三角锥,V,形,实例,BeCl,2,HgCl,2,C,2,H,2,CO,2,BF,3,SO,3,C,2,H,4,CH,4,、,CCl,4,SiH,4,、,NH,4,+,NH,3,H,2,O,键角,180,120,109 28,107 18,104 45,分子极性,无,无,无,有,有,第八章,大气污染与水污染,1.,大气污染物及其防治,2.,水污染:,离子交换;电渗析;渗透与反渗透,沉淀法水处理相关,第十章,高分子材料,1.,命名与基本概念:链节,单体,聚合度,2.,柔顺性,影响因素及比较,3.,玻璃态,,T,g,高弹态,,T,f,粘流态,2,)温度,形,变,曲,
21、线,以线型非结晶高分子为例,玻璃态:,整个高分子链和链段均被冻结。,形变很小,普弹形变。,高弹态:,高分子链不能移动,但链段可以自由转动。,形变很大,高弹性变。,粘流态:,链段和整个高分子链均可以移动。,流动形变是不可逆,粘流形变。,两个转变温度,玻璃化温度,Tg,由玻璃态转变到高弹态的温度,粘流化温度,T,f,由高弹态转变到粘流态的温度,塑料:,Tg,室温,,Tg,是其使用的,上限温度,;,作塑料的高聚物,Tg,要高;,T,f,不要太高,Tg,T,f,范围不要太大。,例:聚苯乙烯,Tg=100 T,f,=135,橡胶:,Tg,室温,,Tg,是其使用的,下限温度,,作橡胶的高聚物,Tg,要低;,T,f,较高,Tg,T,f,范围要求宽。,例:天然橡胶,Tg=-,73 T,f,=122,结晶聚合物:,相对,Mr,不太大,加热到熔点,T,m,,直接进入粘流态;,相对,M,r,较大,加热到熔点,Tm,后还要经过一个小的高弹区,最后进,入粘流态。,