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文档简介
1、【目录页】化学基本概念和基本理论1. 物质计量2. 化学基本概念3. 化学反应理论4. 溶液中的离子平衡5. 电化学反应6. 物质结构理论(未单独设节)化学物质及性质1. 物质分类2. 元素周期表和周期律3. 金属元素4. 非金属元素5. 有机化学基础(本编略)化学和技术1. 化学与能源2. 化学与工业生产3. 化学与物质材料(含有机物)4. 化学与环境化学实验操作(另外附页)1. 化学实验仪器和操作2. 物质的检验分离提纯3. 高中化学实验【物质计量】计量单位物质的量(n,mol)质量(m,g)体积(V,L)数目(N,- or NA)转化关系摩尔质量(M,g/mol)摩尔体积(Vm,L/mo
2、l)阿伏加德罗常数(NA,6.02×1023mol-1)物质的量浓度(c,mol/L)密度(,g/cm3)+0&101kPa标准状况(STP) Vm=22.4L/mol 常温25&101kPa Vm=24.5L/mol相对单位相对原子质量(Ar):以12C质量的1/12(1.66×10-27kg)为标准将其它核素与之相比较得到的比值。相对分子质量(Mr):分子式中各原子的A之和。+元素的相对原子质量:该元素各种天然稳定同位素的相对原子质量按含量比例计算出的加权平均值。含量质量分数(,%)体积分数(,%)其它物理量温度(T,)压强(p,kPa)内能(Q,kJ)
3、电荷量(q,C)理想气体方程pV=nRT pM=RT (温度每上升约270度气体体积膨胀一倍)(其余公式均不记)国际单位制(SI):长度(m),质量(kg),时间(s),电流(A),热力学温度(K),物质的量(mol),发光强度(cd)【化学基本概念】1. ZAX 元素符号X 核电荷数Z 质量数A元素:Z相同的一类原子的总称核素:具有确定的Z和A的一种原子同位素:Z相同而A不同的不同核素+Ar:质子 1.007 中子 1.008 电子 1/1836+地壳元素含量排序:O Si Al Fe Ca=2. 原子:组成元素的最小单元,由原子核和核外电子组成,化学反应最基本微粒,直径大小约100pm数量
4、级。分子:能单独存在并保持纯物质的化学性质的最小粒子。+高分子:又称高分子聚合物,通常把分子量大于10000的分子称为高分子,但并不绝对。离子:带有电荷的原子或分子或原子团。可分为阴/阳离子,配离子。原子团(根):不能独立存在但作为一个整体参加反应的原子集团。+10电子分子和离子:分子:Ne、HF、H2O、NH3、CH4离子:N3、O2、F、Na+、Mg2+、Al3+ 、OH、H3O+ 、NH4+、NH218电子分子和离子:分子:Ar、F2、HCl、H2S、PH3、SiH4、H2O2、N2H4、C2H6、CH3F、NH2F、CH3OH离子:K+、Ca2+、Cl、S2、HS、O22-+常见分子和
5、离子构型:直线形:F2,HCl,CO2,CS2,NO,N2O,C2H2,BeCl2,I3V形(3原子):H2O,H2S,NH2,SO2 ,SCl2、NO2平面三角形(4原子):CO32,SO3,HCHO三角锥形(4原子): SO32,NH3,H3O+,PCl3,PH3四面体形(4或5原子):P4,SO42,NH4+,CH4,CCl4,CHCl3三角双锥形(5原子):PCl5电子对构型(杂化方式决定):sp直线形 sp2平面三角形sp3四面体 sp3d三角双锥 sp3d2八面体 sp3d3五角双锥dsp2平面四方形=3. 化学键:分子或晶体内相邻两个或多个原子或离子间强烈的相互作用力的统称。离子
6、键:阴阳离子通过静电作用形成的化学键,非极性无方向性无饱和性。金属键:浸没在公有化的电子云中的正离子和负电子云间的电场力作用形成的化学键,非极性无方向性无饱和性。共价键:原子间通过共用电子对形成的化学键,有方向性饱和性。非配位键:共用电子由成键双方提供的化学键。配位键:共用电子对只由成键一方提供的共价键。由此形成配合物。常用一个由提供孤对电子的原子指向接收孤对电子的原子的箭头表示 eg:SO NO ClAl OAl NCu NAg PO焦磷酸配位键广泛存在,如硫酸S=O硝酸N=O,Na+形成只存在于水的Na(H2O)n+都是配位键的作用。极性键/非极性键:不同/相同电负性原子间的共价键。键:电
7、子云沿键轴方向以“头碰头”方式成键。包括所有s-s、s-p和部分p-p。键:电子云沿键轴两侧方向以“肩并肩”方向成键。包括部分p-p。+非配位键中,单键=,双键=+,三键=+2。同一分子中,一般强于。键能:气态基态原子形成1mol该化学键释放的最低能量。键长:成键原子的原子核间的平均距离。一般键长越小键能越大。键角:多原子分子中两个共价键之间的夹角。 标准键角:sp 180° sp2 120° sp3 109°28 (注意键角在晶胞计算中的使用)+在价层电子互斥理论中,孤对电子斥力最大,其次键能越大斥力越大。杂化:在形成分子时,由于原子之间的相互作用,同一原子中能
8、量相近的不同原子轨道在成键过程中往往重新组合,成为一组能量相同的新轨道来增强成键能力,杂化后形成杂化轨道。杂化轨道的数目和组成杂化轨道的原来原子轨道数目相等。可分为等性/不等性杂化,简单说前者一般中心原子没有孤对电子并且中心原子相连的非中心原子都一样,等性杂化的空间构型可以加上正字,如平面正三角形、正四面体等等。eg:CH4等性杂化正四面体 / CH3Cl非等性杂化四面体 / NH3非等性sp3杂化 / NH4+等性sp3杂化常见杂化方式有 sp,sp2, sp3, (sp3d,sp3d2,sp3d3, dsp2) 等电子云:在原子核外的高速运动的电子因没有确定轨道而不能准确测定某时刻的位置和
9、速率,也不能被描绘出运动轨迹。电子云模型用于描述电子在核外运动时在各处出现的概率,小点密度越大表示在该处出现机会越大,一般将出现概率大于90%的部分用实心球形表示做成比例模型(填充模型)。-分子间作用力(范德华力)充分接近的分子之间的静电作用,实质来说是一种电性的吸引力。指存在于分子之间或高分子化合物分子内官能团之间的作用力。主要包括:范德华力:普遍存在于固、液、气态任何微粒之间,吸引力和斥力分别与距离六次方和十二次方成反比。氢键:表示形式X-H.Y具有方向性和饱和性。强极性键(X-H)上的H与电负性很大的、含孤电子对并带有部分负电荷的原子Y之间的较强静电引力。其强度大致介于化学键和普通分子间
10、作用力之间常见氢键的平均键能:FHF 155 kJ/mol OHN 29 kJ/mol OHO 21 kJ/mol NH N 13 kJ/mol NHO 8 kJ/mol HOHOH3+ 18 kJ/mol氢键可以使分子间形成低稳定性的缔合分子,使实验测定相对分子质量时数值偏大。尤其是HF氢键键能很大接近化学键键能可形成相对稳定的(HF)n,缔合现象比较明显。=4. 物理性质状态 颜色 气味 密度 硬度 导电 导热 延展+相对密度(d):亦称比重,是物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比。一般取STP下的干燥空气(1.293g/L)做气体的比较和4下的水(1g/cm3)做固体与液体的
11、比较。溶解度:固体物质的溶解度指一定T下该物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量,用字母S表示,单位“g/100g”。易溶 大于10g 可溶1-10g L溶 0.01-10g 难溶 小于0.01g气体物质的溶解度指在一定T和P下该气体在一体积溶剂中溶解的STP最高体积数,常用n体积或者n mL/100mL表示。常见:NH3>HCl>SO2 >H2S >Cl2 >CO2>O2>H2>CH4和CO如不指明溶剂,通常所说的溶解度是指物质在水里的溶解度。常见沉淀颜色:CuO黑 Cu2O红 Cu(OH)2蓝 Cu2(OH)2CO3暗绿Fe2O3红棕
12、 Fe(OH)3红褐 FeO黑 Fe(OH)2白 FeCO3灰 FeS2黄 AgCl白 AgBr浅黄 AgI黄 Ag2CO3黄 Ag3PO4黄BaCO3白 BaSO4白 CaCO3白 CaSO4白 PbS 黑附 溶解性表:OHNO3ClSO42S2SO32CO32SiO32PO43H+SSSSSSLSNH4+SSSSSSSSK+SSSSSSSSSNa+SSSSSSSSSBa2+SSSULUUUCa2+LSSLUUUUMg2+USSSLLUUAl3+USSSUUMn2+USSSUUUUUZn2+USSSUUUUUCr3+USSSUUFe2+USSSUUUUUFe3+USSSUUSn2+USSSU
13、UOHNO3ClSO42S2SO32CO32SiO32PO43Pb2+USLUUUUUUCu2+USSSUUUUUHg2+SSSUUUAg+SULUUUUUS可溶L微溶U不溶“”表示该物质不存在或遇水分解 吸水性和吸湿性:吸水性指物质在水中吸收水分的性质,吸湿性指物质在空气中能吸收水分的性质,都是物理性质。常见吸水吸湿性的物质:浓硫酸,氢氧化钠,氢氧化钾,无水硫酸铜,氯化钙,氯化镁。吸水和吸湿虽然是物理性质但也可能伴随着化学变化,如浓硫酸吸水结合成水合分子属于化学变化。特别的,五水硫酸铜结构为Cu(H2O)4SO4·H2O,浓硫酸使五水硫酸铜变成四水硫酸铜是物理吸水,再变成无水硫酸铜
14、是化学脱水。挥发性:液体或固体变成气体的倾向。如干冰、液溴、氢卤酸等。大致上,环境温度低于沸点100度以上时不易挥发。吸附性:固体或液体表面吸收周围介质中其他物质分子(如各种无机离子、有机极性分子、气体分子等)的性质。其中,物理吸附不具选择性,主要依靠分子间作用力。这种吸附过程中吸附和解吸速率都很快,具有较大表面积的物质吸附力较强如活性炭;化学吸附具选择性,一些吸附剂只对某些吸附质产生吸附作用,其吸附热差不多和化学反应热处在同一数量级且一般需要一定活化能,吸附和解吸速率都很小并随温度升高速率增加,吸附过程中涉及化学键的变化,实质是一种化学变化。-化学性质酸碱性酸性:提供质子的能力。表现为能和碱
15、、活泼金属、碱性和两性氧化物、某些盐、酸碱指示剂反应。碱性:结合质子的能力。表现为能和酸、酸性和两性氧化物、某些盐、酸碱指示剂反应。水是一种拉平溶剂,不同的强酸强碱在水中体现不出酸碱性强弱区别。金属/非金属性金属性:原子失电子的能力,对应着其还原性。金属活动性顺序:K>Ca>Na>Mg>Al>Mn>Zn>Cr>Fe>Ni>Sn>Pb>(H)>Cu>Hg>Ag>Pt>Au非金属性:原子得电子的能力,对应着其氧化性。金属性和非金属性在元素周期表中的变化规律见【元素周期表和周期律】氧化还原性还原性:
16、物质失电子的能力。氧化性:物质得电子的能力。金属离子氧化性顺序:K+<Ca2+<Na+<Mg2+<Al3+<Mn2+<Zn2+<Cr3+<Fe2+<Ni2+<Sn2+<Pb2+<(H+)<Cu2+<Hg2+<Fe3+<Ag+<Pt3+<Au+电负性:原子在分子中吸引共用电子的能力,是一个相对强弱,可以全面衡量金属性和非金属性强弱,常用希腊字母表示。其数值越大表示该原子对电子的亲和力越强,氧化性越强,还原性越弱,可用于判断金属性和非金属性、化合价正负、键性、分子极性等。典型排序:F>
17、O>Cl>N> Br>I>S>C>Al>Be>Mg>Ca>Li>Na>K一般,电负性相差超过1.7形成离子键,否则常形成共价键,而金属和非金属电负性常大致以1.8为界。并不绝对。+电负性变化规律见【元素周期表和周期律】电负性表 见元素周期表电离能:基态的气态原子或气态离子失去电子所需要的最小能量称为元素的电离能。常用符号I表示。单位为kJ/mol。影响电离能大小的因素有原子半径和电子层排布等。第一电离能变化规律 见【元素周期表和周期律】热稳定性:1.单质的热稳定性与键能正相关。2. 氢氧化物的热稳定性与金属元素金属性
18、成正相关。3. 氢化物的热稳定性与中心元素非金属性正相关。4.含氧酸的热稳定性:绝大多数含氧酸的热稳定性差,受热脱水生成对应的酸酐。常温下酸酐是稳定的气态氧化物,则对应的含氧酸往往极不稳定,常温下可发生分解。常温下酸酐是稳定的固态氧化物,则对应的含氧酸较稳定,在加热条件下才能分解。某些含氧酸易受热分解并发生氧化还原反应,得不到对应的酸酐。5.含氧酸盐的热稳定性:酸不稳定,其对应的盐也不稳定;酸较稳定,其对应的盐也较稳定。同一种酸的盐,热稳定性:正盐>酸式盐>酸。同一酸根的盐的热稳定性顺序是碱金属盐>过渡金属盐>铵盐。漂白性:使有色物质脱色的性质,主要包括氧化漂白、还原漂
19、白、物理吸附漂白。1.氧化漂白:将有色物质氧化成无色物质,一般是不可逆的过程。氧化漂白剂有HClO,Ca(ClO)2,NaClO,H2O2,Na2O2,O3、Cl2等强氧化剂。2.还原漂白:与部分有机色素结合成无色的物质,新物质经加热或长时放置等处理后会分解恢复原色。还原漂白剂有SO2 ,连二亚硫酸钠等含硫还原剂。3.物理吸附漂白:主要利用物理吸附性,漂白范围较窄,大多只能吸附一些水溶液里的有色分子和离子。物理吸附漂白剂有木炭、活性碳等吸附剂,可以做脱色除味剂,滤毒罐等。脱水性:能强烈夺取其它物质里的水分子或按水分子中氢氧比例夺取其它物质里氢氧原子的性质。是化学性质。常见脱水剂有浓硫酸、焦磷酸
20、、P2O5等,有机中利用脱水剂做催化剂的反应可以见到用P2O5替代硫酸。=5. 物理反应:物质只发生形态和状态的改变的反应,可能有化学键的断裂但一定没有新化学键的形成。焰色反应:激发态原子从较高能量的轨道跃迁到较低能量的轨道时以一定波长可见光的形式向外辐射能量的现象。常见:K+紫(透过蓝色钴玻璃) Na+黄 Ca2+红Ba2+蓝绿Fe3+黄Cu2+绿萃取:利用物质在两种互不相溶的溶剂中的溶解度的不同,使化合物从一种溶剂转移到另一种溶剂中而被提取的过程。根据这两种溶剂对溶质的溶解能力不同,溶质在两种溶剂中的溶解量有一定分配比例。渗析:利用半透膜的选择透过性分离小分子与大分子物质。利用半透膜可以透
21、过小分子和离子但不能透过胶体粒子的性质可以实现胶体的纯化。可以结合电泳来提高渗析效率,称电渗析。盐析:通过极化溶剂使非极性溶性溶质溶解度减小以析出。如蛋白质和高级脂肪酸钠虽具有亲水基团可溶于水,但更倾向于非极性有机溶剂,水中加入高浓盐使溶液离子浓度显著提高,溶剂极性增强,由相似相溶原理,蛋白质和高级脂肪酸溶解度会减小从而析出,重新加水将溶液稀释则又可以重新溶解。提取植物芳香油时可以加入高浓度NaCl以加快油水混合物的分层就是利用的这个原理。蒸馏:利用混合体系中各组分沸点的不同采取蒸发冷凝的方法分离各组分提纯。过滤:利用不同物质溶解度的不同将溶液和不溶物分离开。可以使用抽滤/吸滤/减压过滤装置来
22、提高过滤效率,。沉降:分散质在力场作用下发生定向运动而与分散体系分离。主要包括重力沉降和离心沉降。聚沉和絮凝:聚沉指在胶体中加入电解质溶液后,其产生的离子中和了胶体粒子所带的电荷,使胶体粒子聚集形成巨大的不溶颗粒而沉淀析出。絮凝指使悬浮于水中的分散质颗粒因分子力作用凝聚成絮团状集合体。两者具有相通之处。常见的絮凝剂有:铵盐类电解质溶液,硫酸铁,硫酸铝,明矾,聚合硫酸铝/铁等电泳:带点胶体微粒在外加直流电源作用下于分散介质中向阴极或阳极作定向移动的现象。向阳极移动的胶粒带负电荷,向阴极移动的胶粒带正电荷。一般金属氧化物和氢氧化物吸附阳离子带正电荷,非金属氧化物和硫化物带负电荷。结晶:固体溶质从溶
23、液中析出的现象。用于分离几种可溶性固体溶质。 蒸发结晶:用于溶解度受温度影响不大的物质。如氯化钠。 降温结晶:用于溶解度受温度影响较大的物质。如硝酸钾。结晶水合物:含有一定配比结晶水析出的溶质,自身是纯净物,加热时结晶水会失去。常见结晶水合物:芒硝 十水合硫酸钠Na2SO4·10H2O绿矾 七水合硫酸亚铁FeSO4·7H2O 明矾 十二水合硫酸铝钾 KAl(SO4)2·12H2O泻盐 七水合硫酸镁MgSO4·7H2O 胆矾 五水合硫酸铜CuSO4·5H2O生石膏 二水合硫酸钙CaSO4·2H2O 熟石膏 一水合二硫酸钙 2CaSO4&
24、#183;H2O+结晶水合物结构中后缀结晶水脱去为物理变化,配离子中的水脱去为化学变化。溶解:分散质分散到分散系中的过程。一般同时是物理和化学变化,伴随着能量变化,会改变溶剂的物理性质。溶解一般有两个过程,先是分散质的物理扩散过程,需要吸收热量,再是分散质和分散剂化学结合成结合物质的过程,如水合分子或水合离子,会放出热量。两者相抵,如浓硫酸、氢氧化钠温度会上升,如硝酸铵溶液温度会降低,如氯化钠、蔗糖等温度没有变化。分散质会对分散剂的导电性、熔沸点等物理性质有一定影响。-化学反应:存在旧化学键的断裂的新化学键的形成的物质反应。化合反应:A+B=C 两种或两种以上的物质生成一种新物质的反应,不一定
25、是氧化还原反应和放热反应。分解反应:A=B+C 一种化合物分解成二种或二种以上单质或化合物的反应,不一定是氧化还原反应。置换反应:A+BC=B+AC 一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的反应,一定是氧化还原反应。复分解反应:AB+CD=AD+BC 由两种化合物互相交换成分,生成另外两种化合物的反应,不一定是氧化还原反应。中和反应:酸和碱互相交换成分,生成盐和水的反应。水解反应:化合物与水反应并分解为两部分,H和OH分别组合到这两部分而得到两种或两种以上新的化合物的反应。可逆反应:同一条件下同时可向正反应方向和逆反应进行的反应。氧化还原反应:在反应过程中有元素化合价变化的化学反应。
26、歧化反应:同一分子内同一价态的相同原子同时一部分被氧化另一部分被还原的反应。归中反应:不同分子内不同价态的相同原子分别被氧化还原到相同中等价态的反应。=6. 化学式:用元素符号表示物质组成的式子,是分子式、实验式、结构式、结构简式的统称。+同分异构体:化学式相同而结构不同的化合物。 主要的异构方式包括构造异构(链异构、位置异构、官能团异构)和立体异构(顺反异构、手性异构)。分子式:用元素符号表示物质组成配比的化学式。相同的分子式有可能不是一种物质,如某些同素异形体。 eg: C(金刚石、石墨),C2H4O2(乙酸,甲酸甲酯)实验式(最简式,经验式):用元素符号表示化合物分子中各元素的最简原子个
27、数比的关系式。 eg: CH(乙炔C2H2苯C6H6)结构式:表示出分子内所有共价键和成键情况的式子。所有共价键都不能省略。eg 结构简式(示性式):省略部分共价键后仍能较清晰体现主要原子和原子团在分子内连接关系的式子。可以省略的键:所有单键和C=O。但一般至少把所有C-H省略。 不可省略的键:其余所有的键如C=C,CC,N=N,NN等。苯环结构一般用键线式表示,但是除了苯环结构之外不能在结构简式里同时使用示性式和键线式。eg:以上也可以表示为下列未标出任何键的结构简式,但考试最好不用:CH3(CH2)16COOCH22CHOOC(CH2)16CH3 CH3CH2C(CH3)2CH(CH3)C
28、H2CH3键线式(骨架式、拓扑式、折线简式):只用键线表示碳架,需考虑原子杂化后的键角和成键方式(如一般C单键之间约画成90度,单双键之间的夹角为120,单键和三键之间的夹角为180),只省略C-H和C及与之相连的H,其它原子及与之相连的H须保留,空间上位于纸面两侧的键分别用实线和虚线(做题不需考虑不用标出)。用这种方式表示的结构式为键线式。eg: 原子/离子结构示意图:电子式:在元素符号周围用 .或 ×来表示元素原子的最外层电子的式子。可以表示离子、分子和共价化合物、离子化合物及其形成过程。注意点在此不再叙述。 电子排布式和简化电子排布式:原子核外部所有的电子排布。其中内层电子排布
29、满足稀有气体排布的部分可用其相应元素符号加方括号的原子实来表示,以简化电子排布式。eg:31Ga1s22s22p63s23p63d104s24p1按能层顺序排序:1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f. 价层电子排布式=外围电子排布式:将主族、0族元素的内层电子排布或过渡元素原子的电子排布式中符合稀有气体的原子的电子排布的部分(原子实)省略后剩下的式子,即保留了所有参与成键的能级的电子排布。eg:17Cl 3s23p5 19K 4s1 26Fe 3d64s2注意和最外层电子排布式区分。电子排布图(轨道表示式):表示核外电子分层、分能级、分轨道排布规律和电子自旋状态
30、的式子。用方块表示轨道,用方块的数量表示能级(下标能级序数),用箭头表示电子运动方向,方块的位置表示能量高低。eg: +可以用稀有气体原子实代替达到稀有气体结构的部分。+电子排布遵守的规则:1> 能量最低原理:电子优先占据能量较低的原子轨道,使整个原子体系能量处于最低。电子填充顺序:1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p2> 泡利不相容原理:每个轨道最多可以容纳两个自旋相反的电子,常用“”表示。3> 洪特规则:在同一个电子亚层中排布的电子,总是尽先占据不同的轨道,且自旋方向相同。特例:当同一能级各个轨道
31、上的电子排布为全满、半满或全空时,可使体系能量最低。eg:24Cr:1s22s22p63s23p63d54s1 29Cu:1s22s22p63s23p63d104s1分子模型 分子模型都必须能表示出分子实际的构型包括键角甚至键长。球棍模型:C6H6C3H8 比例模型(填充模型): 7. 化学方程式:完整表明反应物生成物条件计量数并遵循各种守恒的化学反应式离子方程式:用实际参加反应的离子和物质表示化学反应的式子。 注意反应物不同配比的不同离子方程式书写。电离方程式:表示电解质电离的离子方程式。水解方程式:表示盐类与水结合反应的离子方程式。热化学反应方程式 注意点:系数、状态(s,l,g,aq)可
32、逆性 不标条件 焓变值和正负号一般 aA(s/l/g) + bB(s/l/g) = cC(s/l/g) + dD(s/l/g) H= ±m kJ/molaA(s/l/g) + bB(s/l/g) cC(s/l/g) + dD(s/l/g) H= ±n kJ/mol燃烧 A(g/l/s) + bO2(g) = cCO2(g) + dH2O(g) H= -p kJ/mol中和 aA(aq) + bB(aq) = cC(aq) + H2O(l) H= -57.3 kJ/mol电极反应方程式:在电化学反应里表示电极上得失电子的氧化还原反应的方程式,主要特点是方程式内存在电子。应当注
33、意电解质溶液的酸碱性和状态。eg CH4-6e-+8OH-=CO32- +4H2O (碱性液态电解质溶液) CH4-6e-+2H2O=CO32- +8H+(酸性液态电解质溶液或固态)有机反应方程式:在有机化学反应里表示有机物反应的方程式,主要特点是使用代替=以及各参与反应有机物应书写结构简式或结构式。电子转移:双线桥法:价态改变的元素标出价态- 双线-标得失(得到/失去原子数×电子数)eg:单线桥法:价态改变的元素标出价态(自身时不标)- 单线(左式)-标转移电子总数且不写得失eg:电子式表示物质形成:=8. 质量守恒:化学反应中反应物和生成物总的质量之和相等。但物理反应不一定遵守。
34、电荷守恒:化学反应中反应物和生成物总的电荷量之和相等。主要包括化合物中元素正负化合价代数和为零和溶液中所有阴阳离子所带的电荷数代数和为零。eg NaHCO3: c(Na+)+c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)Na3PO4: c(Na+)+c(H+)=3c(PO43-)+2c(HPO42-)+c(H2PO4-)+c(OH-)此外还应注意化学反应前后的电荷守恒、转移的电子守恒、化合价变化守恒等。原子守恒(物料守恒):化学反应中反应物与生成物总的原子种类、数目和相对比例相同。主要包括含特定元素的L粒守恒、不同元素间形成的特定L粒比守恒、特定L粒的来源关系守恒。eg Na3
35、PO4: c(PO43-)+c(HPO42-)+c(H2PO4-)+c(H3PO4)=0.1mol/L (假定溶液浓度为0.1mol/L时)c(Na+)=3c(PO43-)+3c(HPO42-)+3c(H2PO4-)+3c(H3PO4)c(OH-)=c(HPO42-)+2c(H2PO4-)+3c(H3PO4)+c(H+)NaHCO3: c(Na+)=c(HCO3-)+c(CO32-)+c(H2CO3)Na2CO3: c(Na+)=2c(CO32-)+2c(HCO3-)+2c(H2CO3)质子守恒:剩余H+=产生H+的产物数目-消耗H+的产物数目eg NaH2PO4 c(H+)=c(OH-)+c
36、(HPO42-)+2c(PO43-)-c(H3PO4)注:产生H+: OH-+1 HPO42-+1 PO43-+2 消耗H+: H3PO4 -1 所以得到上式也可以由电荷守恒和物料守恒联立得到,但比较耗时,联立过程不再举出以上电荷守恒、物料守恒、质子守恒为溶液中的三大守恒关系。=【化学反应理论】化学反应速率和化学反应平衡1. 化学反应速率 v mol/(L·min) 化学反应进行的快慢1> 单位时间内非固态或气态反应物的浓度变化量2> 某反应中等于方程式中各反应物计量数之比的各反应物反应速率等效影响因素:内因(反应物性质)外因(T c p 催)1> c P T+ v
37、正+ v逆+2> T P c+ v+(c被提高的一侧)3> P当且仅当引起c变化时才引起v的变化T V P+ V- c+ v+TV n(反应物)+ p+c+ v+ ;n(非反应物)+ p+ C VTp n(反应物)+ V+c+ v+ ;n(非反应物)+ p+c- v-4> 催化剂 正逆反应同等程度+ or -2. 化学反应平衡 R平衡状态:v正=v逆 m n c Qc=k平衡移动:外界条件的改变使v正和v逆异化平衡点移动,反应到达新平衡的过程影响因素 T c p1> T+吸热方向进行 T-放热方向进行2> C 利用Qc与k3> P当且仅当引起c变化进而引起v
38、正和v逆异化才引发移动TV n(反应物)+ p+c+ 由方程式系数 ;n(非反应物)+ p+ C RTP n(反应物)+ V+c+ 由Qc ;n(非反应物)+ p+c- 由Qc3. 化学平衡常数 k 浓度熵 Qc k仅与T有关aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) k=cCc·c(D)dcAa·c(B)bxaA(g) + xbB(g) xcC(g) + xdD(g) k= kxcC(g) + dD(g) aA(g) + bB(g) k”= 1k4. 等效平衡 同一反应在不同条件下平衡时各反应物的百分含量相同的反应体系系。全等平衡 TV 反应物生成物计量数和不
39、等 须反应物加入量完全等效 此时 c n v完全相等实质为同一平衡 相似平衡 1> TV反生物计数和等 须反应物加入量等比例 此时仅而c n v不一定相同2> TP反生物计数和不等 须反应物加入量等比例 此时 c v而n不一定相同3> TP反生物计数和等 须反应物加入量等比例 此时 c v而n不一定相同5. 转化率(,%)1> 反应物起始量之比等于方程式中计量数之比 各反应物相同2> 相对于初始加入量比例,某种反应物比例增加,则其-,同侧其它反应物+3> 对于aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) TV 以原始加入比例再同等倍数加入A和B引发
40、R时有当a+b=c+d 则A B的转化率不变当a+b>c+d 则A B的转化率增大当a+b<c+d 则A B的转化率减小6. 气体平均相对分子质量以M=m/n应万变化学反应的热效应和自发性1. 反应热在恒压条件下某化学反应进行的热效应(默认25,101kPa时不需标注)燃烧热25,101kPa下1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量(文字叙述时可省略负号)中和热稀溶液中强酸强碱发生中和反应生成1mol H2O所放出的热量(H= -57.3 kJ/mol)2. 焓变 H kJ/mol 表示物体内能的变化量H>0吸热异稳化 H<0 放热稳化熵变 S kJ/(mo
41、l·) 表示物质混乱度的变化量S>0 有序化 S<0 混乱化吉尔斯自由能 G kJ/mol 判定化学反应自发性G=H-S·T G<0可自发 G>0不可自发水溶液中的离子平衡 水溶液中的离子平衡遵守各守恒定律1. 电离 电解质溶解于水或熔化后解离成自由移动的离子完全电离A(s/l/aq) = bB+(aq) + cC-(aq)可逆电离 A(s/l/aq) bB+(aq) + cC-(aq) H0 【试验:酸碱中和滴定 见高中化学实验】2. 盐类的水解 盐在溶液里电离出的弱酸碱阴阳离子和水电离出的H+和OH-结合形成弱电解质的过程。+酸性水解离子产生的酸
42、性可以溶解金属eg NH4+ 另外Fe3+水解产生的酸性可以激活硝酸根氧化性,这类极易酸性水解的离子(eg Fe3+Cu2+Ti4+Sn2+)的配制方法为在对应的浓酸中配制然后稀释,保存时加入对应的酸双水解:1> 显性水解:互促水解完全 eg C2H5ONa+H20=C2H5OH+NaOH Al3+3AlO2-=4Al(OH)32> 隐性水解:互促水解程度不足 eg Mg(HCO3)2 NH4HCO3+此水解中若有生成气体的趋势如(NH4)2CO3由于气体的挥发会使水解趋于完全故草木灰不与铵肥混施3> 非水解:阴阳离子直接结合为沉淀或弱电解质 eg Mg2+CO32-=MgC
43、O3 Pb2+2CH3COO-= (CH3COO)2Pb盐溶液蒸干的离子变化原则1> 当盐的阴阳离子中有一方为不挥发的强酸碱离子则蒸干时一般水解隐性,否则显性水解。2> 挥发性物质挥发,不稳定物质分解,还原性物质被O2氧化。3. 沉淀溶解平衡一定温度下难溶电解质晶体与溶解在溶液中的离子之间存在溶解和结晶的平衡,亦称多项离子平衡。AmBn(s) mAn+nBm- Ksp=cm(An+)×cn(Bm-)为饱和浓度 溶度积仅和温度有关Qc>Ksp沉淀析出;Qc = Ksp恰好饱和;Qc<Ksp未饱和且全溶解。Ksp与S可相互换算, Ksp与S正相关,相似配比的物质可
44、以直接以Ksp比较S,不相似配比物质否之。eg:298 K时Ksp(AgCl)=1.8×10-10计算其溶解度,Ag2CrO4溶解度4.316×10-2g计算其Ksp。S=m(AgCl)=nM(AgCl)=c(AgCl)VM=Ksp(AgCl)0.5VM=1.9229×10-3gKsp=c(Ag)·c(CrO4-)=2S(Ag2CrO4)/MV×S(Ag2CrO4)/MV=9.62×10-12可见Ksp(AgCl)>Ksp(Ag2CrO4),而S(AgCl)<S(Ag2CrO4)Ksp数量级相差较大时,沉淀可全转化为另一种
45、更难溶沉淀,但一般不可全转化为另一种较易溶沉淀(至多部分转化)。应用同离子效应:增大溶液中难溶电解质电离的离子浓度从而抑制其电离降低其S。eg BaSO4饱和溶液加入BaCl2或Na2SO4都会降低BaSO4溶解度。但一些情况下过量的沉淀剂反而会使溶解度增加。离子浓度低于10-5mol/L时认为已完全除去。沉淀的溶解:1.加入可与难溶电解质组分离子结合成弱电解质的离子。2.氧化为易溶物。3.形成配合物。【电化学反应】1. 原电池反应原理 双电层理论(氢气置换反应为例,只做了解)金属晶体处于极性溶液中,表面阳离子由于扩散作用和极性溶剂分子的吸引而进入溶液,使晶体有多余的电子而带负电,溶液中有多余
46、阳离子而带正点,从而在金属晶体-溶液形成电性相反的界面,相当于电容器,电场方向利于溶液阳离子到金属晶体表面而阻碍晶体阳离子继续溶解,随着溶解电场强度增大。对于H之后的金属,其金属阳离子对电子引力较强,当电场强化至完全抑制金属阳离子继续溶解时氢离子仍不能得到金属晶体的电子而激活为氢自由基,由此溶解停止,完全不能发生置换反应。事实上这整个反应是吸热的,由G判知反应是不能自发的。对于H之前的金属,其金属阳离子对电子引力较弱,当电场强化至一定程度时氢离子可以得到晶体电子激活为氢自由基进而结合为氢气放出能量,整个反应放热可不同程度自发。当外接低活动性正极时(构成原电池),正负极有等电势化趋向,负极多余电
47、子经外电路流入正极与溶液阳离子接触反应,部分化学能转化为电能。这一过程相当于扩大了极板面积,降低了阻碍溶解的电场的强度,加快了溶解速度,即是加快了反应速度。当金属阳离子溶解和氢气产生速率平衡时,界面的电势差即原电池电源电动势。2. 电解池反应原理1> 阳极反应外电源使阳极电子流失而产生多余阴离子,当采用惰性电极(Au,Pt,C)时,其对于电子吸引力很强可夺取溶液阴离子的电子或低价阳离子的电子而保持自身稳定;当采用活性电极(Ag,Cu,Fe)时,其离子对电子吸引力弱,自身失去电子进入溶液。2> 阴极反应外电源使多余电子流入阴极,吸引溶液阳离子与电子结合,阴极受到保护。3. 电解放电顺
48、序阳极:活性电极>S2-> I- > Br-> Cl->OH->SO42-、NO3->F-阴极:Pt2+>Au3+>Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+4. 离子的流向原电池电解池都是一个完整的电流循环,因此所有的阳离子运动方向都同向于电流方向,所有阴离子都同向于电子运动方向。不需特别记忆。【物质分类】1. 混合物 由两种或多种分子或晶体组成的物质。分散系:将分散质分散在分散剂中得到的混合物体系。主要有
49、固液气三种体系。1> 溶液:直径小于1nm可以透过滤纸半透膜的溶质分散在溶剂中形成的澄清透明均一稳定的分散系。2> 胶体:直径于1-100nm仅可透过滤纸的溶质分散在溶剂中形成的均一较稳定常透明的分散系。根据分散质不同可以分为气溶胶、液溶胶、固溶胶。胶体较稳定的主要原因是带有同种电荷的胶粒之间互相排斥,使之不易聚集成大分子团而沉淀下来。浊液:直径大于100nm无滤过性的溶质分散在溶剂中形成的不均一不稳定不透明的分散系。液态浊液分为悬浊液(固体分散质)和乳浊液(液体分散质)。+溶液胶体浊液不一定是液体,如合金属于溶液,污浊空气属于浊液。胶体的特点:1>布朗运动性质 分散质的运动
50、属于无规则运动。2>丁达尔效应 使光发生散射,可以使一束直射的光在胶体中显示出光路。3>常见的聚沉方法有加热(加快热运动以增加胶粒的结合聚集的机会),加入电解质溶液(中和胶体电性利于胶体粒子之间的结合)。+常见混合物:氢氟/氯/溴/碘/硫酸,淀粉,纤维素,塑料,树脂,橡胶,蛋白质,王水,碱石灰(CaO+NaOH),玻璃(SiO2、Na2SiO3、CaSiO3),漂白粉(Ca(ClO)2+CaCl2),福尔马林(35-40% HCHO),水玻璃(Na2SiO3+H2O),过磷酸钙(Ca(H2PO4)2+CaSO4),2. 纯净物 由同种分子或晶体组成的物质。单质 仅由一种元素组成的纯
51、净物,也即游离态。1> 金属单质:这种元素是金属。非金属单质:这种元素是非金属。2> 同素异形体:同种元素组成的具有不同结构和性质的单质。 常见同素异形体:C(金刚石,石墨,足球烯),P(白磷,红磷),O(氧气,臭氧) 见【非金属元素】化合物 两种或更多元素组成的纯净物。1> 电解质:在水溶液或熔融状态下能电离的化合物。强电解质:全部电离。包括强酸强碱大多数盐。弱电解质:部分电离。包括弱酸弱碱少数盐和水。 eg: 弱酸:H2S、H2CO3、CH3COOH、HF、HCN、HClO等弱碱:NH3·H2O、Al(OH)3、Zn(OH)2、Cu(OH)2等少数盐:HgCl2
52、,Pb(Ac)2,HgBr2等非电解质:在水溶液或熔融状态下都不能电离。包括非金属氧化物和大部分有机物。2> 离子化合物:由阴阳离子通过离子键构成的化合物。包括低电负金属、铵根、高电负非金属的盐,强碱,大部分金属氧化物。共价化合物:主要以共价键结合形成的化合物。包括非金属氧化物,酸,弱碱,少部分盐AlCl3,非金属氢化物。+离化一定有离子键不一定有共价键,共化一定有共价键一定没离子键。3> 离子晶体+晶格能:完全分离的气态阳离子和阴离子结合成1mol晶体所释放出的能量,数据以正值表示,热化学计算中为负值。晶格能是最能反映离子晶体稳定性的数据,晶格能越大,形成的离子晶体越稳定,熔点越
53、高,硬度越大。影响因素有离子半径、离子电荷、电子层构型、晶胞类型等。其它相似相同的条件下,离子半径越小晶格能越大,离子电荷越大晶格能越大,离子最外电子层电子数越多晶格能越大。+常见离子晶体的熔点大致情况 (m+n都表示离子电荷数)1+1 500-1000:LiCl 605 NaCl 801 KCl 770 1+2 500-1500:MgF2 1261 MgCl2 712 CaCl2 782 BaCl2 925 Na2O 611 2+2 2000:MgO 2852 CaO 2572 BaO 1923 ZnO 19752+3 2000:Al2O3 2030+离子晶体和分子晶体的大致分界:离子和电负性F 3.89O 3.44ClOH- 3.16BrN 2.96/3.04ISC 2.66/2.58/2.55Fe/Cu 1.83/1.90FeF3 离CuF2 离Fe2O3 离CuO 离FeCl3 离*CuCl2 离*FeBr3 *CuBr2 *FeI2 *CuI *Al/Z
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