无机及分析化学I

1、无机及分析化学无机及分析化学1 1 （Inorganic and analytical chemistry） 随处可见的溶液随处可见的溶液第第1章章 溶液与胶体溶液与胶体清清的河流清清的河流静静的湖泊静静的湖泊浩瀚的大海浩瀚的大海注射液注射液1、溶解了哪些物质？、溶解了哪些物质？2、各物质的浓度是多少？、各物质的浓度是多少？3、具有哪些特殊性质？、具有哪些特殊性质？4、这些性质受什么因素的影响？、这些性质受什么因素的影响？5、如何从分子水平上解释这些性质？、如何从分子水平上解释这些性质？6、这些性质的科学意义是什么？、这些性质的科学意义是什么？第第1章章 溶液与胶体溶液与胶体 1.1 溶液组成

2、量度（溶液组成量度（浓度浓度）表示方法）表示方法一、浓度表示方法一、浓度表示方法1、物质的量浓度、物质的量浓度- cB cB = nB / V ( mol dm-3 或或 mol L-1 ）2、质量摩尔浓度、质量摩尔浓度- bB bB = nB / mA ( mol Kg-1 ) cB -某物质的物质的量浓度某物质的物质的量浓度 c ( H2SO4 )-硫酸的物质的量浓度硫酸的物质的量浓度符号说明符号说明3、质量浓度、质量浓度- B B= mB / V ( g cm-3 或或 g ml-1 )B与质量密度与质量密度不同不同 !4 、同类量之比、同类量之比(1) 质量分数质量分数 B= mB /

3、 mA+ mB(2) 物质的量分数物质的量分数 xB=nB/nA + nB(3) 体积分数体积分数 B= VB / VA + VB二、浓度换算二、浓度换算BcB; BbB ；cBbB 换算公式的推导换算公式的推导?cB =nBVmBMBV=1000VBMB V=1000BMB=BcBbB =nBmAmBMBmA=1000BMB (1000-1000B)/1000=1000BMB (1-B)=BbB1000 cBbB = - cB M B1000 cBbB请同学们自己推导！请同学们自己推导！ 1.2 稀溶液的依数性稀溶液的依数性一、溶液的饱和蒸气压下降一、溶液的饱和蒸气压下降pA*p蒸发蒸发(气

4、气)凝聚凝聚(液）液）1 1、p pA A* * ：定温下，纯溶剂定温下，纯溶剂的蒸发与凝集达动态平的蒸发与凝集达动态平衡时，饱和蒸气产生的衡时，饱和蒸气产生的压力。与溶剂本性及温压力。与溶剂本性及温度有关。度有关。p-T p-T 关系曲线关系曲线称饱和蒸气压曲线。称饱和蒸气压曲线。2 2、p p：稀溶液的饱和蒸气稀溶液的饱和蒸气压，压，总是低于同温度下总是低于同温度下纯溶剂的饱和蒸气压。纯溶剂的饱和蒸气压。3、定量关系：拉乌尔定律。、定量关系：拉乌尔定律。 （1） p = pA* xA （2）p = pA* - pA* xA = pA* (1- xA) = pA*xB （3）p = k bB

5、， 推导如下推导如下： 对于稀溶液，则有对于稀溶液，则有nAnB , nA + nB nA ，因此，因此 xB=n Bn A + n Bn Bn Ap = pA*n BmA / M A= k bBbB1000 p = k bB 在一定温度下，在一定温度下，难挥发难挥发非电解质非电解质稀溶液稀溶液的蒸气压下降值与溶液的质量摩尔浓度的蒸气压下降值与溶液的质量摩尔浓度成正比。成正比。二、稀溶液沸点升高二、稀溶液沸点升高 1、概念、概念: 沸腾、沸腾、 沸点、沸点、正常沸点正常沸点2、相同外压下，相对纯溶剂，稀溶液沸点上升、相同外压下，相对纯溶剂，稀溶液沸点上升? 3、Tb= kb bB - kb :

6、 沸点上升常数，与溶剂性质有关。沸点上升常数，与溶剂性质有关。三、稀溶液的凝固点下降三、稀溶液的凝固点下降1、基本概念：、基本概念：凝固与凝固点凝固与凝固点相同外压下，相相同外压下，相对纯溶剂，稀溶对纯溶剂，稀溶液凝固点下降。液凝固点下降。2、Tf = kf bB kf为凝固点下降常数，与溶剂性质有关。为凝固点下降常数，与溶剂性质有关。 为什么海水比淡水更难结冰？为什么海水比淡水更难结冰？ 冬天在汽车水箱中加甘油为什么可以防止水箱冬天在汽车水箱中加甘油为什么可以防止水箱被冻裂？被冻裂？ 植物抗寒的生植物抗寒的生物学机理之一物学机理之一个方面个方面 雪天往路面和雪天往路面和机翼上撒盐机翼上撒盐四

7、、溶液的渗透压四、溶液的渗透压( )1 1、基本概念：半透膜、渗透现象、渗透压、基本概念：半透膜、渗透现象、渗透压、高（低、等）渗溶液、反渗透。高（低、等）渗溶液、反渗透。aB室室(H2O)bdcA室室(溶液溶液b)H2OH2O半透膜半透膜2、定量关系：、定量关系：V=nRT=cBRTbBRT 式中式中cB- mol L-1 ，bB-mol kg 1 T-K，R-8.314 kPa Lmol-1 K 1， -kPabB =nBmAcB1000- cBMB1000对于对于稀水溶液稀水溶液: 1，且，且cBMB/1000项较小，项较小，故认为故认为cBbB。3、生物学意义，植物吸收水分与养分、生物

8、学意义，植物吸收水分与养分、肥料用量、盐碱地的利用问题、动物的肥料用量、盐碱地的利用问题、动物的输液等。输液等。溶剂小分子总是从低渗溶液透过半透膜溶剂小分子总是从低渗溶液透过半透膜进入高渗溶液。进入高渗溶液。红糖水红糖水空心萝卜空心萝卜玻璃管玻璃管纯水纯水h hH2O五、依数性的相互关系及应用五、依数性的相互关系及应用 1 1、后三种性质均因、后三种性质均因溶液饱和蒸气压溶液饱和蒸气压下降下降而引起，知其一则可推算出另而引起，知其一则可推算出另外三个性质（如何算？）。外三个性质（如何算？）。2、非电解质摩尔质量的测定非电解质摩尔质量的测定 称称 mB g 溶质溶质, 溶于溶于 mA kg溶剂中

9、，配成稀溶溶剂中，配成稀溶液，测依数性之一液，测依数性之一,如测定如测定, 因因bBRT 而而 bB=nB/mA=mB/MBmA 得得 MB= mBRT/ mA g mol-1 例 1 某含氮有机物某含氮有机物0.18 g溶于溶于12 g水中，测水中，测得其凝固点比纯水降低了得其凝固点比纯水降低了0.233 K，计算该，计算该化合物的摩尔质量。化合物的摩尔质量。解：解： 设该有机物摩尔质量为设该有机物摩尔质量为M，由，由Tf = kf bBm BmA M B= kf MB=k f m BTf mA kf = 1.86 K/(molkg)；mB = 0.18 gmA = 12 g=0.012kg

10、；Tf = 0.233 K该有机物的摩尔质量为该有机物的摩尔质量为129.8 g mol-1MB = k f mBTf mA =1.860.180.2330.012= 129.8 g mol-1 例例2. 278 K时，时，100ml 溶液中溶解了某种蛋白溶液中溶解了某种蛋白质质1.84 g，测得该溶液的渗透压为，测得该溶液的渗透压为533 Pa，计，计算该蛋白质的摩尔质量。算该蛋白质的摩尔质量。 .4.784molgmRTM/10980.533 2783141.8= = = =V 0.1解：解： MVmRTVnRT= = = （1）0.1 mol L-1 HAc （2）0.1 mol L-1

11、 NaCl （3）0.35 mol L-1蔗糖蔗糖 （4）0.1 mol L-1 CaCl2 （5）0.1 mol L-1葡萄糖葡萄糖例例3、 按饱和蒸气压、沸点、凝固点、渗按饱和蒸气压、沸点、凝固点、渗透压由高到低的顺序排列下列各溶液。透压由高到低的顺序排列下列各溶液。当溶质当溶质为电解为电解质时质时, ,如如何处理何处理? ?解：解：在一定体积的溶液中，粒子数目越多，在一定体积的溶液中，粒子数目越多，即粒子浓度越大，沸点越高。电解质的粒子即粒子浓度越大，沸点越高。电解质的粒子数目较相同浓度的非电解质多，强电解质的数目较相同浓度的非电解质多，强电解质的粒子数较相同浓度的弱电解质多，因此，粒粒

12、子数较相同浓度的弱电解质多，因此，粒子浓度由大到小的顺序为：子浓度由大到小的顺序为：（3）（4）（2）（1）（5），），沸点、渗沸点、渗透压顺序与此相同。饱和蒸气压、凝固点顺透压顺序与此相同。饱和蒸气压、凝固点顺序与此相反。序与此相反。 小小 结结1 1、各依数性产生原因、各依数性产生原因( (饱和蒸气压下降饱和蒸气压下降) )；2 2、定量公式及公式使用条件、公式的运用；、定量公式及公式使用条件、公式的运用；3 3、有关现象的解释、有关现象的解释( (依数性原理的应用依数性原理的应用) )。 稀溶液的依数性：稀溶液的依数性： 对于难挥发非电解质的稀溶液来说对于难挥发非电解质的稀溶液来说 饱和

13、蒸气压下降：拉乌尔定律饱和蒸气压下降：拉乌尔定律p = pA* xA p = pA*xB p = k bB 沸点升高沸点升高 Tb= kb bB 凝固点下降凝固点下降 Tf = kf bB 渗透压渗透压V=nRT=cBRTbBRT 1 . 3 胶胶 体体相：相：体系中物理、化学性质完全相同且与其它部分体系中物理、化学性质完全相同且与其它部分有明确界面分隔开来的任何均匀部分，分为单相体系有明确界面分隔开来的任何均匀部分，分为单相体系和多相体系。和多相体系。液体液体-单相体系。单相体系。液体液体+ +蒸气蒸气-多相体系。多相体系。液体液体+ +蒸气蒸气+ +锥形瓶锥形瓶-多相体系。多相体系。一、基

14、本概念一、基本概念 一组概念：一组概念：分散体系、分散质、分散剂分散体系、分散质、分散剂 三类分散体系：三类分散体系：(1) 真溶液真溶液(1nm)：均匀、透明、稳定、粒子扩均匀、透明、稳定、粒子扩散速率快、能透过滤纸。散速率快、能透过滤纸。-单相体系。单相体系。(2) 胶体胶体(1-100nm)：均匀、透明、亚稳定、粒子均匀、透明、亚稳定、粒子扩散慢、能透过滤纸。扩散慢、能透过滤纸。-多相体系。多相体系。(3) 粗分散系粗分散系(100nm)：不均匀、不透明、不稳不均匀、不透明、不稳定、粒子扩散慢、不能透过滤纸。定、粒子扩散慢、不能透过滤纸。-多相体系。多相体系。表面性质之一表面性质之一：因

15、表面分子受力与因表面分子受力与内部分子不同，有内部分子不同，有收缩、减小表面积收缩、减小表面积的趋势。的趋势。地板上的水银球 表面性质之二表面性质之二 - - 吸附吸附 1 1、吸附、吸附质、吸附剂、吸附、吸附质、吸附剂 甘蔗汁甘蔗汁有机色素有机色素活性炭活性炭过滤过滤n FeO+mFe(OH)3Fe(OH)32 2、吸附分类、吸附分类 分子吸附：吸附质为分子。分子吸附：吸附质为分子。 离子吸附：（离子选择与离子交换吸附）离子吸附：（离子选择与离子交换吸附） FeO+ H+ Fe3+ Cl- H+ Fe3+ Cl-选择吸附选择吸附 离子交换吸附离子交换吸附: :吸附剂在吸附溶液中离子的同吸附剂

16、在吸附溶液中离子的同时，将自身等电量的同号离子置换到溶液中，时，将自身等电量的同号离子置换到溶液中，这种吸附称为离子交换吸附。这种吸附称为离子交换吸附。 离子交换剂：离子交换剂：分阳离子交换剂和阴离子交换剂。分阳离子交换剂和阴离子交换剂。nRSO3H+ + Mn+(RSO3-)nM + nH+nRCN+OH-+ Ln-(RCN+)nL + OH-3、吸附规律；相似（结构与极性）相吸。Na+Na+ 2 NH4+NH4+NH4+2Na+Ca2+ 2 NH4+NH4+NH4+Ca2+特点：同号离子交换、等电荷交换、交换可逆。二、胶体的性质二、胶体的性质1.1.光学性质（丁铎尔效应）光学性质（丁铎尔效

17、应）应用：分散体系种类的鉴别应用：分散体系种类的鉴别光源光源聚光镜聚光镜分散体系分散体系 胶胶 体体丁铎尔效应：丁铎尔效应：由于溶胶的高度分散性和多由于溶胶的高度分散性和多相不均匀性相不均匀性, , 当一束波长大于溶胶分散相粒当一束波长大于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统子尺寸的入射光照射到溶胶系统, , 可发生散可发生散射现象射现象丁铎尔现象。丁铎尔现象。透透镜镜溶胶溶胶 丁铎尔效应丁铎尔效应光光源源 2. 2. 布朗运动布朗运动3. 3. 电学性质电学性质 胶体粒子带电原因胶体粒子带电原因-(-(离子选择性吸附离子选择性吸附) )。电泳电泳三、胶团与胶粒结构式三、胶团与胶粒结构式缓

18、慢滴加缓慢滴加KI溶液至硝酸银溶液中直到过量。溶液至硝酸银溶液中直到过量。 ( AgI )m nI- (n-x)K+ x- xK+ 胶胶 核核 电位离子电位离子 反离子反离子 扩散层反离子扩散层反离子 胶胶 粒粒 胶胶 团团 I胶核胶核(AgI)mI-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+吸附层吸附层胶胶粒粒 胶胶 团团扩扩散散层层写写 出：出：FeCl3 热水解所得胶体的胶粒结构式热水解所得胶体的胶粒结构式Fe(OH)3 m nFeO + (n-x)Cl- x+ 胶核胶核 电位离子电位离子 吸附层反离子

19、吸附层反离子 胶胶 粒粒 扩散层吸附层ClClClClClClFeOFeOFeOFeOFeOFeOFeOFeOClClFe(OH)3m胶核胶核反离子扩散层扩散层胶团胶团ClCl)(FeOFe(OH)3xxnnxm胶粒胶粒电位离子反离子吸附层吸附层 10mL 0.1mol/L 的的 AgNO3溶液与溶液与 5mL 0.08mol/L 的的KBr反应制备的胶体之胶粒与反应制备的胶体之胶粒与胶团结构式胶团结构式。( AgBr )m nAg + (n-x)NO3- x- x NO3- 胶核胶核 电位离子电位离子 反离子反离子 扩散层反离扩散层反离 胶胶 粒粒 胶胶 团团 四、胶体的稳定性与聚沉四、胶体

20、的稳定性与聚沉 1 1、稳定的原因、稳定的原因（1 1）胶粒荷电，因静电作用相互排斥，阻）胶粒荷电，因静电作用相互排斥，阻碍聚结碍聚结 ；（2 2） 胶粒的胶粒的溶剂化溶剂化 ；（3 3） 布朗运动导致扩散布朗运动导致扩散 。2 2、聚沉及聚沉方法、聚沉及聚沉方法 （1 1）加入强电解质：与电位离子电性）加入强电解质：与电位离子电性相反的离子进入吸附层，使胶粒荷电相反的离子进入吸附层，使胶粒荷电量减少；争夺溶剂分子，溶剂化膜变量减少；争夺溶剂分子，溶剂化膜变薄而起聚沉。薄而起聚沉。 正溶胶正溶胶，强电解质之，强电解质之阴离子阴离子起作用；起作用； 负溶胶负溶胶，强电解质之，强电解质之阳离子阳离

21、子起作用；起作用； 强电解质聚沉能力用强电解质聚沉能力用聚沉值聚沉值表征。表征。聚沉值聚沉值：一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需要的要的 电解质的最低浓度电解质的最低浓度.聚沉值越小，聚沉能力越强。聚沉值越小，聚沉能力越强。聚沉规律聚沉规律：a . 带相反电荷的离子对溶胶的聚沉起主要作用。带相反电荷的离子对溶胶的聚沉起主要作用。b . 离子的聚沉能力随着离子价数的升高而显著增加离子的聚沉能力随着离子价数的升高而显著增加.KCaAl23聚沉能力与聚沉能力与作用离子电荷数目及水合半径有关作用离子电荷数目及水合半径有关。c. c. 同价阳离子聚沉能力随着离子同价

22、阳离子聚沉能力随着离子水化半径水化半径的增的增大而减小。大而减小。离子本身半径离子本身半径水合离子半径水合离子半径水化半径水化半径222234MgCaSrBaOHSCNINOBrClFLiNaKNHRbCsH 讨论讨论: 对对Fe(OH)3胶体：氯化钠、硫酸铵、磷酸钾胶体：氯化钠、硫酸铵、磷酸钾 对硅酸胶体：碱金属的氯化物对硅酸胶体：碱金属的氯化物 -之聚沉值与聚沉能力的比较。之聚沉值与聚沉能力的比较。（2）温度对聚沉的影响：）温度对聚沉的影响：加热能促进溶胶聚沉。加热能促进溶胶聚沉。（3）相互聚沉：）相互聚沉：带相反电荷的溶胶以一定比例带相反电荷的溶胶以一定比例混合。混合。 小小 结结1 1

23、、胶体的特性；、胶体的特性；2 2、胶体的结构（各部分分别是什么）；、胶体的结构（各部分分别是什么）；3 3、胶体稳定的原因及聚沉（强电解质作用原理、胶体稳定的原因及聚沉（强电解质作用原理及其聚沉能力影响因素）。及其聚沉能力影响因素）。 第第2章章 原子结构与元素周期系原子结构与元素周期系第2章 原子结构与元素周期系第第 2 章章 原子结构与元素周期系原子结构与元素周期系要点：要点：1、玻尔理论要点及微观粒子的运动特征；、玻尔理论要点及微观粒子的运动特征；2、核外电子运动状态的描述及核外电子排布、核外电子运动状态的描述及核外电子排布规律；规律；( 重点重点 )3、元素周期律及周期表的有关知识。

24、、元素周期律及周期表的有关知识。第2章 原子结构与元素周期系物质结构的预备知识物质结构的预备知识物物 质质原原子子、分分子子原原 子子原原子子核核、电电子子质质子子、中中子子第2章 原子结构与元素周期系 第第 1 节节 玻尔理论玻尔理论 人类认识物质世界简史：人类认识物质世界简史： 德谟克利特德谟克利特(原子原子)十八世纪质量守恒定律、定组十八世纪质量守恒定律、定组成定律、倍比定律成定律、倍比定律 1787年道尔顿的原子论年道尔顿的原子论 1811年原子分子论年原子分子论19世纪末一系列实验证明原子可以世纪末一系列实验证明原子可以再分，再分，1897年汤姆逊发现电子，提出原子模型年汤姆逊发现电

25、子，提出原子模型 1911年卢瑟福提出行星式原子模型年卢瑟福提出行星式原子模型普朗克量子论普朗克量子论爱因斯坦光子论爱因斯坦光子论玻尔理论玻尔理论量子力学理论。量子力学理论。第2章 原子结构与元素周期系1897汤姆逊汤姆逊阴极射线在电场与磁场中会偏转阴极射线在电场与磁场中会偏转发现电子发现电子果子面包原子模型果子面包原子模型（带正电荷小球，（带正电荷小球，正电荷均匀分布其正电荷均匀分布其中，电子嵌在正电中，电子嵌在正电荷中）。荷中）。第2章 原子结构与元素周期系1911年卢瑟福年卢瑟福粒子大角度散粒子大角度散射现象射现象提出了有核原子模型提出了有核原子模型410.2、 434.1、 486.1

26、、 656.3nm H、 H 、 H 、 H 一一、氢氢原原子子光光谱谱第2章 原子结构与元素周期系1、不连续的线状光谱，从红外到紫外区具、不连续的线状光谱，从红外到紫外区具多条特征谱线。多条特征谱线。2、从长波到短波，谱线间距离愈来愈近。、从长波到短波，谱线间距离愈来愈近。光谱特点：光谱特点：（410.2、 434.1 、486.1、 656.3nm) H 、 H 、 H 、 H 23.9 52.0 170.2 nm第2章 原子结构与元素周期系里德堡方程式：里德堡方程式：n1 、n2为正整数；为正整数； n2 n 1 R = 3.2891015 s-1 = R （ ）12n2121n第2章

27、原子结构与元素周期系 Plank量子论：物质吸收或放出能量总是物质吸收或放出能量总是一个最小能量单位（能量子）的整数倍一个最小能量单位（能量子）的整数倍 能量的不连续性。能量的不连续性。 Einstein光子论：能量以光的形式传播时能量以光的形式传播时，最小单位为光量子，能量大小与光的频，最小单位为光量子，能量大小与光的频率成正比。率成正比。E = hh6.6261034Js二、二、 玻尔理论玻尔理论第2章 原子结构与元素周期系 玻尔理论的要点玻尔理论的要点（1 1）核外电子在特定的原子轨道）核外电子在特定的原子轨道( (固定轨道固定轨道) )绕核运动绕核运动. . 固定轨道是指符合一定条件的

28、轨道固定轨道是指符合一定条件的轨道, , 这个条件是电子这个条件是电子的轨道角动量的轨道角动量L L只能等于只能等于h/2h/2的整数倍：的整数倍：2hnmvrL=第2章 原子结构与元素周期系即即: En= -2.17910-18/n2 （ J ）n取正整数，说明轨道能量不连续取正整数，说明轨道能量不连续(量子化量子化)。轨道能量轨道能量: En= -13.6 /n2 （ev ）对于氢原子来说，有：对于氢原子来说，有：依此推算出：基态氢原子原子半径依此推算出：基态氢原子原子半径 r0=53pm氢原子的电离能：氢原子的电离能：I = 2.17910-18 6.023 1023 =1.312 10

29、6Jmol-1第2章 原子结构与元素周期系（2）提出了定态、基态、激发态）提出了定态、基态、激发态 核外电子在一定能量的轨道运动，既不核外电子在一定能量的轨道运动，既不吸收能量也不放出能量的状态吸收能量也不放出能量的状态(定态定态)。核外电子尽可能处于基态。核外电子尽可能处于基态。基基 态：态：能量最低的定态。能量最低的定态。激发态：激发态：能量高于能量高于基态基态的定态。的定态。第2章 原子结构与元素周期系 光光 谱谱释放能量释放能量E = E2 - E1= h=hc/ =hc/E 获得能量，获得能量，跃迁跃迁 电子电子 基态基态 E1高能态高能态(激发态激发态)E2（3）能量的吸收与发射）

30、能量的吸收与发射第2章 原子结构与元素周期系 氢原子的电子从氢原子的电子从3、4、5、6电子层电子层2层，在层，在可见光区可见光区得得四条不连续的线状光谱。四条不连续的线状光谱。 n=5 n=4 n=3n=2 n=6 HHHH 第2章 原子结构与元素周期系 计算氢原子的电离能及基态氢原子半径计算氢原子的电离能及基态氢原子半径波尔理论的成功之处波尔理论的成功之处 解释了解释了 H 及及 He+、Li2+、B3+ 的原子光谱的原子光谱 说明了原子的稳定性（基态）说明了原子的稳定性（基态）Wave typeCalculated value/nm 656.2 486.1 434.0 410.1Expe

31、rimental value/nm 656.3 486.1 434.1 410.2H H H H第2章 原子结构与元素周期系 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在磁场中的分裂波尔理论的不足之处：波尔理论的不足之处： 不能解释氢原子光谱的精细结构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不能解释多电子原子的光谱原因：原因： 没有完全突破经典力学理论的束缚。没有完全突破经典力学理论的束缚。第2章 原子结构与元素周期系第第 2 节节 核外电子运动的特殊性及运动状态的描述核外电子运动的特殊性及运动状态的描述微观粒子微观粒子：质量极小、速度极快的实物粒子质量极小、速度极快的实

32、物粒子。第2章 原子结构与元素周期系一、波粒二象性一、波粒二象性 德布罗依预言：德布罗依预言：电子等实物粒子具有电子等实物粒子具有波粒二象性。波粒二象性。phmvh=波长波长动量动量普朗克常量，等于普朗克常量，等于6.62610-34Js质量质量速度速度电电子子衍衍射射实实验验电子衍射实验证实了电子衍射实验证实了电子运动的波动性。电子运动的波动性。1927， 美国美国 C. Davisson and L. Gergar第2章 原子结构与元素周期系 对于对于 m = 10 克的子弹，克的子弹，v =1.0103m.s-1，则则=6.6 10-23pm。子弹运动的波长实在太短，测不出，故可子弹运动

33、的波长实在太短，测不出，故可忽略其波动性忽略其波动性 。 对于对于 m = 9.1 10-31kg 克的电子，它的克的电子，它的v =1.9107m.s-1，则，则=37pm(1pm=10-12m)。第2章 原子结构与元素周期系二、二、海森堡不确定原理（测不准原理）海森堡不确定原理（测不准原理） 对于微观粒子，不可能同时准确测定其速率对于微观粒子，不可能同时准确测定其速率与位置（位置与动量）。与位置（位置与动量）。 x x 位置不确定量（测量误差）位置不确定量（测量误差） 运动速度不确定量（测量误差）运动速度不确定量（测量误差）mhxhPx44或22第2章 原子结构与元素周期系 例例1: 对于

34、一颗对于一颗 m=10 克的子弹，假定其位置精克的子弹，假定其位置精确到确到x 0.01 cm时，则其速度不确定量为时，则其速度不确定量为：显然对宏观物体可同时准确确定位置与速度显然对宏观物体可同时准确确定位置与速度xmh4223341004.0101014.3410 6.62=21281032.1=sm2.64第2章 原子结构与元素周期系速度不确定量很大（即速度测不准速度不确定量很大（即速度测不准）例例2：对电子：对电子, m = 9.11 10-31 kg, 半径半径 r = 10-10 m，若若x至少要达到至少要达到10-11m才相对准确，则其速才相对准确，则其速度不确定值为：度不确定值

35、为：对于微观粒子，其位置与速度是不能同时准确对于微观粒子，其位置与速度是不能同时准确确定的。确定的。xmh42161131341029. 5101011. 914. 3410 6.62=sm2第2章 原子结构与元素周期系 可用概率和可用概率和概率密度概率密度描述电子等微观描述电子等微观粒子的运动规律。粒子的运动规律。 电子的波动性是电子运动的统计结果电子的波动性是电子运动的统计结果三三、遵循概率分布规律遵循概率分布规律- -电子波的统计解释电子波的统计解释第2章 原子结构与元素周期系 光子光子2：电子在一微小区域里出现的：电子在一微小区域里出现的概率概率，即概率密度。，即概率密度。则电子则电子

36、 2定态电子在核外空间的概率分布规律可定态电子在核外空间的概率分布规律可用波的振幅方程（波动方程）来描述。用波的振幅方程（波动方程）来描述。四、电子云四、电子云 是个什么函数呢是个什么函数呢?第2章 原子结构与元素周期系n 薛定谔方程薛定谔方程(1926)量子力学中描述核外电子在空间运动的数量子力学中描述核外电子在空间运动的数学函数式，即学函数式，即原子轨道原子轨道(波函数波函数) E轨道能量（动能与势能总和轨道能量（动能与势能总和 ） m 微粒质量微粒质量 h 普朗克常数普朗克常数 (x,y,z) 波函数波函数0)(822222222=VEhmzyx第2章 原子结构与元素周期系 (x,y,z

37、) 波函数，描述核外电子的运动状态波函数，描述核外电子的运动状态的函数。的函数。也称为原子轨道。也称为原子轨道。第2章 原子结构与元素周期系 2 2 - - 表示核外电子在表示核外电子在某一区域的概率密度。某一区域的概率密度。核外电子核外电子概率密度可概率密度可用小黑点的疏密形象化用小黑点的疏密形象化表示，称为电子云。表示，称为电子云。第2章 原子结构与元素周期系电子云是电子在原子核外空间概率电子云是电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述。密度分布的形象描述。电子云图中小黑点越密，概率密度越大。电子云图中小黑点越密，概率密度越大。电子云图是电子云图是 2 2 图像图像不同类型轨道中的电子不同

38、类型轨道中的电子, 不同不同, ,电子云图形也不同。电子云图形也不同。第2章 原子结构与元素周期系y xspx y x x dxy y z x dz2 第2章 原子结构与元素周期系波函数的径波函数的径向分布图向分布图: :单位厚度球壳单位厚度球壳内电子出现的内电子出现的概率随概率随 r 的变的变化图。化图。第2章 原子结构与元素周期系 1s 2s 2p D(r)第2章 原子结构与元素周期系 只要知道某一电子在原子核外的哪一只要知道某一电子在原子核外的哪一个电子层、哪一个亚层、哪一个轨道、个电子层、哪一个亚层、哪一个轨道、电子的自旋方向如何，则该电子的运动电子的自旋方向如何，则该电子的运动状态就

39、得以描述！状态就得以描述！五、原子核外电子运动状态的量子化描述五、原子核外电子运动状态的量子化描述 四个量子数四个量子数第2章 原子结构与元素周期系 求解波动方程中电子运动的合理解时求解波动方程中电子运动的合理解时，必须引用某些整数值的量子数（，必须引用某些整数值的量子数（ n 主量子数主量子数 ， l -角量子数角量子数 ， mL 磁量磁量子数，子数， ms-自旋量子数自旋量子数）。）。第2章 原子结构与元素周期系1、主量子数主量子数（ n ） (1) 表示电子所处电子层、电子离核的表示电子所处电子层、电子离核的远近及电子能量的高低。远近及电子能量的高低。 （2）取值；）取值；正整数正整数

40、， 1（K） 2 （L）3（M） 4 （N）能能 层层第2章 原子结构与元素周期系2、角量子数（、角量子数（ l )（1）表电子所处的亚层、电子云形状，多电子）表电子所处的亚层、电子云形状，多电子原子中，该值还与主量子数一起决定轨道能原子中，该值还与主量子数一起决定轨道能级与电子的能量。级与电子的能量。（2） 取值：与主量子数有关，由取值：与主量子数有关，由0(n-1)（3）当）当 l = 0，s 亚层，电子云亚层，电子云球形。球形。 l = 1，p 亚层，电子云亚层，电子云哑铃形。哑铃形。 l = 2，d 亚层，电子云亚层，电子云梅花瓣形梅花瓣形能级能级 各类轨道及对应电子云图形各类轨道及对

41、应电子云图形y xs+px y x +- - + + - x dxy y y xspx y x x dxy y z x dz2 z x dz2 + - 第2章 原子结构与元素周期系 电子云的角度分布图比波函数的角度分布图略电子云的角度分布图比波函数的角度分布图略“瘦瘦”些。电子云的角度分布图没有些。电子云的角度分布图没有、。 作为波函数的符号，它表示原子轨道的对称作为波函数的符号，它表示原子轨道的对称性，在讨论化学键的形成时有重要价值。性，在讨论化学键的形成时有重要价值。 波函数的角度分布图波函数的角度分布图有有、, , 这是根据这是根据解析式算得的，不表示电性的正负。解析式算得的，不表示电性

42、的正负。第2章 原子结构与元素周期系（4）各电子层内的亚层及轨道类型）各电子层内的亚层及轨道类型 K层，层，n=1，l=0（1s） L层，层，n=2，l=0（2s）、）、1（2p） M层，层，n=3，l=0（3s）、）、1（3p）、）、2（3d） N层，层，n=4，l=0（4s）、）、1（4p）、）、2（4d）、）、3（4f）第2章 原子结构与元素周期系3、磁量子数（、磁量子数（ m L ）（1）表示各亚层轨道的空间伸展方向和）表示各亚层轨道的空间伸展方向和轨道数目。轨道数目。（2）取值：与角量子数）取值：与角量子数 l 有关。有关。 取取 0、+1、-1、+2、-2.+(-) l 第2章 原

43、子结构与元素周期系（3）各亚层内的轨道数）各亚层内的轨道数 s 亚层，亚层，l=0，mL= 0（一条轨道）（一条轨道） p亚层，亚层，l =1，mL= 0、+1、-1（三条轨道）（三条轨道） d亚层，亚层，l=2，mL= 0、+1、-1、+2、-2（五条轨道）（五条轨道） f亚层，亚层，l=3，mL= 0、+1、-1、+2、-2、+3、-3（七条）（七条）y xs+yx+-py+-pz x z px y x +-dyz z + + - - y - + + - x dxy y - + + -z x dxz - z x dz2 + - - d x2 y2 y x + + _ _ 第2章 原子结构与

44、元素周期系4、自旋量子数（、自旋量子数（ms） 表示电子在轨道中的自旋方向，取表示电子在轨道中的自旋方向，取+1/2、-1/2。第2章 原子结构与元素周期系5、四个量子数的意义、四个量子数的意义（1） 描述电子的运动状态：如描述电子的运动状态：如3s1（3，0，0，+1/2）；）；（2）层与亚层中能容纳电子的限量）层与亚层中能容纳电子的限量 2n2 ；（3）核外电子的排布情况；）核外电子的排布情况；（4）核外电子分层、周期、族、区的划分。）核外电子分层、周期、族、区的划分。第2章 原子结构与元素周期系 第第 3 节节 多电子原子核外电子排布多电子原子核外电子排布一、屏蔽效应与钻穿效应一、屏蔽效

45、应与钻穿效应1、屏蔽效应、屏蔽效应 由于其它电子对某一电子的排斥而抵消了部由于其它电子对某一电子的排斥而抵消了部分核电荷，引起有效核电荷减少，削弱了核电分核电荷，引起有效核电荷减少，削弱了核电荷对该电子的吸引，从而使某电子及其所在的荷对该电子的吸引，从而使某电子及其所在的轨道能量升高，这种作用称为屏蔽效应。轨道能量升高，这种作用称为屏蔽效应。第2章 原子结构与元素周期系1 23+3Li屏蔽效应的大小，可屏蔽效应的大小，可用屏蔽常数用屏蔽常数表示，表示， *=- * *为有效核电荷数为有效核电荷数，为核电荷数。为核电荷数。E= -13.6（Z -)2/ n2（ eV）第2章 原子结构与元素周期系

46、 E1sE2sE3sE4sE5sI2I1；电离能越；电离能越小，原子越易失去电子成为阳离子（小，原子越易失去电子成为阳离子（注意反常注意反常现象现象）第2章 原子结构与元素周期系 例如，例如，g的第一、第二、第三电离势分别为的第一、第二、第三电离势分别为737.7、1450.7、7732.8 kJ/mol。显然，。显然，I1I2I3。这。这是由于随着离子的正电荷增多，对电子的引力增强，是由于随着离子的正电荷增多，对电子的引力增强，因而外层电子更难失去。因而外层电子更难失去。 电离能越小，原子就越易失去电子；电离能越电离能越小，原子就越易失去电子；电离能越大，越难失去电子。电离能的大小可以表示原

47、子失大，越难失去电子。电离能的大小可以表示原子失去电子的难易程度。通常只使用第一电离能来判断去电子的难易程度。通常只使用第一电离能来判断元素原子失去电子的难易程度。元素原子失去电子的难易程度。第2章 原子结构与元素周期系元素第一标准电离能变化趋势元素第一标准电离能变化趋势第2章 原子结构与元素周期系三、电子亲合能（三、电子亲合能（ E ） 恒温恒压（恒温恒压（298.15K、105Pa）下，基态）下，基态气态原子得到电子生成气态阴离子所放出的气态原子得到电子生成气态阴离子所放出的能量，称为电子亲合能。能量，称为电子亲合能。第2章 原子结构与元素周期系 例：氧原子的例：氧原子的E1141 kJ/

48、mol，E2780 kJ/mol，这是由于，这是由于对再结合的电子有排斥对再结合的电子有排斥作用。作用。E1的代数值越小，元素的原子得电子的的代数值越小，元素的原子得电子的能力越强，通常元素的非金属性越强。能力越强，通常元素的非金属性越强。 无论是在周期或族中，电子亲合能的代数值无论是在周期或族中，电子亲合能的代数值都随着原子半径的增大而增加，这是由于随都随着原子半径的增大而增加，这是由于随着原子半径增加，核对电子的引力减小。着原子半径增加，核对电子的引力减小。第2章 原子结构与元素周期系4 4、电负性、电负性 电离能和电子亲合能电离能和电子亲合能分别反映分别反映元素原子失元素原子失去和得到电

49、子的能力。为了能同时量度这两去和得到电子的能力。为了能同时量度这两种性质，鲍林提出了电负性概念，定义：种性质，鲍林提出了电负性概念，定义：电电负性是元素的原子在化学键中吸引共用电子负性是元素的原子在化学键中吸引共用电子对的能力。对的能力。 第2章 原子结构与元素周期系 同周期元素原子从左至右随着有效核电荷同周期元素原子从左至右随着有效核电荷（*）的增加，原子半径（）的增加，原子半径（r）的减小，在）的减小，在分子中对电子的吸引力增强，电负性升高。分子中对电子的吸引力增强，电负性升高。同一主族元素从上至下，原子半径增加，电同一主族元素从上至下，原子半径增加，电负性减小。副族元素电负性变化的规律性

50、不负性减小。副族元素电负性变化的规律性不强。元素的电负性越大，表示它的原子在分强。元素的电负性越大，表示它的原子在分子中吸引成键电子的能力越强。子中吸引成键电子的能力越强。第2章 原子结构与元素周期系元素电负性变化趋势元素电负性变化趋势第3章 化学键和分子结构 第 3 章 化学键与分子结构 第3章 化学键和分子结构分子分子结构结构 分子中原子组成分子中原子组成化学键类型（中心问题）化学键类型（中心问题）分子空间结构分子空间结构分子间作用力分子间作用力 化 学 键 离子键 共价键（配位键为特殊共价键） 金属键第3章 化学键和分子结构第第1 1节节 离子键理论离子键理论 一、离子键的形成一、离子键

51、的形成 NaCl（g） NaCl（s） ClClClNaNaNag212Igs离解升华离子键：原子通过得失电子形成阴、阳离子，阴、阳离子间通过静电作用而形成的化学键。12第3章 化学键和分子结构二、离子键的本质和特征1、离子键的本质：阴阳离子静电引力V吸引 = -q + q -40 rV排斥 = Ae-r/V总 = V吸引 +V排斥r00Vr0rV第3章 化学键和分子结构2、离子键的强度晶格能（U）：标准态下，气态阳离子和气态阴离子反应生成1mol离子晶体所放出的能量。第3章 化学键和分子结构晶格能的热力学计算方法：波恩-哈伯循环。Na(g) + Cl(g)S（升华热）1/2D（离解能）U（晶

52、格能）Na+(g) + Cl-(g)I（电离能）+ E（电子亲合能）Na(s) + 1/2Cl2(g)NaCl(s)f H（生成焓）f H = S + 1/2D + I + E + UU = f H -（ S + 1/2D + I + E ） 第3章 化学键和分子结构3、离子键的特征 无方向性无饱和性NaCl晶格Cl-Na+第3章 化学键和分子结构4、关于分子的离子性百分数 当形成离子键的两元素电负性差 x1.7时，离子性50，百分之百的离子键是没有的，离子键中有共价成分，共价键中也有离子性，只是主次不同而已。 第3章 化学键和分子结构 三、关于离子的特征三、关于离子的特征 1、离子的电荷阳离

53、子的电荷数为相应原子失去的电子数，简单阴离子电荷数为相应原子获得的电子数。2、离子半径 核间距 d = r+ r- 第3章 化学键和分子结构 3、离子的电子构型、离子的电子构型 2电子构型电子构型, 例如例如Li、Be2 8电子构型，电子构型，A、A、 A 的阳离子，如的阳离子，如Al3， 18电子构型，电子构型，B、B 的阳离子，如的阳离子，如Zn2+ 18+2电子构型，电子构型，A、A、A中的重元素中的重元素 如如Pb2+ （917）不规则电子构型，过渡金属离子。）不规则电子构型，过渡金属离子。 第3章 化学键和分子结构第第2节节 共价键理论共价键理论 同核双原子分子（如同核双原子分子（如

54、H2、2、Cl2 ）或电负性）或电负性相差不大的原子形成分子相差不大的原子形成分子(如如BeCl2、BF3、CH4)原子间靠什么力原子间靠什么力(键键)结合？结合？ 第3章 化学键和分子结构 1914年，美国化学家路易斯提出了年，美国化学家路易斯提出了“共价键共价键”的设想，认为上述分子是的设想，认为上述分子是通过通过共用电子对共用电子对结合成键的，分子形结合成键的，分子形成后，每个原子都达到了稳定的希有成后，每个原子都达到了稳定的希有气体结构。气体结构。第3章 化学键和分子结构 1927年，德国化学家海特勒和伦年，德国化学家海特勒和伦敦运用量子力学研究敦运用量子力学研究2的形成，奠的形成，奠

55、定了现代化学键理论的基础。定了现代化学键理论的基础。第3章 化学键和分子结构 一种假定是成键电子对局限于两个原子之间运动一种假定是成键电子对局限于两个原子之间运动，称，称“定域定域”。另一种假定是成键电子对在属于。另一种假定是成键电子对在属于整个分子的区域运动，称整个分子的区域运动，称“离域离域”。 定域理论的代表：定域理论的代表：19311931年鲍林建立的现代价键理论年鲍林建立的现代价键理论（法）和杂化轨道理论（法）和杂化轨道理论（HOHO法），而离域理论法），而离域理论以德国化学家洪特和美国化学家于以德国化学家洪特和美国化学家于19321932年提出的分年提出的分子轨道（法）为代表。子轨

56、道（法）为代表。两 种 假 设第3章 化学键和分子结构一、现代价键理论（一、现代价键理论（VB法）法）1 1、共价键的本质、共价键的本质第3章 化学键和分子结构基态氢原子稳定氢分子核间电子云密度增大第3章 化学键和分子结构 2、VB法的内容（1）成键原子双方各自提供自旋相反的单电子彼此配对成键。成键后不能再与第三个电子成键 (饱和性)。 Pauling L.C(1901-1994)第3章 化学键和分子结构（2）原子形成分子时，未成对电子所在的原子轨道同号重叠，重叠越多，两核间电子云密度越大，键越牢固，即最大重叠原理 （方向性）Clp xHHH第3章 化学键和分子结构2、共价键的特性 （1）饱和

57、性: 一个原子有几个未成对的电子，便只能和几个自旋方向相反的单电子配对，形成几个共价键。第3章 化学键和分子结构共价键的形成过程是 自旋方向相反的单电子配对的过程 单电子所在原子轨道重叠的过程 单电子所在原子轨道波函数叠加的过程 成键原子核吸引共用电子对的过程 成键原子核之间电子云密度增大的过程 体系释放能量的过程第3章 化学键和分子结构（2）方向性: 原子轨道尽可能沿对称轴方向重叠，重叠程度最大，可形成稳定的共价键。第3章 化学键和分子结构3、共价键的类型 （1）键：两原子之单电子所在原子轨道沿键轴（原子核连线）以头碰头的方式同号重叠。ss:spx:pxpx:X2 : Cl - Cl第3章

58、化学键和分子结构第3章 化学键和分子结构N2分子中共价键的轨道重叠形式？pxpzpyN的价电子层p轨道第3章 化学键和分子结构如果px、 px以头碰头的方式则形成一个键头碰头第3章 化学键和分子结构肩并肩则 py与 py、 pz与 pz如何重叠？ 第3章 化学键和分子结构py pypz pz两个原子轨道以肩并肩方式同号重叠( 2 ) 键第3章 化学键和分子结构第3章 化学键和分子结构第3章 化学键和分子结构原子间两种类型共价键的成键电子云空间关系第3章 化学键和分子结构键型 重叠方式 成键电子云对称情况 头碰头 沿键轴方向圆柱形对称 肩并肩 镜面反对称 重叠程度 键能 化学活泼性 大 大 不活

59、泼 小 小 活泼（易反应）两类共价键的特性比较：第3章 化学键和分子结构C CHHHHC CHHHH键电子云键电子云乙烯分子第3章 化学键和分子结构二、键参数 1、键的极性相同原子成键，xA- xB= 0 非极性键。不同原子成键，xA- xB0 极性键。x1.7时，一般为离子键，极性共价键介于离子键与非极性共价键之间。第3章 化学键和分子结构2、键能:破坏共价键所需能量。对于双原子分子，键能是指298.15K、105Pa时使1mol气态AB分子离解为气态原子A和B时所需的能量，即AB的离解能D。多原子分子键能不同于离解能，为平均键能。第3章 化学键和分子结构3、键长：分子中成键原子核间距为键长

60、， 键长越短，键越牢固。4、键角：键与键的夹角叫键角。 键长、键角可通过光谱法或衍射实验测定。第3章 化学键和分子结构C-H键极性键键能为414.2kJmol-1C-H键长为0.110nm键角为10928甲烷分子第3章 化学键和分子结构二、杂化轨道理论二、杂化轨道理论（HO法）法） 成功解释了许多双原子分子的成键过程及分子的成功解释了许多双原子分子的成键过程及分子的结构与性质，简单明了。但在解释某些多原子分子结构与性质，简单明了。但在解释某些多原子分子的形成过程及空间结构遇到困难。的形成过程及空间结构遇到困难。 VB法评述第3章 化学键和分子结构 甲烷分子（甲烷分子（CH4）：正四）：正四面体