南开大学无机及化学课件之-第一章

1、无机及分析化学无机及分析化学主讲教师：主讲教师： 尹学博尹学博南开大学化学学院南开大学化学学院绪论：什么是化学绪论：什么是化学? 化学是在原子和分子层次上研究化学是在原子和分子层次上研究物质的物质的组成组成、结构结构、性质性质以及以及物质之间相互转化物质之间相互转化的科学。的科学。, 研究层次：原子和分子研究层次：原子和分子, 研究内容：研究内容： 物质的组成、结构、性质与相互转化物质的组成、结构、性质与相互转化, 核心与特征：合成新物质，对其性质进行表核心与特征：合成新物质，对其性质进行表征，开发其新的应用并探讨其中的机理。征，开发其新的应用并探讨其中的机理。化学的分支化学的分支o无机化学无

2、机化学o有机化学有机化学o分析化学分析化学o物理化学物理化学o高分子化学高分子化学o生物化学，材料化学，环境化学生物化学，材料化学，环境化学化学在化学在21世纪焕发着新的青春世纪焕发着新的青春o20世纪化学的标志性成果世纪化学的标志性成果 1. 合成氨技术合成氨技术 2.三大合成高分子材料三大合成高分子材料:塑料、橡胶、纤维。塑料、橡胶、纤维。 3.药物的发明药物的发明o化学发展的现状（化学发展的现状（ 21世纪）世纪） 化学和其他学科交叉化学和其他学科交叉,形成了许多新兴学科形成了许多新兴学科: 如地球化学、环境化学、化学生物学、药物化学等如地球化学、环境化学、化学生物学、药物化学等 化学已

3、经成为生命、农业、医学、材料、环境等学科化学已经成为生命、农业、医学、材料、环境等学科的基础。的基础。 化学在人类由古代穴居人的野蛮生活进化到现在文明世界的变化过程中, 使我们不仅可以和自然处于和谐之中, 而且可以使我们和自己的愿望相吻合。化学家涉足的工业领域如下图： 人类基因组项目和人类基因组项目和DNA序列分析序列分析-在分子水平上认识人类，有助于治在分子水平上认识人类，有助于治疗疑难病症和进行保健事业、生物驱术以及制药工业的新革命疗疑难病症和进行保健事业、生物驱术以及制药工业的新革命l人类基因组项目人类基因组项目 (Human Genome Project, HGP): 1990年美年美

4、国制定了国制定了HGP，计划在，计划在15年内投资年内投资30亿美元，完成全部脱氧核亿美元，完成全部脱氧核糖核酸糖核酸(DNA)测定、定位及遗传学研究。人类基因组项目研究测定、定位及遗传学研究。人类基因组项目研究的的主要目的是测定人类基因组主要目的是测定人类基因组30亿碱基对的亿碱基对的DNA序列，建立人序列，建立人类基因库，类基因库，使人们进入使人们进入21世纪时能用生物分子学方法研究广泛世纪时能用生物分子学方法研究广泛的生物医学问题的生物医学问题.lDNA序列分析序列分析(DNA Sequencing) : 2000年年6月月26日，人类基因日，人类基因草图正式发表，比推出人类基因草图的原

5、计划草图正式发表，比推出人类基因草图的原计划2005年提前年提前5年。年。人类基因草图之所以能提前完成，主要得益于人类基因草图之所以能提前完成，主要得益于毛细管电泳技术毛细管电泳技术的发展，是分析化学家起了关键作用的发展，是分析化学家起了关键作用.例例4 三聚氰胺的检测三聚氰胺的检测l三聚氰胺（英文名三聚氰胺（英文名Melamine），是一种三嗪类含氮杂环有机化），是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，重要的氮杂环有机化工原料。合物，重要的氮杂环有机化工原料。 l蛋白质主要由氨基酸组成，其含氮量一般不超过蛋白质主要由氨基酸组成，其含氮量一般不超过30%，而三聚，而三聚氰胺的分子式含氮量为氰胺的分子式

6、含氮量为66左右。通用的蛋白质测试方法左右。通用的蛋白质测试方法“凯凯氏定氮法氏定氮法”是通过测出含氮量来估算蛋白质含量是通过测出含氮量来估算蛋白质含量。l由于食品和饲料工业蛋白质含量测试方法的缺陷，三聚氰胺被由于食品和饲料工业蛋白质含量测试方法的缺陷，三聚氰胺被不法商人用作食品添加剂，以提升食品检测中的蛋白质含量指不法商人用作食品添加剂，以提升食品检测中的蛋白质含量指标，因此三聚氰胺也被人称为标，因此三聚氰胺也被人称为“蛋白精蛋白精”。l参照美国食品化学品法典参照美国食品化学品法典(FCC)三聚氰胺三聚氰胺HPLC-UV定量方法，定量方法，同时还可采用同时还可采用HPLC/MS检测方法对婴儿

7、食品，宠物食品，饲料检测方法对婴儿食品，宠物食品，饲料及其原料进行三聚氰胺的检测。及其原料进行三聚氰胺的检测。Hydrogen-Bonding Recognition-Induced Color Change of Gold Nanoparticles for Visual Detection of Melamine in Raw Milk and Infant Formula, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (27), 94969497Detection of Melamine in Milk Products by Surface Desorption Atmo

8、spheric Pressure Chemical Ionization Mass Spectrometry Anal. Chem., 2009, 81 (7), 24262436化学在社会生产、生活中的作用化学在社会生产、生活中的作用1.农业生产中的化肥、农药。农业生产中的化肥、农药。 2.工业生产中煤、石油、天然气的开发工业生产中煤、石油、天然气的开发 和炼制。和炼制。 3.国防工业中导弹的生产国防工业中导弹的生产,人造卫星材料人造卫星材料 及发射卫星使用的高能燃料。及发射卫星使用的高能燃料。 4.计算机中信息存储设备。计算机中信息存储设备。化学在生物学中的应用化学在生物学中的应用o生命过

9、程实际是很多化学过程的综合生命过程实际是很多化学过程的综合o通过生物分子的化学结构了解其活性、功能通过生物分子的化学结构了解其活性、功能o药物的合成、药物与生物分子的相互作用研药物的合成、药物与生物分子的相互作用研究究o药物的组成和结构分析药物的组成和结构分析仪器分析和化学分析仪器分析和化学分析无机及分析化学无机及分析化学课程的主要内容课程的主要内容化学基本理论化学基本理论物质状态物质状态化学热力学化学热力学化学动力学化学动力学原子结构原子结构分子结构分子结构配位化合物配位化合物教材教材:无机及分析化学无机及分析化学，张绪宏张绪宏 尹学博尹学博 编编化学分析化学分析数据处理数据处理重量分析重量

10、分析沉淀平衡沉淀平衡(滴定滴定)滴定分析滴定分析酸碱平衡、滴定酸碱平衡、滴定配位平衡、滴定配位平衡、滴定氧化还原滴定氧化还原滴定本书的内容本书的内容化学基本理论元素化学分析化学无机化学教学参考用书教学参考用书o无机化学无机化学，宋天佑等编；高等教育出版社，宋天佑等编；高等教育出版社，2004年年6月第月第1版。版。o无机化学无机化学，北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学编；，北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学编；高等教育出版社；高等教育出版社； 2003年年1月第月第4版。版。o近代化学导论近代化学导论，申泮文主编；高等教育出版社；，申泮文主编；高等教育出版社；2002年年1月第月第

11、1版。版。o定量化学分析定量化学分析，许晓文等编，南开大学出版社，第二版。，许晓文等编，南开大学出版社，第二版。o无机及分析化学无机及分析化学，武汉大学，武汉大学无机及分析化学无机及分析化学编写组编，编写组编，武汉大学出版社，第二版。武汉大学出版社，第二版。学习方法：学习方法：o1. 预习预习;o2. 课堂笔记课堂笔记;o3. 及时复习和习题及时复习和习题;o4. 积极参与讨论和答疑积极参与讨论和答疑;o5. 充分利用课外参考书和网络资源充分利用课外参考书和网络资源; 成绩评定成绩评定: 1. 平时成绩（作业和出勤）平时成绩（作业和出勤） 2. 期中考试期中考试 3. 期末考试期末考试 联系方

12、法联系方法: 尹学博：尹学博：法定计量单位法定计量单位国际单位制的基本单位国际单位制的基本单位 量的名称 单位名称 单位符号 长度长度 L 米米 m 质量质量 m千克千克(公斤公斤) kg 时间时间 t 秒秒 s 电流电流 I 安安培培 A热力学温度热力学温度 T 开开尔文尔文 K 物质的量物质的量 n 摩摩尔尔 mol 发光强度发光强度 Iv 坎坎德拉德拉 cd国际单位制的辅助单位国际单位制的辅助单位 量的名称单位名称 单位符号 平面角 弧度 rad 立体角 球面度 sr国际单位制中具有专门名称的国际单位制中具有专门名称的SI导出单位导出单位(续表)国家选定的非国际单位制单位国家选定的非国际

13、单位制单位(续表)用于构成十进位数和分数单位的词头用于构成十进位数和分数单位的词头(续表)有效数字及其运算1有效数字 在实际工作中对某一物理量进行测量时，要根据实际工作的要求选择不同精度的测量工具进行测量，在记录测量数据和进行相应的运算时，一定要正确地使用有效数字，使之不仅能表示所测物理量的大小，而且能正确地反映测量的准确程度。所谓有效数字，就是实际能测量到的数字所谓有效数字，就是实际能测量到的数字。 例如，对某物体使用分析天平测量其质量，结果为1.5000克。若改用架盘天平称量时，其结果为 1.5 克。这两个数字从数值的大小来看似乎是相同的，但所反映的测量准确程度是不同的。前者反映了测量的准

14、确程度准确到0.0001克数量级，而后者仅反映了测量的准确程度准确到 0.1 克数量级。1.5000 中的“1” 、“5”和其后的两个“0”均是准确的，最后一个数字“0”则 是可疑的。而在 1.5 这个数字中，数字“1”是准确的，数字“5”是可疑的。如果用分析天平称量的质量是1.5000克，而在记录时写成1.5克，则其测量的准确程度无形中被人为地缩小了1000倍。这在实际工作中是不允许的。 在有效数字中，数字“0”具有双重意义：(1)作为普通数字使用，它是有效数字；(2)只起定位作用，它不是有效数字。 例如，测得以下数据： 试剂的体积 12mL (量筒量取) 二位有效数字 试样的质量 0.62

15、83g (分析天平称取) 四位有效数字 滴定液体积 23.58mL (滴定管读取) 四位有效数字 溶液的浓度 0.02080 mol/L 四位有效数字 溶液的浓度 0.10 mol/L 二位有效数字 被测物含量 56.12 四位有效数字 平衡常数 K1.8x10 二位有效数字 pH值(注) 12.08 二位有效数字 pH值 5.1 一位有效数字注： 考虑考虑pH值的有效数字时，因为值的有效数字时，因为pH值是氢离子浓度值是氢离子浓度的负对数，所以的负对数，所以pH值的有效数字位数只考虑小数点后值的有效数字位数只考虑小数点后数字个数，小数点前面的数字不是有效数字，因为它实数字个数，小数点前面的数

16、字不是有效数字，因为它实际上只反映了氢离子浓度的数量级。际上只反映了氢离子浓度的数量级。例如：例如：pH=4.30表示表示 c(H+)=5.010-5 molL-1 2. 有效数字的运算规则 (1)加减法 例如两个测量值分别为1.3872克和35.1克，相加 1.3872 - 有0.0002克的误差 +35.1 - 有0.2克的误差可得 36.4872 问题是计算结果应将有效数字保留到小数点后第几位呢? 因为在加数 35.1 中 “1” 已是可疑数字，所以相加的结果36.4872 克中数字“4” 必然是可疑数字，因此再写后面的数字“8”、“7”、“2”已无意义。根据误差传递的结果在进行有效数字

17、的加减法运算时，和与差的绝对误差等于各有效数字绝对误差的代数和。因此，计算结果(36.4872)的绝对误差为 (0.2)+(0.0002)0.2 所以计算结果的正确表示应为 36.5 。有效数字36.5 正好与0.2的绝对误差相匹配。(2)乘除法 例如，以下三个有效数字进行乘除法运算时 0.0248.156 12.576 0.015564885 因为每个数据的最后一位数字均为可疑数字，若最后一位有1的误差，其相对误差分别为： 相对误差 0.024： (二位有效数字) 0.0010.024100 4 8.156： (四位有效数字) 0.0018.156100 0.01 12.576：(五位有效数字) 0.00112.57610