第一章 物质的状态

Ce0.5+xZr0.4-xLa0.1O1.95-Al2O3催化剂催化燃烧柴油车碳颗粒的研究无机化学(III)

田之悦四川大学化学学院2016年9月InorganicChemistry绪论Introduction开启化学之门关于化学本课程学习的目的本课程的内容、授课安排什么是化学？简话化学发展化学在自然科学中的定位现代化学的若干基本问题化学的作用和未来什么是化学？sciencethatdealswiththeproperties,composition,andstructureofsubstances(elementsandcompounds),thereactionsandtransformationsthattheyundergo,andtheenergyreleasedorabsorbedduringtheseprocesses.---《EncyclopaediaBritannica2010》

化学是研究物质的组成、结构、性质，化学反应以及其中能量变化的科学简话化学发展史

古代化学（18世纪初叶之前）

近代化学（18~19世纪末）

现代化学（20世纪初~）简话化学发展史⑴实用和自然哲学时期⑵炼金术、炼丹术时期⑶医药化学时期⑷燃素说时期

古代化学（18世纪初叶之前）⑴实用和自然哲学时期

古代化学（18世纪初叶之前）50万年前，原始社会，火的利用公元前3000年，奴隶社会，以实用化学工艺为特征古埃及：炼铁，鞣质皮革，提取香料，制陶公元前2000年，中国铜的冶炼，殷代青铜器公元前一世纪，中国发明了造纸术⑴实用和自然哲学时期

古代化学（18世纪初叶之前）关于宇宙结构问题，最早的见解是我国商末出现在“易经”中的“八卦”和“五行”学说公元前5世纪，安培多克尔(Empedocles)提出宇宙是有水、火、气、土“四原质”构成的公元前400年，德谟克利特提出朴素的原子论公元前4世纪，亚里斯多德提出冷、热、干、湿“四原性学说”⑵炼金术、炼丹术时期

古代化学（18世纪初叶之前）封建社会，中国道家化学炼丹（Pb3O4,HgS）公元二世纪，东汉魏伯阳著有世界最早炼丹术文献公园四世纪，东晋葛洪著有炼丹术巨著，发现了反应的可逆性(HgS↔Hg,Pb3O4↔

Pb)⑶医药化学时期（公园1500~公元1700年）

古代化学（18世纪初叶之前）16世纪初，欧洲资本主义工业的发展迫使化学走上正路炼丹术改革，化学方法制成药剂（无机物）明代李时珍“本草纲目”列有中药材，矿物1000余种并附有制备方法，性质介绍⑷燃素说时期（公园1700~公元1774年）

古代化学（18世纪初叶之前）波义耳(Boyle)提出各种物质的微粒都是由基本粒子的不同聚集体构成的，认为火是由一种实在的具不同重量的火微粒构成的1700年，德国的斯塔尔(Stahl)提出“燃素说”，清除了“原性”学说拉瓦锡(Lavoisier)提出燃烧的氧学说，近代化学由此萌芽

近代化学（18世纪~19世纪末）1748年，罗蒙诺索夫的质量不灭定律1774年，拉瓦锡的氧化理论18世纪末，普劳斯特的定比定律1803年，道尔顿倍比定律，原子学说，相对原子量的概念1808年，盖-吕萨克的气体反应体积定律1811年，阿佛加德罗定律和分子的概念1869年，门捷列夫的元素周期律

现代化学(20世纪~)原子结构模型理论模型的建立和发展核化学的产生和发展分析化学的发展现代有机化学和物理化学的发展高分子化学的建立与发展无机固体化学的新生物理化学及量子化学的诞生和发展2016年7月，大连理工大学，中国化学会第30届学术年会召开一共46个分会（其中两个分会为化学教育分会）1.表面物理化学2.分析装置及交叉学科新方法3.纳米传感新原理新方法4.生物分析和生物传感5.分子与固体化学6.金属有机框架化学7.无机化学前沿8.稀土材料化学及应用9.有机化学10.高分子11.应用化学一共46个分会（其中两个分会为化学教育分会）12.高等和职业教育中的化学教育13.化学基础教育14.核化学与放射化学15.表界面结构调控与催化：实验和理论16.晶体工程17.流变学18.电子结构理论方法的发展与应用19.化学中的量子与经典动力学20.光电功能器件21.π-共轭材料22.有机光伏的机遇和挑战一共46个分会（其中两个分会为化学教育分会）23.复杂样品分离分析24.超分子组装与软物质材料25.化学信息学与化学计量学26.环境化学27.光化学28.化学生物学29.电化学材料30.化学电源31.胶体与界面化学32.

多孔功能材料33.绿色化学一共46个分会（其中两个分会为化学教育分会）34.公共安全化学35.纳米表征与测量36.纳米材料合成与组装37.纳米催化38.纳米生物效应与纳米药物化学39.纳米碳材料40.纳米体系理论与模拟41.纳米材料与器件42.能源纳米材料物理化学43.质谱分析44.化学动力学45.物理有机46.燃烧化学化学在自然科学中的定位徐光宪先生观点:化学是一门中心科学1.化学是一门承上启下的中心科学2.化学又是一门社会迫切需要的中心科学3.化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等都紧密的联系、交叉和渗透的中心科学化学是一门中心学科领头学科中心学科（二传手）朝阳学科数学、物理学化学生命科学信息科学量子力学相对论复杂系统科学合成化学分析化学物理化学理论化学材料科学环境科学纳米科学能源科学现代化学的若干基本问题以可持续发展为目标的绿色化学化学反应理论的研究在研究生物活性及光电磁物理功能与结构和化学性质关系基础上合成功能化合物生命体系中的化学过程与人类健康相关的分析方法和超快速、超微量、在位活体分析和检测手段分子以上层次化学与纳米化学以及化学反应中的尺度效应化学的作用和未来化学与国防化学对健康和生命的贡献化学与衣—服装食—农业、食品住—住房、家庭陈设品和建筑材料行—交通工具、燃料1、化学是一门实用的科学环境的保护能源的开发和利用新材料的研制生命科学2、目前全球关注的四大热点问题化学的作用和未来3、化学与其他学科交叉渗透—环境科学1995年诺贝尔化学奖得主是三位大气环境科学家Molina（墨西哥）,Rowland（美国）,cruzen（荷兰）。他们首先提出了平流层臭氧破坏的化学机制，包括NOX和CFCs理论。这些理论对南极“臭氧洞”的发现并导致《蒙特利尔议定书》的签订，为保护全球环境做出了重大贡献化学的作用和未来

无机化学的定义

无机化学的地位

是在原子和分子层次上研究无机物的组成、性质、结构和反应的科学是化学科学的基础和母体，其它许多化学分支大都是从其中分化、衍生、生长起来的。无机化学的历史

古时金银铜的炼制以及炼丹术各种元素的发现和1869年门捷列夫周期表配位化学理论建立

Pauling的化学键理论的建立硼氢化合物的缺电子理论、夹心型化合物的合成、原子簇合物的合成本课程的内容及授课安排1.化学反应基本原理2.物质结构基础理论3.元素化学基本知识成绩评定平时成绩：30%（作业，小论文）半期考试：30%期末成绩：40%1.«无机化学»

傅献彩编

2.«无机化学»

宋天佑主编3.«现代基础化学»

朱裕贞主编参考书联系方式电话/p>

E-mail:zhiyuetian@126.com

tianzy@QQ:1029356647

你的任何问题和疑惑都会得到及时回答！第一章物质的状态物态：物质的存在状态，简称物态或物相。实物……超导态中子态

超固态等离子态固态液晶态液态气态第一节气体一、理想气体(idealgas)什么叫理想气体？分子之间无相互作用力；分子本身不占有体积，仅为质点；分子间碰撞和气体分子与器壁间的碰撞为弹性碰撞。理想气体实际上是不存在的！高温、低压，接近理想气体行为。

描述气体性质的物理量：

压强(p)

体积(V)

温度(T)

物质的量(n)17世纪中叶，英国科学家波义耳(R.Boyle)：波义耳：n，T一定，V∝1/P波义耳定律：V∝1/P温度恒定时，一定量气体的压力和它的体积成反比P~V图18世纪末，盖-吕萨克(Gay-Lussac)：

恒压下，气体体积随温度升高而膨胀实验气体随温度的膨胀率都是一样的，是摄氏温度的线性函数当压力恒定时，一定量气体每升高1℃，其体积膨胀了0℃时体积的1/273.盖-吕萨克定律：压力恒定时，一定量气体的体积与它的热力学温度成正比。一个世纪后（19世纪），热力学第二定律热力学温标的建立V∝T19世纪末，法国科学家克拉帕龙(Clapeyron):P：帕(Pa)；V：m3；T：K；R=8.314J.mol-1.K-1

摩尔气体常数（R）10203040502468图2CON2H2二、气体分压定律(1801年，Dalton)某组分气体单独存在且占有总体积时,其具有的压强.气体分压：混合气体的总压等于各组分气体的分压之和。p1p3p2分压的求解：(摩尔分数)某组分气体单独存在且具有总压时,其所占有的体积,用Vi表示.

Amagat分体积定律分体积：V1V3V2混合气体的总体积等于各组分气体的分体积之和。三、气体扩散定律1828年，英国物理学家格拉罕姆(Graham)指出，同温同压下，气体的扩散速度与其密度的倒数的平方根呈正比。气体扩散速度密度气体密度ρ与相对分子质量Mr成正比1945年８月６日8时15分，保罗·蒂贝茨驾驶“爱诺拉·盖伊”B29轰炸机在日本广岛投掷下了第一颗用于实战的原子弹“小男孩”，其距地面550米高度爆炸。“小男孩”为铀弹，长3米，直径0.7米，重4吨，爆炸当量1.5万吨TNT。核爆炸造成广岛92%的建筑物被毁，距爆心2.8千米内被夷为平地，人员损失达14万。“小男孩”原子弹保罗·蒂贝茨

制造原子弹的关键，是如何获得足够数量的裂变燃料—高浓缩铀－235(0.72%)或钚－239。①铀同位素分离方法因为铀－235和铀－238的化学性质完全相同，在天然纯铀中分离铀－235和铀－238两种同位素，获得高浓缩的铀－235是一项极其困难的事。只能采用物理分离方法，在研制原子弹初期，铀同位素分离的方法主要有三种：电磁分离法、气体扩散法和离心分离法。这三种方法都具有同等成功的可能，但分离的效率都很低。

气体扩散法：质量较轻的气体分子运动的平均速率大些，通过多孔膜扩散进入抽空空间的数目相对多一些，从而得到浓集。图

气体扩散分离原理

用铀的气体化合物UF6作为扩散浓缩的化合物。235UF6分子的质量数为349，相比238UF6分子的质量数352而言，分离因数很小，经一级扩散后理想的浓缩度只提高4.3‰，为了得到高浓缩铀－235，必须采用多级扩散方式。

生产浓缩度99%的235UF6，约需4000级，气体扩散法的关键技术是多孔分离膜的制造。多孔膜的孔径约0.01~0.03μm，而且多孔膜的材料必须耐腐蚀、小孔还要防堵塞等，因此多孔膜的制造极其困难。图5-39中国第一个生产浓缩铀的气体扩散工厂四、气体分子的速率分布和能量分布1、气体分子的速率分布2、气体分子的能量分布五、实际气体状态方程①气体分子自身体积不容忽视，如1mol气体分子的体积为b，则：

P（V-nb）=nRT②气体分子的相互引力不容忽视，造成气体碰撞器壁时产生的压力要比理想气体小，

则：

(P+P内)(V-nb)=nRT1mol的实际气体：a是同分子间引力有关的常数，b是同分子自身体积有关的常数，统称为范德华常数，均可由实验确定。气体a/(Pa.m6.mol-2)104×b/(m3.mol-1)H20.02480.266N20.1410.391O20.1380.318CO20.3640.426H2O0.5540.305

六、气体液化

什么叫液化？液化的条件？气体变成液体的过程叫液化，气体液化必须降温和加压才能实现。气体液化是否一定要具备降温和加压？降温——液化加压——不一定能液化（必须将温度降低到一定值）48.1℃21.5℃13.1℃35.5℃32.5℃408012016020024028040501001101206070809031.1℃临界温度（criticaltemperature):（TC）加压下使气体液化的最高温度。临界压力(criticalpressure):（PC）气体在临界温度时液化时所需最低压力。临界体积(criticalvolume):（VC）在TC

、PC下，

1mol气体物质所占体积。极性强、分子大的分子，易液化。一些物质的临界参量物质Tc/Kpc/MPa

Vm,c/10-6m3·mol-1He5.260.22958H233.31.3065N2126.23.3990O2154.45.0474H2O647.422.1256CH4190.74.6499C2H4283.15.12124C6H6562.64.92260C2H5OH516.36.38167临界现象Tb

（沸点）

<

室温Tc

<

室温，室温下加压不能液化Tb<

室温，

Tc>

室温，室温下加压可液化Tb>

室温Tc>

室温，在常温常压下为液体

第二节液体(liquid)一、液体的蒸发(evaporation)1、蒸发过程什么叫蒸发？

液体分子的无秩序运动和气体相似。当一个分子运动到接近表面并且具有适当的方向和足够大的动能，它可以挣脱邻近分子的引力逃逸到液面上方的空间变