无机合成化学简明教程课后习题参考答案

./第一章概论1现代无机合成的内容和方法与旧时代相比有哪些变化？答：2为什么说无机合成化学往往是一个国家工业发展水平的标志？无机合成化学与国民经济的发展息息相关,在国民经济中占有重要的地位。工业中广泛使用的三酸两破",农业生产中必不可少的化肥、农药,基础建设中使用的水泥、玻璃、陶瓷,涂料工业中使用的大量无机料等无一不与无机合成有关。这些产品的产量和质量几乎代表着一个国家的工业水平。3．为什么说合成化学是化学学科的核心,是化学家改造世界、创造社会財富的最有力的手段？答：作为化学学科中当之无愧的核心,合成化学已成为化学家改造世界创造未来最有力的工具。合成化学领域的每一次进步都会带动产业的一次革命。发展合成化学,不断创造和开发新的物种,不仅是研究结构、性能与其相互关系,揭示新的规律与原理的基础,也成为推动化学学科与相关学科发展的主要动力。4您能举出几种由p区元素合成的无机材料吗？碳纳米管、5为什么从某种意义上讲,合成化学的发展史就是化学的发展史？6.无机合成有哪些热点领域？.〔1〕特种结构无机材料的制备〔2〕软化学合成〔3〕极端条件下的合成〔4〕无机功能材料的制备〔5〕特殊聚集态材料的合成〔6〕特种功能材料的分子设计〔7〕仿生合成〔8〕纳米粉体材料的制备〔9〕组合化学〔10〕绿色化学。.7．什么是极端条件下的合成？能否举一例说明。极端条件是指极限情况,即超高温、超高压、超真空与接近绝对零度、强磁场与电场、激光等离子体等。例如,在模拟宇宙空间的情况下,可能合成出没有位错的高纯度品体。8查阅文献,找出一例绿色合成原理在无机合成化学中的应用。9何谓软化学合成方法？与所谓的"硬化学法"相比有什么特点？软化学是相对于硬化学而言的。它是指在较温和条件下实现的化学反应过程。特点：.不需用高纯金属作原料制得的合金是有一定颗粒度的粉末,不需在使用时再磨碎产品本身具有高活性产品具有良好的表面性质和优良的吸放氢性能合成方法简单有可能降低成本为废旧储氢合金的回收再生开辟了新途径.第二章低温合成1温度与物性有怎样的关系？什么是物质的第五态？温度与物性的关系：对于一般液体来说,随着温度降低,密度会逐渐增加。物质的第五态就是玻色－爱因斯坦凝聚〔Bose-Einstemcondensation,简称BEC〕,它是科学巨匠爱因斯坦在80多年前预言的一种新物态：预言当原来不同状态的原子在温度足够低时,会突然聚集在一种尽可能低的能量状态,即处于不同状态的原子"凝聚"到了同一种状态〔一般是基态〕。2为什么稀有气体化合物总是在低温或超低温下合成？由于稀有气体自身就是在低温下进行分离纯化的,因此它们的一些化合物也是在低温下进行的。3实验室中,获得低温的方法或低温源装置有哪几种？各举一例〔1〕恒温低温浴。低温合成需要的低温源装置可分为制冷浴与相变冷浴。例：干冰啤酒/水果〔2〕制冷产生低温。例：科学研究中使用的大型氦制冷机。〔3〕低温恒温器。〔4〕储存液化气体的装置。①储存液化气体的杜瓦瓶②储存液化气体的钢瓶。〔5〕低温的测量。①蒸气压温度计②低温热电偶③低温电阻温度计4在Xe的氟化物制备中,为什么系统要严格地隔绝湿气,所用仪器、管路应是防爆的,并且要用镍和蒙铜品制作？为了防止它与水发生反应生成XeO4,而XeO4的固体极不稳定,甚至在-40℃也发生爆炸,而用镍和蒙铜制品是为了防止对仪器的侵蚀。5为什么任何碱金属与液氨反应后溶液都具有同一吸收波长的蓝光？核心物种是什么？如何证明？M因为它们共同形成了氨合电子,即电子处于46个NH3的空穴中。核心物种为氨分子。证明：=1\*GB3①碱金属的液氨溶液比纯溶剂的密度小=2\*GB3②液氨中随碱金属的浓度的增大,顺磁性减少。6在氨基钠的制备中,为什么特别强调整个装置的连接都是不允许漏气的？因为空气中的氧会和氨基钠反应并形成一种黄色含各种氧化物的表面覆盖层,这种被氧化的物质易爆炸,并且摩擦或加热就可引爆。7．一般来说,非金属化合物的反应不会很完全,并且副反应较多。简述它们低温分离的主要方法。①低温下的分级冷凝。低温下的分级冷凝就是使气体混合物通过不同低温的冷阱,当有一种气体通过冷阱后其蒸气压小于1.3Pa,就认为是定量地捕集在冷阱中；大于133.3Pa的气体能穿过冷阱,被认为不能冷凝。②低温下的分级减压蒸发。这是分离两种沸点之差大于80℃挥发物质最简单的方法。③低温吸附分离。从热力学可知,物理吸附过程中吸附是放热的。因此,吸附量将随温度的升高而降低。但当气体吸附质分子<如N2、Ar、CO等>的大小与吸附剂的孔径接近时,它们的活化能很低,而且在很低的温度下,沸石的孔径发生收缩,从而增加了这些分子在晶孔中扩散难度,就会出现特殊的情况。④低温化学分离。当碰到两种化合物通过它们的挥发性的差别进行分离达不到理想结果时,可以加上过量的第三种化合物,第三种化合物能同其中一种形成不挥发性的化合物,这样把挥发性的组分除去之后,再向不挥发性产物中加入过量的第四种化合物。这第四种化合物可以从不挥发性化合物中把原来的组分置换出来,同先前加入的第三种化合物形成不挥发性的化合物。8什么是金属陶瓷？有什么特殊性质？用在哪些方面？它们是如何在高温下制备的？它是由一种或几种陶瓷相与金属相或合金所组成的复合材料。为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎,在制作陶瓷的土中加入金属氧化物细粉制成金属陶瓷,又称弥散増强材料,主要有烧结铝<铝-氧化铝>、烧结铍〔铍-氧化铍〕、TD镍〔镍-氧化钍〕等。广义的金属陶瓷还包括难熔化合物合金、硬质合金、金属黏结的金刚石工具材料金属陶瓷广泛地应用于火简、导弹、超音速飞机的外売、燃烧室的火焰喷口等的制备。9获得高温有哪些手段？获得高温的一些方法和达到的温度获得高温的方法温度/K各种高温电阻炉1273~3273聚焦炉4000~6000闪光放电＞4273等离子体电弧20000激光105~106原子核的分离和聚变106~109高温粒子1010~1014〔1〕电阻炉；〔2〕高温箱形电阻炉：〔3〕碳化硅电炉：可加热到1350℃,也可以短时间加热到1500℃：〔4〕碳管炉：用碳制管作为发热元件的电阻炉。因为它们的电阻很小,所以也称为短路电炉"。这种炉可以很容易地达到2000℃的高温：〔5〕钨管炉：用钨作发热体的加热炉,温度可达3000℃。〔6〕感应炉：被加热物很快发热并达到高温〔几秒之内可达3000℃〕。；〔7〕电弧炉。10高温合成技术有哪些广泛应用？.高温下的固相合成反应高温下的固-气反应高温下的化学转移反应高温下的冶炼和合金制备高温下的相变合成高温熔盐电解高温下的单晶生长和区域熔融提纯高温下的还原反应自蔓延高温合成等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成.11.从金属活泼性看,钠略弱于钾,但是工业上却是用钠还原熔融态氯化钾的方法制备金属钾。理由何在？工业上于850℃时用钠还原熔融态氯化钾的方法制备金属钾：Na虽然△fHθm[NaCl<s>]=-411kJ.mol-1,△fHθm[KCl<s>]=-435kJ.mol-1,上述反应正向是吸收能量即△rHθm为正值的反应。但因钾比钠容易挥发,沸点分别为756.5℃、881℃,在该温度下钾为气态即正向是熵增过程得以进行。在850℃时的△rGθm=6.6kJ·mol-1,由△rGθm=-RTlnK,算得K=p<K>/p<Na>=0.458,即得到钠和钾的"混合物",经真空蒸馏得"纯"钾,钠循环使用。12.何谓高温下的化学转移反应？它主要应用在无机合成的哪些方面？化学转移反应〔chemicaltransportreaction〕：是一种固体或液体物质A在一定的温度下与一种气体B反应,形成气相产物,这个气相反应产物在体系的不同温度部分又发生逆反应,结果重新得到A。这个过程似乎像一个升华或者蒸馏过程,但是在这样一个温度下,物质A并没有经过一个它应该有的蒸气相,又用到了物质B〔转移试剂〕,所以称化学转移。应用：在新化合物合成、物质的分离提纯和大而完美的单晶生长以与测定一些热力学数据等方面。13.试绘制转移反应实验装置原理示意图,指明如何根据反应热的符号选择不同区域温度的高低。图中示意在温度梯度下固体物质转移的理想化流动装置。显然,由于作为转移反应中的传输剂气体在与原料反应之后生成的是气体化合物,并要充分满足一定的蒸气压使之向生长端转移,传输剂还得在管中往返转移,因此,真空条件是必不可少的。通常,温度和浓度是影响转移反应的重要因素。可逆的多相反应达到平衡时,即A其平衡常数为：Kp=pC/pB在原料放置区,即图中的T1段,A和B尽可能生成C并向沉淀区转移,在沉淀区〔T2〕,C尽可能分解沉积出A。这就要求△T不要太大,Kp尽可能接近1,即平衡时气体的分压应近似相等才好。例子：化学蒸气转移制备TaS2晶体:T由于是吸热反应,平衡常数随温度上升而增大,850℃时的挥发性产物的分压比750℃时的分压大,因此,TaS2在温度较低的一端沉积。14.熔盐电解法制备金属钠时,为何要加入熔融的NaCl或CaCl2?为何不能使用同样的方法电解制备金属钾？加入熔融的NaCl或CaCl2的目的：降低盐的熔点。不用电解氯化钾熔液制备金属钾的主要原因：〔1〕电解产物钾在电解质熔液中溶解度较大,如800℃在熔融氯化钾中钾的溶解浓度高达7．6％〔mol〕,溶解的钾将和阳极产物氯化合；〔2〕浮在电解质熔液表层的〔产物〕钾是易挥发的活泼金属,将与空气中氧反应15.什么是等离子体超高温合成？它主要有哪些方面的用途？等离子体激光、聚焦等作用可以产生极高的温度用来进行超高温合成。主要用途：①等离子体冶炼：用于冶炼用普通方法难于冶炼的材料和简化工艺过程。离子体冶炼的优点是产品成分与微结构的一致性好,可免除容器材料的污染；②等离子体喷涂：许多设备的部件应能耐磨耐腐蚀、抗高温,为此需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。用等离子体沉积快速固化法可将特种材料粉末喷入热等离子体中熔化,并喷涂到基体〔部件〕上,使之迅速冷却、固化,形成接近网状结构的表层,这可大大提高喷涂质量；③等离子体焊接：可用以焊接钢、合金钢；铝、铜、钛等与其合金,特点是焊缝平整、可以再加工、没有氧化物杂质、焊接速度快,用于切割钢、铝与其合金,切割厚度大。16.描画区域熔融提纯装置并说明其原理。为什么高温下的区域熔融是单晶生长的一种主要方法？它有哪几种装置？高温下的单晶生长也称熔体生长。区域熔融法是用于提纯材料的:熔区限制在一段狭窄X围内,随着熔区由始端〔经常加籽晶〕沿料锭向另一端缓慢移动,晶体生长过程也逐渐完成。水平区域熔融法垂直或悬浮区域熔融法17.写出用氢气还原WO3的各步方程式。2WW18.什么是自蔓延高温合成？该法有什么特点？其关键技术是什么？自蔓延高温合成材料制备是指利用原料本身的热能来制备材料.特点：=1\*GB3①能量利用充分；=2\*GB3②产品纯度高,因为SHS能产生1500~4000℃高温,使大量杂质蒸发而除去；=3\*GB3③产量高,因为反应传播速度可达0.1~15cm·s-1,大大高于常规合成方法；关键：引燃〔需要高能量〕。常用的引燃技术有以下几种：燃烧波点火：用钨丝或镍铬合金线圈作为点火剂点燃。辐射流点火：用氖灯等作为辐射源,采用辐射脉冲的方式点火。激光点火法、火花点火、电热爆炸、微波能点火、化学<自燃式>点火,与线性加热等。19.从物理化学原理说明高温高压合成的机理。高温高压合成指在高压〔经常还有高温〕下合成常态时不能生成或难于生成的物质的过程。一个单元系或二元系物质,在常压下可能只有几个稳定的相,但在高压下大部分可变为成分相同的高压相或新成分的高压相；二元系的两相区也能形成新的高压化合物。高温高压可以有效的改变物质原子间距和原子壳层状态,因此可以采用高温高压合成物质。20.为什么高压合成时常常要辅以高温？因为单单的高压合成就是利用外加的高压力,使物质产生多型相转变或发生不同物质间的化合,而得到新物相、新化合物或新材料。但是,当施加的外高压卸掉之后,大多数物质的结构和行为会产生可逆变化,又失去高压状态的结构和性质。因此,通常的高压合XX采用高压和高温两种条件交加,目的是寻求经卸压降温以后的高压高温合成产物能够在常压常温下保持其高压高温状态时的特殊结构和性能。21.简述高压产生的方法。=1\*GB3①静压法：指利用外界机械加载压力的方式,通过缓慢逐渐施加负荷,挤压所研究的物体或试样,当其体积缩小时,就在物体或试样内部产生高压强。=2\*GB3②动高压：利用爆炸<核爆炸、火药爆炸等>、强放电等产生的冲击波,在μs~ps的瞬间以很高的速度作用到物体上,使物体内部压力达到几十GPa以上,甚至几千GPa,同时伴随着骤然升温。23.为什么说金刚石薄膜的出现使金刚石的应用突破了它只能作为切削工具的藩篱？金刚石薄膜在密度和硬度上稍逊于金刚石颗粒,但其耐磨性是数一数二的,仅5μm的薄膜,其寿命比硬质合金钢长10倍以上。如果在塑料、玻璃的外面用金刚石薄膜作耐磨涂层,可以大大扩展其用途,开发性能优越又经济的产品。更重要的是,薄膜的出现使金刚石的应用突破了只能作为切削工具的樊篱,使其优异的热、电、声、光性能得以充分发挥。24.高压高温合成在制备复合双金属氧化物方面有什么重要应用？为什么不常直接使用氧化物作起始物？广泛地应用在催化剂、吸附剂、陶瓷颜料、固体燃料电池与化学机械抛光等领域。高压腔内的高温高压反应条件不仅可使常压高温下难以合成的双稀土氧化物容易得到,还能得到后者条件下未能合成的、自然界尚未发现的新物质,如EuTbO3、PrTbO3、PrTmO3等。25.什么是超导体？超导体具有什么突出的性质？哪些元素是超导元素？超导体：可以在特定温度下,呈现电阻为零的导体。两个突出的性质：一是临界温度以下的电阻为零；二是显示Meissner效应。〔完全抗磁性〕：超导体一且进入超导态,体内磁通量将全部被排除出体外,磁感应强度恒等于0超导元素：铁磁性金属Fe、Co和N不显示超导性,碱金属和钱币金属Cu、Ag和Au也没有超导性。Be,Ti,Zn,Cd,Hg,Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh,Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Al,Ga,In,Tl,Sn,Pb,La,Th,Pa,Am第三章水热-溶剂热合成/无水无氧合成/电解合成与应用什么是水热-溶剂热合成？该法有什么特点？有无不足？水热-溶剂热合成是指温度为100～1000℃、压力为1MPa～1GPa条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。特点：⑴水热-溶剂热条件下,由于反应物处于临界状态,反应活性会有大大提高,有可能代替固相反应以与难于进行的合成反应；⑵在水热-溶剂热条件下中间态、介稳态与特殊物相易于生成,可用于特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物；⑶能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能在融体中生成的物质、高温分解相在此条件下晶化生成；⑷有利于生长极少缺陷、取向好、完美的晶体,且合成产物结晶度高以与易于控制产物晶体的粒度；⑸易于反应的环境气氛,有利于低价态、中间价态与特殊价态化台物的生成,并能均匀地进行掺杂。不足：⑴由于反应在密闭容器中进行,无法观察生长过程,不直观,难以说明反应机理；⑵设备要求高<耐高温高压的钢材,耐腐蚀的内衬>、技术难度大<温压控制严格>、成本高；⑶安全性能差<我国已有实验室发生"炮弹"冲透楼顶的事故>。水热-溶剂热合XX有哪些反应类型？.⑴合成反应⑵热处理反应⑶转晶反应⑷离子交换反应⑸单晶培育⑹脱水反应⑺分解反应<8>提取反应⑼沉淀反应<10>氧化反应⑾晶化反应⑿烧结反应⒀反应烧结⒁水热热压反应.水热-溶剂热合成的机理可从哪些方面说明〔包括理论或实验〕？在水热-溶剂热合成体系中,已开发出多种新的合成路线与新的合成方法,如直接法、籽晶法、导向剂法、模板剂法、有机溶剂法、微波法以与高温高压合成等技术。为什么美国《化学与工程新闻》将李亚栋、钱逸泰在700℃下将CCl4和金属Na发生类似Wurtz反应制成金刚石的工作评价为"稻草变黄金"？反应物价格比较低,得到的产物价格比较贵影响水热-溶剂热合成的因素有哪些？影响因素：①压强－温度：高温高压下水的蒸气压变高、离子积变高、密度、黏度和表面X力都变低,使水热反应具有重要离子间的反应加速、水解反应加剧、有氧化还原反应的电势发生明显变化三个特征。一般的反应都会从离子反应变为自由基反应,也使具有极性键的有机化合物常具有某种程度的离子性,自然能诱发离子反应或促进反应。②填充度：在工作条件下,压强大小依赖于反应容器中的原始溶剂的填充度。③合成溶剂性质的改变：水热反应中,溶剂会使反应物溶解或部分溶解,生成溶剂合物,影响化学反应速率。水热-溶剂热合成有哪些具体应用？〔1〕微孔材料的水热－溶剂热合成：①沸石与分子筛的骨架结构；②几种典型沸石分子筛的合成〔A型沸石<LTA>Na12[<AlO2>12<SiO2>12]·27H2O的合成、Y型沸石<FAU>Na56[<AlO2>56<SiO2>136]·250H2O的合成、ZSM-5<MFI>的合成〕；③空心纳米笼与纳米管制备研究取得新进展；〔2〕纳米粉料的水热－溶剂热合成：①纳米氧化物的水热合成；②陶瓷纳米材料的水热合成；③溶胶－水热合成纳米粉料；④有机溶剂热合成纳米粉料；⑤特殊结构材料的水热－溶剂热合成；无机－有机复合材料的水热－溶剂热合成7.在水热-溶剂热合成分子筛等微孔材料中,往往加入矿化剂、有机模板剂、孔道填充剂、缓冲剂、金属离子或有机阳离子,各自作用是什么？在水热-溶剂热合成分子筛过程中,常常加入一些添加剂,如矿化剂<主要是OH-、F->,用于增加硅酸盐、铝酸盐的溶解度；加入有机模板剂或结构导向剂,用于控制孔道的大小、形状；加入孔道填充剂,用于提高骨架的热力学稳定性；加入缓冲剂与修饰剂,用于控制反应过程的pH；加入金属离子或有机阳离子,用于平衡骨架电荷、调整骨架电荷密度等。8.什么是"空气敏感化合物"？无水无氧操作主要应用在哪些方面？由于许多化合物对于空气中的O2、湿气〔水蒸气〕和CO2敏感,易与其反应,因此将这些化合物称为"空气敏感化合物"〔air-sensitivecompounds〕应用方面：大多数使用该操作手段的是制备金属有机化合物<organometalliccompounds>,它们是指至少含有一个碳-金属〔C-M〕键的化合物。9.无水无氧操作有哪几种具体技术？相比各有什么特点？⑴Schlenk装置：能抽除空气和引入惰性气体的玻璃装置。⑵惰性气氛技术⑶化学真空线几种操作技术的比较方法排代或排除空气的性能被操作物质的量特征Schlenk和注射技术好至很好中至大操作溶液快速而方便；固体样品的转移手套箱技术差至很好小至很大复杂的转移操作；能控制毒性物质和放射性物质真空线技术很好至特好很小至中气体定量测定；挥发性溶液的无污染转移和储存很小：约1mg;小:100mg左右；中：数克；大：数百克；很大：数千克10.何谓电解合成？无机化合物的电解合成有哪些其他合成方法所不与的优点？电解合成指通过电氧化或电还原过程,在水溶液、熔盐和非水溶液中的合成。优点：=1\*GB3①在电解中能提供高电子转移的功能,可以使之达到一般化学试剂所不具有的氧化还原能力；=2\*GB3②合成反应体系与其产物不会被还原剂<或氧化剂>与其相应的氧化产物<或还原产物>所污染；=3\*GB3③由于能方便地控制电极电势和电极的材质,因而可选择性地进行氧化或还原,从而制备出许多特定价态的化合物；=4\*GB3④由于电氧化还原过程的持殊性,因而能制备出其他方法不能制备的许多物质和聚集态。11.有哪些电解条件影响理想的电解合成？例如,电流效率和能量效率,电流-电压曲线,氢和氧的超电压,电极材料的影响,电极电势的影响,浓度的影响,温度的影响以与金属的电沉积等。12.电解合成技术有哪些广泛应用？.获得高纯金属⑵新工艺合成碘酸钙的研究⑶电化学合成无机纳米材料⑷特殊价态化合物合成⑸熔盐体系的电化学无机合成⑹非水溶剂中无机化合物的电解合成.13.为何F2的电化学合成中要加入KF?增加导电性,吸收HF。14.非水体系的电化学无机合成与水体系的电化学无机合成相比有什么特点？第四章等离子体合成/化学气相沉积合成/溶胶-凝胶法合成与应用1.什么是等离子体？它有什么特点？有几种获得方法？高温、低温等离子体如何区分？等离子体<plasma>：是由部分电子被剥夺后的原子与原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质,是物质存在的第四态。特点：①具有正、负离子,可作为中间反应介质,特别是处于激发状态的高能离子或原子,可促使很多化学反应发生；②由于任何气态物质均能形成等离子体,因此很容易调整反应系统气氛,通过对等离子介质的选择可获得氧化气氛、还原气氛或中性气氛；③本身是一种良导体,能利用磁场控制等离子体的分布和运动,有利于化工过程的控制；④热等离子体提供了一个能量集中、温度很高的反应环境,温度为104~105℃的热等离子体是目前地球上温度最高的可用热源,不仅可以用来大幅度地提高反应速率,而且可借以产生常温条件下不可能发生的化学反应。获得方法：.①气体放电法②光电离法和激光辐射电离③射线辐照法④燃烧法⑤冲击波法⑥微波诱导法.区分：在高温等离子体中,电子温度、离子温度与气体的温度完全一致,而低温等离子体不一致。2.等离子合成技术有哪些的广泛应用？.〔1〕等离子治炼；〔2〕等离子喷涂；〔3〕等离了焊接；〔4〕等离子切割；〔5〕等离子刻蚀；〔6〕低温等离子应用如清洁；.〔7〕等离子体军事与高技术应用如推进器；〔8〕等离子体制备特殊材料,进行喷涂,合成纳米材料,陶瓷材料,有机物合成；〔9〕等离子体在催化合成方面的应用,制氢臭氧,制革纺织与生物医用材料的应用。3.查阅网页论述化学气相沉积技术的发展。①我国古代的炼丹术可能是最早无意识地应用了该技术。②20世纪50年代,由于当时欧洲的机械工业和机械加工业的强大需求,现代CVD技术开始发展,主要着重于刀具涂层的应用。③20世纪60~70年代,由于半导体和集成电路技术发展和生产的需要,CVD技术得到了更迅速和更广泛的发展。④20世纪70年代,前苏联Deryagin、Spitsyn和Fedoseev等引入原子氢,开创了激活低压CVD<lowpressarechemicalvapordeposition,简称LPCVD>金刚石薄膜生长技术,80年代在全世界形成了研究热潮。⑤20世纪70年代以来,我国在激活低压CVD金刚石生长热力学方面,根据非平衡热力学原理,开拓了非平衡定态相图与其计算的新领域,真正从理论和实验对比上定量化地证实反自发方向的反应可以通过热力学反应耦合依靠另一个自发反应提供的能量推动来完成。4.CVD技术用于合成时具有哪些特点？①淀积反应如在气固界面上发生,则淀积物将按照原有固态基底<又称衬底>的形状包覆一层薄膜。②可以得到单一的无机合成物质,可作为原材料制备。③可以得到各种特定形状的游离沉积物器具。④可以沉积生成晶体或纫粉状物质。5.CVD技术装置主要由哪几部分组成？①气源控制部件;②沉积反应室;③沉积温控部件;④真空排气和压强控制部件等部分组成。在等离子增强型或其他能源激活型CVD装置,还需要增加激励能源控制部件。6.CVD合成技术技术有哪些广泛应用？.〔1〕沉积生成碳化物／氮化物；<2〕沉积生成金属或合金；〔3〕沉积Si02；〔4〕沉积陶瓷薄膜；〔5〕沉积硅薄膜；〔6〕金刚石海膜；〔7〕纳米管、线、绳、带；〔8〕其他一些重要应用制备新材料。.在PCVD中,如果以SiH4和H2为原料沉积非晶硅,试验中应考查哪些因素？在选择源物质时,既要考虑蒸汽压与温度的关系,又要特别注意在不同热解温度下的分解产物,保证固相仅仅为所需要的沉淀物质,而没有其他夹杂物。为什么在软化学合成中,溶胶-凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法占有重要地位〔包括应用领域〕？在温和的反应条件下和缓慢的反应进程中,可以控制的步骤,一步步进行合成化学反应,具有密集型特点；在较温和条件下实现的化学反应过程,易于实现对其反应过程、路径的控制河以合成出在高温下不稳定的组分或形成介稳态的结构也可能获得用高温固相反应与物理方法难以得到的低熵低焓或低对称性的固体化合物和材料。具体应用领域：①材料学：高性能粒子探测器,隔热材料,声阻抗耦合材料,电介质材料,有机－无机杂化材料,金属陶瓷涂层耐蚀材料,纳米级氧化物薄膜材料,橡胶工业②催化剂方面金属氧化物催化剂,包容均相催化剂,③色谱分析：制备色谱填料,制备开管柱和电色谱固定相,电分析,光分析溶胶-凝胶法与其他合成方法相比有哪些独特的优点？①由于溶胶-凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低黏度的溶液,因此,可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性,在形成凝胶时,反应物之间很可能是在分子水平上均匀地混合。②由于经过溶液反应步骤,因此很容易均匀定量地掺入一些微量元素,实现分子水平上的均匀掺杂。③与固相反应相比,化学反应将容易进行,而且仅需要较低的合成温度,一般认为溶胶-凝胶体系中组分的扩散在纳米X围内,而固相反应时组分扩散是在微米X围内,因此反应容易进行,温度较低。④选择合适的条件可以制备各种新型材料。以制备超细钛酸钡为例,了解溶胶-凝胶法的一般工艺流程。溶胶-凝胶法制备超细钛酸钡的工艺示意图溶胶-凝胶法的工艺和应用图示11.查阅文献,了解溶胶-凝胶法在合成无机物和材料中的应用。.⑴薄膜涂层材料⑵超细粉末⑶纳米粉体.⑷陶瓷材料⑸电极材料⑹复合材料⑺催化剂⑻其他方面的应用第五章无机分离技术与其应用分离和纯化的异同是什么？分离技术与纯化技术是相辅相成的,纯化是目的,分离是手段。异同：分离：将混合物中待用的成分与其他成分分离开来,是初步的提纯。纯化：对分离提純过的物质进一步提纯,获得纯净的物质。分离和纯化有点是递进的过程,物质一步一步更加纯净化。影响沉淀溶解度的因素有哪些？如何在分离过程中使用溶度积规则？沉淀溶解度的因素：主要有同离子效应、盐效应、酸效应、配位效应与络合效应等,此外,温度、介质、晶体结构和颗粒大小也对溶解度有影响。溶度积规则在沉淀分离中的应用：溶度积规则是描述溶解平衡中离子积和溶度积〔严格讲应是活度积〕之间的关系的：Q<KspQ=KspQ>Ksp蒸馏分离技术有哪几类？简述分子蒸馏的原理。蒸馏分离技术有三类：〔1〕简单蒸馏。蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发性的不同进行物质分离的过程。它可以将液体混合物中各组分部分或全部分离。〔2〕其他蒸馏分离方法①分馏分离几种不同沸点的挥发性组分的混合物的一种方法;混合物先在最低沸点下蒸馏,直到蒸气温度上升前将蒸馏液作为一种成分加以收集。②减压蒸馏降低系统内压力,可以降低液体的沸点,这是减压蒸馏操作的理论依据。它特别适用于在常压蒸馏时未达沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质。③共沸蒸馏当两组分或多组分的液体混合物,在恒定压力下沸腾时,其组分与沸点均保持不变,形成共沸物〔又称恒沸物〕。表明此时沸腾产生的蒸气与液体本身有着完全相同的组成。④亚沸蒸馏亚沸蒸馏是利用热辐射原理,保持液相温度低于沸点温度蒸发冷凝的一种蒸馏法,因液相温度低于沸点,不致因沸腾而在蒸气中夹带水珠,可使气液分离完全。⑤水蒸气蒸馏水和难溶于水的化合物共存时,体系的蒸气压力依道尔顿分压定律为p=p水+pA。式中,pA为难溶化合物的蒸气压。当p与外界大气压相等时,混合物就沸腾<沸点>,混合物在低于100℃的温度下随水蒸气一起蒸馏出来,这样的操作称为水蒸气蒸馏〔3〕分子蒸馏分子蒸馏原理：通常的蒸馏<精馏>过程中,存在着两股分子流向：一股是由液相流向气相的蒸气分子流；另一股是由蒸气返回至液相的分子流。当气液两相平衡时,表观上蒸气分子不再从液面逸出。恰当地设置一块冷凝板,当液体混合物沿加热板流动并被加热时,轻、重分子会逸出液面而进入气相,由于轻、重分子的自由程不同,不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同,则轻分子达到冷凝板被冷凝排出,而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。何谓区域熔融法？它主要应用于哪些方面？根据液-固平衡原理,利用熔融-固化过程以去除杂质的方法。区域熔融可把杂质从一个元素或化合物中除掉,达到提纯的目的,也可把需要的杂质重新均匀分配于一个物质中,以控制它的成分。应用区域熔融法精制金属、半导体、化合物,以与感光药品〔如卤化银等〕,可以得到高度纯化的产品。区域熔融纯化金属具有生长快、晶体的纯度和完整性高等优点。试以离子交换法分离稀土元素的过程,简述离子交换树脂的交换原理和交换步骤。交换原理：离子交换树脂中含有一种<或几种>化学活性基团<交换官能团>,在水溶液中能离解出某些阳离子<如H+或Na+>或阴离子<如OH－或Cl－>,同时吸附溶液中原来存有的其他阳离子或阴离子,即树脂中的离子与溶液中的离子互相交换,从而将溶液中的离子分离出来。交换步骤：交换是以被分离物种在离子交换树脂固体表面与水溶液之间的平衡为基础。①溶液中的离子向树脂表面扩散,通过围绕树脂表面的液体薄膜交界层,达到树脂表面。②到达树脂表面的离子进入树脂的交联网孔内,在树脂颗粒内部扩散。③扩散进入树脂颗粒内部的离子与树脂中可交换离子<功能基的可离解的离于>发生交换反应。④被交换下来的离子在树脂交联网孔内向树脂表面扩散。⑤被交换下来的离子从树脂表面向溶液中扩散。影响离子交换选择性的因素有哪些？影响离子交换选择性的因素主要有离子价与离子水合半径、离子价与离子浓度、交换环境、树脂结构、偶极离子排斥等。离子交换法主要应用在哪些方面？.⑴水处理⑵食品工业⑶制药行业⑷合成化学⑸环境保护⑹湿法冶金与其他.如何理解用2-羟基异丁酸铵为淋洗剂从离子交换柱上淋洗重镧系离子时的出峰顺序？用2-羟基异丁酸铵为淋洗剂从离子交换柱上淋洗重镧系离子<左>和重锕系离子<右>时的出峰顺序半径越小的Ln3＋与配位阴离子形成的螯合物越稳定,因而转入水中的趋势也越大,淋洗中交替发生无数次这种吸附与解吸附过程,导致小半径的Ln3＋先与大半径的出现在流出液中。如何理解溶剂萃取平衡？理想的萃取剂应满足哪些要求？在一定温度下,若化合物与所用两种溶剂不发生分解、电解、缔合和溶剂化等作用,由Nernst定律知：c式中,cA、cB分别表示物质A在两种互不相溶的溶剂中的物质的量浓度。K是一个热力学常数,称为"分配比",是有机相萃取能力的量度,量纲为一,随溶质的浓度、萃取剂浓度等条件改变而改变。理想的萃取剂应满足:①有选择性,即被分离的元素间有较高的分离因素;②有高的萃取容量,即一定体积的萃取剂能容纳较多的金属离子;③易于反萃,即要有适当的萃取能力;④易于与水相分离,即两相的相对密度要有较大差别,黏度小,表面X力大;⑤操作安全,即无毒性,不易燃,不挥发;⑥储藏时较稳定,并在萃取或反萃取时不易被酸、碱所分解,并对氧化剂、还原剂比较稳定;⑦价廉,来源充足。溶剂萃取法在分离提取稀土中有哪些具体应用？①稀土和非稀土的分离。例如,伯胺从混合型稀土矿的硫酸分解液中分离钍和稀土元素。②稀土元素的分组。从离子吸附型稀土矿的浸出液中提取稀土元素,并将稀土分组,得到不同组分的富集物。③单一稀土的分离。例如,用二〔2-乙基己基〕磷酸〔HDEHP,螯合试剂>分离镧系元素。溶剂萃取法分离稀土元素的实例体系分离对象La<NO3>3<100~200g·L-1La2O3>/HNO30.5mol·L-1,NH4NO38mol·L-1/P350<70%>-煤油[La<NO3>3·3P350]镧与其他稀土的分离和提取镧2.Ce<NO3>4<80~100g·L-1CeO2>/HNO34~5mol·L-1/TBP<60>%-液体石腊[H2Ce<NO3>6·2TBP]铈与其他稀土的分离和纯化铈3.Ce<SO4>2<~60g·L-1CexOy>/H2SO4/P204<0.38>mol·L-1-磺化煤油[Ce<HA2>4]铈与其他稀土的分离,纯化铈RECl3<1~1.2mol·L-1>/HClpH4~4.5/P204<1.0mol·L-1>-磺化煤油[RE<HA2>3]稀土分组5.RECl3<~60g·L-1,含Sm2O330%,Gd2O315%,Nd2O330%><HCl><0.1mol·L-1>/P204<1.0mol·L-1>-磺化煤油[RE<HA2>3]钐-钆分离RE<NO3>3<120g·L-1>/HNO30.1mol·L-1/N263〔400g·L-1〕+混合醇〔15%〕-煤油[<R4NH+>3Pr<Nd><NO3>6]镨-钕分离7.Y<NO3>3<1.5mol·L-1含60%Y2O3>/HNO30.1mol·L-1,LiNO32.5mol·L-1/N263〔200g·L-1〕-重溶剂[R4NH+Y<NO3>6-]和RECl3<0.62mol·L-1,含90%Y2O3>/NH4CNS/N263〔300g·L-1〕-重溶剂钇与其他稀土分离,提纯钇8.RECl3<0.5mol·L-1,Y2O390%>/HCl,pH3~4/环烷酸〔20%〕-混合醇-磺化煤油提纯钇9.RECl3<RExOy>10g·L-1,Eu2O31%/HCl,Zn<1g·L-1>/P204〔1.0M〕-磺化煤油铕与稀土的分离,提取铕10.RE<NO3>3<0.2mol·L-1>/HNO3<0.6mol·L-1>/P507〔1.0mol·L-1〕-磺化煤油镥与重稀土的分离,提取镥膜法分离技术相对于一般分离技术有哪些特点？<1>是不发生相变化的纯物理过程,节能。<2>是在压力驱动下常温下进行的分离过程,特别适合对热敏性物质,如酶、果汁、某些药品的分离浓缩、精制等,产品品质稳定性好。<3>是一个高效的分离过程,可连续化管道操作、环保,其适用X围极广,从微粒级到微生物菌体,甚至离子级等都有用武之地,其关键在于选择不同的膜类型。<4>膜分离设备本身没有运动部件,很少需要维护,可靠度很高,操作十分简单。<5>膜分离装置简单、分离效率高,而且可以直接插入已有的生产工艺流程,灵活性强,不需要对生产线进行大的改变。膜用于分离过程的关键问题是什么？选择合适的膜材料和性能良好的膜组件。了解膜的分类和合成膜的内容。膜的分类：常用膜分离技术的基本特征过程分离目的透过组分截留组分透过组分在料液中含量推动力传递机理膜类型进料和透过物的物态微滤<MF>溶液脱粒子气体脱粒子溶液气体0.02~10μm粒子大量溶剂与少量小分子溶质和大分子溶质压力差约100kPa筛分多孔膜溶液或气体超滤<UF>溶液脱大分子、大分子溶液脱小分子、大分子分级小分子溶液1~20nm大分子溶质大量溶剂、少量小分子溶质压力差约100~1000kPa筛分非对称膜液体纳滤<NF>溶剂脱有机组分、脱高价离子、软化、脱色、浓缩、分离溶剂、低价小分子溶质1nm以上溶质大量溶剂、低价小分子溶质压力差约500~1500kPa溶解-扩散Donnan效应非对称膜或复合膜液体反渗透<RO>溶剂脱溶质、含小分子溶质溶液浓缩溶剂、可被电渗析截留组分0.1~1nm小分子溶质大量溶剂压力差约1~10MPa优先吸附、毛细管流动、溶解、扩散非对称膜或复合膜液体渗析<D>大分子溶质溶液脱小分子、小分子溶质溶液脱大分子小分子溶质或较小的溶质﹥0.02μm截留、血液渗析中﹥0.005μm截留较小组分或溶剂浓度差筛分微孔膜内的受阻扩散非对称膜或离子交换膜液体电渗析<EI>溶液脱小离子、小离子溶质的浓缩、小离子的分级小离子组分同性离子、大离子和水少量离子组分、少量水电化学势、电渗析反离子经离子交换膜的迁移离子交换膜液体膜的种类合成膜：工业上常用的膜组件有以哪几种？各有什么优缺点？膜组件型式与比较膜组件型式优点缺点使用状况板框式膜组件构造简单,可单独更换膜片,不易被纤维屑等异物堵塞装置成本高,流动状态不良,浓差极化严重,易堵塞,不易清洗,膜的堆积密度小适用于小容量规模,已商业化管式膜组件流动状态好,流速易控制,安装拆卸、换膜和维修方便,能够处理含有悬浮固体的溶液,机械清除杂质比较容易与板框式膜组件相比,管式膜组件制备条件较难控制,单位体积内有效膜面积小,压力降大,管口密封也比较困难适用于中小规模,已商业化螺旋卷式膜组件结构紧凑,单位体积内的有效膜面积大料液需要预处理,膜组件的制作工艺复杂,要求高,尤其用于高压操作时难度大,易污染,清洗难度大适用于大规模,已商业化中空纤维式膜组件膜的堆积密度小;不需外加支撑材料;浓差极化可忽略,价格低廉制作工艺和技术复杂,易堵塞,不易清洗适用大规模,已商业化膜分离技术在哪些领域有重要应用？<1>水处理<水的脱盐和净化>;<2>在食品、生物工程、医疗、卫生方面的应用:由于膜分离过程中的特点以与冷杀菌作用,膜分离技术在食品、生物工程、医疗、卫生等相关行业的应用日益广泛;<3>在石油化工中的应用:膜分离技术使得石油化工中的污染、资源利用、产品质量保证和能耗等各方面都有了很大改进;<4>膜分离制氮气:膜分离气体技术是利用有些金属膜或有机膜对某些气体组分具有选择性渗透和扩散的特性,以达到气体分离和纯化的目的。<5>环境工程<处理废水>。第六章无机物的一般鉴定和表征1. 为什么说对无机物鉴定和表征的意义不亚于合成工作？把无机物的一般鉴定和表征概括为组成分析、结构分析和材料的性能表征三块的理由何在？单纯合成出一种新化合物并不是合成化学家的目的。重要的是知其组成、结构,分析出一定的合成机理,以便使合成更加合理化、科学化,能够用于指导相关物质的合成；第二,许多无机材料的应用是有一定品质要求的,体现在对其有关性能的表征上,例如功能材料的光、电、磁性；第三,更为重要的是进行结构和性能的关联,这样才能给我们提供更多的思考和方法,合成出更多具有特殊功能的新化合物和新材料。2. 无机物的组成分析应包含哪些内容？要计算一个化合物的分子式,必须知道什么？3. 无机元素含量的分析除了化学方法外,都有哪些仪器分析方法？各自的原理是什么？都有什么特点？⑴原子吸收光谱分析法<AAS>原理：从空心阴极灯或光源中发射出一束特定波长的人射光,在原子化器中待测元素的基态原子蒸汽对其产生吸收,未被吸收的部分透射过去。通过测定吸收特定波长的光量大小,可求出待测元素的含量。特点：优点是选择性好,测定的线性X围宽,可以测定的元素多达70种,不足之处是不能实现多元素的同时测定〔国产BH5100型多通道原子吸收光谱仪可同时发出五种元素Cu、Zn、Ca、Mg、Fe的待征谱线,即可同时测出五种元素含量〕,对非金属元素〔在远紫外区共振线小于200nm的一些元素如C、N、P、S等〕与难熔元素的测定不能利用原吸收法测定,分析复杂样品时干扰较严重。⑵X射线荧光光谱法<XRFS>原理：原子荧光光谱法〔AFS〕是介于原子发射光谱〔AES〕和原子吸收光谱〔AAS〕之间的光谱分析技术。当照射原子核的X射线能量与原子核的内层电子的能量在同一数量级时,核的内层电子共振吸收射线的辐射能量后发生跃迁,而在内层电子轨道上留下一个空穴,处于高能态的外层电子跳回低能态的空穴,将过剩的能量以X射线的形式放出,所产生的X射线即为代表各元素特征的X射线荧光谱线,其能量等于原子内壳层电子的能级差,即原子特定的电子层间跃迁能量。只要测出一系列X射线荧光谱线的波长,即能确定元素的种类;测得谱线强度并与标准样品比较,即可确定该元素的含量。特点：具有准确度高,分析速度快,试样形态多样性与测定时的非破坏性等特点,不仅用于常量元素的定性和定量分析,而且也可进行微量元素的测定,其限多数可达10-6,与分离、富集等手段相结合,可达10-8。测量的元素X围包括周期表中从F~U的所有元素。一些较先进的X射线荧光分析仪器还可测定铍、硼、碳等超轻元素。多道XRF分析仪,在几分钟之内可同时测定20多种元素的含量。⑶电感耦合等离子体原子发射光谱法<ICP-AES>原理：根据待测元素的原子从激发态回到基态时发射的特征谱线进行定性和定量分析的。特点：可同时测定一个样品中的多个元素；分析速度快,如利用光电直读光谱仪,可在几分钟内对几十种元素进行定量分析；固、液分析试样可不经处理直接测定；选择性好；检出限低,可达ng·g-1;准确度高,相对误差可达1%以下；式样消耗少；ICP光源校准曲线X围宽,可达4~6个数量级,因此可测定元素的不同含量。但是,常见的非金属元素如O、S、N、卤素等谱线在远紫外区,目前的一般光谱仪尚无法测定；还有一些非金属元素如S、Se、Te等的激发电位高,使得测定的灵敏度低。4. XPS光电子能谱分析的原理是什么？它对确定金属元素价态与物质结构有什么重要意义？原理：用X射线<通常为AlKα,E=1.4866keV或MgKα,E=1.2536keV>或同步加速器发生的keVX围内的光子去辐射样品,使原子或分子的内层电子或价电子受激发射出光电子,可以测量光电子的能量,以光电子的动能为横坐标,相对强度<脉冲/s>为纵坐标可做出光电子能谱图。意义：①元素的定性分析。可以根据能谱图中出现的特征谱线的位置鉴定除H、He以外的所有元素。②元素的定量分析。在一定条件下,能谱图中光电子谱线强度<光电子峰的面积>与反应原子的含量或相对浓度成正比。一般XPS元素分析精度可达1%~2%。③固体表面状态分析。包括表面的化学组成或元素组成,原子价态,表面能态分布,测定表面电子的电子云分布和能级结构等。④化合物的结构分析。可以对内层电子结合能的化学位移精确测量,提供化学键和电荷分布方面的信息。5.TG-DTG、DTA、DSC曲线各自能提供哪些信息？如何全面的使用这些信息？TG-DTG〔热重法-微商热重法〕曲线：可以分析鉴定固体样品的物质组成、结构,如物质组成中结晶水的数量,产生的挥发性组分的量等；研究物质的热解反应行为,判断其热稳定性,推测其热分解机理,为其制备、储存提供依据；研究固体与气体之间的反应；测定物质的熔点、沸点。DTA〔差热分析〕曲线：差热图中峰的数目多少、位置、峰面积、方向、高度、宽度、对称性反映了试样在所测温度X围内所发生的物理变化和化学变化的次数、发生转变的温度X围、热效应大小和正负。与TG-DTG曲线一样,DTA曲线峰的峰型、高度、宽度、对称性除与测试条件有关外还与样品变化过程中的动力学因素有关,所测得的差热图比理想的差热图复杂得多。DSC〔差示扫描量热法〕曲线：可以测定多种热力学和动力学参数,例如比热容、反应热、转变热、相图、反应速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品纯度等。该法使用温度X围宽〔-175~725℃〕、分辨率高、试样用量少。适用于无机物、有机化合物和药物分析。6.查阅文献,说明热分析曲线对无机合成的作用。7.记忆电磁波中个射线的X围。入射电子束打在试样上能激发出哪些信号？各信号能被使用