大学无机化学知识点总结讲解.doc

《大学无机化学知识点总结讲解.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学无机化学知识点总结讲解.doc（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流大学无机化学知识点总结讲解【精品文档】第 25 页无机化学，有机化学，物理化学，分析化学无机化学元素化学、无机合成化学、无机高分子化学、无机固体化学、配位化学（即络合物化学）、同位素化学、生物无机化学、金属有机化学、金属酶化学等。有机化学普通有机化学、有机合成化学、金属和非金属有机化学、物理有机化学、生物有机化学、有机分析化学。物理化学结构化学、热化学、化学热力学、化学动力学、电化学、溶液理论、界面化学、胶体化学、量子化学、催化作用及其理论等。分析化学化学分析、仪器和新技术分析。包括性能测定、监控、各种光谱和光化学分析、各种电化学分析方法、质谱分析法、各

2、种电镜、成像和形貌分析方法，在线分析、活性分析、实时分析等，各种物理化学性能和生理活性的检测方法，萃取、离子交换、色谱、质谱等分离方法，分离分析联用、合成分离分析三联用等。 无机化学第一章：气体第一节：理想气态方程1、气体具有两个基本特性：扩散性和可压缩性。主要表现在：气体没有固定的体积和形状。不同的气体能以任意比例相互均匀的混合。气体是最容易被压缩的一种聚集状态。2、理想气体方程： 为气体摩尔常数，数值为=8.3143、只有在高温低压条件下气体才能近似看成理想气体。 第二节：气体混合物1、对于理想气体来说，某组分气体的分压力等于相同温度下该组分气体单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力。2

3、、Dlton分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体的分压之和。3、(0=273.15K STP下压强为101.325KPa = 760mmHg = 76cmHg)第二章：热化学第一节：热力学术语和基本概念1、 系统与环境之间可能会有物质和能量的传递。按传递情况不同，将系统分为：封闭系统：系统与环境之间只有能量传递没有物质传递。系统质量守恒。敞开系统：系统与环境之间既有能量传递以热或功的形式进行又有物质传递。隔离系统：系统与环境之间既没有能量传递也没有物质传递。2、 状态是系统中所有宏观性质的综合表现。描述系统状态的物理量称为状态函数。状态函数的变化量只与始终态有关，与系统状态的变化途

4、径无关。3、 系统中物理性质和化学性质完全相同而与其他部分有明确界面分隔开来的任何均匀部分叫做相。相可以由纯物质或均匀混合物组成，可以是气、液、固等不同的聚集状态。4、 化学计量数对于反应物为负，对于生成物为正。5、反应进度=，单位：mol第二节：热力学第一定律0、 系统与环境之间由于温度差而引起的能量传递称为热。热能自动的由高温物体传向低温物体。系统的热能变化量用Q表示。若环境向系统传递能量，系统吸热，则Q0；若系统向环境放热，则QO；系统对环境做功，W0。2、 体积功：由于系统体积变化而与环境交换的功称为体积功。非体积功：体积功以外的所有其他形式的功称为非体积功。3、 热力学能：在不考虑系

5、统整体动能和势能的情况下，系统内所有微观粒子的全部能量之和称为热力学能，又叫内能。4、 气体的标准状态纯理想气体的标准状态是指其处于标准压力下的状态，混合气体中某组分气体的标准状态是该组分气体的分压为且单独存在时的状态。液体（固体）的标准状态纯液体（或固体）的标准状态时指温度为T，压力为时的状态。液体溶液中溶剂或溶质的标准状态溶液中溶剂可近似看成纯物质的标准态。在溶液中，溶质的标准态是指压力,质量摩尔浓度，标准质量摩尔浓度，并表现出无限稀释溶液特性时溶质的（假想）状态。标准质量摩尔浓度近似等于 标准物质的量浓度。即5、 物质B的标准摩尔生成焓（B,相态，T）是指在温度T下，由参考状态单质生成物

6、质B（）反应的标准摩尔焓变。6、 参考状态一般指每种物质在所讨论的温度T和标准压力时最稳定的状态。个别情况下参考状态单质并不是最稳定的，磷的参考状态是白磷(s,白)，但白磷不及红磷和黑磷稳定。O2(g)、H2(g)、Br2(l)、I2(s)、Hg(l)和P4(白磷)是T=298.15K，下相应元素的最稳定单质，即其标准摩尔生成焓为零。7、 在任何温度下，参考状态单质的标准摩尔生成焓均为零。8、 物质B的标准摩尔燃烧焓（B，相态，T）是指在温度T下，物质B()完全氧化成相同温度下指定产物时的反应的标准摩尔焓变。第四节：Hess定律1、 Hess定律：化学反应不管是一步或分几步完成，其总反应所放出

7、或吸收的热总是相等的。其实质是化学反应的焓变只与始态和终态有关，而与途径无关。2、 焓变基本特点：某反应的（正）与其逆反应的（逆）数值相等，符号相反。即（正）=-（逆）。始态和终态确定之后，一步反应的等于多步反应的焓变之和。3、 多个化学反应计量式相加(或相减)，所得化学反应计量式的（T）等于原各计量式的（T）之和（或之差）。第五节：反应热的求算1、 在定温定压过程中，反应的标准摩尔焓变等于产物的标准摩尔生成焓之和减去反应物的标准摩尔生成焓之和。=（总生成物）-（总反应物）如果有参考状态单质，则其标准摩尔生成焓为零2、 在定温定压过程中，反应的标准摩尔焓变等于反应物的标准摩尔燃烧焓之和减去产物

8、的标准摩尔燃烧焓之和 。=（总反应物）-（总生成物）参考状态单质只适用于标准摩尔生成焓，其标准摩尔燃烧焓不为零第三章：化学动力学基础第一节：反应速率第二节：浓度对反应速率的影响速率方程1、 对化学反应来说，反应速率与反应物浓度的定量关系为：，该方程称为化学反应速率定律或化学反应速率方程，式中称为反应速率系数，表示化学反应速率相对大小；,分别为反应物A和B的浓度，单位为；，分别称为A，B的反应级数；称为总反应级数。反应级数可以是零、正整数、分数，也可以是负数。零级反应得反应物浓度不影响反应速率。（反应级数不同会导致单位的不同。对于零级反应，的单位为，一级反应的单位为，二级反应的单位为，三级反应的

9、单位为）2、 由实验测定反应速率方程的最简单方法初始速率法。在一定条件下，反应开始时的瞬时速率为初始速率，由于反应刚刚开始，逆反应和其他副反应的干扰小，能较真实的反映出反应物浓度对反应速率的影响具体操作是将反应物按不同组成配置成一系列混合物。对某一系列不同组成的混合物来说，先只改变一种反应物A的浓度。保持其他反应物浓度不变。在某一温度下反应开始进行时，记录在一定时间间隔内A的浓度变化，作出图，确定t=0是的瞬时速率。也可以控制反应条件，是反应时间间隔足够短，这时可以把平均速率作为瞬时速率。3、对于一级反应，其浓度与时间关系的通式为：第三节：温度对反应速率的影响Arrhenius方程1、 速率系

10、数与温度关系方程：，=-， ，实验活化能，单位为。为指前参量又称频率因子。与具有相同的量纲。与是两个经验参量，温度变化不大时视为与温度无关。2、 对Arrhenius方程的进一步分析：在室温下，每增加4，将使值降低80%。在室温相同或相近的情况下，活化能大的反应，其速率系数则小，反应速率较小；小的反应较大，反应速率较大。对同一反应来说，温度升高反应速率系数增大，一般每升高10，值将增大210倍。对同一反应来说，升高一定温度，在高温区，值增大倍数小；在低温区值增大倍数大。因此，对一些在较低温度下进行的反应，升高温度更有利于反应速率的提高。对于不同的反应，升高相同温度，大的反应值增大倍数大；小的反

11、应值增大倍数小。即升高温度对进行的慢的反应将起到更明显的加速作用。第四节：反应速率理论与反应机理简介1、=（正）-（负）2、由普通分子转化为活化分子所需要的能量叫做活化能第五节：催化剂与催化作用1、 催化剂是指存在少量就能显著加速反应而本身最后并无损耗的物质。催化剂加快反应速率的作用被称为催化作用。2、 催化剂的特征：催化剂只对热力学可能发生的反应起催化作用，热力学上不可能发生的反应，催化剂对它不起作用。催化剂只改变反应途径（又称反应机理），不能改变反应的始态和终态，它同时加快了正逆反应速率，缩短了达到平衡所用的时间，并不能改变平衡状态。催化剂有选择性，不同的反应常采用不同的催化剂，即每个反应

12、有它特有的催化剂。同种反应如果能生成多种不同的产物时，选用不同的催化剂会有利于不同种产物的生成。每种催化剂只有在特定条件下才能体现出它的活性，否则将失去活性或发生催化剂中毒。第四章：化学平衡 熵和Gibbs函数第一节：标准平衡常数1、平衡的组成与达成平衡的途径无关，在条件一定时，平衡的组成不随时间而变化。平衡状态是可逆反应所能达到的最大限度。平衡组成取决于开始时的系统组成。2、对可逆反应来说，其标准平衡常数3、两个或多个化学计量式相加（或相减）后得到的化学计量式的标准平衡常数等于原各个化学计量式的化学平衡常数的积（或商），这称为多重平衡原理。第二节：标准平衡常数的应用1、反应进度也常用平衡转化

13、率来表示。反应物A的平衡转化率表达式为2、J表示反应商。若J，则反应逆向进行。第三节：化学平衡的移动1、浓度对化学平衡的影响：浓度虽然可以使化学平衡发生移动，但并不能改变化学平衡常数的数值，因为在一定温度下，值一定。当反应物浓度增加或产物浓度减少时，平衡正向移动；当反应物浓度减少或产物浓度增加时，平衡逆向移动。2、压力对化学平衡的影响：综合考虑各反应物和产物分压是否改变及反应前后气体分子数是否改变。3、温度对化学平衡都影响：温度变化引起标准平衡常数的改变，从而使化学平衡移动。温度对标准平衡常数的影响用vant Hoff方程描述。第四节：自发变化和熵1、自发变化的基本特征：在没有外界作用或干扰的

14、情况下，系统自身发生的变化称为自发变化。有的自发变化开始时需要引发，一旦开始，自发变化将一直进行达到平衡，或者说自发变化的最大限度是系统的平衡状态。自发变化不受时间约束，与反应速率无关。自发变化必然有一定的方向性，其逆过程是非自发变化。两者都不能违反能量守恒定律 。非自发变化和自发变化都是可能进行的。但是只有自发变化能自动发生，而非自发变化必须借助一定方式的外部作用才能发生。没有外部作用非自发变化将不能继续进行。2、在反应过程中，系统有趋向于最低能量状态的倾向，常称其为能量最低原理。相变化也具有这种倾向。3、 系统有趋向于最大混乱度的倾向，系统混乱度的增加有利于反应的自发进行。4、 纯物质完整

15、有序晶体在0K时熵值为零；.5、 熵与物质聚集状态有关。同一种物质气态熵值最大，液态次之，固态熵值最小。有相似分子结构且相对分子质量又相近的物质，其值相近。分子结构相近而相对分子质量不同的物质，其标准摩尔熵值随分子质量增大而增大。物质的相对分子质量相近时，分子构型越复杂，其标准摩尔熵值越大。6、反应的标准摩尔熵变等于各生成物的标准摩尔熵值之和减去各反应物的标准摩尔熵值之和7、在任何自发过程中，系统和环境的熵变化总和是增加的。即： 自发变化 非自发变化 平衡状态8、第五节：Gibbs函数1、 Gibbs函数被定义为：,被称为Gibbs自由能。2、 在不做体积功和定温定压条件下，在任何自发变化中系

16、统的Gibbs函数是减少的，由得当0时反应能正向进行。当0,0时反应在高温下能正向进行。当0,0,0时反应不能正向进行。3、 当时的在吸热熵增反应中是反应能正向进行的最低温度；在放热熵减反应中是反应能正向进行的最高温度。因此这个温度就是反应是否能够正向进行的转变温度。4、 物质B的标准摩尔生成Gibbs函数（B，相态，T）是指在温度T下由参考状态单质生成物质B（且时）的标准摩尔Gibbs函数变。5、 40时反应大多逆向进行；-4040时要用来判断反应方向。6、 Vant Hoff方程：第五章：酸碱平衡第一节：酸碱质子理论1、酸碱质子理论：凡是能释放出质子的任何含氢原子的分子或离子都是酸；任何能

17、与质子结合的分子或离子都是碱。简言之酸是质子给予体，碱是质子接受体。2、质子理论强调酸和碱之间的相互依赖关系。酸给出质子后生成相应的碱，而碱结合质子后生成相应的酸。酸与碱之间的这种依赖关系称为共轭关系，相应的一对酸和碱称为共轭酸碱对。酸给出质子后生成的碱为这种酸的共轭碱，碱得到质子后所生成的酸称为这种碱的共轭酸。3、 酸碱解离反应是质子转移的反应。在水溶液中酸碱的电离时质子转移反应。盐类水解反应实际上也是离子酸碱的质子转移反应。4、 既能给出质子又能接受质子的物质称为两性物质。5、 酸碱的强度首先取决于其本身的性质，其次与溶剂的性质等有关。酸和碱的强度是指酸给出质子和碱接受质子能力的强弱。给出

18、质子能力强的酸是强酸，接受质子能力强的碱是强碱；反之，就是弱酸和弱碱。6、 溶剂的碱性越强溶质表现出来的酸性就越强，溶剂的酸性越强溶质表现出来的碱性就越强。第二节：水的电离平衡和溶液的PH1、 对反应,被称为水的离子积常数。25时，。第三节：弱酸、弱碱解离平衡1、酸的水溶液中存在质子转移反应：，其标准平衡常数简写为，称为弱酸HA的解离常数，弱酸解离常数的数值表明了酸的相对强弱。解离常数越大酸性越强，给出质子能力越强。值受温度影响但变化不大。2、在一元弱碱的水溶液中存在反应：，,称为一元弱碱B的解离常数。3、解离度的定义为解离的分子数与总分子数的比值，即,解离度越大越大，PH越小。解离度与解离常

19、数关系为。对碱同样适用。第四节：缓冲溶液1、 同离子效应：在弱酸或弱碱的溶液中，加入与这种酸或碱含相同离子的易溶强电解质，使酸或碱的解离度降低。2、 缓冲溶液：具有能够保持PH相对稳定性能的溶液（也就是不因加入少量强酸或强碱而显著改变PH的溶液。缓冲溶液通常由弱酸和他的共轭碱组成。缓冲溶液PH计算公式：,第五节：酸碱指示剂1、 当溶液中即时，溶液呈现出的颜色；当即时，溶液呈现的颜色；当即时，溶液呈现两者的混合颜色。2、 指示剂的变色范围是，但是由于人的视觉对不同颜色的敏感度的差异实际变色范围常常小于两个pH单位。第六节：酸碱电子理论1、 酸是任意可以接受电子对的分子或离子；酸是电子对的接受体，

20、必须具有可以接受电子对的空轨道。碱则是可以给出电子对的分子或离子；碱是电子的给予体，必须具有未共享的孤对电子。酸碱之间以共价键相结合，并不发生电子对转移。第七节：配位化合物2、 在配合物中Lewis酸被称为形成体(或中心离子)，Lewis碱被称为配体。配合物的定义是形成体与一定数目的配体以配位键按一定的空间构型结合形成离子或分子。这些离子或分子被称为配位个体。形成体通常是金属离子或原子，也有少数是非金属元素（B,P,H）。通常作为配体的是非金属的阴离子或分子。4、 在配体中，与形成体成键的原子叫做配位原子；配位原子具有孤对电子。常见的配位原子有F,Cl,Br,I,S,N,C等。配体中只有一个配

21、位原子的称为单齿配体，有两个或两个以上配位原子的称为多齿配体。在配位个体中，与形成体成键的配位原子个数叫作配位数。常见多齿配体有：5、 配合物的化学式：配合物的化学式中首先应先列出配位个体中形成体的元素符号，在列出阴离子和中性分子配体，将整个配离子或分子的化学式括在方括号中。6、 配合物的命名：命名时，不同配体之间用隔开。在最后一个配体名称后缀以“合”字。含配阴离子的配合物的命名遵照无机盐命名原则。例如为硫酸四氨合铜为氯化六氨合铂。含配阴离子的配合物，内外层间缀以“酸”字。例如为六氰合铁酸钾配体的次序： 含有多种无机配体时，通常先列出阴离子名称，后列出中性粒子名称。例如为三氯氨合铂酸钾 配体同

22、是中性分子或同是阴离子时，按配位原子元素符号的英文字母顺序排列，例如氯化五氨水合钴。 若配位原子相同，将含原子数较少的配体排在前面，较多原子数的配体排在后面；若配位原子相同且配体中含有的与子数目也相同，则按结构中与配位原子相连的非配位原子元素符号的英文字母顺序排列。例如为氨基硝基二氨合铂 配体中既有无机配体又有有机配体，则无机配体排在前面有机配体排在后面。例如为三氯乙烯合铂酸钾。7、 简单配合物：配合物分子或离子只有一个中心离子，每个配体只有一个配位原子与中心离子成键。螯合物：在螯合物分子或离子中，其配体为多齿配体，配体与中心离子成键，形成环状结构。多核配合物：多核配合物分子或离子含有两个或两

23、个以上的中心离子，中心离子间常以配体相连。羰合物：某些d区元素以CO为配体形成的配合物称为羰合物。烯烃配合物：某些d区元素以不饱和烃为配体形成的配合物称为烯烃配合物。第八节：配位反应与配位平衡1、,是配合物的解离常数，又称为配合物的解离常数或不稳定常数。越大，配合物越不稳定。2、,是配合物生成常数，又称为稳定常数或累积稳定常数。3、一般来说配合物的逐级稳定常数随着配位数的增加而减少。4、以N,O,F等电负性大（吸引电子能力强），半径小，难被氧化（不易失去电子），不易变形（难被极化）的原子为配位原子的碱成为硬碱。反之则为软碱，介于二者之间的为交界碱。5、硬酸多是电荷数较多，半径较小，外层电子被原

24、子核束缚得较紧而不易变形（极化率较小）的阳离子。反之则为软酸，介于两者之间的为交界酸。6、常见的酸和碱分类如下：硬酸软酸交界酸酸金属原子硬碱软碱交界碱碱7、软硬酸碱原则：软亲软，硬亲硬 第六章：沉淀溶解平衡第一节：溶解度和溶度积1、溶解度：在一定温度下，达到溶解平衡时，一定量溶剂中含有的溶质质量。2、常见无机化合物溶解性： 常见无机酸是可溶的，硅酸是难溶的； 氨、族氢氧化物，是可溶的； 是微溶的；其余元素的氢氧化物都是难溶的。 几乎所有的硝酸盐都是可溶的；是微溶的。 大多数醋酸盐是可溶的；是难溶的。 大多数氯化物是可溶的；是微溶的；是难溶的。 大多数溴化物，碘化物是可溶的；是微溶的；是难溶的。

25、 大多数硫酸盐是可溶的；是微溶的；,是难溶的。 大多数硫化物是难溶的，第一主族，第二主族金属硫化物和 是可溶的。 多数碳酸盐，磷酸盐，亚硫酸盐是难溶的；第一主族（Li除外）和铵离子的这些盐是可溶的。 多数氟化物是难溶的；第一主族（Li除外）金属氟化物，是可溶的；是微溶的。 几乎所有的氯酸盐，高氯酸盐都是可溶的；是微溶的； 几乎所有的钠盐，钾盐均是可溶的；是难溶的。2、 对于一般沉淀反应来说：，溶度积的通式是3、 难溶电解质的溶度积常数的数值在稀释溶液中不受其他离子存在的影响，只取决于温度。温度升高，多数难溶化合物的溶度积增大。第二节：沉淀的生成和溶解1、 同离子效应：在难溶电解质的饱和溶液中，

26、加入含有相同离子的强电解质时，难溶电解质的溶解度将降低。同离子效应使难溶电解质的溶解度降低。2、 盐效应使难溶电解质溶解度增大。一般来说，若难溶电解质的溶度积很小时，盐效应的影响很小，可忽略不计；若难溶电解质的溶度积较大，溶液中各种离子的总浓度也较大时，就应考虑盐效应的影响。3、 金属硫化物的溶解平衡： 称为在酸中的溶度积常数。4、 某些难容硫化物的溶度积常数：第七章：氧化还原反应 电化学基础第一节：氧化还原反应基本概念1、 有电子得失或转移的反应称为氧化还原反应。2、 表示元素氧化态的数值称为氧化数又称氧化值。在单质中元素氧化值为零。在单原子离子中，元素氧化值等于离子所带电荷数。在大多数化合

27、物中，氢的氧化值为+1，只有在金属氢化物中，氢的氧化值为-1。通常在化合物中氧的氧化值为-2，但是在等过氧化物中养的氧化值为-1，在氧的氟化物中，如中氧的氧化值为+2，+1。在所有氟化物中氟的氧化值为-1。碱金属和碱土金属在化合物中氧化值分别为+1和+2。在中性分子中，各元素氧化值代数和为零。在多原子离子中，各元素氧化数代数和等于离子所带电荷数。第二节：电化学电池1、 电池图示：将发生氧化反应的负极写在左边，发生还原反应的正极写在右边；并按顺序用化学式从左到右依次排列各个相的物质组成和状态；用单垂线“”表示相与相间的界面，用双折线“”表示盐桥。2、 Faraday定律：在电化学电池中，两极所产

28、生或消耗的物质的物质的量与通过电池的电荷量成正比。当给定的电荷量通过电池时，电极上所产生或消耗的物质的物质的量正比于物质的摩尔质量被对应于半反应每摩尔物质每摩尔物质所转移的电子数除的商。对于半反应，根据Faraday定律，第一：电极上沉淀出或消耗掉的正比于通过电池的电荷量Q。Q越大越大。第二：当通过电池的电荷量Q一定时，正比于，为物质的摩尔质量。3、 Faraday常量表示一摩尔电子所带的电荷量，F被称为Faraday常量4、 当原电池放电时，两极间的电势差将比该电池的最大电压要小。这是因为驱动电流通过电池需要消耗能量或者称其为要做功，产生电流时，电池电压的降低正反映了电池内所消耗的这种能量；

29、而且电流越大，电压降低越多。因此，只有电池中没有电流通过时，电池才具有最大电压又称其为开路电压。当通过原电池的电流趋近于零时，两电极间的最大电势差被称为原电池的电动势，用表示。5、 当电池中各物质均处于标准状态时，测定的电动势被称为标准电动势，用表示。6、 可逆电池必须具备以下条件。第一：电极必须是可逆的，即当相反方向的电流通过电极是，电极反应必然逆向进行；电流停止，反应也停止。第二：要求通过电极的电流无限小，电极反应在接近于电化学平衡的条件下进行。7、 电池反应的标准摩尔Gibbs函数变。第三节：电极电势1、 原电池的电动势是构成原电池的两个电极间的最大电势差，即正极电势减去负极电势等于电池

30、的电动势：。2、 电极电势的绝对值无法确定，常选取标准氢电极（简写为SHE）作为比较的基准，称其为参比电极。参比电极中最常用的是甘汞电极。3、 各电对的标准电极电势是以标准氢电极为参比电极并与各标准电极组成原电池时测得的电动势。使待测半电池中各物质均处于标准状态下，将其与标准氢电极相连组成原电池，以电压表测定该电池的电动势并确定其正极和负极，进而可推算出待测半电池的标准电极电势。4、 电极电势高的电对为正极，电极电势低的电对为负极。两电极的标准电极电势之差等于原电池的标准电极电势。即.5、 如果电对的氧化型生成难溶化合物（配合物），则电极电势变小；若还原型生成难溶化合物（配合物），则电极电势变

31、大；当还原型和氧化型同时生成难溶化合物（配合物），若()（氧化型）()(还原型)，则电极电势变小，反之则变大。第四节：电极电势的应用1、 某电对的越大，其氧化型的得电子能力（氧化性）越强，还原型失电子能力（还原性）越弱；反之电对的越小，其氧化型的得电子能力（氧化性）越弱，还原型失电子能力（还原性）越强。2、 元素电势图：当某种元素形成三种或三种以上氧化值的氧化物时，这些物种可以组成多种不同的电对，各电对的标准电极电势可用图的形式表示出来，这种图叫做元素电势图。画元素电势图，可以按元素氧化值由高到低的顺序，把各氧化物的化学式从左到右写出来，各不同氧化物之间用直线连接起来，在直线上表明不同氧化值物

32、种所组成的电对的标准电极电势。3、 歧化反应发生的一般规则：,若则B能发生歧化反应第二篇：物质结构基础第八章：原子结构第一节：原子结构的Bohr理论1、电子的电量为,电子的质量为。2、 每种元素的原子辐射都具有一定频率成分构成的特征光谱，它们是一条条离散的谱线，被称为线状光谱，即原子光谱。3、氢原子光谱的频率公式：4、Bohr原子结构理论；定态假设 原子的核外电子在轨道上运行时，只能够稳定的存在于具有分立的，固定能量的状态中，这些状态称为定态（能级），即处于定态的原子的能量是量子化的。此时原子并不辐射能量，是稳定的。跃迁规则 原子的能量变化（包括发射和吸收电磁辐射）只能在两定态之间以跃迁的方式

33、进行。在正常情况下，原子中的电子尽可能处于离核最低的轨道上。这时原子的能量最低，即原子处于基态。当原子受到辐射，加热或通电时，获得能量后的电子可以跃迁到离核较远的轨道上去即原子被激发到高能量的轨道上，这时原子处于激发态。处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上，同时释放出光子。光的频率取决于离核较远的轨道的能量（）与离核较近的轨道的能量（）之差：第二节：微观粒子运动基本特征1、实物粒子波长满足，其中为实物粒子质量，为实物粒子运动速度，为动量。2、不确定原理：对运动中的微观粒子来说，并不能同时准确确定它的位置和动量。其关系式为：，式中为微观粒子位置（或坐标）的不确定度，为微观粒子动量的

34、不确定度，该式表明微观粒子位置不确定度与动量不确定度的成绩大约等于Plank常量的数量级。就是说，微观粒子位置不确定度越小，则相应它的动量不确定度就越大。3、微观粒子的波动性是大量微观粒子（或者是一个粒子千万次运动）所表现出来的性质，可以说物质的运动是具有统计意义的概率波；在空间某个区域波强度（即衍射强度）大的地方，粒子出现的机会多，波强度小的地方粒子出现的机会少。从数学角度看，这里说的机会是概率，也就是说，在空间区域内任一点波的强度与粒子出现的概率成正比。第三节：氢原子结构的量子力学描述1、方程：式中是坐标的函数，是系统总能量，是势能，是微观粒子质量，是Planck常量。2、主量子数 在原子

35、的电子中最重要的量子化性质是能量。原子轨道的能量主要取决于主量子数，对于氢原子和类氢原子，电子的能量值取决于。的取值为1,2,3,4,5等正整数。越大电子离核的平均距离越远，能量越高。因此，可将值所表示的电子运动状态对应于K,L,M,N,O电子层角量子数 原子轨道的角动量有角量子数决定。在多原子电子中原子轨道的能量不仅取决于主量子数，还受角量子数的影响。受限制，只能取0到（-1）的整数，按照光谱学的规定，对应的符号为s,p,d,f,g。一定，取不同值代表同一电子层中不同状态的亚层。角量子数还表明了原子轨道的分布角度形状不同。=0，为s轨道，其角度分布为球形对称；=1，为p轨道，其角度分布为哑铃

36、型；=2为d轨道，其角度分布为花瓣形。对多电子原子来说，相同，越大，其能量越大。磁量子数 决定角动量在磁场方向的分量。其取值受角量子数的限制，从-，0，+，共有（2+1）个取值。磁量子数决定原子轨道在核外空间的取向。=0，只有0一个取值，表示s轨道在核外空间只有一种分布方向，即以核为球心的球形。=1，有+1，-1，0三个取值，表示p亚层在空间有三个分别沿x轴，y轴，z轴的取向轨道，即轨道。=2，有0，-1，+1，-2，+2五个取值，表示d亚层有五个取向的轨道，分别是轨道。自旋量子数 电子除轨道运动外，还有自旋运动。电子自旋运动的自旋角动量有自旋量子数决定。处于同一轨道上的电子自旋状态只能有两种

37、，分别用自旋磁量子数和 来确定。正是由于电子具有自旋角动量，使氢原子光谱在没有外磁场时会发生微小的分裂，得到了靠的很近的谱线。3、一个原子轨道可以用，一组三个量子数来确定，但是原子层中每个电子的运动状态必须用，四个量子数来确定。四个量子数确定之后，电子在核外空间的运动状态就确定了。4、概率密度是空间某单位体积内电子出现的概率。电子在核外空间某区域内出现的概率等于概率密度与该区域体体积的乘积。5、电子云是概率密度的形象化描述。黑点密的地方电子出现的概率大；黑点稀疏的地方电子出现的概率小。6、电子云有等密度图和界面图两种图示。在电子云等密度图中，每一个球面上的数字表示概率密度的相对大小。在电子云界

38、面图中，界面实际上是一个等密度面，电子在此界面内出现的概率高于90%，在此界面外出现的概率低于10%，通常认为在界面外发现电子的概率可忽略不计。7、氢原子各种状态的径向分布函数图中锋数等于主量子数与角量子数之差，即.6、 原子轨道角度分布图与电子云角度分布图。第四节：多电子原子结构1、 由Pauling近似能级图发现：角量子数相同的能级的能量高低由主量子数决定，主量子数越大能量越高；主量子数相同，能级能量随角量子数的增大而增大，这种现象称为能级分裂；当主量子数与角量子数均不同时，有时出现能级交错现象。2、 Cotton原子轨道能级图（见课本P240）概括了理论和实验的结果，定性的表明了原子序数

39、改变时，原子轨道能量的相对变化。由此图可以看出不同于Pauling近似能级图的点：反映出主量子数相同的氢原子轨道的兼并性。也就是对原子序数为1的氢原子来说，其主量子数相同的各轨道全处于同一能级点上。反映出原子轨道的能量随原子序数的增大而降低。反映出随着原子序数的增大，原子轨道能级下降幅度不同，因此曲线产生了交错现象。3、屏蔽效应：一个电子对另一个电子产生电荷屏蔽，使核电荷度该电子的吸引力减弱，即由核外电子云抵消了一些核电荷的作用。是核电荷减少数，称为屏蔽常数，相当于被抵消的正电荷数。4、钻穿效应：在多电子原子中每个电子既被其他电子所屏蔽，也对其余电子起屏蔽作用，在原子核附近出现概率较大的电子，

40、可更多的避免其余电子的屏蔽，受到核的较强的吸引而更靠近核，这种进入原子内部空间的作用叫做钻穿效应。就其实质而言，电子运动具有波动性，电子可在原子区域的任何位置出现，也就是说，最外层电子有时也会出现在离核很近处，只是概率较小而已。5、主量子数相同时，角量子数越小的电子，钻穿效应越明显，能级也越低。6、基态原子核外电子排布规则： 能量最低原理：电子在原子轨道中的排布，要尽可能使整个原子系统能量最低。 Pauli不相容原理：同一原子轨道最多容纳两个自选方式相反的电子，或者说同一原子中不可能存在一组四个量子数完全相同的电子。 Hund规则：在相同或相同的轨道上分布的电子，将尽可能分占值不同的轨道且自旋

41、平行。S层最多容纳2个电子，p层最多容纳6个电子，d层最多容纳10个电子，f层最多容纳14个电子，g层最多容纳18个电子 全满半满最稳定。7、 原子核外电子排布：1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p出现d轨道时，电子按照 的顺序在原子轨道上排布，若d轨道和f轨道均已出现，电子按照的顺序在院子轨道上排布。第五节：元素周期表1、 能级与周期的关系：周期特点能级组对应的能级原子轨道数元素种类数一特短周期11s12二短周期22s2p48三短周期33s3p48四长周期44s3d4p918五长周期55s4d5p918六特长周期66

42、34f5d6p1632七不完全周期77s5f6d7p16应有322、 元素的族：同族元素价电子数目相同。主族元素的价电子全部排布于最外层的轨道，尽管同族元素电子层数从上到下逐渐增加，但价电子排布完全相同。主族序数等于价电子总数。除氦元素外稀有气体元素最外层电子排布均为，呈现稳定结构，称为零族元素，也称为第八主族。前五个副族价电子数目对应族序数，而第一第二副族是根据轨道上是有1个或2个电子来划分的，第8,9,10列元素被称为第八族，价电子排布一般为3、 元素的分区：S区元素：包括第一，第二主族，最后一个电子填充在s轨道上，价电子排布为(第一主族）或(第二主族)，属于活泼金属。P区元素：包括第三主

43、族到第七主族及零族，最后一个电子填充在p轨道上，价电子排布为 (第三主族)，(第四主族)，(第五主族)，(第六主族)，(第七主族)，(零族) d区元素：包括第三副族到第七副族，最后一个电子填充在轨道上吧，价电子排布为(钪，钇)，(第四副族)，(第五副族，铌为)，(第六副族，钨为)，(第七副族)，铁为，钴为，镍为，钌为，铑为，钯为，锇为，铱为，铂为(第八族所有元素的价电子数等于列序数，可以为8,9,10)。一般而言，它们的区别主要在次外层的d轨道上，由于d轨道未充满电子（钯除外），他们可以不同程度的参与化学键的形成。 ds区元素：包括第一，第二副族。它们院子次外层为充满电子的d轨道，最外层s层上

44、有12个电子。电子层结构为(第一副族)，(第二副族)。ds区元素族数对应s轨道上电子数。 f区元素：包括镧系元素和婀系元素，最后一个电子填充在f轨道上，价电子排布为 第六节：元素性质的周期性1、 原子半径：原子半径可以分为金属半径，共价半径和Van der Waals半径。金属单质晶体中，两个最近邻金属原子核的一半，称为金属原子的金属半径。同种元素的两个原子以共价单键结合时，其核间距的一半称为该原子的共价单键半径。在分子晶体中，分子间以Van der Waals力结合，两个原子核间距离的一半就是Van der Waals半径。除金属为金属半径(配位数为12)，稀有气体为 Van der Waa

45、ls半径，其余皆为共价半径。2、 原子半径变化规律：同一周期，随着原子序数的增加原子半径逐渐减小，但长周期中部（d区）各元素的原子半径随电荷增加减小减慢。第一，第二副族元素（ds区）原子半径略有增大，此后又逐渐减小。 同一周期中原子半径的大小受两个因素制约：一是随着核电荷数增加，原子核对核外层电子的吸引力增强，使原子半径逐渐减小；二是随着核外电子数的增加，电子间斥力增强，使原子半径变大。因为增加的电子不足以完全屏蔽所增加的核电荷，所以从左到右，有效核电荷数逐渐增大，原子半径减小。 在长周期中从左到右电子逐一填入亚层，对核的屏蔽作用较大，有效核电荷数增加较少，核对外层电子的吸引力增加不多，因此原

46、子半径减少缓慢。而到了长周期后半部，即第一，第二副族元素，由于电子构型，屏蔽效应显著，所以原子半径又略有增大。 镧系，锕系元素中，从左到右，原子半径也是逐渐减小，只是减小幅度更小。这是由于新增加的电子填入亚层上，f电子对外层电子屏蔽效应更大，外层电子感受到的有效核电荷数增加更小，因此原子半径减小缓慢。镧系元素从镧到镥原子半径减小更缓慢的事实称为镧系收缩。镧系收缩的结果使镧系以后的该周期元素原子半径与上一周期对应元素的原子半径非常接近。导致和；和，和等在性质上极为相似，分离困难。同一主族中，从上到下，外层电子构型相同，电子层增加因素占主导地位，所以原子半径逐渐增大 。副族元素原子半径，从第四周期过渡到第五周期是增大的，但第五周期和第六周期同一族中过渡元素的原子半径比较接近。3、 电离能：基态气体原子失去一个电子成为带一个正电荷的气态离子所需要的能量称为第一电离能，用表示。由+1价气态正离子失去电子成为+2价气态正离子所需要的能量叫做第二电离能，用表示。以此类推还有第三电离能，第四电离能等等。随着原子逐步失去电子所形成离子正电荷数越来越多，失去电子变得越来越困难