普通化學(xué)第六版知識點(diǎn)整理
普通化學(xué)知識點(diǎn)整理
第1章 熱化學(xué)與能量
1.幾個基本概念
1)系統(tǒng):作為研究對象的那一部分物質(zhì)和空間
a.開放系統(tǒng):有物質(zhì)和能量交換 b.封閉系統(tǒng):只有能量交換 c.隔離系統(tǒng):無物質(zhì)和能量交換
2)環(huán)境:系統(tǒng)之外,與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)和空間
3)相:系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的、均勻部分——單相(均勻),多相(不均勻)
注意:一個氣態(tài)(固體)一個相;液體,若相溶,一個相,若不相溶,幾種液體,幾個相
同一物質(zhì)不同狀態(tài)就是不同相;碳元素同素異形體不同相
4)狀態(tài):用來描述系統(tǒng);狀態(tài)函數(shù):描述系統(tǒng)狀態(tài)(如pV=nRT)
5)狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì):狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù);當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時,狀態(tài)函數(shù)的變化量只與系統(tǒng)的始、末態(tài)有關(guān),而與變化的實際途徑無關(guān)
6)狀態(tài)函數(shù)的分類:廣度性質(zhì):其量值具有加和性,如體積、質(zhì)量,熱容,焓,熵等
強(qiáng)度性質(zhì):其量值不具有加和性,如溫度、壓力,密度,摩爾體積等
兩個廣度性質(zhì)的物理量的商是一個強(qiáng)度性質(zhì)的物理量
7)過程:系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化 VS 途徑:實現(xiàn)一個過程的具體步驟
8)化學(xué)計量數(shù)
其中nB 稱為B的化學(xué)計量數(shù)(根據(jù)具體的反應(yīng)式子系數(shù)) 反應(yīng)物:nB為負(fù);產(chǎn)物:nB為正
9)反應(yīng)進(jìn)度ξ: 反應(yīng)進(jìn)度只與化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫有關(guān)
2.反應(yīng)熱:化學(xué)反應(yīng)過程中系統(tǒng)放出或吸收的熱量;熱化學(xué)規(guī)定:系統(tǒng)放熱為負(fù),系統(tǒng)吸熱為正
注意:摩爾反應(yīng)熱指當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度為1mol時系統(tǒng)放出或吸收的熱量
3.熱效應(yīng):等容熱效應(yīng)(彈式量熱計);等壓熱效應(yīng)(火焰熱量計)
qV =ΔU qp = ΔU + p(V2–V1)
反應(yīng)熱:(兩種液體時比熱容不同需分開,注意比熱單位) 摩爾反應(yīng)熱:
4.熱化學(xué)方程式:表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式
注意:先寫出反應(yīng)方程,再寫出相應(yīng)反應(yīng)熱,兩者之間用分號或逗號隔開
若不注明T, p, 皆指在T=298.15 K,p=100kPa下
標(biāo)明反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)物、生成物的量和狀態(tài)
5.熱力學(xué)第一定律
封閉系統(tǒng),不做非體積功時,若系統(tǒng)從環(huán)境吸收熱q,從環(huán)境得功w,則系統(tǒng)熱力學(xué)能的增加ΔU(U2–U1)為:
ΔU=q + w(熱力學(xué)能從前稱為熱能)
6.內(nèi)能的特征:狀態(tài)函數(shù)(狀態(tài)確定,其值確定;殊途同歸;周而復(fù)始)、無絕對數(shù)值、廣度性質(zhì)
7.熱:系統(tǒng)吸熱為正,放熱為負(fù) 熱量q不是狀態(tài)函數(shù)
8.功:系統(tǒng)對外功為負(fù),外部對系統(tǒng)作功為正 功w不是狀態(tài)函數(shù)
9.體積功w體的計算
w體=–p外(V2 – V1)=–p外ΔV
10.焓(狀態(tài)函數(shù))(kJ/mol) ΔrHm:反應(yīng)的摩爾焓
H =U + pV qp =H2–H1=ΔH(ΔH<0放熱;ΔH>0吸熱)
注意:qV=ΔU(定容)VS qP=ΔH(定壓) qp – qV = n2(g)RT – n1(g)RT = Δn(g)RT
對于沒有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)或Δn(g)=0的反應(yīng),qV ? qp
對于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng),且Δn(g)10的反應(yīng),qV 1 qp
11.蓋斯定律:
化學(xué)反應(yīng)的恒壓或恒容反應(yīng)熱只與物質(zhì)的始態(tài)或終態(tài)有關(guān)而與變化的途徑無關(guān)
標(biāo)準(zhǔn)壓力p=100kPa
12.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時由指定單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)B時反應(yīng)的焓變稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓,記作
注意:標(biāo)準(zhǔn)態(tài)指定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為0。生成焓的負(fù)值越大,表明該物質(zhì)鍵能越大,對熱越穩(wěn)定
13.標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,反應(yīng)進(jìn)度ξ=1mol的焓變稱為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變: ΔrHm
注意:f表示生成,r表示反應(yīng)
標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變與摩爾焓求法的區(qū)別
14.反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計算:
第2章 化學(xué)反應(yīng)的基本原理與大氣污染控制
1.自發(fā)反應(yīng)(自發(fā)過程):在給定條件下能自動進(jìn)行的反應(yīng)或過程
2.熵(狀態(tài)函數(shù),具有加和性):系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)微觀粒子的混亂度(或無序度)的量度 S=klnΩ
熵增加原理:在隔離系統(tǒng)中發(fā)生的自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)必伴隨著熵的增加,或隔離系統(tǒng)的熵總是趨向于極大值
ΔS隔離 ≥0 自發(fā)過程;平衡狀態(tài)
3. 物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵:單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的規(guī)定熵,以Sm(或簡寫為S)表示,注意單位為J·mol-1·K-1 指定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)熵值是零
4.熵的性質(zhì):(1)對于同一種物質(zhì):Sg > Sl > Ss
(2)同一物質(zhì)在相同的聚集狀態(tài)時,其熵值隨溫度的升高而增大 S高溫>S低溫
(3)對于不同種物質(zhì):S復(fù)雜分子>S簡單分子
(4)對于混合物和純凈物:S混合物>S純物質(zhì)
氣體分子數(shù)增加,熵增大
5.標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵變ΔrSm=VBSm
6.吉布斯等溫方程:Δr Gm=Δr Hm–TΔr Sm
ΔG<0,自發(fā)過程,過程能向正方向進(jìn)行 -ΔG>-w' 即ΔG<w'自發(fā)過程
最小自由能原理 ΔG=0,平衡狀態(tài) 在非體積功w’ -ΔG=-w' 即ΔG=w'平衡狀態(tài)
ΔG>0,非自發(fā)過程,過程能向逆方向進(jìn)行 -ΔG<-w' 即ΔG>w'非自發(fā)狀態(tài)
7.標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變:
一般
可以表示
8.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù):ΔfGm,常用單位為kJ. mol-1 若為單質(zhì)或H+則ΔfGm=0
反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變
其他溫度時:
非標(biāo)準(zhǔn)態(tài):
9.ΔrG =0就是化學(xué)平衡的熱力學(xué)標(biāo)志或稱反應(yīng)限度的判據(jù)
10.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K(與方程式的寫法有關(guān)),K值越大,說明反應(yīng)進(jìn)行得越徹底,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越高
平衡時或
11.多重平衡:——
12.化學(xué)平衡的移動:因條件的改變(濃度、壓力、溫度)使化學(xué)反應(yīng)從原來的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到新的平衡狀態(tài)過程
因為,由此可判斷
13.范特霍夫等壓方程式:某一反應(yīng)在不同溫度 T1 和 T2 時的平衡常數(shù)分別為K1 和K2 ,則
14.化學(xué)反應(yīng)的速率:用單位時間單位體積內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)進(jìn)度 ,單位mol·dm-3·s-1
15.速率方程和反應(yīng)級數(shù)
υ=k{c(A)}a .{c(B)}b(k為速率常數(shù),n=a+b為反應(yīng)級數(shù))
16.(基)元反應(yīng):由反應(yīng)物一步直接生成產(chǎn)物
17.一級反應(yīng)的三個特征:ln{c}對t作圖為一直線;t1/2與反應(yīng)物起始濃度無關(guān);速率常數(shù)k的量綱為(時間)ˉ1
18.阿侖尼烏斯公式
(Ea為活化能,k為速率常數(shù))
19.反應(yīng)的活化能
20.加快反應(yīng)速率(如表)
21.催化劑
第3章 水溶液化學(xué)
1.與溶液中溶質(zhì)的獨(dú)立質(zhì)點(diǎn)數(shù)有關(guān)(溶液的依數(shù)性,也稱稀溶液定律):粒子數(shù)越多,溶液的蒸氣壓(當(dāng)凝聚和蒸發(fā)的速率相等時,蒸氣具有該溫度下的壓力)、凝固點(diǎn)越低;沸點(diǎn)和滲透壓越高
2.氣體 液體 固體 相同溶劑溫度升高,蒸氣壓增大
3.(往溶劑中加入難揮發(fā)的溶質(zhì))蒸氣壓下降:同一溫度下,純?nèi)軇?/strong>蒸氣壓(大)與溶液蒸氣壓(小)之差;溶液濃度越大,溶液的蒸氣壓下降越多
4.質(zhì)量摩爾濃度m:1kg溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量,SI單位mol?kg-1 mB = nB/wA
nB —溶質(zhì)B的物質(zhì)的量,單位為mol,wA—溶劑的質(zhì)量,單位為kg
摩爾分?jǐn)?shù)(或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)):任何一物質(zhì)的量除以溶液中的總物質(zhì)的量,用xn表示
5.在一定溫度下,難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降Δp與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比
Δp = pA·xB=k·mB 其中xB是溶質(zhì)B在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù),k為蒸氣壓下降常數(shù),mB為溶液的質(zhì)量摩爾濃度,pA是純?nèi)軇┑恼羝麎?/strong>
6.溶液的沸點(diǎn)上升:難揮發(fā)物質(zhì)的溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)
△Tbp=Tbp–Tb=kbp?m kbp稱為溶劑的摩爾沸點(diǎn)上升常數(shù),單位為K·kg·mol-1
7.凝固點(diǎn)的降低:△Tfp=Tfp-Tf=kfp·m kfp 稱為溶劑的摩爾凝固點(diǎn)下降常數(shù)
NOTICE: Kfp,kbp只與溶劑種類有關(guān) 同種溶劑:kfp>kbp (即凝固點(diǎn)下降多)
冰水共存溫度0℃;水汽共存點(diǎn)100℃ 水的蒸氣壓小于冰的蒸氣壓
8.滲透現(xiàn)象:被半透膜隔開的兩邊溶液的濃度不等(單位體積內(nèi)溶質(zhì)的分子數(shù)不等),溶劑通過半透膜進(jìn)入溶液或溶劑從稀溶液通過半透膜進(jìn)入濃溶液的現(xiàn)象(單向擴(kuò)散)
滲透壓:阻止?jié)B透進(jìn)行所施加的最小外壓,用П表示,ΠV=nRT或Π=nRT/V=cRT(是溶劑分子滲透的結(jié)果)
等滲溶液:滲透壓與人體內(nèi)的基本相等的溶液
反滲透:若外加在溶液上的壓力大于滲透壓,則會使溶液中的溶劑向純?nèi)軇┓较蛄鲃?,使純?nèi)軇w積增加的過程廣泛用于海水淡化、工業(yè)廢水的處理及溶液的濃縮等
9.解離度:溶液中已解離的電解質(zhì)的分子數(shù)與電解質(zhì)總分子數(shù)之比:
10.1)酸堿電離理論(阿氏水離子論):在水溶液中解離時所生成的正離子全部是H+的化合物是酸;所生成的負(fù)離子全部是OHˉ的化合物是堿
2)酸堿質(zhì)子理論(適用于水溶液,也適用非水溶液):凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸;凡能結(jié)合質(zhì)子的物質(zhì)都是堿
酸 質(zhì)子 + 堿
11.酸堿共軛關(guān)系:酸與對應(yīng)的堿相互依存、相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。酸失去質(zhì)子后形成的堿被稱為該酸的共軛堿;堿結(jié)合質(zhì)子后形成的酸被稱為該堿的共軛酸
12.共軛酸與它的共軛堿一起稱為共軛酸堿對(酸越強(qiáng),其共軛堿越弱)
HAc/Ac-,H3O+/H2O,NH4+/NH3,H3O+/H2O,HCN/CN-,H2O/OH-,HCO3-/CO32-,H2O/OH-
13.兩性物質(zhì):H2O,HCO3ˉ (所有酸式根) 無鹽的概念:NH4Cl (酸堿復(fù)合物)
14.大多數(shù)酸和堿溶液都存在解離平衡,其平衡常數(shù)稱為解離常數(shù)Ka(酸)或Kb(堿)
15.一元弱酸
16.一元弱堿
C(H+)=KW/c(OH-) pH=-lg{c(H+)}
17.水的離子積KW=1.0*10-14
18.同離子效應(yīng):在弱酸的溶液中加入該酸的共軛堿,或在弱堿的溶液中加入該堿的共軛酸,使得弱酸或弱堿的解離度大大下降的現(xiàn)象,如HAc的水溶液中加入NaAc,使得HAc解離平衡向左移動,HAc的解離度降低
19.緩沖溶液:對外加的酸和堿具有緩沖能力的溶液
以HAc和NaAc的混合溶液為例:
NaAc == Na+ + Ac- HAc(aq) = H+(aq) + Ac-(aq)
系統(tǒng)中大量HAc、Acˉ存在,使H+相對較少。當(dāng)溶液中加入少量強(qiáng)酸時,H+與Acˉ結(jié)合生成HAc,使H+的濃度保持基本不變;若往系統(tǒng)中加入少量強(qiáng)堿,則H+與OH-結(jié)合生成H2O,使HAc解離平衡右移, HAc的濃度減少,而H+的濃度仍保持基本不變
組成緩沖溶液的一對共軛酸堿:HAc-Ac-/ NH4+-NH3/H2PO4--HPO42-等
20.緩沖溶液的pH:共軛酸 = 共軛堿 + H+
其中Ka為共軛酸的解離常數(shù),pKa為Ka的負(fù)對數(shù)
緩沖能力主要與以下因素有關(guān):
a)緩沖溶液中共軛酸的pKa值:緩沖溶液的pH在其pKa值附近時,緩沖能力最大
b)緩沖對的濃度:緩沖對的濃度均較大時,緩沖能力較大
c)緩沖對的濃度比: 為1:1或相近(0.1~10)時,緩沖能力較大
21.一般認(rèn)為,當(dāng)緩沖對的濃度比在0.1和10之間才具有緩沖作用
因此,緩沖溶液的pH 和pKa之間有以下關(guān)系:pH = pKa ± 1(pKa可查附錄)
22.難溶鹽的定義:習(xí)慣上將100gH2O中溶解度小于0.01g的物質(zhì)稱作難溶物
多相離子平衡:難溶電解質(zhì)在水溶液中,溶解和結(jié)晶速率相同,存在固體和溶液中離子之間的動態(tài)平衡
難溶(還是會有溶解的,如沉淀)VS不溶
23.溶度積:難溶電解質(zhì)的飽和溶液中,當(dāng)溫度一定時,其離子濃度的乘積為一常數(shù),這個平衡常數(shù)Ks
Ks(AnBm)={ceq(Am+)}n·{ceq(Bn+)}m
同類型的物質(zhì)可以用Ks的大小判斷溶解度,不同類型時不能判斷
24.溶度積規(guī)則
AnBm(s) = nAm+(aq) + mBn-(aq)
Qc為任意狀態(tài)下有關(guān)離子濃度的乘積即濃度商
Qc >Ks 有沉淀析出直至達(dá)飽和 Qc = Ks 溶解達(dá)平衡,飽和溶液 Qc<Ks 無沉淀析出,或沉淀溶解
25. 沉淀溶解的條件:降低溶度積常數(shù)中相關(guān)離子的濃度,使得Qc<Ks
1)利用酸堿反應(yīng)
2)利用氧化還原反應(yīng)
3)利用絡(luò)合(配位)反應(yīng)(AgCl(s) + NH3 → [Ag(NH3)2]+ + Clˉ)
26.同離子效應(yīng):在難溶電解質(zhì)飽和溶液中,加入含有與難溶物組成中相同離子的強(qiáng)電解質(zhì),使難溶電解質(zhì)的溶解度降低的現(xiàn)象
27. 沉淀轉(zhuǎn)化應(yīng)用:CaSO4不溶于酸,難以除去。若用Na2CO3溶液處理,可轉(zhuǎn)化為更難溶但質(zhì)地疏松、易溶于酸的物質(zhì)——CaCO3
第4章 電化學(xué)與金屬腐蝕
1. 原電池:將氧化還原反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置(分別在兩只燒杯中進(jìn)行,用鹽橋{含有瓊膠的飽和氯化鉀溶液}聯(lián)系)
原電池是由兩個半電池組成的;半電池中的反應(yīng)就是半反應(yīng),即電極反應(yīng),因此將半電池又叫電極
電池反應(yīng):Cu2++Zn→Zn2++Cu
正極反應(yīng):Cu2+ +2e- Cu {得電子被還原發(fā)生還原反應(yīng),是氧化劑(即氧化態(tài)),反應(yīng)使化合價降低}
負(fù)極反應(yīng):Zn2+-2e-Zn2+{失電子被氧化發(fā)生氧化反應(yīng),是還原劑(即氧化態(tài)),反應(yīng)使化合價升高}
得電子者氧化劑,發(fā)生還原反應(yīng),化合價升高是被氧化,化合價降低是被還原
原電池:“負(fù)氧正還”VS電解池:“陽氧陰還”
電子通過導(dǎo)線,離子通過鹽橋(正離子流向銅,負(fù)離子流向鋅)
圖示表示:
(-)Zn |Zn2+(c1) || Cu2+(c2)| Cu(+) “|”表示兩相的界面,“||”表示鹽橋,鹽橋兩邊是所處的溶液
電勢:Zn—低, Cu—高
2.常見電極類型
電極類型
電對(舉例)
電極
金屬電極
Zn2+(c) | Zn
Zn2+/Zn
非金屬電極
Cl2/Cl-
Cl- (c) | Cl2(p) | Pt
氧化還原電極
Fe3+/Fe2+
Fe3+ (c1),Fe2+ (c2) | Pt
難溶鹽電極
AgCl/Ag
Cl- (c) | AgCl | Ag
3.法拉第:單位物質(zhì)的量的電子所帶電荷量(F) 1F=96485C/mol
4.電池反應(yīng):原電池放電過程所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),是兩電極上的電極反應(yīng)之和
5.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)電動勢的關(guān)系:ΔrGm =-nFE
電動勢的能斯特方程:
電極電勢的能斯特方程:(n表示轉(zhuǎn)移的電子數(shù))
注意:1)電極反應(yīng)中某物質(zhì)若是氣體,則用相對分壓 p/p(100kPa)表示 2)純液體、純固體不表示在式中
電極電勢:j(氧化態(tài)/還原態(tài))
標(biāo)準(zhǔn)電動勢:E =φ(正極)-φ(負(fù)極) 電動勢:E =φ(正極)-φ(負(fù)極)
注意:1)人為規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)氫電極電勢
2)電勢越大氧化性越強(qiáng),電勢越小還原性越強(qiáng)
3)Zn2++2e- = Zn 與 2Zn2++4e- = 2Zn φ數(shù)值相同
4)Cu2++2e- = Cu與Cu = Cu2++2e φ 數(shù)值相同
6.氧化還原反應(yīng)方向的判斷
E >0 即ΔG <0 反應(yīng)正向自發(fā)
E =0 即ΔG =0 反應(yīng)處于平衡狀態(tài)
E <0 即ΔG >0 反應(yīng)正向非自發(fā)(逆過程可自發(fā))
7.氧化還原反應(yīng)進(jìn)行程度的衡量:氧化還原反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的大小
8.化學(xué)電源
1)一次電池:放電后不能充電或補(bǔ)充化學(xué)物質(zhì)使其復(fù)原的電池
鋅-錳干電池(1.5伏,攜帶方便)/鋅-氧化汞電池(能量高,電壓平穩(wěn),但不環(huán)保)/鋰-鉻酸銀電池(能量高,穩(wěn)定)
2)二次電池:放電后通過充電使其復(fù)原的電池
鉛蓄電池(廉價,實用,太笨重)
3)連續(xù)電池:在放電過程中可以不斷地輸入化學(xué)物質(zhì),通過反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能,連續(xù)產(chǎn)生電流的電池
燃料電池
9.電解:利用外加電能的方法迫使反應(yīng)進(jìn)行的過程,電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能
電解池:陽極氧化,陰極還原
10.電解池中兩極的電解產(chǎn)物
在陽極上進(jìn)行氧化反應(yīng)的首先是析出電勢(考慮超電勢因素后的實際電極電勢)代數(shù)值較小的還原態(tài)物質(zhì);在陰極上進(jìn)行還原反應(yīng)的首先是析出電勢代數(shù)值較大的氧化態(tài)物質(zhì)
陽極析出的物質(zhì):金屬電極, X- , S2-,OH-,含氧酸根(還原態(tài))
M-ne-→Mn+ 2X--2e-→X2 4OH- – 4e-→2H2O+O2
陰極析出的物質(zhì):不活潑金屬正離子(如Cu2+、Zn2+),H+,(活潑金屬離子(如Na+、Mg2+)在水溶液中不放電) (氧化態(tài))
2H++2e-→H2 M2++2e-→M
11.電解的應(yīng)用
1)電鍍:應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程,既可防腐蝕又可起裝飾的作用(電鍍液一般為含鍍層金屬配離子的溶液)
2)陽極氧化:用電解的方法通以陽極電流,使金屬表面形成氧化膜以達(dá)到防腐耐蝕目的的一種工藝
3)電刷鍍:把適當(dāng)?shù)碾婂円核㈠兊绞軗p的機(jī)械零部件上使其回生的技術(shù)
12.腐蝕的分類
A.化學(xué)腐蝕:金屬與周圍介質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕(鋼鐵的高溫氧化脫碳、石油或天然氣輸送管部件的腐蝕等)
B.電化學(xué)腐蝕:金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而引起的金屬腐蝕(鋼鐵在潮濕的環(huán)境中生銹)
1)析氫腐蝕(酸性較強(qiáng)的條件下,產(chǎn)生氫氣)陰極產(chǎn)生氫氣
2)吸氧腐蝕(弱酸性或中性條件下)陰極氧氣被還原
3) 差異充氣腐蝕
13.金屬腐蝕的防止
1)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2)保護(hù)層法
3)緩蝕劑法(無機(jī)緩蝕劑,有機(jī)緩蝕劑,氣相緩蝕劑)
4)陰極保護(hù)法
犧牲陽極保護(hù)法:用較活潑的金屬或其三元合金如(Zn、Al)連接在被保護(hù)的金屬上,被保護(hù)的金屬作為腐蝕電池陰極而達(dá)到不遭腐蝕的目的(腐蝕電池)
外加電流法:將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個電極,被保護(hù)金屬作為電解池陰極,在直流電的作用下陰極受到保護(hù)(電解池)
第5章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
1.波函數(shù):l=h/mv(l為粒子波的波長;v為粒子的速率,m為粒子的質(zhì)量)
2.薛定諤方程:
x=r·sinθcosφ; y=r·sinθsinφ; jz=r·cosθ; q r2=x2 + y2+z2;
3.量子數(shù)
a.主量子數(shù)n(n=1,2,3,4…對應(yīng)電子層K,L,M,N…)
表示核外的電子層數(shù)并確定電子到核的平均距離
確定單電子原子的電子運(yùn)動的能量
n的值越大,離核的平均距離越遠(yuǎn),電子能級就越高
b.角量子數(shù)l(電子亞層)受限于n
l的取值:l = 0,1,2,3,···, (n–1)
l =0,1,2,3 的原子軌道習(xí)慣上分別稱為s、p、d、f 軌道
表示亞層,基本確定原子軌道的形狀
對于多電子原子,與n共同確定原子軌道的能量
c.磁量子數(shù)m
m的取值: m = 0,±1,±2,··· l ,共可取2l + 1個值
確定原子軌道的伸展方向(注:s--1,p--3,d--5,f--7)
d.自旋量子數(shù)ms
對 錯 對
4.電子云:空間某單位體積內(nèi)找到電子的概率分布的圖形,故也稱為概率密度
氫原子基態(tài)波函數(shù)的平方: (表明1s電子出現(xiàn)的概率密度是離核距離r的函數(shù),r ,概率密度
氫原子基態(tài)電子云呈球狀
注意:波函數(shù)角度分布有正、負(fù)之分,電子云角度分布無正、負(fù)之分
電子云的徑向分布(即離核遠(yuǎn)近情況)
當(dāng)主量子數(shù)增大時,離核的距離越來越遠(yuǎn);當(dāng)主量子數(shù)相同時,角量子數(shù)可取不同的值
5.多電子原子軌道的能級
1)主量子數(shù)n相同時,l越大,能量越高 E1s<E2s<E3s
2)角量子數(shù)l相同時,n越大,能量越高 Ens<Enp<End<Enf
3)當(dāng)主量子數(shù)n和角量子數(shù)l都不同時,可以發(fā)生能級交錯的現(xiàn)象 E4s<E3d,E5s<E4d<E6s<E4f<E5d
若n,l都相同的軌道,能量相同,稱為等價軌道.
6.核外電子分布原理與方式
1)泡里不相容原理:在同一個原子中,不允許兩個電子的四個量子數(shù)完全相同,即同一個原子軌道最多只能容納兩個電子,且自旋相反(量子數(shù)為n的電子層內(nèi)允許排布的電子數(shù)最多為2n2個)
2)能量最低原理
3)洪德規(guī)則:當(dāng)電子在n,l相同的數(shù)個等價軌道上分布時,每個電子盡可能占據(jù)磁量子數(shù)不同的軌道且自旋平行
補(bǔ)充:當(dāng)相同能量的軌道為全充滿、半充滿或全空的狀態(tài)時,能量較低,比較穩(wěn)定
7.原子與離子的特征電子構(gòu)型(電子分布式)1-30號元素
8.多電子原子軌道的能量估算
9.元素周期表分區(qū)
10.原子半徑
在同一周期中,從左到右減小;在同一族中,從上到下增加
11.第一電離能:處于基態(tài)的1mol氣態(tài)原子失去一個電子成為氣態(tài)+1價陽離子所需吸收的能量,單位kJ/mol
規(guī)律:原子半徑r大時,電子離核遠(yuǎn),受核的引力小,較易電離,從而電離能較小
金屬活潑性越強(qiáng),電離能越小
同一周期中,自左至右,第一電離能一般增加;同一族中,主族元素自上而下第一電離能依次減小
12.電負(fù)性:元素的原子在分子中吸引電子的能力,反映了元素的金屬性和非金屬性強(qiáng)弱
電負(fù)性是一個相對數(shù)值,在同一周期中,從左到右電負(fù)性增加;在同一族中,自上而下電負(fù)性下降
一般金屬元素(除鉑系外)的電負(fù)性數(shù)值小于2.0,而非金屬元素(除Si外)則大于2.0
13.元素的氧化值
注意:F、O例外
14.化學(xué)鍵:分子中原子之間的長程強(qiáng)相互作用力;化學(xué)鍵可分為離子鍵、金屬鍵和共價鍵三種
1)離子鍵(沒有方向性,沒有飽和性) 電負(fù)性差值大于1.8
活潑金屬,活潑非金屬靠近,通過靜電相互作用結(jié)合成離子型化合物
注意:FeCl3、AlCl3不是典型離子鍵,是向共價鍵過度的化學(xué)鍵
2)金屬鍵:金屬的電離能較小,最外層的價電子容易脫離原子的束縛而形成自由電子,金屬離子緊密堆積,所有自由電子在整個堆積體間自由運(yùn)動而形成(沒有方向性,沒有飽和性;本質(zhì):金屬離子與自由電子之間的庫侖引力)
3)共價鍵(具有方向性和飽和性):兩個原子共用成鍵電子對形成的,成鍵電子對可以由兩個原子共同提供,也可以由一個原子單獨(dú)提供(后者習(xí)慣上稱為配位鍵) 電負(fù)性差值小于1.8
a.價鍵理論:(必須同號重疊)
組成分子的兩個原子必須具有未成對的電子,且它們的自旋反平行(能提供的未成對電子數(shù)就是形成共價鍵的數(shù)目
形成共價鍵的兩個原子軌道的對稱性必須匹配;形成共價鍵的兩個原子軌道獲得最大程度的重疊
b.分類:(p鍵的強(qiáng)度一般不及s鍵)
15.共價鍵參數(shù)
a.鍵長:分子中成鍵原子的兩核間的距離
b.鍵角:分子中相鄰兩鍵間的夾角
c.鍵能E:298.15K,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位物質(zhì)量的氣態(tài)物質(zhì)的共價鍵斷裂生成氣態(tài)原子所需的能量稱為鍵離解能( D),鍵能的數(shù)值為同類鍵各級解離能的均值,但習(xí)慣上取正值
16.分子極性和電偶極矩
分子中正、負(fù)電荷重心重合的分子稱為非極性分子,不能重合的分子則稱為極性分子
電偶極矩(與電負(fù)性差值有關(guān)):μ=q·l (μ的值越大,分子的極性就越大)
17.雜化軌道與分子極性
18.典型分子的空間構(gòu)型
1)HgCl2分子 直線型、兩個sp雜化軌道性質(zhì)完全相同、成鍵軌道夾角為180度
2)BF3分子 平面三角形、三個sp2雜化軌道、成鍵軌道夾角為120度
3)CH4(CCl4、金剛石)分子 正四面體結(jié)構(gòu)、四個sp3雜化軌道、成鍵軌道夾角為109°28’
4)NH3分子 三角錐形、極性分子、成鍵軌道夾角為107度
5)H2O分子 V字形、極性分子、104°40’
19.分子間作用力:范德華力(取向力、誘導(dǎo)力、色散力)、氫鍵、疏水作用等,比化學(xué)鍵要弱得多,范德華力存在于所有分子中
范德華力的特點(diǎn):永遠(yuǎn)存在于分子間的弱相互作用;短程力;沒有方向性、沒有飽和性;以色散力為主
1) 取向力(正負(fù)相吸):分子固有電偶極之間的作用力,存在于極性分子中
2) 誘導(dǎo)力:固有偶極與誘導(dǎo)偶極之間的作用力,存在于極性分子之間或極性分子與非極性分子之間
3) 色散力(最主要):當(dāng)非極性分子相互靠近時,由于電子和原子核的不斷運(yùn)動,正負(fù)電荷中心不能始終保持重合,產(chǎn)生瞬間偶極,瞬間偶極之間的相互作用
色散力存在于所有分子之間,同類型分子距離相等時,相對分子質(zhì)量越大,其色散力越大
非極性分子與非極性分子之間只存在色散力;極性分子之間存在色散力、誘導(dǎo)力、取向力
只有當(dāng)分子的極性很大時(如H20)才以色散力為主
4) 氫鍵:負(fù)性很大的原子X(F、O、N)與H原子成鍵時,由于X吸引電子的能力很強(qiáng),使氫原子帶有較多正電荷,它與另一個電負(fù)性大且半徑又小的原子Y (F、O、N)形成氫鍵(F-H/O-H/N-H)HF、H2O、NH3
20.分子間力和氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響
1)分子間氫鍵使物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)大幅升高,無氫鍵時,同類單質(zhì)和化合物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)隨分子摩爾質(zhì)量的增加而升高
2)物質(zhì)的溶解性:極性溶質(zhì)易溶于極性溶液;非性溶(弱極性)易溶于非極性(弱極性)溶液
I2溶于乙醇、CCl4;離子鍵--極性大
21.晶體(固定形狀、熔點(diǎn)、各向異性)結(jié)構(gòu)
1)離子晶體:點(diǎn)陣點(diǎn)上的物質(zhì)微粒是正、負(fù)離子,粒子之間作用力是離子鍵力
特點(diǎn):熔點(diǎn)高,硬度大,質(zhì)脆,延展性差,融狀態(tài)可導(dǎo)電;離子晶體的熔點(diǎn)、硬度等性質(zhì)主要與晶格能有關(guān)
晶體的晶格能:298.15K,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,由氣態(tài)正、負(fù)離子形成單位物質(zhì)的量的離子晶體所釋放的能量
2)原子晶體:點(diǎn)陣點(diǎn)上的物質(zhì)微粒是原子,微粒之間的作用力是共價鍵
特點(diǎn):一般低配位、硬度高,強(qiáng)度大與熔點(diǎn)高
金剛石,SiC,SiO2(方英石),Si3N4,BN,AlN
3)金屬晶體:點(diǎn)陣點(diǎn)上的物質(zhì)微粒是金屬離子,微粒之間作用力是金屬鍵 書P195表格
特點(diǎn):展延性;導(dǎo)電導(dǎo)熱性;金屬晶體的硬度、強(qiáng)度、熔點(diǎn)等相差很大
金屬鎢熔點(diǎn)最高;汞硬度最低;鉻硬度最高;氦沸點(diǎn)最低;自然界金剛石硬度最高
4)分子晶體:點(diǎn)陣點(diǎn)上的物質(zhì)微粒是分子,微粒之間作用力是分子間力
熔點(diǎn),若有氫鍵則高,無氫鍵看分子量
第6章 無機(jī)化合物
1.單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、硬度
單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和硬度一般具有相同的變化趨勢,即熔點(diǎn)高的單質(zhì)其沸點(diǎn)一般也高,硬度也較大
第2、3周期元素的單質(zhì):從左到右,逐漸升高,第四主族的元素最高,隨后降低
第4、5、6周期元素的單質(zhì):從左到右,逐漸升高,第六副族的元素最高,隨后總趨勢是逐漸降低
2.金屬單質(zhì)活潑性規(guī)律
3.氯化物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)
活潑金屬的氯化物如NaCl、KCl、BaCl2等是離子晶體,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高
非金屬的氯化物如PCl3、CCl4、SiCl4等是分子晶體,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)都很低
位于周期表中部的金屬元素的氯化物如AlCl3、FeCl3、CrCl3、ZnCl2等是過渡型氯化物,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)介于兩者之間
注意:Cl和F、Cl和O組成的不叫氯化物
同一金屬元素的低價態(tài)氯化物的熔點(diǎn)比高價態(tài)要高,如FeCl2<FeCl3
4.離子極化理論
離子極化的結(jié)果,使正、負(fù)離子之間發(fā)生了額外的吸引力,甚至有可能使兩個離子的軌道或電子云產(chǎn)生變形而導(dǎo)致軌道的相互重疊,趨向于生成極性較小的鍵,即離子鍵向共價鍵轉(zhuǎn)變;因而,極性鍵可以看成是離子鍵向共價鍵過渡的一種形式
5.影響離子極化作用的重要因素
離子的電荷:電荷數(shù)越多,極化力越強(qiáng)
離子的半徑:半徑越小,極化力越強(qiáng),如 Mg2+> Ba2+
離子的外層電子構(gòu)型:8電子構(gòu)型(稀有氣體原子結(jié)構(gòu))的離子(如Na+、Mg2+)極化力弱,9~17電子構(gòu)型的離子(如Cr3+、Mn2+、Fe2+、Fe3+)以及18電子構(gòu)型的離子(如Ag+、Zn2+等)極化力較強(qiáng)
6.影響離子變形性大小的重要因素
離子的電荷:隨正電荷的減少或負(fù)電荷的增加,變形性增大 Si4+<Al3+<Mg2+<Na+<F-<O2-
離子的半徑:隨半徑的增大,變形性增大 F-<Cl-<Br-<I-; O2-<S2-
離子的外層電子構(gòu)型:18、9~17等電子構(gòu)型的離子變形性較大,具有稀有氣體外層電子構(gòu)型的離子變形性小 K+<Ag+ ; Ca2+<Hg2+
負(fù)離子的極化力較弱,正離子的變形性較小
Be的極化力極強(qiáng),MgCl2過渡化合物,BeCl2共價化合物
高價態(tài)金屬氯化物比低價態(tài)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)往往要低些,揮發(fā)性也極強(qiáng)
地殼:O,Si,Al,Fe 空氣:N2 土壤:SiO2,Al2O3
7.氧化物
大多數(shù)同價態(tài)的金屬氧化物的熔點(diǎn)都比其氯化物的要高,如MgO>MgCl2
金屬性強(qiáng)的元素的氧化物是離子型化合物,如Na2O、MgO,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)大都較高
大多數(shù)非金屬氧化物是共價化合物,如CO2、N2O5,固態(tài)時是分子晶體,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低;SiO2則是原子晶體,熔點(diǎn)高,硬度大
8.鐵的氧化物
FeO 黑色粉末;Fe2O3 (氧化性高) 棕紅色或黑色粉末、氧化性高、具有兩性;Fe3O4(FeO、Fe2O3) 黑色晶體、有磁性 鐵絲燃燒生成四氧化三鐵
9.酸堿性
從左到右(同周期):酸性增強(qiáng),堿性減弱;自上而下(同族):酸性減弱,堿性增強(qiáng)
高價態(tài)的酸性比低價的態(tài)強(qiáng);低價態(tài)的堿性比高價的態(tài)強(qiáng)
10.氯化物
活潑金屬的氯化物:鉀、鈉、鋇的氯化物在水中解離并水合,但不與水發(fā)生反應(yīng);不太活潑金屬的氯化物:鎂、鋅、鐵等氯化物會不同程度地與水發(fā)生反應(yīng)(水解),酸性增強(qiáng);非金屬氯化物:除CCl4外,高價態(tài)氯化物與水完全反應(yīng)