化学《无机化学》课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 化学基础知识,本章作为化学课程的基,础，包括,5,部分内容。,第一章 化学基础知识 本章,（,1,） 气体,（,2,） 稀溶液的性质,（,3,） 晶体结构基本概念,（,4,） 酸碱理论,（,5,）,化学反应速率,（1） 气体,1. 1,理想气体,1. 1. 1,理想气体的状态方程,符合下面两条假定的气体，叫做,理想气体：,（,1,） 气体分子的自身体积可以,忽略，分子可看成有质量的几何点。,1. 1 理想气体 1. 1. 1,分子与分子之间、分子与,器壁之间的碰撞，可认为是完全,弹性碰撞,无动能损失。,（,2,） 分子间的作用力可以,忽略，,分子与分子之间、分子与,在高温和低压下，实际气体分,子间的距离相当大，气体分子自身,的体积远远小于气体占有的体积。,这时分子间的作用力极弱。,在高温和低压下，实际气体分 这,高温和低压下的实际气体很,接近理想气体。,故理想气体的这种假定是有,实际意义的。,高温和低压下的实际气体很 故理,中学阶段的物理课程和化学课程,中，曾学习过理想气体的经验公式,Boyle,定律,n,，,T,一定时,V,p,1,读做 “正比于”,中学阶段的物理课程和化学课程,Gay - Lussac,定律,n,，,p,一定时,V,T,Avogadro,定律,p,，,T,一定时,V,n,Gay - Lussac 定律,V,T,V,n,V,p,1,综合以上三式，得,p,nT,V,V T V nV p1,以,R,做比例系数，比例式,p,nT,V,V,=,p,nRT,则变成等式,以 R 做比例系数，比例式pnTV ,得,pV,=,nRT,此式即为理想气体状态方程。,V,=,p,nRT,上式中,nT,pV,R,=,由,得 pV = n,则,R,= 8.314 J,mol,1,K,1,若压力,p,的单位为,Pa,体积,V,的单位为,m,3,温度,T,的单位为,K,物质的量,n,的单位为,mol,R,称为摩尔气体常数。,则 R = 8.314 Jmol,看出,pV,乘积的物理学单位为,焦耳,（,J,）,从式,R,=,和,R,= 8.314 J,mol,1,K,1,nT,pV,看出 pV 乘积的物理学单位为焦耳 （J,从物理学单位上看,pV,是一种功。,所以,pV,的单位为,N,m,2,m,3,= N,m,= J,p,Pa N,m,2,V,m,3,从物理学单位上看 pV 是一种功。,R,=,Pa,dm,3,mol,1,K,1,8.314,10,3,nT,pV,R,=,若压力,p,的单位为,Pa,体积,V,的单位为,m,3,温度,T,的单位为,K,物质的量,n,的单位为,mol,d,R =,这个,R,值用于处理压力与浓度,的关系时，十分方便。,R,= 8.314,10,3,Pa,dm,3,mol,1,K,1,这个 R 值用于处理压力与浓度 R =,如用在下面的公式中,式中,c,是以,mol,dm,3,为单位,的浓度。,p,=,c RT,p,=,RT,V,n,如用在下面的公式中 式中 c 是以 mo,1. 1. 2,混合气体的分压定律,由两种或两种以上的气体混合在,一起，组成的体系，称为混合气体。,1. 1. 2 混合气体的分压定律,显然，空气是混合气体，其中,的,O,2,，,N,2,，,CO,2,等，均为空气这,种混合气体的组分气体。,组成混合气体的每种气体，都,称为该混合气体的组分气体。,显然，空气是混合气体，其中 组,第,i,种组分气体的物质的量,用,n,i,表示，混合气体的物质的量,用,n,表示，,显然有,n =,n,i,i,第 i 种组分气体的物质的量显然有 n,第,i,种组分气体的摩尔分数用,x,i,表示，则,例如，由,4 mol N,2,和 1,mol,O,2,组成的混合气体， 则其中,x,i,=,n,i,n,第 i 种组分气体的摩尔分数用,显然有,x,i,=,1,i,x,（,N,2,）,= =,4,5,n,（,N,2,）,n,x,（,O,2,）,= =,1,5,n,（,O,2,）,n,显然有 xi = 1i x（N2）=,当,第,i,种,组分气体单独存在，,且占有总体积时，其具有的压,力,，,称为该组分气体的分压,。,混合气体的体积称为总体积，,用,V,总,表示。,当第 i 种组分气体单独存在，,应有关系式,p,V,=,n,R T,第,i,种,组分气体的分压，用,p,i,表示,i i,总,应有关系式 第 i 种组分气,当第,i,种组分气体单独存在，且,具有总压时，其所占有的体积，称为,该组分气体的分体积。,混合气体所具有的压力，称为总,压，用,p,总,表示。,当第 i 种组分气体单独存在，且,第,i,种组分气体的分体积，用,V,i,表示。,应有关系式,p,V,= n R T,i i,总,第 i 种组分气体的分体积，用,我们通过实验来研究分压与总,压的关系,2 dm,3,2,10,5,Pa,O,2,N,2,+ O,2,+,2 dm,3,N,2,2 dm,3,2,10,5,Pa,p,总,我们通过实验来研究分压与总 2 dm,将,N,2,和,O,2,按上图所示混合。,2 dm,3,2,10,5,Pa,O,2,N,2,+ O,2,+,2 dm,3,N,2,2 dm,3,2,10,5,Pa,p,总,测得混合气体的,p,总,为,4,10,5,Pa,。,将 N2 和 O2 按上图所示混合。,按分压的定义,p,（,O,2,）,= 2,10,5,Pa,p,（,N,2,）,= 2,10,5,Pa,2 dm,3,2,10,5,Pa,O,2,N,2,+ O,2,+,2 dm,3,N,2,2 dm,3,2,10,5,Pa,p,总,按分压的定义 p（O2）= 2 1,可见,p,总,=,p,（,N,2,）,+,p,（,O,2,）,测得混合气体的,p,总,为,4,10,5,Pa,。,p,（,O,2,）,= 2,10,5,Pa,p,（,N,2,）,= 2,10,5,Pa,可见 p总 = p（N2）,1 dm,3,2 dm,3,4 dm,3,8,10,5,Pa 2,10,5,Pa,p,总,再考察一个实验,N,2,O,2,N,2,+,O,2,+,测得混合气体的总压为,3,10,5,Pa,1 dm3 2 dm3,1 dm,3,2 dm,3,4 dm,3,8,10,5,Pa 2,10,5,Pa,p,总,根据分压的定义，由波义耳定律得,N,2,O,2,N,2,+,O,2,+,p,（,O,2,）,= 1,10,5,Pa,p,（,N,2,）,= 2,10,5,Pa,1 dm3 2 dm3,混合气体的总压为,3,10,5,Pa,p,（,N,2,）,= 2,10,5,Pa,p,（,O,2,）,= 1,10,5,Pa,亦有,p,总,=,p,（,N,2,）,+,p,（,O,2,）,混合气体的总压为 3 105 Pa,道尔顿（,Dalton,）,进行了大量,实验，提出了混合气体的分压定律,混合气体的总压等于各组分,气体的分压之和,此即道尔顿分压定律的数学表达式,p,总,=,p,i,i,道尔顿（Dalton） 进行了大量,理想气体混合时，由于分子间无,相互作用，故碰撞器壁产生的压力，,与独立存在时是相同的。即在混合气,体中，组分气体是各自独立的。,这是分压定律的实质。,理想气体混合时，由于分子间无,故有,p,i,= p,总,x,i,同样基于上述原因，各组分,气体的分压,p,i,在混合气体的总,压,p,总,中所占有的比例，应该与,其摩尔分数,x,i,一致。,故有 pi =,即组分气体的分压等于总压与,该组分气体的摩尔分数之积。,p,i,= p,总,x,i,即组分气体的分压等于总压与,例,1. 1,某温度下，将,5,10,5,Pa,的,H,2,2 dm,3,和,4,10,5,Pa,的,N,2,5 dm,3,充,入,10 dm,3,的真空容器中。,求各组分气体的分压及,混合气体的总压。,例 1. 1 某温度下，将,H,2,V,1,= 2 dm,3,，,p,1,= 5,10,5,Pa,，,V,2,= 10 dm,3,，,p,（,H,2,）,=,p,2,解,：,根据分压的定义求组分气体的分压，,= 1,10,5,（,Pa,）,V,2,p,1,V,1,p,（,H,2,）,= =,5,10,5,2,10,= 2,10,5,（,Pa,）,同理,p,（,N,2,）,=,4,10,5,5,10,H2 V1 = 2 dm3 ，,= 1, 10,5,+ 2 10,5,= 3 10,5,（,Pa,）,由道尔顿分压定律,p,总,=,p,（,H,2,）,+,p,（,N,2,）,= 1 105 + 2 105= 3 1,例,1. 2,常压（,1.0 10,5,Pa,）,下,，将,2.0 g H,2,，,11.2 g N,2,和,19.2 g O,2,相混合。,求各组分,气体,的分压。,例 1. 2 常压（1.0 105,解,：,混合气体的总压和组成已,知，可用总压和组成求分压。,n,（,N,2,）,= =,0.4,（,mol,）,28,11.2,n,（,H,2,）,= =,1.0,（,mol,）,2,2.0,n,（,O,2,）,= =,0.6,（,mol,）,32,19.2,解：混合气体的总压和组成已 n（N2）=,n =,n,i,=,2.0 mol,i,n,（,N,2,）,=,0.4 mol,n,（,H,2,）,=,1.0 mol,n,（,O,2,）,=,0.6 mol,n = ni = 2.0 mol i n（,x,（,H,2,）,= = =,0.5,n,n,（,H,2,）,2.0,1.0,x,（,N,2,）,= = =,0.2,n,n,（,N,2,）,2.0,0.4,x,（,O,2,）,= = =,0.3,n,n,（,O,2,）,2.0,0.6,x（H2）= =,p,（,H,2,）,= p,总,x,（,H,2,）,= 0.5,10,5,（,Pa,）,= 1,10,5, 0.5,p（H2）= p总 x（H2）= 0.5 10,= 0.2,10,5,（,Pa,）,= 1,10,5, 0.2,p,（,N,2,）,= p,总,x,（,N,2,）,= 0.2 105 （Pa）= 1 105,= 0.3,10,5,（,Pa,）,= 1,10,5, 0.3,p,（,O,2,）,= p,总,x,（,O,2,）,= 0.3 105 （Pa）= 1 105,1. 2. 1,溶液的浓度,1. 2,稀溶液的性质,物质的量浓度,溶液中所含,溶质,A,的物质的量与溶液的体积之,比，称为溶质,A,的物质的量浓度。,1. 2. 1 溶液的浓度 1. 2,溶质,A,的物质的量浓度用,符号,c,（,A,）表示。,物质的量浓度经常称为体,积摩尔浓度。,溶质 A 的物质的量浓度用 物,当物质的量以,mol,为单位，体,积以,dm,3,为单位时，体积摩尔浓度,的单位为,mol,dm,3,。,体积摩尔,浓度使用方便，唯一,不足就是其数值要随温度变化。,当物质的量以 mol 为单位，体,质量摩尔浓度 溶液中所含,溶质,A,的物质的量与溶剂的质量之,比，称为溶质,A,的质量摩尔浓度，,用符号,m,（,A,）或,b,（,A,）表示。,质量摩尔浓度 溶液中所含,当物质的量以,mol,为单位，,质量以,kg,为单位时，质量摩尔,浓度的单位为,mol,kg,1,。,当物质的量以 mol 为单位，,摩尔分数,显然有,x,（质）,+,x,（剂）,= 1,x,（质）,=,n,（质）,n,（剂）,+,n,（质）,x,（剂）,=,n,（剂）,n,（剂）,+,n,（质）,摩尔分数 显然有 x（质）,对于稀溶液，,n,（质）,n,（剂），,故有,对于稀的水溶液，则有,x,（质）,n,（质）,n,（剂）,x,（质）,n,（质）,n,（水）,对于稀溶液，n（质） n（剂），,对于,1 kg,溶剂水，则有,1 kg,0.018 kg,mol,1,x,（质）,n,（质）,分子和分母同时除以,1 kg,x,（质）,n,（质）,n,（水）,对于 1 kg 溶剂水，则有 1 kg0,1 kg,0.018 kg,mol,1,x,（质）,n,（质）,1,x,（质）,n,（质）,1 kg,0.018 kg,mol,1,1 kg0.018 kgmol1x（质） n（质,分子是,1 kg,溶剂水所对应的溶质,的物质的量，即质量摩尔浓度,m,。,1,x,（质）,n,（质）,1 kg,0.018 kg,mol,1,分子是 1 kg 溶剂水所对应的溶质,1,x,（质）,n,（质）,1 kg,0.018 kg,mol,1,故,x,（质）,m,（质）,55.5 mol,kg,1,这是稀的水溶液中，,x,（质）与质,量摩尔浓度,m,（质）之间的关系。,1 x（质） n（质） 1 kg0.018 kg,对于其他溶剂，分母不是,55.5,，,但仍是一个特定的数值。,x,（质）,m,（质）,55.5 mol,kg,1,对于其他溶剂，分母不是 55.5，x（质）,1. 2. 2,饱和蒸气压,1.,溶剂的饱和蒸气压,在密闭容器中，在纯溶剂的单,位表面上，单位时间里，有,N,0,个,溶剂分子蒸发到上方空间中。,1. 2. 2 饱和蒸气压 1.,上方空间里溶剂分子个数逐渐,增加，密度增加，压力也增加。,上方空间里溶剂分子个数逐渐,随着上方空间里溶剂分子个数,的增加，分子凝聚回到液态的机会,增加。,随着上方空间里溶剂分子个数,凝聚回到液态的分子个数,也在增加。,凝聚回到液态的分子个数,当密度达到一定数值时，凝聚,回来的分子的个数也达到,N,0,个。,当密度达到一定数值时，凝聚,这时起，上方空间里溶剂分,子的个数不再改变，蒸气的密度,也不再改变，保持恒定。,这时起，上方空间里溶剂分,这个压力称为该温度下溶剂,的饱和蒸气压，用,p,0,表示。,此时，蒸气的压力也不再改,变。,这个压力称为该温度下溶剂 此时,2.,溶液的饱和蒸气压,当溶液中溶有难挥发的溶质,时，则有部分液体表面被这种溶,质分子所占据。,2. 溶液的饱和蒸气压 当,溶剂的表面,溶液的表面,难挥发溶质的分子,溶剂分子,溶剂的表面 溶液的表面 难挥发溶质的分子溶剂分子,于是，溶液中，在单位表面,上单位时间内蒸发的溶剂分子的,数目,N,要小于纯溶剂的,N,0,。,当凝聚的分子数目达到,N,（,N,N,0,）时，实现平衡，蒸气,的密度及压力不会改变。,于是，溶液中，在单位表面 当凝,这种平衡状态下的饱和蒸气,压为,p,，则有,p, 373 K,，,溶液的饱和蒸气压才达到,1.013, 10,5,Pa,，,溶液才沸腾。见图中,A,点。,（,）,1.013, 10,5,A,373,/Pa,/K,l,1,p,T,l,1,水,线,l,2,水溶液线,l,2,AT1 只有当温度升到 T1 时 ,即,T,1,是溶液的沸点，比纯水,的沸点,373 K,高 。,A,T,1,1.013, 10,5,A,373,/Pa,/K,l,1,p,T,l,1,水,线,l,2,水溶液线,l,2,即 T1 是溶液的沸点，比纯水AT11.,可见，由于溶液的饱和蒸气压,的降低，导致溶液沸点升高。,即水溶液的沸点高于纯水。,可见，由于溶液的饱和蒸气压 即,2.,沸点升高计算公式,用,T,b,表示沸点升高值，,T,b,=,T,b,T,0,，,b,2. 沸点升高计算公式 用,T,b,直接受,p,影响，,T,b,p,T,b,=,T,b,T,0,，,b,式中,T,0,，,纯溶剂的沸点，,T,b,溶液的沸点。,b, Tb 直接受 p 影响，,比例系数用,k,b,表示，则有,T,b,=,k,b,m,而,p,= k,m,，,故,T,b,m,T,b,p,比例系数用 kb 表示，则有,T,b,=,k,b,m,最常见的溶剂是,H,2,O,，,其,k,b,= 0.513,k,b,称为沸点升高常数。,不同的溶剂,k,b,值不同。,Tb = kbm,结论是溶液的沸点升高值,与其质量摩尔浓度成正比。,k,b,的单位 ？,T,b,=,k,b,m,结论是溶液的沸点升高值 kb,k,b,= ,T,b,m,T,b,=,k,b,m,k,b,的单位为,K,kg,mol,1,K,mol,kg,1,kb = ,例,1. 3,100,g,水中溶,有,5.0 g,葡萄糖,（,C,6,H,12,O,6,），试求所得水,溶液的沸点比纯水的升高多少？,已知水的,k,b,= 0.513 K,kg,mol,1,。,例 1. 3 100 g 水中溶有 5,解：由葡萄糖的化学式,C,6,H,12,O,6,可得，其摩尔质量为,180 g,mol,1,。,用,m,表示葡萄糖溶液的质量摩尔,浓度，则有,5.0 g 葡萄糖溶于 100 g 水,中，,解：由葡萄糖的化学式 C6H12O6,5.0 g 葡萄糖溶于 100 g 水,中,m,=,1000 g,k,g,1,100 g,180 g,mol,1,5.0 g,5.0 g 葡萄糖溶于 100 g 水中m = 1,将质量摩尔浓度,m,代入沸点,升高公式,T,b,=,k,b,m,中，得,T,b,= 0.513 K,kg,mol,1,1000 g,k,g,1,100 g,180 g,mol,1,5.0 g,求得,T,b,= 0.14 K,将质量摩尔浓度 m 代入沸点Tb =,计算公式成立的条件是,：,不挥发的非电解质的稀溶液,。,计算公式成立的条件是：不挥发的,（,1）,溶质有挥发性的溶液,由,后续课程讲授,（1） 溶质有挥发性的溶液由后续课程讲授,（,2） 浓溶液,公式的推出，曾用到稀溶液的,条件，即,n,（质）,n,（剂）,。,因此,浓溶液虽然有,沸点,升高现,象，但定量关系不准确，不能用公,式计算。,（2） 浓溶液 因此浓,（,3） 电解质溶液,定量关系不确切，,不能用公式计算。,（3） 电解质溶液 定量关,溶质不发生,解,离，是质量,摩尔浓度,m,与溶液表面不挥,发的质点数之间存在准确定量,关系的重要前提。,溶质不发生解离，是质量,例如,NaCl,，解离成为,Na,+,和,Cl,。,m,= 1,mol,kg,1,时，质点浓,度似乎是,2,mol,kg,1,。,例如 NaCl，解离成为 Na+,而由于,Na,+,和,Cl,之间的,相互吸引，又使得,发挥作用的质,点浓度,不足 2,mol,kg,1,。,故对于,电解质溶液,，,定量关,系不确切，不能用公式计算。,而由于 Na+ 和 Cl 之间的,Al,2,SO,4,3,体系就更加复杂。,（ ）,但是,0.1,mol,kg,1,的,Al,2,SO,4,3,总比,0.1,mol,kg,1,的,NaCl,产生的粒子多。,（ ）,Al2 SO4 3 体系就更加复杂。,所以对于,电解质溶液,，仍有,蒸气压降低、沸点升高等性质。,但是只可以定性地讨论和推,理，而一般不用公式进行定量计,算。,所以对于电解质溶液，仍有 但是,1. 3,晶,体结构基本概念,生活中常见的金属器材，实,验室中的固体试剂，自然界的砂,子、岩石等，绝大多数是由晶体,构成的。,1. 3 晶体结构基本概念 生,构成晶体的粒子，包括原,子、离子或分子在晶体内部呈,周期性有规律排列。,构成晶体的粒子，包括原,讨论晶体结构，研究晶体内,部粒子的规律性排列，势必要接,触晶体的对称性。,因此简单认识和了解有关对,称性的基础知识是完全必要的。,1. 3. 1,对称性,讨论晶体结构，研究晶体内 因此,下面将有限几何图形中常见,的对称性作一简单介绍，尽管这,种对称性与无限的晶体的对称性,还有很多不同。,下面将有限几何图形中常见,1.,旋转和对称轴,正方形,绕着经过,其对角线交点且垂直,于正方形所在平面的,直线旋转,1. 旋转和对称轴,每旋转,90,图形复原一次。,每旋转 90图形复原一次。,绕轴旋转是一种对称操作，,称为旋转。,旋转操作所凭借的直线是一,种对称元素，称为对称轴。,绕轴旋转是一种对称操作， 旋转,我们说这条直线是正方形的,4,重,对称轴，或,4,重轴。,每旋转 图形复原一次，或,旋转,360,图形将复原,4,次。,360,4,我们说这条直线是正方形的 4 重,我们说该对称轴是图形的,n,重,对称轴，或,n,重轴。,若图形绕对称轴旋转，每旋转,图形复原一次，或旋转,360,图形将复原,n,次,360,n,我们说该对称轴是图形的 n 重,思考题,正方形的,4,重轴有几条？,有没有,2,重轴？,有几种,2,重轴？,每种各有几条？,思考题,2.,反映和对称面,正六面体中,通过一组（,4,条）,互相平行的棱的,中点的平面,2. 反映和对称面,正六面体的所有点凭借这个平面,进行平面镜成像操作后，图形复原。,正六面体的所有点凭借这个平面,平面镜成像这种对称操作称,为反映。,反映操作所凭借的平面是一,种对称元素，称为对称面。,平面镜成像这种对称操作称 反映,思考题,正六面体中有,几个这样的对称面？,有几个？,其他种类的对,称面还有吗？,思考题 有几个？,3.,反演和对称中心,矩形的对角线交点为,O,o,3. 反演和对称中心,矩形的所有点沿着其与,O,点的,连线及其延长线按等距离移到,O,点,的另一方后，图形复原。,o,矩形的所有点沿着其与 O 点的o,上述对称操作称为反演，反演操,作所凭借的,O,点是一种对称元素，称,为对称中心。,o,上述对称操作称为反演，反演操o,思考题,下列几何图形哪些有对称中心？,平行四边形 正三角形 五角星形,正三棱柱,正八面体,正四面体,思考题 平行四边形,找出正六面体的所有对称,元素，并与正八面体相比较。,一个几何图形只能有一个,对称中心吗？,思考题,找出正六面体的所有对称 一个几,晶体是由原子、分子或离子在,空间按一定规律周期性重复排列构,成的固体物质。,1. 3.,2,晶体和点阵,晶体是由原子、分子或离子在 1.,我们先研究二维晶体,几种简单的周期性重复排列方式,我们先研究二维晶体 几,“,重复出现”的最小单位为,一 一 两个粒子,“重复出现”的最小单位为一 一,“,重复出现 ”是,指，若任意一个最小,单位沿着某一方向平,移一定距离出现另一,个最小单位，则沿着,此方向每平移该距离必须出现一个最小,单位。,“ 重复出现 ”是,晶体中这种重复出现的最小单位，称为晶体的结构基元。,不同种类的粒子必须全部包含,在结构基元中。,晶体中这种重复出现的最小单位，称为晶体的结构,每个结构基元用一个几何点表示,则得到空间中有序排列的一组点,例如用 位置上的几何点表示,每个结构基元用一个几何点表示 则得到空间中有序排列的一,也得到空间有序排列的一组点,也可以用 位置上的几何点表示,也得到空间有序排列的一组点也可以用 位置上的几,不论选取哪个点作为基元的代,表，得到的一组点都是相同的。,不论选取哪个点作为基元的代,关键是选取的那些点在基元中,的位置必须一致。,关键是选取的那些点在基元中,将结构基元抽象成一个几何点，所,得到的空间的一组点，可以很好地体现,晶体的排列规律。,将这一组点，称为晶体的点阵。,将点阵的每一个点称为点阵点。,将结构基元抽象成一个几何点，所,左图是晶体,右图是晶体的点阵,左图是晶体 右图是晶体的点阵,在晶体点阵的每个点阵点上,按同一种方式安置结构基元，则,得到晶体。,晶体 点阵,+,结构基元,在晶体点阵的每个点阵点上 晶体,结构基元为,一 一,两个粒子,晶体的点阵,结构基元为一 一 晶体的点阵,粒子的种类相同，且每个粒子均处,于由,3,个粒子构成的正三角形的中心。,粒子的种类相同，且每个粒子均处,但是一类粒子处于一个顶角向上的,三角形的中心,这种粒子相当于右图中的红色粒子,但是一类粒子处于一个顶角向上的,还有一类粒子处于一个顶角向下的,三角形的中心,这种粒子相当于右图中的黑色粒子,还有一类粒子处于一个顶角向下的,我们称这两种粒子的,化学环境不一致。,我们称这两种粒子的,结构基元为,晶体的点阵,两个粒子,种类相同、但化学环境不同的粒,子必须全部包含在结构基元中。,结构基元为 晶体的点阵两个粒子,两种不同的晶体 可能具有同一点阵,点阵更具有代表性,两种不同的晶体 可能具有同一点阵 点阵更,结构基元为,一 一 两个粒子,结构基元为一 一 两个粒子,晶体,点阵,晶体 点阵,结构基元为,一 一 两个粒子,结构基元为一 一 两个粒子,晶体,点阵,晶体 点阵,结构基元为,一 一 两个粒子,晶体,点阵,结构基元为一 一 两个粒子 晶,这是完全不同的两种晶体,它们具有完全相同的点阵,这是完全不同的两种晶体 它们具有完全相同的点阵,可见用点阵去研究晶体粒子的排列,规律和晶体的对称性更具有代表性。,可见用点阵去研究晶体粒子的排列,在点阵中可以找到,8,个顶点均,为点阵点的平行六面体。,下面的讨论围绕如何认清点阵,中点阵点的排列规律展开。,在点阵中可以找到 8 个顶点均,这种平行六面体称为空间点阵的点阵单位,这种平行六面体称为空间点阵的点阵单位,点阵单位并不是唯一的，图中的,B,，,C,和,D,均属于这样的平行六面体,点阵单位并不是唯一的，图中的,A,只在顶点处有点阵点，因而,A,只,含有,1,个点阵点。,A 只在顶点处有点阵点，因而 A 只,只含有,1,个点阵点的平行六面体,点阵单位称为点阵的素单位。,只含有 1 个点阵点的平行六面体,B,含有 个点阵点。,C,含有 个点阵点。,两,两,D,含有 个点阵点。,4,B 含有 个点阵点。 C 含有,含有,1,个以上点阵点的平行六面,体点阵单位称为点阵的复单位。,含有 1 个以上点阵点的平行六面,晶体,点阵,晶体 点阵,晶体,点阵的复单位,晶体 点阵的复单位,晶体,点阵的复单位,晶体 点阵的复单位,将一种素单位上下、左右、前,后无限多地并置起来形成空间格子,或晶格。,素单位不止一种，所以晶格的,形式也有多种。,但一种晶体的点阵是唯一的。,将一种素单位上下、左右、前 素,晶格和点阵都可以很好地,表示晶体的空间结构规律：,点阵以点表示这种规律，,而晶格是以直线网格表示,这种规律。,晶格和点阵都可以很好地 点阵以,根据晶体的结构特点，即晶,体所具有的特征对称元素，晶体,可以分成,7,种不同的晶系。,1. 3.,3,晶系和点阵型式,1.,七个晶系,根据晶体的结构特点，即晶 1. 3. 3,例如将具有,4,条,3,重对称轴的,归为一类，称为立方晶系。,这,4,条,3,重轴就是立方晶系的,特征对称元素。,例如将具有 4 条 3 重对称轴的,1,立方晶系,4,条,3,重对称轴,晶系名称 特征对称元素,3,四方晶系,1,条,4,重对称轴或,2,个互相垂直对称面,2,六方晶系,1,条,6,重对称轴,1 立方晶系 4 条 3 重对称轴,4,三方晶系,1,条,3,重对称轴,晶系名称 特征对称元素,6,单斜晶系,1,条,2,重轴或,1,个对称面,7,三斜晶系 无,5,正交晶系,3,条互相垂直,2,重轴,4 三方晶系 1 条 3 重对称轴,整个空间点阵可以看成是由平行,六面体点阵单位并置而成的。,空间点阵的结构可以由点阵单位,表示出来。,2. 14,种空间,点阵型式,整个空间点阵可以看成是由平行,但是同一个空间点阵可以有多种,点阵单位。,晶体学理论证明能够全面且直观,地表示出整个空间点阵特性的最小平,行六面体点阵单位只有,14,种类型。,但是同一个空间点阵可以有多种,体心立方,面心立方,简单立方,这就是,14,种点阵型式,体心立方面心立方简单立方 这就是 14 种点阵型,简单四方,体心四方,简单四方 体心四方,简单,正交,体心,正交,面心,正交,底心,正交,简单体心面心底心,简单,三斜,简单,单斜,底心,单斜,简单简单底心,简单六方,菱面体,简单六方菱面体,有时也将这,14,种平行六面体,的每一种，称为相对应的点阵型式,的一个晶格。,实际晶体是形形色色的，但就,其点阵型式而言，只有,14,种。,有时也将这 14 种平行六面体,这就是从空间点阵以及点阵型式,入手研究晶体的意义之所在。,这,14,种晶格与,7,种晶系之间的,关系，还有些复杂细节，有待后续的,结构化学课程进一步探讨。,这就是从空间点阵以及点阵型式,描述晶格的特征要用平行,六面体的,3,个棱长,a,，,b,，,c,及,其之间的夹角,，,，,。,a,，,b,，,c,；,，,，,称为,晶格常数。,描述晶格的特征要用平行 a,其中,a,和,b,的夹角为,，,a,和,c,的,夹角为,，,b,和,c,的夹角为,。,c,b,a,其中 a 和 b 的夹角为 ，a 和 c,各晶系晶格常数的特征、独,立的晶格常数见下表所示。,这,6,个晶格常数并非都是独,立的。,各晶系晶格常数的特征、独 这,2,四方晶系,a,=,b,c,a,，,c,=,=,=,90,3,正交晶系,a,b,c,a,，,b,，,c,=,=,=,90,晶系名称 晶格常数特征 独立晶格常数,1,立方晶系,a,=,b,=,c,a,=,=,= 90,2 四方晶系 a = b c,4,六方晶系,a,=,b,c a,，,c,=,= 90,=120,5,三方晶系,a,=,b,=,c a,，,=,=,90,晶系名称 晶格常数特征 独立晶格常数,6,单斜晶系,a,b,c a,，,b,，,c,，,=,= 90,90,7,三斜晶系,a,b,c a,，,b,，,c,90,，,，,4 六方晶系 a = b c,上面讨论的点阵单位是晶体所属,点阵的代表。,在点阵单位的每个点阵点上以相,同的方式安置晶体的结构基元，即可,得到实际晶体的代表,晶胞。,6. 1.,3,晶胞,上面讨论的点阵单位是晶体所属,晶胞平行六面体的,3,个棱长,a,，,b,，,c,及其之间的夹角,，,，,称为晶胞常数,。,晶胞常数与前面讲的晶格常,数基本一致。,晶胞平行六面体的 3 个棱长,一个晶格,NaCl,晶胞,安置,NaCl,结构基元,一个晶格NaCl 晶胞 安置 NaCl 结,一个晶格,CsCl,晶胞,安置,CsCl,结构基元,一个晶格CsCl 晶胞安置 CsCl 结构基元,一个晶格,ZnS,晶胞,安置,ZnS,结构基元,一个晶格ZnS 晶胞安置 ZnS 结构基元,数量巨大的点阵单位无隙并置,起来，得到点阵。,而数量巨大的晶胞无隙并置起,来，则得到晶体。,数量巨大的点阵单位无隙并置 而,面心立方,NaCl,的点阵类型为,面心立方 NaCl 的点阵类型为,如图是,CsCl,的一个 晶胞,如图是 CsCl 的一个 晶胞,CsCl,的点阵类型为简单立方。,简单立方也称为立方素格。,CsCl 的点阵类型为简单立方。 简单立方也,如图是,ZnS,的一个 晶胞,如图是 ZnS 的一个 晶胞,ZnS,的点阵类型为面心立方,ZnS 的点阵类型为面心立方,晶胞或晶体的空间结构特点要,通过其空间点阵加以讨论。,晶胞或晶体的空间结构特点要,判断晶胞类型要观察点阵中点,阵点的分布情况。,如果面对一晶体进行判断，则,要找到结构基元，将晶体抽象成点,阵，再选出合理的点阵单位，进行,判断。,判断晶胞类型要观察点阵中点 如,确定结构基元，很重要，很难。,不难。,很难。,确定结构基元，很重要，很难。 不难。 很难。,化学无机化学课件,确定结构基元，确定晶胞是实际,工作中极其复杂的一步。,确定结构基元，确定晶胞是实际,使用单晶衍射仪测定结构，要合成,出大单晶,40,m,左右。,现在可以使用高级的射线单晶衍,射仪测定并绘制出结构基元和晶胞。,使用单晶衍射仪测定结构，要合成,1. 4,酸碱理论,酸 使石蕊变红，有酸味,碱 使石蕊变蓝，有涩味,最初阶段，人们从一些简单性质,上认识酸碱,当酸碱相混合时，性质消失,1. 4 酸碱理论 酸,后来人们从组成上认识酸碱,当氧元素发现后认为酸中一定,含有氧元素；,盐酸等无氧酸的发现，又使人,们认识到酸中一定含有氢元素。,后来人们从组成上认识酸碱 当,稀溶液依数性实验的结果表,明，在,1 dm,3,0.1 mol,dm,3,的蔗,糖溶液中，能独立发挥作用的溶,质的粒子是,0.1 mol,。,1. 4. 1,阿仑尼乌斯理论,稀溶液依数性实验的结果表 1. 4. 1,但是对于电解质溶液，情况则有,所不同。,以,KCl,溶液为例，在,1 dm,3,浓,度为,0.1 mol,dm,3,的溶液中，发挥,作用的粒子并不是,0.1 mol,，,也不是,0.2 mol ，而是,0,.192 mol,。,但是对于电解质溶液，情况则有,随,KCl,浓度的不同，这种倍数,关系呈现出规律性的变化,即发挥作用的粒子数是,0.1 mol,的,1.92,倍。,0.10 0.05 0.01 0.005 0.001,倍数,1.92 1.94 1.97 1.98,1.99, KCl ,mol,dm,3,随 KCl 浓度的不同，这种倍数,数据既说明,KCl,在水溶液中发生,解离,，又说明这种解离是不完全的。,理由是倍数小于,2,。,0.10 0.05 0.01 0.005 0.001,倍数,1.92 1.94 1.97 1.98,1.99, KCl ,mol,dm,3,数据既说明 KCl 在水溶液中发生,KCl,水溶液的导电性，说明解,离的产物是离子。解离的方式是,以上是,1887,年阿仑尼乌斯提出,电离学说时的观点。,KCl K,+,+ Cl,KCl 水溶液的导电性，说明解,阿仑尼乌斯的电离学说，使人们对,酸碱的认识发生了一个质的飞跃。,电离学说明确地给出了酸碱的定义：,酸 解离产生,的正离子全部是,H,+,碱 解离产生,的负离子全部是,OH,阿仑尼乌斯的电离学说，使人们对,电离学说进一步从平衡角度,找到了比较酸碱强弱的标准，即,解离平衡常数。,HAc H,+,+ Ac,K,a,= 1.8,10,5,HF,H,+,+ F,K,a,= 6.3,10,4,数据表明,HF,的酸性比,HAc,的强些。,电离学说进一步从平衡角度 HAc,阿仑尼乌斯理论在水溶液中,是成功的。但其在非水体系中的,适用性，却受到了挑战。,阿仑尼乌斯理论在水溶液中,试比较下列反应,NaNH,2,+ NH,4,Cl = NaCl + 2 NH,3,（,4,）,NaOH + H,3,O Cl = NaCl + 2 H,2,O,（,3,）,（ ）,2 H,2,O,OH,+ H,3,O,+,（,1,）,2 NH,3,NH,2,+ NH,4,+,（,2,）,试比较下列反应 NaNH2 + N,反应（,1,）是水为溶剂时，,溶剂自身的解离反应。,H,3,O,+,是酸的特征离子，,OH,是碱的特征离子。,2 H,2,O,OH,+ H,3,O,+,（,1,）,2 NH,3,NH,2,+ NH,4,+,（,2,）,反应（1）是水为溶剂时， H,反应（,2,）是液氨为溶剂时，,溶剂自身的解离反应。,NH,4,+,相当于酸的特征离子,NH,2,相当于碱的特征离子,2 H,2,O,OH,+ H,3,O,+,（,1,）,2 NH,3,NH,2,+ NH,4,+,（,2,）,反应（2）是液氨为溶剂时，,反应（,3,）是水为溶剂时的,中和反应；,NaNH,2,+ NH,4,Cl = NaCl + 2 NH,3,（,4,）,NaOH + H,3,O Cl = NaCl + 2 H,2,O,（,3,）,（ ）,反应（,4,）是液氨为溶剂时,的中和反应。,反应（3）是水为溶剂时的NaNH2 +,液氨中进行的上述两种反应，与水,溶液中的同类反应完全一致。,但阿仑尼乌斯理论无法讨论之，因,为根本找不到符合定义的酸和碱。,NaNH,2,+ NH,4,Cl = NaCl + 2 NH,3,（,4,）,2 NH,3,NH,2,+ NH,4,+,（,2,）,液氨中进行的上述两种反应，与水,在,20,世纪的初期，出现了,一些新的酸碱理论。,1. 4. 2,布朗斯特酸碱理论,br,nsted,酸碱理论即酸碱,质子理论。,在 20 世纪的初期，出现了 1.,1.,酸碱定义,在反应中给出质子的物质叫做酸,在反应中接受质子的物质叫做碱,在酸碱质子理论中，酸和减均可,以是分子、正离子和负离子。,1. 酸碱定义 在反应中给出质子的,负离子,HCO,3,SO,4,2,