目录

  • 1 绪论
    • 1.1 我们需要化学
    • 1.2 谭天伟院士:如何让化工更“美丽”?
    • 1.3 美丽化学
    • 1.4 化学的简历
  • 2 化学基础知识
    • 2.1 气体
      • 2.1.1 理想气体方程
      • 2.1.2 实际气体的状态方程
      • 2.1.3 混合气体的分压定律
    • 2.2 液体和溶液
      • 2.2.1 溶液浓度的表示方法
      • 2.2.2 溶液的饱和蒸汽压
      • 2.2.3 稀溶液的依数性
        • 2.2.3.1 溶液沸点的升高
        • 2.2.3.2 溶液的凝固点降低
        • 2.2.3.3 渗透压
  • 3 化学热力学基础
    • 3.1 化学热力学的研究对象
    • 3.2 新建课程目录
    • 3.3 基本概念
      • 3.3.1 热与功
      • 3.3.2 反应进度
      • 3.3.3 热力学标准态
    • 3.4 化学热力学的四个重要状态函数
      • 3.4.1 热力学能(内能)和焓
      • 3.4.2 盖斯定律及其应用
      • 3.4.3 熵
      • 3.4.4 自由能
  • 4 化学平衡
    • 4.1 化学平衡态
    • 4.2 平衡常数
    • 4.3 浓度对化学平衡的影响
    • 4.4 压力对化学平衡的影响
    • 4.5 温度对化学平衡的影响
  • 5 化学反应速率
    • 5.1 化学反应速率的定义
    • 5.2 浓度对化学反应速率的影响
    • 5.3 温度对反应速度的影响及阿伦尼乌斯方程
    • 5.4 反应机理
    • 5.5 反应速率理论简介
    • 5.6 催化剂对反应速率的影响
  • 6 酸碱解离平衡
    • 6.1 弱酸和弱碱的解离平衡
      • 6.1.1 一元弱酸、弱碱的解离平衡
      • 6.1.2 水的解离平衡和溶液的PH
      • 6.1.3 多元弱酸的解离平衡
      • 6.1.4 缓冲溶液
    • 6.2 盐的水解
      • 6.2.1 水解平衡常数
      • 6.2.2 水解度和水解平衡的计算
    • 6.3 电解质溶液理论和酸碱理论的发展
      • 6.3.1 强电解质溶液理论
      • 6.3.2 酸碱质子理论
      • 6.3.3 酸碱溶剂体系理论
      • 6.3.4 酸碱电子理论
  • 7 沉淀溶解平衡
    • 7.1 溶度积常数
    • 7.2 沉淀生成的计算与应用
      • 7.2.1 难溶硫化物沉淀与溶解
      • 7.2.2 金属氢氧化物沉淀的生成-溶解与分离
    • 7.3 沉淀的溶解和转化
    • 7.4 典型例题
  • 8 原子结构和元素周期律
    • 8.1 近代原子结构理论的确立
    • 8.2 相对原子质量
    • 8.3 原子结构的波尔行星模型
      • 8.3.1 氢原子光谱
      • 8.3.2 波尔理论
    • 8.4 氢原子结构(核外电子运动)的量子力学模型
      • 8.4.1 微观粒子运动的基本特征(波粒二象性、德布罗意关系式、海森堡不确定原理)
      • 8.4.2 薛定谔方程
      • 8.4.3 氢原子的量子力学模型
        • 8.4.3.1 主量子数
        • 8.4.3.2 角量子数
        • 8.4.3.3 磁量子数
        • 8.4.3.4 量子故事会
        • 8.4.3.5 量子骗局
        • 8.4.3.6 粒子世界
      • 8.4.4 核外电子运动的图形描述
        • 8.4.4.1 电子云图
        • 8.4.4.2 径向分布图
        • 8.4.4.3 角度分布图
    • 8.5 基态原子电子组态(电子排布)
      • 8.5.1 多电子体系中的能量
      • 8.5.2 屏蔽效应
      • 8.5.3 钻穿效应
      • 8.5.4 多电子原子的能级
      • 8.5.5 核外电子的排布三原则
    • 8.6 元素周期表
      • 8.6.1 元素的周期表
      • 8.6.2 元素的族和分区
      • 8.6.3 知识拓展
    • 8.7 元素基本性质的周期性
      • 8.7.1 原子半径
      • 8.7.2 电离能
      • 8.7.3 电子亲和能
      • 8.7.4 电负性
    • 8.8 拓展阅读
      • 8.8.1 元素周期表150周年了,你了解元素的宇宙起源吗?
      • 8.8.2 一幅图读懂量子力学(数学的判决)
  • 9 分子结构和共价键理论
    • 9.1 路易斯理论
    • 9.2 价键理论
      • 9.2.1 共价键的本质
      • 9.2.2 价键理论要点
      • 9.2.3 共价键的饱和性和方向性
      • 9.2.4 共价键的类型
    • 9.3 杂化轨道理论
      • 9.3.1 杂化轨道的概念
      • 9.3.2 杂化轨道的类型
      • 9.3.3 等性和不等性杂化
      • 9.3.4 离域键
    • 9.4 价层电子互斥模型
    • 9.5 共轭大π键
    • 9.6 分子轨道理论
      • 9.6.1 分子轨道理论的要点
      • 9.6.2 分子轨道线性组合的三原则
      • 9.6.3 分子轨道的能级图
    • 9.7 共价分子的性质
    • 9.8 分子间作用力
      • 9.8.1 范德华力
      • 9.8.2 氢键
    • 9.9 习题
  • 10 晶体结构
    • 10.1 晶体的特征
    • 10.2 晶体的基本类型及其结构
    • 10.3 离子的极化
  • 11 氧化还原反应
    • 11.1 氧化还原反应
    • 11.2 原电池
      • 11.2.1 原电池
      • 11.2.2 电极电势和电动势
      • 11.2.3 能斯特方程
      • 11.2.4 能斯特方程的应用
        • 11.2.4.1 酸度对电极电势的影响
        • 11.2.4.2 沉淀生成对电极电势的影响
    • 11.3 图解法讨论电极电势
      • 11.3.1 元素电势图
      • 11.3.2 自由能 — 氧化数图
    • 11.4 化学电源与电解
      • 11.4.1 化学电源简介
      • 11.4.2 分解电压与超电势
    • 11.5 习题
    • 11.6 拓展阅读
      • 11.6.1 一口气搞懂锂电池
  • 12 配合物
    • 12.1 配合物的基本概念
    • 12.2 配位化合物的立体异构
    • 12.3 配合物的价键理论
    • 12.4 配合物的晶体场理论
  • 13 配位平衡
    • 13.1 配合物的稳定常数
    • 13.2 影响配合物在溶液中的稳定性因素
    • 13.3 配合物的性质
离子的极化

把“分子间力”(范德华力)概念推广到离子-离子之间:

阳离子 - 阴离子 静电引力 +范德华力


一、离子极化作用

离子极化作用(教材P.2209-18

离子极化力 (Polarizing主动

离子变形性 ( Polarizability, Polarized 被动)

在异号离子电场作用下,离子的电子云发生变形,正、负电荷重心分离,产生“诱导偶极”,这个过程称为“离子极化”。

阳离子、阴离子既有极化力,又有变形性

通常阳离子半径小,电场强,“极化力”显著。

阴离子半径大,电子云易变形,“变形性”显著。

(一)影响离子极化的因素

1. 离子电荷Z

2. 离子半径r

3. 离子的电子构型。

离子极化力:用“离子势”f有效离子势”f*衡量,

ff*)↑,极化力↑                   

f = Z / r2       (主要用于s 区,p 区)

f*= Z*/ r 2(主要用于d 区、ds 区)

式中Z 为离子电荷(绝对值),Z*为有效核电荷,

r为离子半径(pm),常用L. Pauling 半径。

f = Z/ r2

可见左→右,Zrf↑, 阳离了极化力↑.

过渡金属元素:考虑外层电子构型影响,“有效离子势f*衡量极化力更好:

f*= Z* / r2

Z*为有效核电荷。

离子电荷相同,半径相近时,电子构型对极化力的影响:

极化力:18e, (18+2)e ,2e >(9 – 17) e>8 e


原因:d 电子云“发散”,对核电荷屏蔽不完全,使Z *↑,对异号离子极化作用↑。考虑d 区,ds区离子极化力时,用Φ*↑更恰当。

(二)影响离子变形性因素

3个因素: 离子电荷、离子半径、外层电子构型。

极化率a表示变形性a↑,变形性↑

 1. 阴离子

1)简单阴离子:

外层电子构型相同:半径↑,负电荷↑,则a↑,变形性↑。


2)复杂阴离子

变形性不大,且中心原子氧化数↑,该复杂离子变形性↓。  常见阴离子变形性顺序:


2. 阳离子变形性

1外层电子构型相同:Z ­, 变形性¯

 8e 外层阳离子;


2外层电子构型相同,Z 相同,则r ­,变形性­

Na+< K+< Rb+< Cs+ 

 Mg2+ <Ca2+< Sr2+< Ba2+

3Z相同,r相近,电子构型影响:

例1           Cd2+    >   Ca2+

rp/pm      97         99

电子构型18e        8e

2           Ag+     >   K+

rp/pm      126           133

电子构型18e           8e

离子变形性小结

1.最易变形的是体积大的简单阴离子,如I-S2-,以及不规则外壳[8e, (18 + 2)e( 9 - 17)e],而又低电荷的阳离子,如Ag+Hg2+Cu+Cd2+Pb2+Sn2+

2. 最不易变形的是半径小,电荷高,8e2e构型的阳离子,如Al3+Be2+

二、附加极化作用(互相极化作用)


1 


AgF, 可溶;

AgCl, 不溶;

AgBr浅黄白, 不溶;

AgI浅黄, 不溶。

H2O 极性分子,“相似相溶”.

正、负离子互极化作用↑键共价性↑ 颜色加深。

p220,9-18,9-5


3.对晶体构型影响


三、离子极化理论优、缺点

首先把一切化学结合视为正、负离子的结合,然后从离子的电荷、半径、电子构型出发,判断出正、负离子互相作用情况,并借此说明有关化合物的化学键型、晶体类型、水溶度、颜色、水解能力、酸碱性的变化, 是离子键理论的重要补充

 但离子化合物仅是化合物的一部分,故“离子极化学说”局限性较大。

本章小结


晶体划分为7个晶系、14种晶格(点阵)。

. 金属晶体

1.堆积方式

简单立方  A

体心立方   AB·ABA正方形,B 1个原子)

面心立方   ABC·ABC

六方密堆   AB·ABA六角形,B三角形但不同于体心立方堆积的正方形

2.空间利用率计算

. 离子晶体

1常见类型

CsClNaCl、立方ZnS、荧石CaF2、金红石TiO2  

要求掌握NaClCsCl型。

2.半径比规则:(经验规则)

r+/ r- <0.414 

→ 立方 ZnS型晶体 (C.N.  4:4

r+/ r- = 0.414 ~ 0.732 

→ NaCl面心立方型晶体C.N.  6:6

r+/ r- >0.732  

→ CsCl简单立方型晶体(C.N.  8:8

例外离子互相极化键共价性 ↗

 AgI(c)   r+/ r - =0.583

预言NaCl

实际立方ZnSC.N. ↘

三.分子晶体

H2O, CO2,N2, O2,F2

四.原子晶体

金刚石(C)、硅晶体、金刚砂(SiC)、石英(SiO2)

五.过渡型晶体

石墨(C

石棉(Ca2SiO4主要成分)

. 离子极化理论

 离子极化力和离子变形性影响因素及对化合物性质(化学键型、晶体类型、水溶度、颜色、水解能力、酸碱性)的影响