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普通化学,3.1物质的结构与物质的状态一.原子结构1.核外电子的特性核外电子运动具有能量量子化、波粒二象性和统计性的特征，不能用经典牛顿力学来描述核外电子的运动状态。2.核外电子的运动规律的描述量子力学用统计学的原理来研究电子在核外空间运动的“统计性”，从而掌握电子运动的规律。核外电子运动状态用波函数Ψ来描述。1波函数Ψ（原子轨道）用空间坐标来描写波的数学函数式,以表征原子中电子的运动状态。一个确定的波函数Ψ，称为一个原子轨道。对应于电子的一种状态.2概率密度用Ψ2表示电子在核外空间某单位体积内出现的概率大小。,3电子云用黑点疏密的程度描述原子核外电子的概率密度Ψ2分布规律的图形。4四个量子数波函数Ψ由n,l,m三个量子数决定，即Ψn,l,m。三个量子数取值相互制约。①主量子数nn1,2,3∞,确定原子轨道的能量，和电子离核的远近。②角量子数ιι0,1,2n-1n个,确定原子轨道的形状。ι0,1,2,3s,p,d,f球形纺锤形梅花形复杂③磁量子数mm0,1,2ι2ι1个,确定原子轨道的空间取向。ι0，m0，S轨道空间取向为1；ι1,m0,1，P轨道空间取向为3；ι2m0,1,2,d轨道空间取向为5；,,在一个确定的原子轨道下电子自身还有两种不同的运动状态光谱的精细结构,这由mS确定可用↑↑表示自旋平行,↑↓表示自旋反平行,例题,7.对原子中的电子来说，下列成套的量子数中不可能存在的是_______。A.3,1,1,-1/2B.2,1,-1,1/2C.3,3,0,-1/2D.4,3,-3,1/2,例题,24.表示3d的诸量子数为_______A.n3ι1m1mS-1/2B.n3ι2m1mS1/2C.n3ι0m1mS-1/2D.n3ι3m1mS1/2S时l0；P时l1；d时l2；f时l3,3.原子核外电子分布三原则1泡利不相容原理一个原子轨道中只能容纳自旋方向相反的两个电子。一个原子中不可能有四个量子数完全相同的两个电子2最低能量原理电子总是尽先占据能量最低的轨道。电子依据近似能级图由低到高依次排布。近似能级图7s6s4f5d6p5s4d5p4s3d4p3s3p2s2p1s,3洪特规则在n和ι值都相同的轨道中，电子总是尽可能分占各个轨道且自旋平行。如2p3洪特规则特例当电子的分布处于全充满、半充满或全空时，比较稳定。全充满p6或d10或f14半充满p3或d5或f7全空p0或d0或f0例如24Cr1S22S22P63S23P63d54S1,半充满比较稳定。29Ｃu1S22S22P63S23P63d104S1,全充满比较稳定,4核外电子分布式原子的原子的离子的离子外层电子分布式外层电子分布式电子分布式电子分布式（价电子构型）11Na1s22s22p63s13s1Na1s22s22p62s22p616S1s22s22p63s23p43s23p4S2-1s22s22p63s23p63s23p626Fe1s22s22p63s23p63d64S23d64s2Fe31s22s22p63s23p63d53s23p63d524Cr1S22S22P63S23P63d54S13d54S124Cr3＋1S22S22P63S23P63d33S23P63d329Ｃu1S22S22P63S23P63d104S13d104S129Ｃu2＋1S22S22P63S23P63d93S23P63d9,例题,130.某元素的2价离子的外层电子分布式为该元素是CAMnBCrCFeDCo18.原子序数为25的元素,其2价离子的外层电子分布为▁▁▁▁。A.3d34s2B.3d5C.3s23p63d5D.3s23p63d34s2,5原子、离子的电子式及分子结构式电子式在元素符号周围用小黑点或来表示原子或离子的最外层电子的式子。例如H.Na..Mg..Ca.C分子结构式用“”代表一对共用电子对的分子式。例如N≡N，OCO，Cl-Cl，HCl二.化学键和分子结构1.化学键分子或晶体中相邻的原子（离子）之间的强烈的相互作用。化学键一般分为离子键、共价键和金属键。1离子键由正负离子的静电引力形成的化学键。离子的外层电子构型大致有2电子构型;8电子构型;917电子构型;18电子构型;（18＋2）电子构型。,2共价键分子内原子间通过共用电子对电子云重叠所形成的化学键。可用价键理论和分子轨道理论来说明。①价键理论要点价键理论认为典型的共价键是在非金属单质或电负性相差不大的原子之间通过电子的相互配对共用电子对而形成。原子中一个未成对电子只能和另一个原子中自旋相反的一个电子配对成键，且成键时原子轨道要对称性匹配,并实现最大程度的重叠。所以共价键具有饱和性和方向性。②σ键原子轨道沿两核连线，以“头碰头”方式重叠S-SH-H,S-PxH-Cl,Px-PxCl-ClЛ键原子沿两核连线以“肩并肩”方式进行重叠。如单键σCl-Cl双键σЛ-CC-三键σЛЛN≡N,例题11.根据价键理论和原子轨道重叠原则，N2的结构为___________。A.一个σ键,二个π键;B.三个π键;C.三个σ键;D.一个π键,二个σ键,2.分子的极性与电偶极矩极性分子和非极性分子用电偶极矩来区别。q.ιq正负电荷中心带电量；ι正负电荷中心之间的距离。极性分子正负电荷中心不重合，0如HX,H2O,,SO2,H2S,HCN等。且极性HFHClHBrHI非极性分子正负电荷中心重合，0如N2,H2,CH4,CCl4,CO2,CS2等。对于双原子分子分子极性与键的极性一致.即键是极性键,分子是极性分子;键是非极性键,分子是非极性分子.对于多原子分子分子是否极性不仅取决于键的极性,而且取决于分子的空间构型结构对称的为非极性分子,3.分子空间构型和杂化轨道理论杂化轨道理论要点1能级相近的原子轨道互相杂化;2几个轨道参加杂化,形成几个杂化轨道；3成键能力更强。以此用来解释分子的空间构型。,例题,5.下列分子中其中心原子采用SP3不等性杂化的是。A.BeCl2B.BCl3C.PH3D.CCl423.用杂化轨道理论，推测下列分子的空间构型，其中为正四面体的是_.A.SiH4Ｂ.CH3ClＣ.CCl4Ｄ.CHCl3,15.下列分子中，偶极距不为零的是。A．H2OB．H2C．CO2D．O222.下列哪些叙述是正确的_________。A.多原子分子中，键的极性越强，分子的极性越强;B.具有极性共价键的分子，一定是极性分子;C.非极性分子中的化学键，一定是非极性共价键;D.分子中的键是非极性键，分子一定是非极性分子.,4.分子间力①非极性分子与非极性分子间的力色散力瞬时偶极和瞬时偶极之间产生的分子间的力。瞬时偶极由于分子在某瞬间正负电荷中心不重合所产生的一种偶极。②非极性分子与极性分子间的力色散力;诱导力由固有偶极和诱导偶极之间所产生的分子间力。诱导偶极由于分子受外界电场包括极性分子固有偶极场的影响所产生的一种偶极。③极性分子与极性分子之间的力色散力;诱导力;取向力由固有偶极之间所产生的分子间力。,分子间力是色散力、诱导力和取向力的总称。分子间力也叫范德华力。其中色散力最普遍，也最重要。分子间力比一般化学键弱得多，没有方向性和饱和性。同类型分子中，色散力与摩尔质量成正比，故可近似认为分子间力与摩尔质量成正比。例题2.下列各物质分子间只存在色散力的是。Ａ.N2Ｂ.NH3Ｃ.SiH4Ｄ.HCl6.HCl分子间的力有____________。A.色散力B.色散力、诱导力、取向力C.诱导力、取向力D.色散力、诱导力10.下列分子中,分子间作用力最大的是___________。A.F2B.Cl2C.Br2D.I2,5.氢键氢原子除能和电负性较大的X原子（如F、O、N）形成强的极性共价键外，还能吸引另一个电负性较大的Y原子（如F、O、N）中的孤电子云对形成氢键。XHY,X、Y电负性较大的原子如F、O、N氢键和分子间力的强度、数量级相同，也具有方向性和饱和性。分子中有F－H键、O－H键或N－H键的分子能形成氢键。如,HF、H2O、NH3、无机含氧酸HNO3、H2SO4、H3BO3等、有机羧酸（－COOH）、醇－OH、胺NH2、蛋白质等分子之间都存在氢键。而乙醛（CH3CHO）和丙酮（CH3－CO－CH3）等醛、酮、醚分子之间则不能形成氢键。但与水分子之间能形成氢键。,例题,129.下类物质存在氢键的是BAHBrBH2SO4CC2H8DCHCl31.下列物质中，含有氢键的是___Ｂ,__Ｄ_________。Ａ.H2SＢ.NH3Ｃ.HCHOＤ.HCOOH4.在下列物质中含有氢键的是__A,C______。A.H2OB.H2SC.CH3CH2OHD.CH3OCH3１6.下列含氢化合物中,不存在氢键的化合物有_Ｂ,Ｃ_.Ａ.C2H5OHＢ.C3H8Ｃ.HClＤ.H3BO3,6.分子间力对物质性质的影响①物质的熔点和沸点同类型的单质和化合物，其熔点和沸点一般随摩尔质量的增加而增大。因为分子间的色散力随摩而质量的增加而增大。但含有氢键的物质比不含氢键的物质熔点和沸点要高。例如，HF、HCl、HBr、HI沸点（。Ｃ）２０、－85、－57、－36因HF分子间存在氢键，其熔点和沸点比同类型的氢化物要高，出现反常现象。②物质的溶解性“（极性）相似者相溶”即极性溶质易溶于极性溶剂；非极性（或弱极性）溶质易溶于非极性（或弱极性）溶剂。溶质和溶剂的极性越相近，越易互溶。例如，碘易溶于苯或四氯化碳，而难溶于水.,例题14.下列物质熔点最高的是____________。A．CF4B．CCl4C．CBr4D．CI451．H2O的沸点是100℃，H2Se的沸点是-42℃，这种反常现象主要是由下述哪种原因引起的___________。Ａ.分子间力Ｂ.共价键Ｃ.离子键Ｄ.氢键,三、晶体结构和性质一晶体的基本类型和性质1.离子晶体（1）晶格结点上的微粒正、负离子。（2）微粒间作用力离子键。作用力随离子电荷的增多和半径的减少而增强。（3）晶体中不存在独立的简单分子。例如NaCl晶体,表示NaCl－11。（4）晶体的特性熔点高、硬度大；延展性差；一般易溶于极性溶剂；熔融态或水溶液均易导电。在相同类型的典型离子晶体中，离子的电荷越多，半径越小，晶体的熔点越高，硬度越大。,例1例2离子与电荷的规律如下①在同一周期中，自左而右随着正离子电荷数的增多，离子半径逐渐减少,如，Na＋﹥Mg2＋;K＋﹥Ca2＋﹥Sc3＋②,同一元素，随着正离子电荷数的增多，离子半经减少。如Fe2﹥Fe3③在同一族中，自上而下离子半经逐渐增大。如，I－﹥Br－﹥Cl－﹥F－,2.原子晶体.1晶格结点上的微粒原子。（2）微粒间作用力共价键。（3）晶体中不存在独立的简单分子。例如方石英（SiO2）晶体,表示SiO12。（4）晶体的特性熔点高、硬度大；延展性差；一般溶剂中不溶；是电的绝缘体或半导体。常见的原子晶体有金刚石（C）和可作半导体材料的单晶硅（Si）、锗Ge、砷化镓GaAs、以及碳化硅SiC和方石英SiO2。3.分子晶体1晶格结点上的微粒极性分子或非极性分子。（2）微粒间作用力分子间力（还有氢键）。在同类型的分子中，分子间力随分子量的增大而增大。（3）晶体中存在独立的简单分子。例如CO2晶体,表示一个分子。4）晶体的特性熔点抵、硬度小随分子量的增大而增大；延展性差；其溶解性遵循“相似者相溶”。有的易溶于有机溶剂,4．金属晶体1晶格结点上的微粒原子或正离子。（2）微粒间作用力金属键。（3）晶体中不存在独立的简单分子。（4）晶体的特性是电和热的良导体，熔点较高、硬度较大；优良的变形性和金属光泽。二过渡型的晶体1.链状结构晶体如石棉,链与链之间的作用力弱的静电引力;链内的作用力强的共价键。有纤维性。2.层状结构晶体如石墨,层与层之间的作用力大π键;层内的作用力SP2SP2σ键。是热和电的良导体,可作润滑剂。,例题,8.下列氧化物中,熔点最高的是___________。A.MgOB.CaOC.SrOD.SO2１7.下列物质中，熔点由低到高排列的顺序应该是A.NH3 S低温③当温度和聚集状态相同时，结构较复杂（内部微观粒子较多）的物质的熵值大于结构简单的。即S复杂分子S简单分子5反应的标准摩尔熵变ΔrSmθaAbBgGdDΔrSmθ298.15K｛gSmθG,298.15KdSmθD,298.15K｝-｛aSmθA,298.15KbSmθB,298.15K｝;J.K-1.mol－1反应的熵值基本不随温度而变。即ΔrSmθT≈ΔrSmθ298.15k5吉布斯函数GH–TS,是状态函数吉布斯函数变ΔGΔH–TΔS,（6）反应方向自发性的判断ΔG＜0反应正向自发ΔG0平衡状态ΔG＞0反应逆向自发，正向非自发。①ΔH＜0，ΔS＞0；ΔG＜0正向自发②ΔH＞0，ΔS＜0；ΔG＞0正向非自发③ΔH＞0，ΔS＞0；升高至某温度时ΔG由正值变为负值，高温有利于正向自发④ΔH＜0，ΔS＜0；降低至某温度时ΔG由正值变为负值，低温有利于正向自发（7）反应自发进行的临界温度,例题,53．对于反应Ｎ２（ｇ）＋Ｏ２（ｇ）＝２ＮＯ（ｇ），H90KJmoL－１S12JK－１moL－１，下列哪种情况是正确的。Ａ．任何温度下均自发;Ｂ．任何温度下均非自发Ｃ．低温下非自发，高温下自发;Ｄ．低温下自发，高温下非自发60.化学反应达到平衡时有____________。A.ΔGθ0B.ΔG0C.ΔG0D.ΔG0,随温度升高,平衡常数增大.即T↑,kθ↑对于放热反应,△rHmθI-Fe2Sn2，B．I-Fe2Sn2CuC．Sn2CuI-Fe2，D．Fe2Sn2I-Cu,三．电解１．电解池将电能转化为化学能的装置。例如电解0.1mol.dm-3NaOH溶液，其电极反应为阳极进行氧化反应4OH－O2↑2H2O4e－阴极进行还原反应2H＋2e－H2阳极电解池中，与直流电源的正极相连的极叫做阳极阴极电解池中，与直流电源的负极相连的极叫做阴极２．放电在电解池的两极中氧化态物质得到电子或还原态物质给出电子的过程叫做放电。例如，阳极上OH－离子放电，阴极上H离子放电。３．实际分解电压使电解顺利进行的最低电压称为实际分解电压。以E（实）表示４．理论分解电压电解时由于电解产物在电极上形成原电池产生的反向电动势称为理论分解电压，以E（理）表示。５．极化当电流通过电极时，阴、阳极上电极电势偏离平衡电势的现象叫电极的极化。６．浓差极化由于电极附近离子浓度与本体溶液离子浓度有差异引起的电极电势的偏差叫做浓差极化。7．电化学极化是由电解产物析出过程中某一步骤（如离子的放电、原子结合为分子、气泡的形成等）反应速率迟缓而引起电极电势偏离平衡电势的现象。,8．超电势电解时，电极的实际放电电势与平衡电势之差叫做电极的超电势，用η表示。η∣φ（实）－φ（理）∣9．超电压实际分解电压E（实）与理论分解电压E（理）之差，即E（超）E（实）－E（理）;E（超）η（阴）＋η（阳）10．电解产物判断电解盐类水溶液，电极产物情况如下1阴极电极电势代数值大的氧化态物质首先在阴极得电子而放电。电极电势比Al大的金属离子首先得电子，电极电势比Al包括Al小的金属（Li，Na，K，Ca，Mg）离子不放电，而是H＋离子放电得到H2。例如电解NaOH溶液,阴极2H＋2e－H22阳极电极电势代数值小的还原态物质首先在阳极失去电子而放电。a.金属阳极除Pt,Au外失电子放电大于简单负离子如S2－,I－,Cl－等放电,大于OH－离子放电。如以金属镍作电极，电解NiSO4溶液阳极Ni－2e－＝Ni2＋；阴极Ni2＋＋2e－＝Nib.若石墨或铂作电极电解卤化物，硫化物阳极得到卤素，硫化物。如石墨作电极电解CuCl2..阳极2Cl－－2e－Cl2;阴极Cu2＋＋2e－＝Cu。,11．电解的应用电镀被镀零件做阴极材料，将金属镀在零件上的过程。如镀铬或铝,因为铬及铝具有耐腐蚀性.电铸原模做阴极，金属离子沉积在阴极上的过程。电抛光被抛光的工件做阳极，电解时使粗糙的阳极表面得以平整的过程。电解加工被加工的工件做阳极，电解时利用阳极的溶解，使阳极工件与阴极工具形状吻合的过程。阳极氧化铝和铝合金工件做阳极，电解中形成Al2O3氧化膜的过程。,四．金属的腐蚀及防止1．化学腐蚀金属与干燥的腐蚀性气体或有机物发生的化学反应引起的腐蚀称化学腐蚀。2．电化学腐蚀由电化学作用而引起的腐蚀叫做电化学腐蚀，它是由于形成腐蚀电池而引起的。电化学腐蚀分为（1）析氢腐蚀在酸性溶液中，阴极反应主要以H＋离子得电子还原成H2而引起的腐蚀称析氢腐蚀。电极反应式为2H＋＋2e－H22吸氧腐蚀在碱性，中性或弱酸性介质中，阴极反应主要以O2得电子生成OH－离子所引起的腐蚀称吸氧腐蚀。电极反应为O22H2O4e-4OH－大气中金属的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主。3差异充气腐蚀金属表面因氧气浓度分布不均匀而引起的电化学腐蚀称差异充气腐蚀。是吸氧腐蚀的一种。例如埋入地下的管道阳极Fe）Fe－2e－＝Fe2＋（氧气浓度较小的部分）--腐蚀电池的负极.阴极FeO22H2O4e－4OH－（氧气浓度较大的部分）--腐蚀电池的正极.,例题,134.下列说法错误的是CA金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀;B金属在干燥的空气中主要发生化学腐蚀C金属在潮湿的空气中主要发生析氢腐蚀D金属在潮湿的空气中主要发生吸氧腐蚀,3．金属腐蚀的防止（1）缓蚀剂法在腐蚀介质中，加入能防止或延缓腐蚀过程的物质即缓蚀剂。缓蚀剂分为有机缓蚀剂，如在酸性介质中加入少量乌洛托品（六次甲基四胺）可减缓钢铁的腐蚀；无机缓蚀剂，如在中性或碱性介质中加入重铬酸钾等。（2）阴极保护法将被保护的金属作为腐蚀电池的阴极而不受腐蚀的方法称阴极保护法。①牺牲阳极保护法将较活泼金属或其合金连接在被保护的金属上，较活泼金属作为腐蚀电池的阳极而被腐蚀，被保护的金属作为阴极而达到保护的目的。一般常用的牺牲阳极材料有铝合金、镁合金、锌合金等，常用于保护海轮外壳、锅炉和海底设备。②外加电流法在外加直流电的作用下，用废钢或石墨等作为阳极，将被保护的金属作为电解池的阴极而被保护。,例题,90．为保护海水中的钢铁设备，下列哪些金属可做牺牲阳极D。A．PbB．cuC．SnD．Zn135.下列防止金属腐蚀的方法中错误的是CA在金属表面涂刷油漆B在外加电流保护法中,被保护金属与电源正极相连;C在外加电流保护法中,被保护金属与电源负极相连;D为了保护铁制管道,可使其与芯片相连.,3．6有机化学,3．6有机化学一．有机物的特点有机物一般是含碳的化合物，除了碳外，最多的元素是氢，其次是氧、氮、硫、磷和卤素，因此有机物被称做碳氢化合物及其衍生物。其特点为（1）数目庞大（2）结构复杂（3）难溶于水，易溶于有机溶剂（4）受热易分解，大多可以燃烧（5）不易导电，熔点低二．有机化合物的分类1．烃分子中只含有碳和氢两种元素的有机物.即碳氢化合物.烃的分类及结构特征,例题137.下列基团不是烃基的是A.-C6H5B.-CH2-CH3C.-CHCH2D.-O-CH3,2.烃的衍生物烃的衍生物的分类及结构特征,三．有机化合物的命名１．链烃及其衍生物的命名原则（１）选择主链①饱和烃选最长的碳链为主链。②不饱和烃选含有不饱和键的最长碳链为主链。③链烃衍生物选含有官能团的最长的碳链为主链。（２）主链编号用阿拉伯数字，从距官能团、不饱和键和支链最近的一端开始。（３）词头支链（由小到大）的位次＋支链的数目（用中文字头）＋支链的名称＋不饱和键较小的位次或官能团的位次＋母体化合物的名称（用天干数目－甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）。例如,3，5－二甲基－3－庚烯3－丙基－2－己醇例题2．芳烃及其衍生物的命名原则词头（取代基）＋词尾（母体化合物）如甲苯，乙苯。（１）苯环上两个相同取代基的位置可用“邻”、“间”、“对”表示。例如,CH3CH3||119.CHCH2CCH3的正确命名是（A）||OHCH3A、4，4-二甲基-2-戊醇B、2，2-二甲基-4-戊醇C、2-羟基-4，4-二甲基-戊烷D、2，2-二甲基-4-羟基戊烷,（２）苯环上三个相同的取代基的位置可用“连”、“偏”、“均”表示。（３）苯环上连接简单烃基、硝基（－ＮＯ２）、卤素（－Ｘ）时，以苯环为母体。乙苯,5萘环上碳的位次四．有机化合物的重要反应（一）氧化反应氧化反应指在分子中加入氧或在分子中去掉氢的反应。氧化分为完全氧化完全燃烧生成二氧化碳和水等。部分氧化生成其他含氧的有机化合物。１．不饱和烃的氧化（１）双键的部分氧化在一般氧化剂（O2或冷稀碱性KMnO4溶液）作用下可使CCπ键断裂。例如,,在强氧化剂（酸性KMnO4溶液或酸性K2Cr2O7溶液）作用下可使CC键中σ键及π键均断裂。例如⑵叁键的部分氧化一般σ键及π键均断裂。例如,2．芳烃的氧化苯环不易氧化,烷基取代基不论长短,一般都氧化成羧基。例如3.醇的氧化（１）伯醇氧化生成醛（缓慢氧化，进一步氧化生成羧酸。（２）仲醇氧化生成酮。（３）叔醇不易氧化。被氧化的能力伯醇＞仲醇＞叔醇,伯醇R-CH2-OH仲醇R-CH-OH׀RR|叔醇R-CH-OH׀R,４．醛的氧化被氧化的能力醛＞酮醛可以被一些弱氧化剂氧化成羧酸，可利用这一性质来鉴别醛酮。鉴别试剂多伦试剂AgNO3的氨水溶液）可以被醛还原产生黑色Ag的沉淀。2裴林试剂（CuSO4溶液和酒石酸甲钠的碱性溶液）可以被醛还原产生红色的Cu2O沉淀。（二）取代反应取代反应有机化合物中氢原子被其他原子或原子团代替的化学反应。烷烃和芳烃在光、热或催化剂的作用下易发生取代反应。,1.烷烃的取代反应例如2.芳烃的取代反应（1）几种重要的取代反应例如,（2）取代基的定位效应苯环上原有的取代基对新进入的取代基有定位作用。邻对位取代基使苯环活化－NH2、－OH、－CH3－R、－X－Cl、－Br间位取代基使苯环钝化－NO2、－CN、－SO3H、－CHO、－COOH（三）消去反应从有机化合物分子中消去一个小分子化合物（如HX、H2O等）的反应。1.醇的消去反应（1）生成无机酸酯的反应（2）生成醚的反应（分子间脱水）,（3）生成烯的反应（分子内脱水）,仲醇分子