第一章 物質(zhì)的狀態(tài)

Ce0.5+xZr0.4-xLa0.1O1.95-Al2O3催化劑催化燃燒柴油車碳顆粒的研究無機(jī)化學(xué)(III)

田之悅四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院2016年9月InorganicChemistry緒論Introduction開啟化學(xué)之門關(guān)于化學(xué)本課程學(xué)習(xí)的目的本課程的內(nèi)容、授課安排什么是化學(xué)？簡話化學(xué)發(fā)展化學(xué)在自然科學(xué)中的定位現(xiàn)代化學(xué)的若干基本問題化學(xué)的作用和未來什么是化學(xué)？sciencethatdealswiththeproperties,composition,andstructureofsubstances(elementsandcompounds),thereactionsandtransformationsthattheyundergo,andtheenergyreleasedorabsorbedduringtheseprocesses.---《EncyclopaediaBritannica2010》

化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)以及其中能量變化的科學(xué)簡話化學(xué)發(fā)展史

古代化學(xué)（18世紀(jì)初葉之前）

近代化學(xué)（18~19世紀(jì)末）

現(xiàn)代化學(xué)（20世紀(jì)初~）簡話化學(xué)發(fā)展史⑴實(shí)用和自然哲學(xué)時期⑵煉金術(shù)、煉丹術(shù)時期⑶醫(yī)藥化學(xué)時期⑷燃素說時期

古代化學(xué)（18世紀(jì)初葉之前）⑴實(shí)用和自然哲學(xué)時期

古代化學(xué)（18世紀(jì)初葉之前）50萬年前，原始社會，火的利用公元前3000年，奴隸社會，以實(shí)用化學(xué)工藝為特征古埃及：煉鐵，鞣質(zhì)皮革，提取香料，制陶公元前2000年，中國銅的冶煉，殷代青銅器公元前一世紀(jì)，中國發(fā)明了造紙術(shù)⑴實(shí)用和自然哲學(xué)時期

古代化學(xué)（18世紀(jì)初葉之前）關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)問題，最早的見解是我國商末出現(xiàn)在“易經(jīng)”中的“八卦”和“五行”學(xué)說公元前5世紀(jì)，安培多克爾(Empedocles)提出宇宙是有水、火、氣、土“四原質(zhì)”構(gòu)成的公元前400年，德謨克利特提出樸素的原子論公元前4世紀(jì)，亞里斯多德提出冷、熱、干、濕“四原性學(xué)說”⑵煉金術(shù)、煉丹術(shù)時期

古代化學(xué)（18世紀(jì)初葉之前）封建社會，中國道家化學(xué)煉丹（Pb3O4,HgS）公元二世紀(jì)，東漢魏伯陽著有世界最早煉丹術(shù)文獻(xiàn)公園四世紀(jì)，東晉葛洪著有煉丹術(shù)巨著，發(fā)現(xiàn)了反應(yīng)的可逆性(HgS?Hg,Pb3O4?

Pb)⑶醫(yī)藥化學(xué)時期（公園1500~公元1700年）

古代化學(xué)（18世紀(jì)初葉之前）16世紀(jì)初，歐洲資本主義工業(yè)的發(fā)展迫使化學(xué)走上正路煉丹術(shù)改革，化學(xué)方法制成藥劑（無機(jī)物）明代李時珍“本草綱目”列有中藥材，礦物1000余種并附有制備方法，性質(zhì)介紹⑷燃素說時期（公園1700~公元1774年）

古代化學(xué)（18世紀(jì)初葉之前）波義耳(Boyle)提出各種物質(zhì)的微粒都是由基本粒子的不同聚集體構(gòu)成的，認(rèn)為火是由一種實(shí)在的具不同重量的火微粒構(gòu)成的1700年，德國的斯塔爾(Stahl)提出“燃素說”，清除了“原性”學(xué)說拉瓦錫(Lavoisier)提出燃燒的氧學(xué)說，近代化學(xué)由此萌芽

近代化學(xué)（18世紀(jì)~19世紀(jì)末）1748年，羅蒙諾索夫的質(zhì)量不滅定律1774年，拉瓦錫的氧化理論18世紀(jì)末，普勞斯特的定比定律1803年，道爾頓倍比定律，原子學(xué)說，相對原子量的概念1808年，蓋-呂薩克的氣體反應(yīng)體積定律1811年，阿佛加德羅定律和分子的概念1869年，門捷列夫的元素周期律

現(xiàn)代化學(xué)(20世紀(jì)~)原子結(jié)構(gòu)模型理論模型的建立和發(fā)展核化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展分析化學(xué)的發(fā)展現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)的發(fā)展高分子化學(xué)的建立與發(fā)展無機(jī)固體化學(xué)的新生物理化學(xué)及量子化學(xué)的誕生和發(fā)展2016年7月，大連理工大學(xué)，中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會召開一共46個分會（其中兩個分會為化學(xué)教育分會）1.表面物理化學(xué)2.分析裝置及交叉學(xué)科新方法3.納米傳感新原理新方法4.生物分析和生物傳感5.分子與固體化學(xué)6.金屬有機(jī)框架化學(xué)7.無機(jī)化學(xué)前沿8.稀土材料化學(xué)及應(yīng)用9.有機(jī)化學(xué)10.高分子11.應(yīng)用化學(xué)一共46個分會（其中兩個分會為化學(xué)教育分會）12.高等和職業(yè)教育中的化學(xué)教育13.化學(xué)基礎(chǔ)教育14.核化學(xué)與放射化學(xué)15.表界面結(jié)構(gòu)調(diào)控與催化：實(shí)驗(yàn)和理論16.晶體工程17.流變學(xué)18.電子結(jié)構(gòu)理論方法的發(fā)展與應(yīng)用19.化學(xué)中的量子與經(jīng)典動力學(xué)20.光電功能器件21.π-共軛材料22.有機(jī)光伏的機(jī)遇和挑戰(zhàn)一共46個分會（其中兩個分會為化學(xué)教育分會）23.復(fù)雜樣品分離分析24.超分子組裝與軟物質(zhì)材料25.化學(xué)信息學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)26.環(huán)境化學(xué)27.光化學(xué)28.化學(xué)生物學(xué)29.電化學(xué)材料30.化學(xué)電源31.膠體與界面化學(xué)32.

多孔功能材料33.綠色化學(xué)一共46個分會（其中兩個分會為化學(xué)教育分會）34.公共安全化學(xué)35.納米表征與測量36.納米材料合成與組裝37.納米催化38.納米生物效應(yīng)與納米藥物化學(xué)39.納米碳材料40.納米體系理論與模擬41.納米材料與器件42.能源納米材料物理化學(xué)43.質(zhì)譜分析44.化學(xué)動力學(xué)45.物理有機(jī)46.燃燒化學(xué)化學(xué)在自然科學(xué)中的定位徐光憲先生觀點(diǎn):化學(xué)是一門中心科學(xué)1.化學(xué)是一門承上啟下的中心科學(xué)2.化學(xué)又是一門社會迫切需要的中心科學(xué)3.化學(xué)是與信息、生命、材料、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學(xué)等都緊密的聯(lián)系、交叉和滲透的中心科學(xué)化學(xué)是一門中心學(xué)科領(lǐng)頭學(xué)科中心學(xué)科（二傳手）朝陽學(xué)科數(shù)學(xué)、物理學(xué)化學(xué)生命科學(xué)信息科學(xué)量子力學(xué)相對論復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)合成化學(xué)分析化學(xué)物理化學(xué)理論化學(xué)材料科學(xué)環(huán)境科學(xué)納米科學(xué)能源科學(xué)現(xiàn)代化學(xué)的若干基本問題以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的綠色化學(xué)化學(xué)反應(yīng)理論的研究在研究生物活性及光電磁物理功能與結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)關(guān)系基礎(chǔ)上合成功能化合物生命體系中的化學(xué)過程與人類健康相關(guān)的分析方法和超快速、超微量、在位活體分析和檢測手段分子以上層次化學(xué)與納米化學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)中的尺度效應(yīng)化學(xué)的作用和未來化學(xué)與國防化學(xué)對健康和生命的貢獻(xiàn)化學(xué)與衣—服裝食—農(nóng)業(yè)、食品住—住房、家庭陳設(shè)品和建筑材料行—交通工具、燃料1、化學(xué)是一門實(shí)用的科學(xué)環(huán)境的保護(hù)能源的開發(fā)和利用新材料的研制生命科學(xué)2、目前全球關(guān)注的四大熱點(diǎn)問題化學(xué)的作用和未來3、化學(xué)與其他學(xué)科交叉滲透—環(huán)境科學(xué)1995年諾貝爾化學(xué)獎得主是三位大氣環(huán)境科學(xué)家Molina（墨西哥）,Rowland（美國）,cruzen（荷蘭）。他們首先提出了平流層臭氧破壞的化學(xué)機(jī)制，包括NOX和CFCs理論。這些理論對南極“臭氧洞”的發(fā)現(xiàn)并導(dǎo)致《蒙特利爾議定書》的簽訂，為保護(hù)全球環(huán)境做出了重大貢獻(xiàn)化學(xué)的作用和未來

無機(jī)化學(xué)的定義

無機(jī)化學(xué)的地位

是在原子和分子層次上研究無機(jī)物的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和反應(yīng)的科學(xué)是化學(xué)科學(xué)的基礎(chǔ)和母體，其它許多化學(xué)分支大都是從其中分化、衍生、生長起來的。無機(jī)化學(xué)的歷史

古時金銀銅的煉制以及煉丹術(shù)各種元素的發(fā)現(xiàn)和1869年門捷列夫周期表配位化學(xué)理論建立

Pauling的化學(xué)鍵理論的建立硼氫化合物的缺電子理論、夾心型化合物的合成、原子簇合物的合成本課程的內(nèi)容及授課安排1.化學(xué)反應(yīng)基本原理2.物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論3.元素化學(xué)基本知識成績評定平時成績：30%（作業(yè)，小論文）半期考試：30%期末成績：40%1.?無機(jī)化學(xué)?

傅獻(xiàn)彩編

2.?無機(jī)化學(xué)?

宋天佑主編3.?現(xiàn)代基礎(chǔ)化學(xué)?

朱裕貞主編參考書聯(lián)系方式電話/p>

E-mail:zhiyuetian@126.com

tianzy@QQ:1029356647

你的任何問題和疑惑都會得到及時回答！第一章物質(zhì)的狀態(tài)物態(tài)：物質(zhì)的存在狀態(tài)，簡稱物態(tài)或物相。實(shí)物……超導(dǎo)態(tài)中子態(tài)

超固態(tài)等離子態(tài)固態(tài)液晶態(tài)液態(tài)氣態(tài)第一節(jié)氣體一、理想氣體(idealgas)什么叫理想氣體？分子之間無相互作用力；分子本身不占有體積，僅為質(zhì)點(diǎn)；分子間碰撞和氣體分子與器壁間的碰撞為彈性碰撞。理想氣體實(shí)際上是不存在的！高溫、低壓，接近理想氣體行為。

描述氣體性質(zhì)的物理量：

壓強(qiáng)(p)

體積(V)

溫度(T)

物質(zhì)的量(n)17世紀(jì)中葉，英國科學(xué)家波義耳(R.Boyle)：波義耳：n，T一定，V∝1/P波義耳定律：V∝1/P溫度恒定時，一定量氣體的壓力和它的體積成反比P~V圖18世紀(jì)末，蓋-呂薩克(Gay-Lussac)：

恒壓下，氣體體積隨溫度升高而膨脹實(shí)驗(yàn)氣體隨溫度的膨脹率都是一樣的，是攝氏溫度的線性函數(shù)當(dāng)壓力恒定時，一定量氣體每升高1℃，其體積膨脹了0℃時體積的1/273.蓋-呂薩克定律：壓力恒定時，一定量氣體的體積與它的熱力學(xué)溫度成正比。一個世紀(jì)后（19世紀(jì)），熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)溫標(biāo)的建立V∝T19世紀(jì)末，法國科學(xué)家克拉帕龍(Clapeyron):P：帕(Pa)；V：m3；T：K；R=8.314J.mol-1.K-1

摩爾氣體常數(shù)（R）10203040502468圖2CON2H2二、氣體分壓定律(1801年，Dalton)某組分氣體單獨(dú)存在且占有總體積時,其具有的壓強(qiáng).氣體分壓：混合氣體的總壓等于各組分氣體的分壓之和。p1p3p2分壓的求解：(摩爾分?jǐn)?shù))某組分氣體單獨(dú)存在且具有總壓時,其所占有的體積,用Vi表示.

Amagat分體積定律分體積：V1V3V2混合氣體的總體積等于各組分氣體的分體積之和。三、氣體擴(kuò)散定律1828年，英國物理學(xué)家格拉罕姆(Graham)指出，同溫同壓下，氣體的擴(kuò)散速度與其密度的倒數(shù)的平方根呈正比。氣體擴(kuò)散速度密度氣體密度ρ與相對分子質(zhì)量Mr成正比1945年８月６日8時15分，保羅·蒂貝茨駕駛“愛諾拉·蓋伊”B29轟炸機(jī)在日本廣島投擲下了第一顆用于實(shí)戰(zhàn)的原子彈“小男孩”，其距地面550米高度爆炸?！靶∧泻ⅰ睘殁檹?，長3米，直徑0.7米，重4噸，爆炸當(dāng)量1.5萬噸TNT。核爆炸造成廣島92%的建筑物被毀，距爆心2.8千米內(nèi)被夷為平地，人員損失達(dá)14萬?！靶∧泻ⅰ痹訌棻Ａ_·蒂貝茨

制造原子彈的關(guān)鍵，是如何獲得足夠數(shù)量的裂變?nèi)剂稀邼饪s鈾－235(0.72%)或钚－239。①鈾同位素分離方法因?yàn)殁櫍?35和鈾－238的化學(xué)性質(zhì)完全相同，在天然純鈾中分離鈾－235和鈾－238兩種同位素，獲得高濃縮的鈾－235是一項(xiàng)極其困難的事。只能采用物理分離方法，在研制原子彈初期，鈾同位素分離的方法主要有三種：電磁分離法、氣體擴(kuò)散法和離心分離法。這三種方法都具有同等成功的可能，但分離的效率都很低。

氣體擴(kuò)散法：質(zhì)量較輕的氣體分子運(yùn)動的平均速率大些，通過多孔膜擴(kuò)散進(jìn)入抽空空間的數(shù)目相對多一些，從而得到濃集。圖

氣體擴(kuò)散分離原理

用鈾的氣體化合物UF6作為擴(kuò)散濃縮的化合物。235UF6分子的質(zhì)量數(shù)為349，相比238UF6分子的質(zhì)量數(shù)352而言，分離因數(shù)很小，經(jīng)一級擴(kuò)散后理想的濃縮度只提高4.3‰，為了得到高濃縮鈾－235，必須采用多級擴(kuò)散方式。

生產(chǎn)濃縮度99%的235UF6，約需4000級，氣體擴(kuò)散法的關(guān)鍵技術(shù)是多孔分離膜的制造。多孔膜的孔徑約0.01~0.03μm，而且多孔膜的材料必須耐腐蝕、小孔還要防堵塞等，因此多孔膜的制造極其困難。圖5-39中國第一個生產(chǎn)濃縮鈾的氣體擴(kuò)散工廠四、氣體分子的速率分布和能量分布1、氣體分子的速率分布2、氣體分子的能量分布五、實(shí)際氣體狀態(tài)方程①氣體分子自身體積不容忽視，如1mol氣體分子的體積為b，則：

P（V-nb）=nRT②氣體分子的相互引力不容忽視，造成氣體碰撞器壁時產(chǎn)生的壓力要比理想氣體小，

則：

(P+P內(nèi))(V-nb)=nRT1mol的實(shí)際氣體：a是同分子間引力有關(guān)的常數(shù)，b是同分子自身體積有關(guān)的常數(shù)，統(tǒng)稱為范德華常數(shù)，均可由實(shí)驗(yàn)確定。氣體a/(Pa.m6.mol-2)104×b/(m3.mol-1)H20.02480.266N20.1410.391O20.1380.318CO20.3640.426H2O0.5540.305

六、氣體液化

什么叫液化？液化的條件？氣體變成液體的過程叫液化，氣體液化必須降溫和加壓才能實(shí)現(xiàn)。氣體液化是否一定要具備降溫和加壓？降溫——液化加壓——不一定能液化（必須將溫度降低到一定值）48.1℃21.5℃13.1℃35.5℃32.5℃408012016020024028040501001101206070809031.1℃臨界溫度（criticaltemperature):（TC）加壓下使氣體液化的最高溫度。臨界壓力(criticalpressure):（PC）氣體在臨界溫度時液化時所需最低壓力。臨界體積(criticalvolume):（VC）在TC

、PC下，

1mol氣體物質(zhì)所占體積。極性強(qiáng)、分子大的分子，易液化。一些物質(zhì)的臨界參量物質(zhì)Tc/Kpc/MPa

Vm,c/10-6m3·mol-1He5.260.22958H233.31.3065N2126.23.3990O2154.45.0474H2O647.422.1256CH4190.74.6499C2H4283.15.12124C6H6562.64.92260C2H5OH516.36.38167臨界現(xiàn)象Tb

（沸點(diǎn)）

<

室溫Tc

<

室溫，室溫下加壓不能液化Tb<

室溫，

Tc>

室溫，室溫下加壓可液化Tb>

室溫Tc>

室溫，在常溫常壓下為液體

第二節(jié)液體(liquid)一、液體的蒸發(fā)(evaporation)1、蒸發(fā)過程什么叫蒸發(fā)？

液體分子的無秩序運(yùn)動和氣體相似。當(dāng)一個分子運(yùn)動到接近表面并且具有適當(dāng)?shù)姆较蚝妥銐虼蟮膭幽埽梢話昝撪徑肿拥囊μ右莸揭好嫔戏降目臻g變