无机合成化学复习题答案

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1、1化学的核心任务是研究化学反应与创造新物质。无机合成化学研究的目标是为创造新物质和新材料提供高效、对环境友好的定向合成与制备手段，并在此基础上逐步发展无机材料的分子工程学；无机合成化学与国民经济的发展息息相关，在国民经济中占有重要的地位。工业中广泛使用的“ 三酸两碱 ” ，农业生产中必不可少的化肥、农药，基础建设中使用的水泥、 玻璃、陶瓷，涂料工业中使用的大量无机颜料等无一不与无机合成有关。这些产品的产量和质量几乎代表着一个国家的工业水平。2第一章： 3070. 3绿色化学的12 条原则：污染预报最好是预防废物产生而不要等到产生以后再来治理。原子经济化学合成的设计要最大限度地将生产过程使用的所

2、有原料纳入最终产品中。不那么有害的化学合成只要办得到,设计合成方法时要使用和生产对人群健康和环境危害小或无毒的物质。设计较安全的化学物质，设计化学产品要让它发挥所需功能而尽量减少其毒性。较安全的溶剂和辅料，尽可能少用各种辅助物质如溶剂、分离剂和其他物质,要使用安全的物质。设计考虑能源效率，从环境和经济影响角度重新认识化学过程的能源需求并应尽量少用能源，合成方法应在常温常压下进行。使用可再生原料技术，经济上可行时要用可再生原料代替消耗性原料。减少衍生物，用一些手段（如锁定基因、保护与反保护和暂时改变物理、化学过程）尽量减少不必要的衍生物,因为它要求额外反应物质并能产生废物。催化物质 (尽可能有选

3、择性)比化学计量物质要好。设计时考虑可降解性，设计化学产品要使其用过后能降解成无害物质而不是持续存在于环境中。对污染预防进行实时分析，要进一步开展分析方法的研究,进行实时和生产过程中的监测,在生成有害物质前加以控制。选择安全的化学过程，在化学过程中使用的物质和物质的形成过程要能尽量减少发生化学事故的可能性,包括释放化学物质、爆炸和起火。应用：侯德榜的 “ 氨碱法 ” ， 是有效的绿色无机合成反应系统：(1)NH 3+H 2O+CO 2=NH 4HCO 3( 首 先 通 入 氨 气 ， 然 后 再 通 入 二 氧 化 碳 ） ； (2)NH 4HCO 3+NaCl=NH 4Cl+NaHCO 3（

4、NaHCO 3 溶解度最小，所以析出。） ； (3) 2NaHCO 3=Na 2CO3+CO 2+H 2O(NaHCO 3 热稳定性很差，受热容易分解）；且利用NH 4Cl 的溶解度,可以在低温状态下向(2)中的溶液加入NaCl, 则 NH 4Cl 析出 ,得到化肥,提高了NaCl 的利用率。4无机合成反应的首要任务是设计合成方法，合成反应设计的方法随合成目标物的不同而有很大的不同， 但都是先从热力学的可能及经济有利开始的。根据热力学原理，从不同角度分析各种无机化学反应，就可以得到化学反应在指定情况下能否发生、化学反应发生的难易、产物的稳定性等信息。这对于合成新的无机化合物，或寻找老化合物新的

5、合成方法，或对合成产物的分离， 以及合成过程中对能量的增补、减少， 控制反应器温度等重要过程都是很有指导意义的，在很大程度上可以减少工作的盲目性。5 mrln KRTG6当反应A 的，从热力学观点来看，该反应基本上不能进行。但是如果再合并另一个反应B，反应 B 又符合下面两个条件：反应 B 能把反应A 中不需要的产物消耗掉；反应 B 的为很大的负值，能使总反应：。于是，原来单独不能自发进行的反应A，在反应B 的帮助下，合并在一起的总反应就可以进行了。这种情况称为偶合反应。举例：第二章：2326. 7低温合成需要的低温源装置可分为制冷浴与相变制冷浴。冰-水糊状物0 干冰浴78.5 液氮196 制

6、冷产生低温：液氖正常沸点27K ， 减压降温到24K（三相点）液氢正常沸点20K ，减压降温到14K（三相点）8它是由一种或几种陶瓷相与金属相或合金所组成的复合材料。为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎，在制作陶瓷的黏土中加入金属氧化物细粉制成金属陶瓷，又称弥散增强材料，主要有烧结铝(铝-氧化铝 ) 、烧结铍（铍 -氧化铍）、TD 镍（镍 -氧化钍）等。广义的金属陶瓷还包括难熔化合物合金、硬质合金、金属黏结的金刚石工具材料。金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等的制备。9电阻炉；高温箱形电阻炉； 碳化硅电炉：可加热到1350，也可以短时间加热到1500 ；碳管炉：用

7、碳制管作为发热元件的电阻炉。因为它们的电阻很小，所以也称为 “ 短路电炉 ” 。这种炉可以很容易地达到2000的高温；钨管炉：用钨作发热体的加热炉。感应炉；电弧炉。应用：高温下的固相合成反应：尖晶石型MgAl2O4的高温固相合成；单晶硼酸铝微管的高温固相合成；高温下的固 -气反应：锂还原 YCl3 ；制备金属钾；制备无水氯化稀土。10化学转移反应是一种固体或液体物质A 在一定的温度下与一种气体B 反应，形成气相产物， 这个气相反应产物在体系的不同温度部分又发生逆反应，结果重新得到A。这个过程似乎像一个升华或者蒸馏过程，但是在这样一个温度下，物质A 并没有经过一个它应该有的蒸气相，又用到了物质B

8、（转移试剂） ，所以称化学转移。应用：化学转移反应广泛应用在新化合物合成、物质的分离提纯和大而完美的单晶生长以及测定一些热力学数据等方面。图中示意在温度梯度下固体物质转移的理想化流动装置。显然，由于作为转移反应中的传输剂气体在与原料反应之后生成的是气体化合物，并要充分满足一定的蒸气压使之向生长端转0 AGG0 B AGGG移，传输剂还得在管中往返转移，因此，真空条件是必不可少的。通常，温度和浓度是影响转移反应的重要因素。可逆的多相反应达到平衡时，即，其平衡常数为Kp=pC/pB；在原料放置区，即图中的T1 段 ,A 和 B 尽可能生成C 并向沉淀区转移，在沉淀区（T2） ，C 尽可能分解沉积出

9、A。这就要求T 不要太大， Kp 尽可能接近1，即平衡时气体的分压应近似相等才好。举例：化学蒸气转移制备TaS2 晶体 : ，由于是吸热反应，平衡常数随温度上升而增大，850时的挥发性产物的分压比750 时的分压大， 因此，TaS2 在温度较低的一端沉积。11 2WO3+ H2 W2O5+H2O ；W2O5+ H2 2WO2+H2O ；WO2+2H2 W+2H2O 自蔓延高温合成材料制备是指利用原料本身的热能来制备材料。特点：能量利用充分；产品纯度高，因为SHS 能产生15004000高温，使大量杂质蒸发而除去；产量高，因为反应传播速度可达0.115cms-1，大大高于常规合成方法；反应进行的

10、关键是引燃（需要高能量）；常用的引燃技术：1.燃烧波点火：用钨丝或镍铬合金线圈作为点火剂点燃。2.辐射流点火：用氖灯等作为辐射源，采用辐射脉冲的方式点火。3.激光点火法、火花点火、电热爆炸、微波能点火、化学(自燃式 )点火，及线性加热等。12定义：在足够低的温度和足够弱的磁场下，其电阻率为零的物质。超导体都具有两个突出的性质：1.临界温度以下的电阻为零；2.显示 Meissner 效应（完全抗磁性） ：超导体一旦进入超导态，体内磁通量将全部被排除出体外，磁感应强度恒等于0。铁磁性金属Fe、 Co 和 Ni 不显示超导性，碱金属和钱币金属Cu、Ag 和 Au 也没有超导性；Be，Ti，Zn，Cd

11、， Hg，Y， Zr，Nb，Mo ，Tc，Ru，Rh， Hf ，Ta，W， Re，Os，Ir，Al ，Ga，In，Tl，Sn，Pb，La，Th， Pa，Am 。13水热 -溶剂热合成是指温度为1001000 、压力为 1MPa1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反应所进行的合成。特点：水热-溶剂热条件下，由于反应物处于临界状态，反应活性会有大大提高，有可能代替固相反应以及难于进行的合成反应；在水热-溶剂热条件下中间态、介稳态及特殊物相易于生成，可用于特种介稳结构、特种凝聚态的新合成产物；能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能在融体中生成的物质、高温分解相在此条件下晶化生成；有利于生长极少缺陷、取向

12、好、完美的晶体，且合成产物结晶度高以及易于控制产物晶体的粒度；易于反应的环境气氛， 有利于低价态、 中间价态与特殊价态化合物的生成，并能均匀地进行掺杂。不足：由于反应在密闭容器中进行，无法观察生长过程，不直观，难以说明反应机理； 设备要求高 (耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬 )、 技术难度大 (温压控制严格 )、成本高； 安全性能差 (我国已有实验室发生“ 炮弹 ” 冲透楼顶的事故)。14 合成反应：指通过数种组分在水热-溶剂热条件下直接化合或经中间态发生的化合反应。利用此类反应可合成各种多晶或单晶材料。 热处理反应：指利用水热-溶剂热条件处理一般晶体而得到具有特定性能晶体的反应。 转晶反应：

13、指利用水热-溶剂热条件下物质热力学和动力学稳定性差异进行的反应。 离子交换反应：指一些沸石阳离子交换、硬水的软化、长石中的离子交换反应。 单晶培育：指在高温高压水热-溶剂热条件下从籽晶培养大单晶粒的反应。 脱水反应：指在一定温度一定压力下物质脱水结晶的反应。 分解反应：在水热 -溶剂热条件下分解化合物得到结晶的反应。 提取反应：指在水热-溶剂热条件下从化合物(或矿物 )中提取金属的反应。 沉淀反应：指水热-溶剂热条件下因生成沉淀得到新化合物的反应。 氧化反应：金属和高温高压的纯水/水溶液 /有机溶剂反应得到新氧化物、配合物、金属有机化合物的反应以及超临界有机物种的全氧化反应。C(g)B(g)A

14、(s)(g)S(g)TaI(g)2I(s)TaS2422 晶化反应：指在水热-溶剂热条件下使溶胶、凝胶(sol、gel)等非晶态物质晶化的反应。 烧结反应：指在水热 -溶剂热条件下实现烧结的反应。 反应烧结：指在水热 -溶剂热条件下同时进行化学反应和烧结的反应。 水热热压反应：指在水热热压条件下，材料固化与复合材料的生成反应。影响因素：压强 -温度：高温高压下水的蒸气压变高、离子积变高、密度、黏度和表面张力都变低， 使水热反应具有重要离子间的反应加速、水解反应加剧、 有氧化还原反应的电势发生明显变化三个特征。一般的反应都会从离子反应变为自由基反应，也便具有极性键的有机化合物常具有某种程度的离子

15、性，自然能诱发离子反应或促进反应。 填充度： 在工作条件下，压强大小依赖于反应容器中的原始溶剂的填充度。合成溶剂性质的改变：水热反应中，溶剂会使反应物溶解或部分溶解，生成溶剂合物，影响化学反应速率。应用：微孔材料的水热-溶剂热合成；纳米粉料的水热-溶剂热合成：纳米氧化物的水热合成；陶瓷纳米材料的水热合成；溶胶 -水热合成纳米粉料；有机溶剂热合成纳米粉料； 特殊结构材料的水热-溶剂热合成； 无机 -有机复合材料的水热-溶剂热合成；15技术：Schlenk 装置：被称为 “ 用特殊玻璃装置在工作台上进行的操作” ，能抽除空气和引入惰性气体的玻璃装置。方法排代或排除空气的性能被操作物质的量* 特征S

16、chlenk 和注射技术好至很好中至大操作溶液快速而方便；固体样品的转移手套箱技术差至很好小至很大复杂的转移操作；能控制毒性物质和放射性物质真空线技术很好至特好很小至中气体定量测定；挥发性溶液的无污染转移和储存*很小：约1mg; 小:100 mg 左右；中：数克；大：数百克；很大：数千克16电解合成指通过电氧化或电还原过程，在水溶液、熔盐和非水溶液中的合成。 电解合成有其他合成方法所不及的优点：1.在电解中能提供高电子转移的功能，可以使之达到一般化学试剂所不具有的氧化还原能力；2.合成反应体系及其产物不会被还原剂(或氧化剂)及其相应的氧化产物(或还原产物 )所污染； 3.由于能方便地控制电极电势和电极的材质，因而可选择性地进行氧化或还原，从而制备出许多特定价态的化合物；4.由于电氧化还原过程的持殊性，因而能制备出其他方法不能制备的许多物质和聚集态。不能只用HF： HF