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1、本文档相关内容参见 视频 1、2,无机化学课程的 总体设计,吉林大学化学学院 宋天佑,普通化学原理,元素化学,一 普通化学原理教学内容,物质结构,反应原理,两部分,二 普通化学原理的教学目的,1. 为后续课程的教学打基础,物理化学 结构化学 分析化学 有机化学,2. 为无机元素化学教学打基础,讲授元素化学的反应事实时， 要用理论贯穿。,便于讲授，也便于学生理解。,热力学 动力学,反应进行的,可能性 现实性,需要在二氧化硅进行氯化的 体系中加入焦炭，与之共热。,从二氧化硅制备四氯化硅,SiO2 + 4 HF SiF4 + 2 H2O,从二氧化硅制取四氟化硅 不需要反应的热力学耦合,分析下面的热力
2、学数据，即可以理解上述两个制备反应条件不同的原因,锂和钠反应活性的比较,电对 Na+ / Na K+ / K Rb+ / Rb Cs+ / Cs,E / V 2.71 2.931 2.98 3.026,IA 族元素 （M+ / M）的电极电 势 E ，从 Na 的 2.71V 到 Cs 的 3.026 V 依次减小，呈现很强的规 律性。,电对 Li+ / Li Na+ / Na K+ / K Rb+ / Rb Cs+ / Cs,E / V 3.0401 2.71 2.931 2.98 3.026,但是锂严重地打破了这一规律,金属的 E （M+ / M）越小， 说明金属在热力学上越活泼。,于是整
3、个过程是可以分解为 M（s） M+ （aq）,rHm,Li 的原子化热 A 大，第一电 离能 I1 也大，吸热比 Na 多。,关键是 Li+ 的水合热 H 0， 水合过程远比 Na+ 放热多。,Li+ 的水合热的有利克服了 原子化热和第一电离能对 Li 的 不利，导致总的热效应 rHm 对 Li 比 Na 有利。故,E （Li+ / Li） = 3.0401 V E （Na+/Na）= 2.71 V,尽管在热力学上 E （Li+ / Li）小于 E （Na+ / Na），但实际反应 中由于锂的原子化热大，引起反应 的活化能大，致使反应速率慢。,例如锂与水的反应不如钠剧烈。,另外产物 LiOH
4、的溶解度较小，覆盖在锂的表面，也导致反应速率 变慢。,热力学一章 讨论标态下、恒温恒压下、 无非体积功的过程或化学反应进 行的可能性,化学平衡一章 恒温恒压、无非体积功,氧化还原反应一章 恒温恒压、有非体积功,酸碱平衡 沉淀溶解平衡 络合解离平衡 氧化还原平衡,主要讨论与溶液相关的反应,常见离子的分离,Zn2+，Cu2+，Ag+，Cr3+，Al3+ 几种离子存在于同一溶液中,离子的分离将用到四大平衡,Zn2+，Cu2+，Ag+，Cr3+，Al3+,Zn2+，Cu2+，Cr3+，Al3+,AgCl,CuS,Zn2+，Cr3+，Al3+,BaCrO4,涉及沉淀溶解平衡,涉及酸碱平衡和沉淀溶解平衡,
5、涉及沉淀溶解平衡、络合解离 平衡和氧化还原平衡。,涉及沉淀溶解平衡,研究无机物结构的理论基础,原子结构 分子结构 晶体结构 配位化合物结构,可以从结构上分析 SiCl4 水 解反应进行的机理。,关键是 Si 有 3d 空轨道，当 H2O 分子以其具有孤电子对的负 电性的 O 端与中心 Si 接近时,Si 可以接受 H2O 以形成 sp3d 杂化的五配位中间体,sp3 杂化,sp3d 杂化,氯化氢分子离去，再由 sp3d 杂化 变成 sp3 杂化,继续取代,继续取代生成硅酸,而 NCl3 水解的关键是 N 有孤 电子对,当 H2O 分子以其具有电正性 的 H 端与中心 N 接近时,H 通过 N
6、的孤电子对与 N 成 单键相结合形成中间体,中间体,当 ClOH 与中间体分离时,Cl 将 ClN 成键电子对留给 N,O 将 HO 成键电子对带走,于是取代产物为电中性。,且中心 N 仍具有一孤电子对。,当 H2O 分子的 H 与其接近时， 仍可以形成中间体。,H 继续取代 Cl，最终得到水解 产物 NH3。,ClOH 中 O 与 Cl 共用 一对电子成单键，形成水解的另 一种产物次氯酸。,PX3 + 3 H2O H3PO3 + 3 HX,三卤化磷水解的方式一般为,PCl3 中心 P 原子既有空 d 轨 道，可以接受水分子中具有孤对电 子的负电性的 O 端的进攻,又有孤电子对占有的轨道，可
7、以接受具有电正性的 H 端的进攻,所以 PCl3可以同时发生两种不 同机理的水解反应。,当 PCl3 与 H2O 分子接近时，水的 H 端进攻中心具有孤电子对的轨道。,形成 sp3d 杂化的中间体。,sp3 杂化,sp3d 杂化,同时水的 O 端进攻中心的空 d 轨道,于是 H 通过 P 的孤电子对与 P 成单键相结合。,HO 断裂时其成键电子对留 给 O。,O 与 P 共用 2 对电子成双键。,当 HCl 与中间体分离时，Cl 将 PCl 成键电子对带走。,H 将 HO 成键电子对留给 O。,故第一步取代产物为电中性，且 中心 P 不再具有孤电子对。,第二步只能是水的 O 端进攻中心 的空
8、d 轨道,第三步，OH 取代最后一个 Cl,CCl4 中心 C 原子既没有空 d 轨 道，以接受水分子中具有孤对电子的 负电性的 O 端的进攻,又没有孤电子对占有的轨道，以 接受具有电正性的 H 端的进攻,所以 CCl4 很难发生水解反应。,上述几个例子说明，普通 化学原理教学对于元素化学教 学十分重要。,物质结构 在后,反应原理 在先,多数教材,物质结构,反应原理,三 普通化学原理讲授次序,讲授时应该深入浅出、适可而止,努力的方向是 如何在现有的学时、 现有的学生知识基础上讲清楚 问题,在普通化学原理讲授之前 一般有 “化学基础知识” 章,内容的选择,为反应原理和物质结构做 铺垫,分压,平衡
9、常数,分体积,体系与环境的界面,气体分子的 速率分布与 能量分布,动力学、活化分子 阿仑尼乌斯公式,依数性,电离学说,质量摩尔 浓度,依数性、标准态,2 热力学,3 动力学和化学平衡,4 原子结构 5 分子结构,6 晶体结构,7 配位化合物结构,8 酸碱解离平衡 9 沉淀溶解平衡 络合解离平衡 10 氧化还原平衡,吉林大学化学学院 2011 级教学的内容和次序,在分子结构和共价键理论一章中，只讲有关共价键的理论,路易斯理论,价键理论,价层电子对互斥理论,杂化轨道理论,分子轨道理论,价键理论的 键、 键定义,成键条件中的对称性一致条件,分子轨道理论中的成键三原则中 有对称性一致原则,必须先讲授对
10、称性,旋转和对称轴,反映和对称面,反演和对称中心,2 热力学,3 动力学和化学平衡,4 原子结构 5 分子结构,6 晶体结构,7 配位化合物结构,8 酸碱解离平衡 9 沉淀溶解平衡 络合解离平衡 10 氧化还原平衡,将 “晶体结构” 独立设章，讲授晶体的基础知识，不与离子键混在一起。,离子晶体和离子键,分子晶体和分子间作用力,离子极化学说简介,金属晶体和金属键,原子晶体和混合晶体,晶体结构一章的内容与次序,2 热力学,3 动力学和化学平衡,4 原子结构 5 分子结构,6 晶体结构,7 配位化合物结构,8 酸碱解离平衡 9 沉淀溶解平衡 络合解离平衡 10 氧化还原平衡,将“配位化合物结构”独立
11、设章， 不与络合解离平衡混在一起。,介绍配位化合物的稳定性时，要 涉及到“软硬酸碱分类”，这是在路易 斯酸碱理论基础上进行的分类。,必须借助“化学基础知识”一章， 单独设立“酸碱理论的发展”一节 。,而介绍路易斯酸碱理论以往是在 酸碱解离平衡一章，尚未讲授。,将络合解离平衡和沉淀溶解平衡 放在一起作为第九章。,原因之一是，络合解离平衡和沉 淀溶解平衡的篇幅均较小。,原因之二是，配位化合物的生成 是沉淀发生溶解的一种途径。,将氧化还原平衡放在四大平衡的 最后讲授。,原因是可以将影响电极电势的因 素酸碱、沉淀、络合集中讲解。,现将全部内容及讲授顺序列出,第一章 化学基础知识 1. 1 理想气体的状
12、态方程 1. 2 实际气体的状态方程 1. 3 混合气体的分压定律 1. 4 气体扩散定律 1. 5 气体分子的速率分布和能量分布 1. 6 溶液的饱和蒸气压降低 1. 7 溶液沸点升高和凝固点降低 1. 8 渗透压 1. 9 稀溶液依数性的应用 1. 10 酸碱理论的发展,第二章 化学热力学初步 2. 1 热力学基本概念 2. 2 热力学第一定律 2. 3 热化学 2. 4 化学反应进行的方向,第三章 反应速率和化学平衡 3. 1 反应速率概念 3. 2 反应速率理论 3. 3 浓度对反应速率的影响 3. 4 浓度与反应时间的关系 3. 5 温度对反应速率的影响 3. 6 催化剂对反应速率的
13、影响,第四章 原子结构和元素周期律 4. 1 核外电子运动的特殊性 4. 2 核外电子运动状态的描述 4. 3 核外电子排布和元素周期律 4. 4 元素基本性质的周期性,第五章 分子结构和共价键理论 5. 1 对称性 5. 2 路易斯理论 5. 3 价键理论 5. 4 价层电子对互斥理论 5. 5 杂化轨道理论 5. 6 分子轨道理论,第六章 晶体结构基础 6. 1 晶体结构基本概念 6. 2 离子晶体和离子键 6. 3 分子晶体和分子间作用力 6. 4 离子极化学说简介 6. 5 金属晶体和金属键 6. 6 原子晶体和混合晶体,第七章 配位化合物的结构 7. 1 配位化合物的基本概念 7.
14、2 配位化合物的异构现象与命名方法 7. 3 配位化合物的稳定性 7. 4 配位化合物的价键理论 7. 5 配位化合物的晶体场理论,第八章 酸碱解离平衡 8. 1 强电解质的解离 8. 2 弱电解质的解离平衡 8. 3 盐类的水解,第九章 沉淀溶解平衡和络合解离平衡 9. 1 沉淀溶解平衡 9. 2 沉淀溶解平衡的移动 9. 3 络合解离平衡 9. 4 络合解离平衡的移动,第十章 氧化还原反应和电化学 10. 1 原电池 10. 2 电池反应的热力学 10. 3 E 与 E 的关系 10. 4 化学电源与电解,2 热力学 5 学时,3 动力学和化学平衡 5 学时,4 原子结构 6 学时 5 分
15、子结构和共价键 5 学时,1 化学基础知识 5 学时,实际授课时数,6 晶体结构 5 学时,7 配位化合物结构 5 学时,8 酸碱解离平衡 3 学时 9 沉淀溶解平衡 3 学时 络合解离平衡 10 氧化还原平衡 8 学时,普通化学原理教学 计 50 学时,元素化学教学计划 约 50 学时,在简明无机化学前言中我曾 写道，本教材90学时的基本内容，给 主讲教师留下了很大的空间。,进可以在教材的基础上对元素部 分的知识框架加以充填和丰富，以满 足更高层次数学的需要；,四 短学时教学的实践与思考,退可以精简理论部分偏深、偏 难的内容，使学时数降到 6070。,现在已经通过 2009 级和 2010 级唐敖庆班，完成了70 学时无机化 学的教学实践。,从1994级学生开始，高分子专 业，应化专业，化工专业的无机化 学教学就属于短学时教学。 授课时数不足 70 学时。,考研时和90学时的化学专业同 样要求，一张考卷。,参与“
