工程化学复习重点

y z
+
y
x
+
+
x
s轨道投影
-
-
x
pz轨道投影
dxy轨道投影
原子轨道形状
(3) 磁量子数 m 的物理意义：
m 的取值: m = 0,1,2,· l, 共可取2l + 1个值 · · 确定原子轨道的伸展方向 除s轨道外,都是各向异性的
p轨道, m=-1,0,+1,有三个伸展方向
原子轨道伸展方向
(4) 自旋量子数ms
离子键的本质
异号离子之间的静电引力。
离子键的特征
没有方向性 没有饱和性
量子数
(1) 主量子数 n 的物理意义： n 的取值：n = 1，2，3，…
n = 1，2，3，4, · 对应于电子层K，L，M，N, · · · · · 表示核外的电子层数并确定电子到核的平均距离 确定单电子原子的电子运动的能量 求解H原子薛定谔方程得到：每一个对应原子轨道中电子的 能量只与n有关：
试计算石灰石热分解反应的熵变和焓变 解： CaCO3(s) f Hm (298.15 K)/(kJ. mol-1) -1206.92 Sm (298.15 K)/(J. mol-1 . K-1) r Hm (298.15 K) =
B
H
B f B
92.9
m,B
CaO(s) + CO2(g) -635.09 -393.509 39.75 213.74
对于通式：
A + bB
gG + dD
若为元反应，则反应速率方程为
υ = k{c(A)}a . {c(B)}b
k 称为速率常数 各反应物浓度项指数之和(n = a + b )称为反应级数
已知K 与rGm的关系如下：
r Gm RT ln K
而 ΔrGm = -nFE
可得：
nFE ln K nE RT
开放系统 有物质和能量交换
封闭系统 只有能量交换
隔离系统 无物质和能量交换
3. 化学计量数
一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒 关系， 通式为：
0

B
B
B
B 称为B 的化学计量数。符号规定： 反应物： B为负；产物：B为正。
附例1.1 应用化学反应统通式形式表示下列合成氨的化学反 应计量方程式： N2 + 3H2 == 2NH3 解：用化学反应通式表示为： 0= - N2 - 3H2 + 2NH3
化学反应的热力学能变化与焓变
通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸收 或放出的热量叫做反应热。 根据反应条件的不同，反应热又可分为： 定容反应热 恒容过程，体积功w体 = 0，不做非体积功 w ′=0时，所以，
w= w体+ w ′=0 ，qV = ΔU
定压反应热
恒压过程，不做非体积功时， w体= – p(V2–V1)，所以 qp = ΔU + p(V2–V1)
4. 反应进度
反应进度ξ 的定义：
B nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。或定 义 nB ( ) nB (0)
d dnB
B
反应进度的单位是摩尔（mol），它与化学计量数的选配有关。
思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？
答：有关。如对于反应： 0 = –N2 – 3H2 + 2NH3 ，当有1mol NH3生成时，反应进度为0.5mol。若将反应写成
即 K a · b = Kw , Kw称为水的离子积常数 K 常温时，Kw = 1.0 × 10 ˉ14
缓冲溶液的pH
当加入大量的强酸或强碱，使溶液中的Ac‾或HAc耗 尽，则溶液将失去缓冲能力。
组成缓冲溶液的一对共轭酸碱，如HAc–Ac‾又称为缓冲对。 可用通式表示缓冲对之间存在的平衡： 共轭酸 = 共轭碱 + H+
思考：这两个公式有什么用处？
答：可以利用这两个公式计算反应热。
2. 标准摩尔生成焓
标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质B 时反应的焓变称为标准摩尔生成焓，记作 f H m 。 298.15K时的数据可以从手册及教材的附录3中查到。
指定单质通常指标准压力和该温度下最稳定的单质。如C： 石墨(s)；Hg：Hg(l) 等。但P为白磷(s)，即P（s，白）。
1 3 N 2 H 2 NH 3 2 2
则反应进度为1 mol。
状态函数：确定体系状态的宏观物理 量称为体系的状态函数。如质量、温度、
压力、体积、密度、组成等是状态函数。
状态函数的特点： 1. 体系的状态一定，状态函数值确定。 2. 状态函数的改变值只由体系的始态和 终态决定，与体系经过的途径无关。 3. 循环过程的状态函数改变值为零。
思考：电负性最大的前三种和最小的元素分别是什么？ 答：电负性最大的元素为F(4.0) 、O(3.5) 、N(3.0)和 Cl(3.0)。电负性最小的元素是Cs和Fr(0.7)。
用波函数ψn,l,m描述原子中电子的运动,习惯上称为轨 道运动,它由n, l, m三个量子数所规定,电子还有自旋 运动，因而产生磁矩，电子自旋磁矩只有两个方向。 因此，自旋量子数的取值仅有两个，分别为+1/2和1/2，也常形象地表示为 和 。
一个轨道中的电子可以有两种不同的自旋方向。
共价键
(298.15 K)
={(-635.09)+(-393.509)-(-1206.92)} kJ.mol-1 = 178.32 kJ.mol-1 r Sm (298.15 K) =

B
Sm (B)
= {(39.75 + 213.74) - 92.9 59}J.mol-1.K-1 = 160.59 J.mol-1
化学的五个主要基础分支为 无机化学 ；有机化学 ； 分析化学；物理化学 ；和高数，也称为原子轨道。
光具有动量和波长，也即光具有波粒二象性。 原子核外电子的分布要服从以下规则：泡里不相容原
理 能量最低原理 洪德规则
凡能给出质子的物质都是酸；凡能结合质子的物质 都是碱。 室温时，水的pH值等于7 H和U是状态函数 写出气体反应的平衡常数
c(HAc)c(OH ) Kb c(Ac ) c
c(H ) c(Ac ) Ka c(HAc) c
Acˉ的共轭酸是HAc：HAc(aq) = H+(aq) + Acˉ(aq)
c(HAc) c(OH ) c(H ) c(Ac ) Ka K b c(OH ) c(H ) /(c ) 2 K w c(Ac ) c c(HAc) c
En = (–1312 / n2) kJ·mol ˉ1
n的值越大，电子能级就越高。
(2) 角量子数 l 的物理意义：
l 的取值：l = 0,1,2,3,·, (n – 1) · · l = 0,1,2,3 的原子轨道习惯上分别称为s、p、d、f 轨道。 表示亚层，基本确定原子轨道的形状
对于多电子原子，与n共同确定原子轨道的能量。
【例】计算下列反应的 △rG m,并判断反 应的自发方向。 C6H12O6(s)+ 6O2(g)= 6CO2(g)+ 6H2O(l) 解：查 -910.5 △rG
m
0
-394.4
-237.2
= 6(-394.4) + 6(-237.2) – (-910.5) = -2879.1 kJ.mol-1
因为 △rG m< 0, 正反应自发。
+ +
+ +
+
不成键
成键
附图 p轨道共价键形成示意图
5.
元素的电负性
电负性是元素的原子在分子中吸引电子的能力。
1932年，鲍林（Pauling）首先提出了电负性的概念。 鲍林指定氟（F）的电负性为4.0，从而求出其它元 素的电负性。 电负性是一个相对数值 在同一周期中，从左到右电负性增加。 在同一族中，自上而下电负性下降。
0.05917 V
当T=298.15K时： lg K
以上讨论可知，电化学方法实际上是热力学方法 的具体运用。
共轭酸碱解离常数之间关系
根据已知弱酸(碱)的解离常数Ka(Kb)，可计算得其共轭离子 碱(酸)的Kb(Ka)。以Acˉ为例 Acˉ(aq) + H2O(l) = HAc(aq) + OHˉ(aq)
【例】已知下列反应的△rHm=-402kJ.mol-1, △rSm= -189 J.K-1.mol-1，求标准状态下反应 处于平衡时的温度。CaO(s)+SO3(g)=CaSO4(s) 解：平衡时 △rGm (T)≈△rHm(298)- T△rSm(298) = 0 T = △rHm / △rSm= -402 / -0.189 = 2130 (K)
{c(H ) / c } {c(共轭碱) / c } Ka c(共轭酸 ) / c
c( H ) / c K a
pH pK a lg
c(共轭酸 ) c(共轭碱 )
c(共轭酸 ) c(共轭碱 )
1.
离子键
当活泼金属和活泼非金属元素的原子互相接近时， 前者失去电子形成正离子，后者得到电子形成负离 子。正、负离子通过静电相互作用结合成离子型化 合物。
共价键是两个原子共用成键电子对形成的，成键电 子对可以由两个原子共同提供，也可以由一个原子 单独提供（后者习惯上称为配位键）
同种非金属元素或电负性相差不大的元素之间可以形成共 价键。当由两个原子共同提供一对电子时，这对电子的自 旋方向必须相反，同时这两个电子的原子轨道发生最大程 度的重叠，在两个原子核间形成密集的电子云。
如：3/2H2 + 1/2N2 ＝NH3