拓扑化学反应
化学反应网络的计算与拓扑
化学反应网络的计算与拓扑化学反应网络是描述化学反应物质转化的图形模型，它由大量的化学反应和反应物组成。
理解化学反应网络的计算与拓扑对于深入研究化学反应动力学和控制化学反应过程非常重要。
化学反应网络的计算计算化学方法在化学反应网络的研究中扮演着重要的角色。
计算化学的基本思想是使用计算机模拟化学反应中的量子力学和统计热力学方法，计算出反应机理、反应速率常数和热力学性质等重要参数。
常用的计算化学方法有密度泛函理论（DFT）、分子动力学模拟（MD）、量子力学计算、蒙特卡罗模拟等。
其中，密度泛函理论是计算电子结构的重要方法，它以体系的电子密度函数为基本变量，可以计算分子的几何构型和结构稳定性等重要参数。
分子动力学模拟则是分子在给定的力场和热力学条件下的运动状态，可以提供分子的能量、动量和几何结构等信息。
这些计算化学方法可用于优化化学反应网络的结构，确定重要的中间体和过渡态结构，揭示反应机理以及确定反应速率常数等。
化学反应网络的拓扑在化学反应网络的研究中，网络的拓扑特性非常重要。
反应物和中间体之间的连通性、反应的控制性质以及反应的稳定性等都与网络的拓扑特性密切相关。
拓扑理论提供了一种研究网络结构的工具，可以帮助我们理解化学反应网络的各种特性和性质。
化学反应网络的拓扑特性主要包括网络的结构和动力学特性。
化学反应网络的结构可以用图论表示，如连通性、距离、直径、聚类系数、平均路径长度等。
动力学特性则反映了化学反应过程的时序和稳定性等重要特性，可以通过拓扑分析和数学模型建立。
例如，拓扑分析可以帮助我们理解化学反应网络中反应物之间的连通性和性质，确定网络中重要的中间体和过渡态结构，分析网络的稳定性以及研究反应神经网络结构对反应速率的影响，这些都是化学反应过程中非常重要的研究方向。
总结化学反应网络的计算与拓扑是化学反应动力学和控制化学反应过程的重要研究手段。
计算化学方法提供了研究化学反应动力学和热力学性质的基础，拓扑分析则为理解化学反应网络的拓扑结构和动力学特性提供了工具和方法。
拓扑化学法
拓扑化学法咱说这拓扑化学法啊，还真是门学问。
这可不是一朝一夕就能搞明白的。
要是你问我，啥是拓扑化学法？我说啊，这就像拼图一样，把分子和结构绕来绕去的关系给理得清清楚楚。
我们那实验室的小刘，平时爱琢磨事儿，那天就跑过来，眉飞色舞地跟我说起这拓扑化学的方法。
我看着他那兴奋劲儿，就知道这事儿有得搞头。
要想掌握拓扑化学法呢，学习是必不可少的步骤。
我就跟实验室的同事们说：“咱这搞科研的，就得不停地学习，就像那鱼儿离不开水。
”我站在实验桌旁，看着大家或心痒痒或挠头的样子。
得了，我就去找了那些在这方面有深厚造诣的教授来给大伙讲讲课。
教授一来，就开始他那一套：“这拓扑化学啊，就跟打太极似的，得运转自如，才能化繁为简。
”听到这儿，大家似懂非懂地点头，我心里就窃喜，至少大家没睡着。
培训归培训，实践可不能落下。
我就说：“咱得给自己机会去试错，哪有光在那儿研究不动手的？”刚开始，这想法还真不容易推行。
有人就皱着眉头说：“这要是跑偏了，实验可咋整？”我乐呵呵地说：“你看那厨子，哪有不翻锅、不尝味就能炒出好菜的？咱得勇于尝试。
”于是，我们就逐步安排了些实验任务，让大家亲自操刀，体验一把解开化学结构的乐趣。
做实验时，有同事犯难也是常事。
比如小张，一碰上难解的结构就皱着眉头，仿佛打了结的绳子。
我见状，赶紧上前帮忙。
我拍拍他的肩膀说：“小张啊，别着急，化学结构像迷宫，慢慢来，总能找到出口。
”然后我们就一起琢磨，把思路一点点捋清楚。
这拓扑化学法的研究，还得有点激励措施。
老闷头干活，没点甜头谁都没劲。
我就跟实验室负责人商量，设了个“小金块”（奖牌）奖励。
每个月要是有谁在拓扑化学实验中取得显著进步，就给他发个金块。
金块虽小，但心意不小。
大家一听有奖励，那探究心和热情全冒出来了，就像看到了闪光的元素符号，眼睛都亮起来了。
还有啊，实验室的氛围也得搞得活跃点。
我就组织大伙一起搞点化学趣味竞赛，什么分子结构大比拼啦，化学反应竞猜啦。
大家在活动中不仅能学到新知识，还能放松身心。
拓扑学原理在化学化工中的应用
文章编号：1002-1124（2010）07-0038-05Sum 178No.7化学工程师ChemicalEngineer2010年第7期拓扑学是研究图形经过拓扑变换后的不变性质的学科[1]。
近年来已成为研究连续现象的数学分支，许多自然科学中复杂几何特征经拓扑学抽象和概括后，变得十分简洁而清晰。
化学拓扑学就是运用拓扑学原理来寻求分子结构的拓扑不变量，用数字进行表征，建立结构与性能之间的数量关系并用以预测分子的性质，指导新物质的合成。
1拓扑指数结构决定性质是化学学科中一条普遍适用的规则。
物质的物理化学性质依赖于分子结构，即性质是结构的函数。
用拓扑方法研究结构与性质的关系，首先要建立分子图。
通常以每个顶点代表分子中的一个原子，每条边代表原子之间形成的化学键，这样可以将分子结构抽象为一个图G （V ，E ）。
其中V ={V 1，…V n }为顶点集，E =e 1，…，e m !"为边集，e =V i ，V j #$是2个顶点V i 和V j 之间的连线，这样构成的图称为分子图。
然后用数学方法找出分子图中的各种拓扑不变量即拓扑指数[2]。
最后将拓扑指数与该分子的各种理化性质相关联，建立模型，从而达到预测物质性质的目的。
由于拓扑指数直接产生于化合物的分子结构，不受经验和实验的限制，对所有的化合物均可以获得拓扑指数，而且能够有效地反映分子中键的性质，原子间的结合顺序，分子的支化度及分子的形状等结构信息，在定量构效关系研究中获得广泛应用。
1.1预测相关分子系统的物理化学性质解释和预测是一个理论最重要的功能。
拓扑指数是分子图的数值化，它与分子体系的物理化学性质建立起一种统计的对应关系，通过回归处理来确定二者之间的定量关系，其相关程度可以用标准方差、相关系数、显著性检验等统计学方法来衡量。
目前，除了考虑抽象的分子图的拓扑不变量外，还更加重视分子本身的量子化学特征，使拓扑指数的结构信息更充分，具有更强的预测功能。
生物化学反应网络的网络拓扑结构及演化规律研究
生物化学反应网络的网络拓扑结构及演化规律研究生物体内的种种生化反应在越来越多的实验中被揭示出来，而生物化学反应网络的研究便应运而生。
生物化学反应网络是指由生物化学反应所构成的网络，该网络中的节点为化学物种，边表示邻接的化学反应。
生物化学反应网络的研究对于深入理解生物机理、揭示疾病机理等都具有重要的意义。
而研究生物化学反应网络的网络拓扑结构及演化规律，则可以为人们提供重要的理论基础。
一、生物化学反应网络的网络拓扑结构生物化学反应网络中的节点为化学物种，边表示邻接的化学反应。
生物化学反应网络的拓扑结构分析与研究是了解反应机理、探究网络性质和拓扑学等问题中不可避免的步骤。
在研究网络拓扑结构时，常以节点的度、聚类系数、介数中心性等指标作为网络拓扑结构的刻画。
1. 节点的度节点的度是指与该节点直接连接的边的数量。
在化学网络中，节点代表一种化学物质，度则代表这种化学物质参与到反应中的次数。
一般来说，网络中度比较大的节点具有较为核心的地位，因为这些节点连接的边数较多，信号传递的效率较高。
2. 聚类系数生物化学反应网络的聚类系数指的是一个节点的邻居们密集地连接另一个的可能性。
对于网络中的一个节点，其邻居之间相连的边的数量越多，那么这个节点的聚类系数也就越高。
聚类系数高的节点通常在反应传导过程中发挥着重要的作用。
3. 介数中心性介数中心性是指节点在网络中所有对之间的最短路径数量。
生物化学反应网络中，介数中心性较高的节点与其他节点之间的通信较为频繁，因此介数中心性较高的节点通常具有重要的功能。
上述三种网络拓扑结构的刻画方法都有其实际指导意义。
例如，通过度解析可以发现网络中具有更多较为核心的节点；通过聚类系数分析可以发现网络中存在较为明显的社团结构；通过介数中心性分析可以辨认出网络中具有重要功能的节点等等。
二、生物化学反应网络的演化规律在生物化学反应网络的研究中，演化规律的探索是不可缺少的一环。
生物体内的生化反应网络随着时间的推移，必然会发生演化，本节中，我们将就已有的研究成果，来探讨生物化学反应网络的演化规律。
软化学和绿色合成方法
体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维
空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去
流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧
结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
• 应用：具有不同特性的氧化物型薄膜，如V2O5, TiO2, MoO3, WO3, ZrO2, Nb2O3等。
溶胶－凝胶法的基本原理
分子态——聚合体——溶胶——凝胶——晶态或非晶态
原料成本较高 缺 存在残留小孔洞 点 较长的反应时间
有机溶剂的危害性
无机金属盐的水解：
当阳离子M2+溶解在纯水中则发生如下溶剂化反应：
这种溶剂化作用导致部分共价键的形成, 所以水分子变 得更为酸性。 按电荷迁移大小，溶剂化分子发生如下变化(水解作用)：
在通常的水溶液中，金属离子可能有三种配体， 即水(H2O)，羟基(OH)和氧基(＝O)。
5.2 溶胶－凝胶法 (sol-gel)
• 胶体（colloid）是一种分散相粒径很小的分散体系， 分散相粒子的重力可以忽略，粒子之间的相互作用 主要是短程作用力。是热力学不稳定而动力学稳定 的体系。
• 溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒 子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～100nm 之间。
化（XRD、中子衍射、DTG-TG） • 反应中官能团及键性质的变化（红外、拉曼） • 固态物体的核磁共振谱测定M-O结构状态
溶胶－凝胶法应用
溶胶－凝胶法应用（1）
• 铝胶制备及化学机理
• 铝盐溶液中，铝离子呈水合状态，即[Al(H2O)6] 3+。氢离子 释放出来—水解反应 [Al(H2O)6] 3+ = [Al(OH)(H2O)5] 2+ + H+ [Al(OH)(H2O)5] 2+ = [Al(OH)2(H2O)4] + + H+ [Al(OH)2(H2O)4] + = [Al(OH)3(H2O)3]0 + H+
第二章 气体和溶剂
一章1、气体除杂净化的主要对象：除去液雾和固体颗粒、干燥、除氧、除氮2、吸附剂由于作用不同分类：物理吸附、化学吸附、功能机吸附3、分子筛的定义：分子筛是具有均一微孔结构，而能将不同大小分子分离或选择性大小的固体吸附剂或催化剂，是一种结晶型的含水硅铝酸盐。
俗称“泡沸石”。
4、分子筛在空气装置中的应用：1）用于净化空气2）制取富氧空气3）用于纯化空气5、选择吸附剂做干燥剂时应考虑的因素：1）干燥剂的吸附容量，吸附容量越大越好。
2）吸附效率，吸附效率愈快愈好。
3）残留水的蒸汽压，吸附平衡后残留水的蒸汽压愈小愈好。
4）干燥剂的再生，干燥剂越易再生成本越低。
6、质子惰性溶剂分类：1）惰性溶剂，基本上不溶化不自电离2）偶合质子惰性溶剂，极性高但电离程度不大3）两性溶剂，极性强能电离的溶剂4）无机分子溶剂，不接受质子也不自电离。
（如so2、N2o4）二章7、化学气相沉积法的几种方法：1)高压化学气相沉积法2)低压化学气相沉积法3)等离子化学气相沉积法4)激光化学气相沉积法5)金属有机化合物化学气相沉积法6)高温化学气相沉积法7)中温化学气相沉积法8)低温化学气相沉积法8、化学气相沉积法的几种反应类型：1)热分解反应2)化学合成反应3)化学运输反应4)等离子体增强的反应5)其他能源增强反应9、等离子体增强反应沉积的优缺点：1)优点：基本温度低、沉积速率快、成膜质量好、针孔较少不易龟裂。
2)缺点：○1设备投资大，成本高，气体纯度要求高。
○2涂层过程中噪音大，强光辐射，有害气体、金属对人体有害。
○3对小针孔内表面难以涂层。
10、电阻炉中常用的发热体：金属发热体、碳素材料发热体、碳化硅发热体11、影响高温固相反应速度的因素：1)反应物固体的表面积和反应物间的接触面积2)生成物相的成核速度3)相界面间特别是通过生成物相层的离子扩散速度12、高温还原反应中，金属还原法还原剂的选择时应考虑因素：还原能力强、不与被还原金属生成合金、得到的金属纯度高、容易分离、成本低廉、容易处理。
无机合成思考题答案总汇
受到的压力进行定标。物质相变点定标测压法； 红宝石红移效应定标测
压法； 晶格常数定标测压法
思考题
➢ 什么是真空度？真空度是如何划分的？
真空指低于大气压的状态。真空度真空状态下气体的稀薄程度。粗真空：105 ~ 103 Pa ；低真空：103 ~ 10-1 Pa；高真空：10-1 ~ 10-6 Pa；超高真空：10-6 ~ 10 12 Pa；极高真空：< 10-12 Pa ➢ 真空度的测量方法有哪些？ 麦氏真空规；热偶真空规； 热阴极电离真空规；冷阴极磁控规 ➢ 热偶规、电离规的工作原理是什么？
思考题
➢ 无机材料的分析表征包括哪几个方面的内容？
材料化学组成，结构，显微结构研究材料性能研究
➢ 扫描电镜与透射电镜的工作特点与应用领域有何异同？
二次电子，样品的表面形貌 背散射电子，材料的局部织构
➢ MnCO3热分解曲线如右图所示。
试分析TGA曲线上每一阶段和DTA曲 线上每个峰对应的热分解过程，写出
应。
➢ 什么是超酸？什么是酸度函数？
将强度超过100％H2SO4的一个酸或酸性介质称作强酸（或超强酸），把SbF5HSO3F称作魔酸。 强酸的酸度可以通过一种与强酸反应的弱碱指示剂的质子化程度来表示
➢ 下列反应在水和液氨中进行，结果有什么不同？试解释之。
BaCl2 + 2AgNO3 = 2AgCl + Ba(NO3)2
思考题
➢ 什么是固相反应？固相反应的基本类型有哪些？ 固相反应是指那些有固体物质参加的反应。反应产物之一是固态的反应就称为固 相合成。单种固态物质的反应，固态和气态物质参加的反应，固态和液态物质之 间的反应，两种以上固态物质之间的反应，固态物质表面上的反应 ➢ 固相中扩散的驱动力是什么？能否出现由低浓度区向高浓度区扩散的现象？ 固相中扩散的驱动力在于原子总是从高化学势区向低化学势区迁移。由于在多 数情况下，浓度梯度与化学势梯度一致，因此通常原子都是从高浓度区向低浓度 区扩散。但也可能存在例外，如碳在(Fe-Si）钢中的山坡扩散。 ➢ 在固相反应中降低合成反应温度的方法与措施是什么？ 溶胶－凝胶合成方法，燃烧方法，前体制备方法，水热方法
拓扑学原理在化学化工中的应用
文章编号：1002-1124（2010）07-0038-05Sum 178No.7化学工程师ChemicalEngineer2010年第7期拓扑学是研究图形经过拓扑变换后的不变性质的学科[1]。
近年来已成为研究连续现象的数学分支，许多自然科学中复杂几何特征经拓扑学抽象和概括后，变得十分简洁而清晰。
化学拓扑学就是运用拓扑学原理来寻求分子结构的拓扑不变量，用数字进行表征，建立结构与性能之间的数量关系并用以预测分子的性质，指导新物质的合成。
1拓扑指数结构决定性质是化学学科中一条普遍适用的规则。
物质的物理化学性质依赖于分子结构，即性质是结构的函数。
用拓扑方法研究结构与性质的关系，首先要建立分子图。
通常以每个顶点代表分子中的一个原子，每条边代表原子之间形成的化学键，这样可以将分子结构抽象为一个图G （V ，E ）。
其中V ={V 1，…V n }为顶点集，E =e 1，…，e m !"为边集，e =V i ，V j #$是2个顶点V i 和V j 之间的连线，这样构成的图称为分子图。
然后用数学方法找出分子图中的各种拓扑不变量即拓扑指数[2]。
最后将拓扑指数与该分子的各种理化性质相关联，建立模型，从而达到预测物质性质的目的。
由于拓扑指数直接产生于化合物的分子结构，不受经验和实验的限制，对所有的化合物均可以获得拓扑指数，而且能够有效地反映分子中键的性质，原子间的结合顺序，分子的支化度及分子的形状等结构信息，在定量构效关系研究中获得广泛应用。
1.1预测相关分子系统的物理化学性质解释和预测是一个理论最重要的功能。
拓扑指数是分子图的数值化，它与分子体系的物理化学性质建立起一种统计的对应关系，通过回归处理来确定二者之间的定量关系，其相关程度可以用标准方差、相关系数、显著性检验等统计学方法来衡量。
目前，除了考虑抽象的分子图的拓扑不变量外，还更加重视分子本身的量子化学特征，使拓扑指数的结构信息更充分，具有更强的预测功能。
拓扑学在化学结构研究中的应用
拓扑学在化学结构研究中的应用近年来，拓扑学作为一门新兴的学科，逐渐在各个领域中得到应用。
其中，化学结构研究是其中之一。
拓扑学通过研究物质的形状和连接方式，为化学家提供了一种全新的思路和方法，用于解析和预测分子的性质和行为。
本文将探讨拓扑学在化学结构研究中的应用，并举例说明其在分子设计、催化剂优化和材料科学等方面的重要性。
首先，拓扑学为分子设计提供了新的思路。
传统上，化学家通过调整分子的原子组成和键的连接方式来改变分子的性质。
然而，这种方法在某些情况下并不总是有效的。
拓扑学的出现改变了这种局面。
通过研究分子的拓扑结构，化学家可以发现一些隐藏的规律，并根据这些规律设计出具有特定性质的分子。
例如，在药物设计中，拓扑学可以帮助化学家寻找具有特定空间构型和活性位点的分子，从而提高药物的效果和选择性。
其次，拓扑学在催化剂优化中发挥着重要作用。
催化剂是化学反应中的关键组分，它可以加速反应速率和提高反应选择性。
然而，催化剂的设计和优化一直是一个具有挑战性的问题。
拓扑学为化学家提供了一种新的思路。
通过研究催化剂的拓扑结构，可以发现一些与催化性能密切相关的特征，并根据这些特征来设计新的催化剂。
例如，利用拓扑学的方法，可以设计出具有高活性和选择性的催化剂，从而提高化学反应的效率和产率。
此外，拓扑学在材料科学中也有着广泛的应用。
材料的性质往往与其结构密切相关，而拓扑学正是研究结构的一门学科。
通过研究材料的拓扑结构，可以发现一些与材料性质密切相关的拓扑特征，并根据这些特征来设计新的材料。
例如，在光电子材料中，拓扑学可以帮助化学家设计出具有特定电子结构和导电性质的材料，从而提高光电转换效率和器件性能。
总之，拓扑学在化学结构研究中的应用为化学家提供了一种全新的思路和方法。
通过研究物质的形状和连接方式，化学家可以发现一些隐藏的规律，并根据这些规律来设计新的分子、催化剂和材料。
拓扑学的应用不仅可以提高化学研究的效率和产出，还可以为材料科学和药物设计等领域的发展做出重要贡献。
无机合成化学基本题库
无机合成化学基本题库一、问答题1.溶剂有哪些类型质子溶剂有什么特点质子惰性溶剂分为几类举例说明2.什么叫拉平效应和区分效应3.化学气相沉积法有哪些反应类型该法对反应体系有什么要求在热解反应中,用金属烷基化物和金属烷氧基化物作为源物质时,得到的沉积层分别为什么物质如何解释4.写出制备光导纤维预制棒的主要反应和方法;反应体系的尾气如何处理在管内沉积法和管外沉积法中添加剂的顺序有什么不同5.化学输运反应的平衡常数有什么特点为什么试以热力学分析化学输运反应的原理;6.用氢还原氧化物的特点是什么在氢还原法制钨的第三阶段中,温度高于1200℃时反应会发生什么变化7.低温分离的方法有哪些在什么情况下用低温化学分离法其主要特点是什么用什么方法分离O2和CO在分级冷凝中如何选择冷肼简述液氨中的合成反应;8.低温下稀有气体化合物的合成方法有哪些在低温水解合成XeO3时,应选择XeF4还是XeF6作源物质为什么合成KrF2的反应机理是什么有哪些因素影响KrF2的量子产率9.分别叙述先驱物法和溶胶-凝胶法的定义和特点;在何种情况下不宜用先驱物法10.说明光化学反应的原理和配位化合物光化学合成的类型;11.试解释吸收、荧光、磷光、内部转换和系间窜跃的意义;12.从溶液中生长晶体有哪些方法电解溶剂法和溶液蒸发法有何区别和共同之处13.理想晶体为什么是无色透明的14.什么叫模板反应举例说明;15.试述局部化学反应的意义和类型;16.什么叫水热合成法按反应温度可分几类水热合成法有哪些优点和应用前景高温高压下水热反应有哪些特征说明用水热法合成水晶的必然性;17.某氯碱厂用隔膜槽电解食盐水,每个电解槽通过电流10 000A,问理论上每个电解槽每天可生产多少氯、氢和氢氧化钠设阳极的电流效率为97%,问实际上每天产氯多少18.在上题中若槽电压为,则每个槽每天消耗的能量为多少焦耳相当于多少度电能生产1t氯消耗多少度电能19.简述自蔓延高温合成的意义和类型;20.无机合成中如何应用等离子体21.采用直流等离子体化学沉积法合成金刚石时,往往会有石墨析出;若在原料气中引入一定比例的氢气,则可以在很大程度上抑制石墨的析出;氢的作用机理是什么22.什么叫溅射合成法溅射合成法有哪些应用23.试述凝胶法生长晶体的基本原理,凝胶的作用是什么24.用水热法制备二氧化硅单晶的原理是什么写出其反应式和反应条件;25.简述SPS烧结法的原理与特点;26.解释纳米粒子吸收光谱蓝移和红移的原因;27.何谓非晶态材料其结构特征有哪些28.制备非晶态材料有哪些方法29.何谓色心其形成机理是什么30.色心有哪些制法其显色原理是什么31.氧化锌在加热分解时会产生哪些缺陷,写出其缺陷反应式,它是n型还是p型半导体32.掺杂有Sm3+离子的CdF2晶体是无色的绝缘体,为什么在500℃的镉蒸汽中加热几分钟后会变成深蓝色的半导体33. 作为固体电解质材料用的氧化锆,为什么要进行稳定化处理掺杂哪些物质可得到稳定化的氧化锆问答解释题解答：略;二、反应式题1． 完成下列制备配合物的反应：122432CoCl 6H O+NH Cl+NH +O →2227224K Cr O +H C O →2. 写出并配平下列反应：1210Mn (CO)与2I 共热；2在THF 中6Mo(CO)与KI 一起回流；35Fe(CO)与KOH 溶液反应；44Ni(CO)与3PCl 反应;3. 完成下列反应式：150060056C H +Mg −−−−−→℃℃22Co+CO+H −−→ 35Fe(CO)+Na −−→ 4-55Mn(CO)Br+Mn(CO)−−→ 52-+43Fe(CO)+H O −−→ 4. 完成下列反应式包括配平：12-+4MnO +H −−→ 2-+422MnO +H O +H −−→ 343NiSO +NH (aq)−−→ 42++3Mn +NaBiO +H −−→ 52-2-4273CrO Cr O CrO −−→−−→↓ 62623523[Co(H O)]Cl [Co(NH )(H O)]Cl −−→5. 写出下列情况中的主要反应方程式：1少量的碘化钾溶解于含有6mol·L -1HCl 的HIO 3溶液中2次磷酸钠加入到过量的酸性KMnO 4溶液中;3K 2FeO 4加入到过量的稀硝酸中;6. 写出并配平下列反应：1在氧气存在下以CN -沥取金属金;2AgI 跟硫代硫酸钠反应;3在过量吡啶存在下AgNO 3水溶液跟S 2O 82-反应;7.完成并配平下列反应：12Mo+F −−→ 22W+F −−→ 32Mo+Cl −−→ 42W+Cl −−→ 8. 完成下列反应：123MnO +KOH+KClO −−→热22-424[PdCl ]+C H −−→ 32-2-++444HPO +12MoO +NH +H −−→ 4以222CuCl (H O)为原料制备CuCl 25以Ag 2O 为原料制备Ag623Cr O +Al −−→ 7900Cu+HCl −−−→℃反应式答案：1. 解：1224323632464204[()]26CoCl H O NH Cl NH O Co NH Cl H O ⋅+++→+ 2 227224242222272[r()(H O)]6+3K Cr O H C O K C C O CO H O +→+2. 解：121025()2()Mn CO I Mn CO I +→2 56()()THF Mo CO I MoI CO CO --+−−−→+ 3 254232()3[()]H OFe CO KOH K HFe CO K CO H O +−−−→++ 4 4333i()()()]N CO PCl Ni PCl CO CO +−−→+ 3. 解：1500~6005655222+g ()g+H C C H M C H M ︒−−−−→↑ 2 110~1802420~35282()CMPa Co CO H HCo CO ︒++−−−−→ 3 524()2[()]Fe CO Na Na Fe CO CO +−−→+ 4 55210()()()Mn CO Br Mn CO Mn CO Br --+−−→+ 5 24342()()Fe CO H O HFe CO H O -+-+−−→+ 4. 解：1244223422MnO H MnO MnO H O -+-+−−→+↓+ 2 242222256258MnO H O H Mn O H O -++++−−→+↑+ 3 433646()[()]NiSO NH aq Ni NH SO +−−→ 4 4233225142575Mn NaBiO H MnO Bi H O Na ++-++++−−→+++5 22427222CrO H Cr O H O -+-+−−→+ 2273222Cr O H CrO H O -++−−→↓+ 6 2624322352322[()]282[()()]12Co H O Cl NH Cl NH H O Co NH H O Cl H O +++−−→+ 5. 解：13225633I IO H I H O --+++−−→+ 2 23243425412546H PO MnO H H PO Mn H O -++++−−→++3 234224204310FeO H Fe O H O -+++−−→+↑+ 6. 解：122248+24[()]+4Au KCN H O O K Au CN KOH ++−−→ 2 23232322[()]AgI S O Ag S O I ---+−−→+ 3 222842842832[()]2Ag py S O Ag py S O SO +--++−−→+7. 解：1263Mo F MoF +−−→ 2 263W F WF +−−→3 25252Mo Cl MoCl +−−→热4 263W Cl WCl +−−→热8. 解：123242363MnO KOH KClO K MnO KCl H O ++−−→++热2 2424324[][()]PdCl C H PdCl C H Cl ---+−−→+ 3 224444331042212323()[()]66HPO MoO NH H NH P Mo O H O H O --+++++−−→•+ 4 °15022222()2CHCl CuCl H O CuCl H O −−−→+ 5 2224Ag O Ag O ∆−−→+ 6 232322Cr O Al Cr Al O +−−→+ 7 °9002222C Cu HCl CuCl H +−−−→+ 三、简答题1. 下列反应在水和液氨中进行,结果有什么不同请解释原因;()2332BaCl 2AgNO 2AgCl Ba NO +=+2. 写出下列酸的共轭碱的化学式：aHCN, bHCO 3-, cN 2H 5+, d C 2H 5OH,eHNO 33. 写出下列碱的共轭酸的化学式：aHC 2H 3O 2, bHCO 3-, cC 5H 5N, d N 2H 5+,eOH -4. HAc 在下列哪种溶剂中的离解常数最大在哪种溶解中的离解常数最小,为什么1液氨；2液态氢氟酸； 3水5. 苯胺C 6H 5NH 2在水溶液中是一种弱碱,请给出一种溶剂,使苯胺在此溶剂中成为强碱;6. 有下列三种溶剂：液氨、醋酸和硫酸;a) 写出每种纯溶剂的离解方程式;b) 醋酸在液氨和硫酸溶剂中是以何种形式存在请写出方程式;c) 上述溶液相对于纯溶剂而言是酸性溶液还是碱性溶液7. 根据酸碱质子理论,已知酸碱反应：-+23HA+H O A +H O −−→←−− a) 指出该反应中的共轭酸碱对;b) 证明共轭酸碱对的酸常数Ka 和碱常数Kb 之积等于Kw ;8. 在冰醋酸溶剂中进行的反应+-2HCl+HAc H Ac +Cl −−→←−−的平衡常数为×10-9,醋酸自离解反应+-2HAc+HAc H Ac +Ac −−→←−−的离子积为×10-15;试计算含有×10-4mol·L -1HCl 的醋酸溶液中HCl,H 2Ac +,Cl -和Ac -的浓度;9. 一粉红色固体的实验式·5NH 3·H 2O,其溶液也呈粉红色,用AgNO 3溶液滴定时迅速生成3molAgCl 沉淀;粉红色固体受热失去1molH 2O,生成紫色固体,其中NH 3：Cl ：Co 的比例不变;紫色固体溶解后,其溶液的摩尔电导值比粉红色溶液小,试推断画图粉红色和紫色两个八面体配合物的结构,并分别给以命名;10. 制备金属羰基化合物的一般途径是什么通常要用到哪些类型的反应物试举例说明;11. 氯化锗是一种无色发烟液体沸点84℃,通过蒸馏GeO 2的浓盐酸溶液可方便制得该液体;试设计一种方法,由氧化锗Ⅳ制取四乙基锗沸点161℃;12. 实验室中如何制备格式试剂举例说明格式试剂在合成化学中的应用;13. 双氮配合物中N2配体的伸缩振动频率一般比自由N2分子低100-300cm -1,最多可降低600cm -1;试予以解释;14. 什么事完美晶体和非完美晶体15. 请说明为何结晶固体一般在升高温度时会形成更多缺陷;16. 将新制得的暗绿色22CrCl 6H O 溶解于水中,当加入AgNO 3溶液时声称白色沉淀;沉淀过滤分离出去后,加热铝业又可析出AgCl 沉淀,为什么17. 从TiO2如何提炼出符合工程材料要求的纯金属钛18. 如何制备下列几种盐以金属Cu,Fe 及TiO 2,MnO 2和CrCl 2为起始原料：32Cu(NO ),42Ti(SO ),CuCl ,3FeCl ,3FeF ,42Cr(Ac)2H O ,2Mn(Ac)19. 以铜粉为原料,制备硫酸四胺合铜Ⅱ,并写出不走、现象、反应方程式和反应条件;20. 碘-131半衰期为天,有一样品开始放射性强度为,14天后杨平放射性强度为多少21. 合成纳米粒子有哪几种方法试各举一例;22. 简述超分子与配位聚合物的关系与区别;23. 简述溶胶-凝胶法制备纳米粒子的优缺点;简答题答案：1.解：略;2. 解：共轭碱是由酸失去一个质子而得到;aCN -,bCO 32-,cN 2H 4,dC 2H 5O -失去的是与电负性较大的氧相连的质子eNO 3-;3. 解：共轭酸是由碱获得一个质子而得到;aH 2C 2H 3O 2+,质子由羰基氧获得; bH 2CO 3和eH 2O,质子由氧获得;cC 5H 5NH +和dN 2H 62+,质子由4. 解：HAc 在液氨中的解离常数最大,在液态氢氟酸中的解离常数最小;因为液氨是碱性溶剂,结合质子的能力最强,使HAc 的解离程度最大；液态氢氟酸是酸性溶剂,并且酸性比水强,结合质子的能力最弱,使HAc 的解离程度最小;5. 解：很明显,这种溶剂的酸性应该比水的酸性强;醋酸的酸性比水强,在醋酸溶剂中苯胺成为强碱,还有许多其他酸性溶剂也具有这种作用;6. 解：13422+ NH NH NH +-−−→←−−2 醋酸在液氨中以Ac -形式存在：醋酸在24H SO 中以2H Ac +形式存在：3醋酸的液氨溶液是酸性溶液,因为生成了溶剂3NH 的特征阳离子4NH +;醋酸的硫酸溶液是碱性溶液,因为生成了溶剂24H SO 的特征阳离子4HSO -; 7. 解：1() HA A -共轭酸——（共轭碱）2 ++HA H A -−−→←−− a [][][]H A K HA +-= 8. 解：HAc 作为溶剂,其浓度可认为是一个不变的常数;由可得 +2{[][Cl ]}[]H Ac HCl K -=所以 +1/21/22[][Cl ]{[]}{()}H Ac K HCl K c HCl -===•=×10-9××10-41/2 mol ·L -1=×10-7 mol ·L -1Ac -=×10-15／H 2Ac + = ×10-15／×10-7 mol ·L -1=×10-9 mol ·L -1HCl= ×10-4 －×10-7 mol ·L -1 ≈×10-4 mol ·L -19. 解：粉红色固体用AgNO 3溶液滴定时迅速生成3molAgCl 沉淀,说明3个Cl －在外界,粉红色固体的化学式为CoNH 35H 2OCl 3,即三氯化五氨·一水合钴Ⅲ; 受热外界的1个Cl －进入内界占据所失水分子的配位位点,因此紫色固体的化学式为CoClNH 35Cl 2即二氯化一氯·五氨合钴Ⅲ;10. 解：二元金属羰基化合物的制备方法包括直接化合法、还原羰基化作用以及热或光分解1直接化合法金属直接与CO 作用°150283.5pa 2()8(g)()()C M Co s CO Co CO s +−−−→ 橙色固体,mp51℃ 2还原羰基化作用 还原剂有Na,Mg,Al 等活泼金属,三烷基铝R 3Al,CO+H 2和CO 等;金属源可以是金属盐,也可以是金属配合物;3热或光分解反应4两种金属的羰基化合物相互作用,可以制得异核羰基化合物11. 解：24242GeO HCl GeCl H O +−−→+ 84℃蒸馏得GeCl 4 42544254()4()Li C H GeCl LiCl Ge C H +−−→+ {161℃蒸馏得GeC 2H 54 }12. 解：实验室中通过卤代烷与金属镁在干燥乙醚中反应制备格氏试剂,通常需加入痕量碘作引发剂;格氏试剂是一种亲核试剂,在合成化学中有着广泛的应用;例如制备特殊羧酸：13. 解：N 2分子与金属M 之间的σ键使N 2分子内的成键电子密度减小,而形成反馈π键时又使N 2分子反键电子密度增大,大大降低N 2分子内的键级,因此双氮配合物中N 2配体的伸缩振动频率大大降低;14. 解：假定构成晶体的质点离子、原子和分子在三维空间严格按照一定的点阵结构,有规则、周期性地排列而成,晶体具有理想、完美的结构,称为完美晶体;热力学上规定：0K 时完美晶体的熵值为零;实际上,晶体中或多或少地存在各种缺陷,称为非完美晶体;15. 解：缺陷的出现能使固体由有序结构变为无序从而使熵值增加,缺陷的形成通常是吸热过程,根据G=H －TS,只要T>0,Gibbs 自由能G 在缺陷的某一浓度下将出现极小值,即缺陷会自发形成,而温度升高时G 的极小值向缺陷浓度更高的方向移动,这意味着温度升高有利于缺陷的形成;16. 解：326CrCl H O ⋅存在多种水合异构体,如263[()]Cr H O Cl ,2522[()]CrCl H O Cl H O ⋅,2242[()]2CrCl H O Cl H O ⋅;第一次加入AgNO 3时,可能发生反应：过滤后加热滤液,配合物会发生异构化,产生异构体262[()]Cr H O Cl +,这时再加入AgNO 3又有AgCl 沉淀产生;252[()]CrCl H O Cl 也发生类似反应;17. 解：第一步 由24TiO TiCl −−→,即 °50022422+2C TiO C Cl TiCl CO ++−−−→ 第二步 在大约800℃的温度下,用镁或钠在氩气氛中还原四氯化钛,制得纯金属钛;MgCl 2用真空升华法或水洗法除去;18. 解：CuNO 32的制备120℃ 真空42()Ti SO 的制备CuCl 的制备实验室 222()2[]CuCl Cu HCl H CuCl ++−−→浓 水稀释工业 °90021+2C Cu HCl CuCl H +−−−→ 3e F Cl 的制备3e F F 的制备 因为离子型氟化物保护层妨碍反应,难以用直接合成法得到3e F F ;常用交换反应制备： °5003332e e +2CF Cl ClF F F Cl +−−−→ 242r ()2C Ac H O •的制备 二价铬离子通常由Cr 3+还原得到,还原剂为Zn 或Zn —Hg;加醋酸生成242r ()2C Ac H O •沉淀可为与Zn 2+分离;2()Mn Ac 的制备 22224()++2MnO HCl MnCl Cl H O ∆+−−→浓 19. 解：1制备硫酸铜实验室方法：利用硝酸铜比硫酸铜大得多的溶解度,结晶析出硫酸铜425CuSO H O •;工业方法：224425O Cu S Cu S CuSO CuSO H O ∆∆+−−→−−→−−−→•重结晶粗或在铅塔中进行以下反应硫酸自塔顶流下,空气自下而上以氧化铜：2制备硫酸四氨合铜 将425CuSO H O •溶于浓氨水中,发生反应：向溶液中加入乙醇,析出蓝紫色结晶硫酸四氨合铜;20. 解：根据12ln 2t k =,112ln 2ln 20.0868.1k t -===天天; 又根据0ln()N kt N=,则14天后,碘—131的剩余量为0.086140000.30kt N N e N e N --⨯==⨯=,即其放射强度变为0.50.300.15mCi mCi ⨯=21. 解：1气相法 包括气体冷凝法、溅射法、化学气相沉积法等;例如,激光诱导CVD 法制备纳米SiC;以SiH 4和CH 4为原料,用连续输出的二氧化碳激光波长辐照原料气体,发生以下反应制得纳米SiC ：2液相法 包括沉积法、喷雾法、水热法、溶胶—凝胶法等;例如,利用溶胶—凝胶法制备纳米ZnO 粉末;在乙酸锌的NaOH 溶液中加入少量乙二醇,加热至140℃时形成溶胶,该溶胶在120℃时静置24h 变成凝胶,经高温焙烧生成纳米ZnO 粉末;3固相法 包括低温粉碎法、超声波粉碎法、高能球磨法等;例如,用纯度高于99%的粉状石墨和粉状金属钽、铌或钨等配成原子比为M 50C 50M=Ta,Nb,W 的混合粉末,在氩气保护下置于120mL 的钢罐中,以球与粉质量比为18：1的WC 球半径：12mm 在行星式球磨机中进行高能球磨,经过110h 后得到粒径约为10 nm 的TaC,NbC 和WC;22. 解：两种以上的化学物种通过分子间作用力弱相互作用而形成的化合物称为超分子化合物,超分子结构中通常可划分出单个分子;当桥联配体通过配位作用与金属离子成键而形成具有一定聚合度一维、二维或三维的结构,则称为配位聚合物,这种结构中不存在单个的分子;23. 解：1化学均匀性好 由于溶胶—凝胶过程中,溶胶由溶液制得,故胶粒内及胶粒间化学成分完全一致;2高纯度 粉料制备过程中无需机械混合;3颗粒细 胶粒尺寸小于μm;4可容纳不溶性组分或不沉淀组分 不容性颗粒均匀地分散在含有不产生沉淀组分的溶液,经过胶凝化,不溶性组分可自然地固定在凝胶体系中;不溶性组分颗粒越细,体系化学均匀性越好;5烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低,但凝胶颗粒之间烧结性差,即体材料烧结性不好; 6干燥时收缩大;四、基本名词与概念题1.英汉互译主客体化学 Host-Guest Chemistry超酸 魔酸Super Acid Magic AcidCvd Chemical Vapor DepositionLP-CVD,HP-CVD,P-CVD,PE-CVD,L-CVD,MO-CVDMcvd Modified Chemical Vapor DepositionOvpoOutside Vapor-Phase Oxidation硬化学HARD CHEMISTRY软化学soft chemistry绿色化学green chemistry脱水反应dehydrolysis reaction嵌入反应intercalation reaction离子交换反应ion exchange reaction同晶置换反应isomorphous substitution分解反应decomposition氧化还原反应redox reaction溶胶-凝胶法sol-gel method自蔓延高温合成self-propagating high-temperature synthesis等静压合成isostatic pressing synthesis放电等离子烧结spark plasma sintering等离子活化烧结plasma activated sintering2.名词解释化学输运反应；经典合成种类；软化学；绿色化学；先驱物法合成；溶胶-凝胶法合成；拓扑化学反应类型；流变相反应；极端条件下合成类型；电化学合成；光化学合成；微波合成；生物合成法；过饱和度；溶液单晶生长法类型；配位化合物合成类型;考试题类型：1.英汉互译10分：10题2.名词解释10分：2-4题3.完成反应式与配平题40分：20题4.简答题与问答题20分：4-5题5.计算题20分：2题。
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ReO3 (WO3 )的结构
Re
O
WO3晶体结构
Mo1-xWxO3
脱水反应(dehydrolysis)：是通过反应物脱水而得到 产物的方法，在此方法中，脱水反应是通过局部化 学反应方式进行的。
四、离子交换Ion Exchange
离子交换反应：是通过对具有可交换离子的物质进 行交换改性的局部化学反应。
注意：1. 是一类软化学过程； 2. 反应可在水溶液或熔盐中进行； 3. 母体结构对热、溶剂的稳定性是整个 反 应进行的关键; 4. 参与交换的金属离子性质相近. 5.应用比较广泛的是沸石分子筛。
室温～90℃ 3＋ La（H 2 O） ＋沸石分子筛 La－沸石分子筛 9 水溶液
例1：新型沸石分子筛催化材料的合成
嵌入反应实例
1) 在较低的温度下将金属锂嵌入到具有层状结构的二硫 化铌中时，金属锂进入到层间，但二硫化铌的基本结构保 持不变。
2) 次钒酸锂(LiVO2) 锂离子和钒离子沿三重轴方向交替排 列。在氧化性溶液中，锂离子可以被取出，生成具有二氯 化镉结构的二氧化钒。在整个反应过程中，次钒酸锂 (LiVO2)中二氧化钒部分的结构保持不变，而化合物的组成 发生了改变。利用拓扑化学原理制成的锂离子电极，可以 可逆地嵌入和取出锂离子，同时保持电极结构的稳定性。
第四章 软化学和绿色合成方法
4.1 软化学概述
4.2 先驱－凝胶法(sol-gel)
4.4 拓扑化学反应(topotaxial chemistry)
4.5 低热固相反应 (solid state synthesis at room temperature) 4.6 水热法（Hydrothermal synthesis)
4.5 拓扑化学topotaxial reaction
拓扑化学反应：又叫局部规整反应，指在一些无机固体 化学反应中，产物的结构与反应物的结构存在一定的关 联，化学反应在保持一定的晶体结构条件下进行。 利用拓扑化学反应的结构不变性，可以进行具有特定结 构和性质的固体材料的设计和合成。 嵌入反应 Intercalation 脱水反应 Dehydration 离子交换 Ion Exchange 同晶置换反应 Isomorphous substitution 分解反应 Decomposition 氧化还原反应 Redox reaction
拓扑 化学
一、嵌入反应
• 嵌入反应(Intercalation)是一类重要的软化学过 程。在其过程中，一些外来离子或分子嵌入到 固体基质晶格中，而不产生晶体结构的重大改 变。 • 注意：1. 通常发生在层状化合物当中： • 层间的相互作用很弱，而层内的化学 键很强 • 2. 在溶液中或熔盐中进行，有时还伴有 氧化还原反应； • 3. 脱嵌入反应
长期从事"沸石分子筛合成与结构化学" 与"无机合成化学"基础研究。
沸石和分子筛关系
• 1. “沸石”是基于物质物理化学特性的定义，“分子筛” 是基于材料结构和功能的定义。
• 2. 沸石可以用作分子筛，甚至在分子筛中最具代表性。 但两者并不等同。 • 3.含有Si、Al、O三种元素的分子筛 ，而分子筛可以含 有其他杂原子，如Fe、Zn、P等 。
α笼为二十六面体，由六个八元环和八个六元环组成，同时聚 成十二个四元环，窗口最大有效直径为4.5A，笼的平均有效直 径为11.4A β笼为十四面体，由八个六元环和六个四元环相连而成， 窗口最大有效直径为2.8A，笼的平均有效直径为6.6A 。
徐如人，1932年2月生，无机化学家，中 科院院士，现任吉林大学化学学院教授。
七、氧化还原反应 Redox reaction
氧化还原反应(redox reaction)是通过组成元素，特别是 过渡金属元素的氧化还原反应来进行固体材料合成的方 法。
350～400℃
LaCoO3＋H 2 La2 Co 2 O（钙铁石结构） 5
NaCl
见光波长 （400~760nm）。
射线
入射 X射线
衍 掠射角
平面法线 入射角
镜面反射方向
i
任一平面 上的点阵
不同晶面之间的干涉——面间干涉
X射线结构分析原理
X 射线衍射分析是利用晶体形成的 X 射线衍射，对物
质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。每一种 结晶物质都有其特有的结构参数，包括点阵类型、晶胞大 小、单胞中原子（离子或分子）的数目及位置等。将具有 一定波长的 X 射线照射到结晶性物质上时， X 射线因在结 晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射 线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对 应的特有的衍射现象。
沸石?
沸石(zeolite)是一种矿石，最早发现于1756年。瑞典的矿 物学家克朗斯提(Cronstedt)发现有一类天然硅铝酸盐矿石在 灼烧时会产生沸腾现象，因此命名为"沸石"(瑞典文zeolite)。
分子筛
以选择性吸附为特征的。分子筛一词是为描述一类具有选择性 吸附性质的材料，McBain于1932年提出的（可以是结晶的也可 以是无定形的），当时，只有两类分子筛材料是已知的：天然 沸石和活性炭。后来，又有多种分子筛材料被发现，包括硅酸 盐、磷酸盐、氧化物等。
用于Ⅹ射线衍射的辐射源通常是以铜、钼、铁、铬等 元素为阳极靶材料的真空管，一般多采用靶元素的Kα辐射。 为保证辐射的单色性，必须采用适当的滤光片，用以去除 Kβ辐射，如铜靶配镍滤光片。
X射线衍射作用：
1. 峰的强度看物质的结晶度 ； 2. 物质的纯度
五、同晶置换反应
同晶置换反应(Isomorphous Substitution)也是局部化学 反应之一，是在母体结构保持不变的前提下进行离子交 换。矿物结晶时，晶体结构中由某种离子或原子占有的 位置，部分被性质类似、大小相近的其他离子或原子占 有，但晶体结构型式基本不变。 注意：1. 某种意义上与离子交换反应是相同的， 不 过这种反应有别于离子交换反应，主要在于离子交换反 应涉及的主体物质具有可交换的阳离子。 2. 研究主要集中在孔状材料化合物的合成与后 合成。
六、分解反应 (decomposition)
分解反应是通过反应物分解而形成产物的方法。 说明： 1. 分解反应可以按照局部化学反应的方式发生，也 可以是非局部化学反应方式的。 2. 当起始反应物是固体，就与先驱物法很接近。
Mg（OH） MgO H 2 O 2
3. 沸石分子筛中有机模板剂的热分解去除反应。
嵌入反应 Intercalation英文阅读
1) Involves inserting ions into an existing structure, this leads to a reduction (cations inserted) or an oxidation (anions inserted) of the host. 2) Typically carried out on layered materials (strong covalent bonding within layers, weak van der Waals type bonding between layers, i.e. graphite, clays, dicalchogenides). The host compounds are generally solids, and the guests are in the forms of liquids or gases.
沸石和分子筛的性质
（1）骨架组成的可调变性； （2）非常高的表面积和吸附容量； （3）吸附性质能被控制，可从亲水性到疏水性； （4）酸性或其它活性中心的强度和浓度能被调整； （5）孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸 （5～12Å）范围之内。
知识加油站： X射线结构分析
在电磁波谱中，X射线的波长范围为0.005~10nm，可
二、脱嵌反应 Deintercalation
脱嵌反应：把引进去的外来客体从主体结构上移走的 反应。 说明： 为嵌入反应的逆过程。 主体：大的分子 客体：小分子、离子
三、 脱水反应Dehydration
1) By removing water and/or hydroxide groups from a compound. 2) often perform redox chemistry and maintain a structural framework not accessible using conventional synthesis approaches. Examples : Mo1-xWxO3•H2O → Mo1-xWxO3 (230°C)