作者:聂英斌 主编
出版社:化学工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
无机及分析化学试读:
绪论
1.学科分类化学在发展过程中,依照所研究的分子类别和研究手段、目的、任务的不同,派生出不同层次的许多分支。在20世纪20年代以前,化学分为无机化学、有机化学、物理化学和分析化学四个分支。20年代以后,由于世界经济的高速发展,化学键的电子理论和量子力学的诞生、电子技术和计算机技术的兴起,化学研究在理论上和实验技术上都获得了新的手段,导致这门学科从30年代以来飞跃发展,出现了崭新的面貌。现在化学内容主要包括了物理化学、生物化学、无机化学、有机化学、应用化学、化学工程学、高分子化学七大分支学科(见图0-1)。图0-1 现代化学主要学科分类2.无机及分析化学的任务和基本内容
物质世界千变万化,对它们的性质、组成、作用和发展情况进行了解,是人们的基本要求。一般从无机化学入手,采用分析手段进行物质测试和研究。再学习有机化学、物理化学等。无机化学与分析化学二者紧密相连,密不可分,并为其他学科的学习打下基础。二者的主要内容和联系,见图0-2。图0-2 无机与分析化学的任务与主要内容的关联
无机化学的任务是研究除烃和烃的衍生物外的所有化合物的结构、性质、反应和应用的学科。内容以物质结构理论和四大平衡为基础,讨论元素及其化合物的性质和反应。
分析化学的任务是通过对物质进行测定分析,研究物质的化学组成、含量、结构的学科。内容以四大滴定为主的化学分析及仪器分析法为基础,涵盖分析基本知识和操作技术等。
无机化学与分析化学,是化工行业的从业人员必备的化学基础知识,内容密切相关,因此将二者知识内容经过整合和优化(主要将四大平衡与四大滴定内容整合),形成一个有机整体,即无机及分析化学。
无机及分析化学的任务是讨论重要元素及其化合物的结构、性质、变化规律、物质组成及其测定的一般方法。学习无机及分析化学知识,与各专业对化学基础要求相结合,可以为相关工作的从业实践打下必要的基础。3.无机及分析化学的项目化教学内容
无机及分析化学内容,主要包括物质的结构、化学反应及平衡基础知识、分析基础知识、四大平衡与四大滴定、元素和化合物知识等。本教材以职业技能项目导向形式编写。
化学基础理论知识,是化工、制药、环保、冶金等行业相关专业从业人员必备的学科知识,不仅要学懂,更要会用。基于此目的,本教材以实际化学反应和分析案例为载体,承载知识的解读和学习,适应项目化教学需要。
本教材中每一个项目内容以生活实例或职业案例导入,点明知识应用。其中每一个任务,以技能训练操作,融入知识解读,后附“知识宝库”讲解必要的原理和理论。
项目内容编排顺序为:“项目引入—任务书—技能训练和解析—知识宝库—职业技能测试—例题—习题”,整体符合学习者的认知规律。学习时,由生活实际导入项目内容,以任务内容的解读和分析,引导查阅“知识宝库”,进行原理和理论的学习。然后,进行任务实践和操作,得出结论。最后习题练习巩固理论知识的学习效果。4.无机及分析化学的学习方法
①注重无机化学和分析化学的有机结合,以无机化学的原理作为分析化学分析实验的指导,以分析化学的方法手段去验证无机化学的原理理论,两者相辅相成,这样才能抓住要领,举一反三。
②注重自学能力培养。无机及分析化学将化学理论与分析方法手段有机地结合在一起,为培养学生自学能力提供了方便条件。只有具备了良好的自学能力,学生才能在将来的工作中应对层出不穷的新的理论知识、分析方法和手段。
③注重实用性。努力做到学生所学知识在工作中能够用到,并使学生具备学以致用的能力。
④注重创新。鼓励在现有基础上发现新的方法和手段。5.无机及分析化学的应用和发展
随着科学的发展,无机化学产生了普通元素化学、无机高分子化学、稀有元素化学、无机合成化学、稀土元素化学、同位素化学、配位化学、金属间化合物化学等许多分支。分析化学也根据不同的任务产生了定性分析、定量分析、结构分析、形态分析、能态分析等相应的方法和手段。分析化学吸取当代科学技术的最新成就(包括化学、物理、数学、电子学、生物学等),利用物质的一切可以利用的性质,研究新的检测原理,开发新的仪器设备,建立表征测量的新方法和新技术,最大限度地从时间和空间的领域里获取物质的结构信息和质量信息。分析化学的发展又进一步促进了物质的表征和反应机理等的研究,推动无机化学迈向新的台阶,也为新型材料发明、应用和各学科的相关领域研究打下基础。它们在经济贸易、工业生产、国防建设、新材料、新能源开发、环境资源开发利用与保护、生命科学研究、法律执行、社会生活等诸多领域,发挥着不可或缺的作用。项目1物质结构项目引入
我们周围千姿百态的物质都是由分子、原子组成的。要研究物质的性质及化学变化规律,首先必须了解这些物质的微观结构。金刚石微观示意图NaCl微观示意图雪花形状图例
本节任务通过技能操作,理解物质的构成,理解元素周期变化规律,观察物质微观结构对性质的影响。任务1.1 认识元素性质和原子结构1.1.1 任务书
通过技能训练操作任务中物质的化学反应,了解同周期、同主族元素化学性质变化的递变规律,理解元素周期表和元素周期律。并会根据元素原子核外电子的分布、原子结构,理解元素的化学性质。1.1.2 技能训练和解析 同周期元素化学性质的认识实践1.任务原理(1)金属与水反应
2Na+2H2O2NaOH+H2↑(2)金属与酸反应
Mg+2HClMgCl2+H2↑
2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑(3)金属氧化物对应水化物的碱性比较
MgCl2+2NaOHMg(OH)2↓+2NaCl
AlCl3+3NaOHAl(OH)3↓+3NaCl
Al(OH)3+NaOHNaAlO2+2H2O(4)硫与氯的非金属性比较
Cl2+H2SS↓+2HCl2.任务材料注:学生实验前检查仪器、试剂、样品是否准备齐全,在“准备情况”中打“√”。本书后续设计亦如此。3.任务操作(1)金属与水反应
如图1-1所示进行任务操作,将数据填入表1-1中。图1-1 金属与水反应操作步骤示意图表1-1 金属与水反应操作现象
①用镊子取出一小块金属钠,用滤纸吸干表面的煤油,将钠放在玻璃片上,用小刀切下大米粒大小的一块金属钠,放入盛有50mL水的烧杯中,加入2滴酚酞试液,观察现象。
②取一小段镁带,用砂纸去除表面的氧化膜,放入盛有3mL水的试管中,滴入2滴酚酞试液,观察现象。
③取一小段铝带,用砂纸去除表面的氧化膜,再浸入氢氧化钠溶液中,以除去表面的氧化铝,用蒸馏水冲刷干净,立即放入盛有3mL水的试管中,滴入2滴酚酞试液,观察现象。
④对操作现象不明显的,加热后再观察现象。(2)金属与酸反应
如图1-2所示进行两个任务操作,将数据填入表1-2中。图1-2 金属与酸反应操作步骤示意图表1-2 金属与酸反应操作现象
①取一小段铝带(用砂纸去除表面的氧化膜),放入2mL5% HCl溶液的试管中,观察现象。
②取一小段镁带(用砂纸去除表面的氧化膜),放入2mL5% HCl溶液的试管中,观察现象。(3)金属氯化物对应水化物的碱性比较
如图1-3所示进行两个任务操作,将数据填入表1-3中。图1-3 碱性比较实验操作步骤示意图表1-3 金属氯化物对应水化物的碱性比较的操作现象(4)硫与氯非金属性比较
如图1-4进行任务操作,向试管中加入约3mL氢硫酸,然后滴入氯水,观察现象,将数据填入表1-4中。图1-4 硫与氯非金属性实验操作步骤示意图表1-4 硫与氯非金属性比较的操作现象
①在盛有3mL氯化镁溶液的试管中,逐滴滴入过量的氢氧化钠溶液,观察现象。
②在盛有3mL氯化铝溶液的试管中,逐滴滴入过量的氢氧化钠溶液,观察现象。4.记录与报告单(1)现象记录(2)操作结论
①通过金属与水反应,得出金属性强弱顺序为:________。
②通过金属与酸反应,得出金属性强弱顺序为:________。
③通过金属氯化物对应水化物的碱性比较,得出镁、铝氯化物对应水化物Mg(OH)2与Al(OH)3的碱性,Al(OH)3具有两性,证明金属性强弱顺序为:________。
④通过硫与氯非金属性比较,得出氯水中的单质氯置换出硫化氢中的硫,非金属性强弱顺序为:________。
根据以上几个操作,得出金属性强弱顺序为:________,非金属性强弱顺序为:________。从而可以推出第三周期元素按原子序数增加,金属性逐渐________,非金属性逐渐________,进一步得出在同一周期中,随原子序数增加,原子半径逐渐________,失电子能力逐渐________,得电子能力逐渐________,金属性________,非金属性逐渐________。5.问题与思考
用(2)金属与酸反应同样的步骤,以3mol/L的氢氧化钠溶液代替盐酸做实验,观察现象,得出什么样的结论?1.1.3 技能训练和解析 同主族元素化学性质的认识实践1.任务原理
Cl2+2NaBr2NaCl+Br2
Cl2+2NaI2NaCl+I2
Br2+2NaI2NaBr+I22.任务材料3.任务操作
①碘化钠(钾)试纸的制备:取纯水50mL,加入碘化钠(钾)和碳酸钠各1g,搅拌溶解后,将滤纸条浸入,浸透后取出,晾干备用。
②溴化钠(钾)试纸的制备:取纯水50mL,加入溴化钠(钾)和碳酸钠各1g,搅拌溶解后,将滤纸条浸入,浸透后取出,晾干备用。
③取一小试管,加入3mL氯水,取溴化钠滤纸条,盖住试管口,观察现象。
④再用碘化钠滤纸条,重复上述操作,观察现象。
⑤利用溴的黄色斑与碘化钠滤纸条重合,观察现象。
⑥利用碘的紫色斑与溴化钠滤纸条重合,观察现象。
将本任务操作的数据填入表1-5中。表1-5 试纸操作现象4.记录与报告单
操作结论:
步骤③操作,说明氯从溴化钠中置换出溴,非金属性强弱顺序为:________。
步骤④操作,说明氯从碘化钠中置换出碘,非金属性强弱顺序为:________。
步骤⑤操作,说明溴从碘化钠中置换出碘,非金属性强弱顺序为:________。
步骤⑥操作,说明碘________从溴化钠中置换出溴。
根据以上几个操作,得出非金属性强弱顺序为:________,金属性强弱顺序为:________。从而可以推出第七主族元素按原子序数增加,非金属性逐渐________,金属性逐渐________,进一步得出在同一主族中,随原子序数增加,原子半径逐渐________,失电子能力逐渐________,得电子能力逐渐________,金属性逐渐________,非金属性逐渐________。5.问题与思考(1)请用原子结构的知识解释操作中得出的结论________。(2)自行完成操作:在3支试管中,分别加入少量氯化钠、溴化钠和碘化钾晶体,各加入少量蒸馏水,使其溶解。然后分别加入1mL氯水,观察颜色变化分别为________。另取3支试管,用溴水代替氯水,做同样操作。又得到何结论?________。1.1.4 知识宝库 原子结构1.元素与原子(1)原子
原子是物质发生一般化学反应时的最小微粒。原子是由原子核和核外运动的电子组成的。原子核是由带正电荷的质子和电中性的中子组成,原子不显电性是因为原子核含的质子数与核外电子数相等。(2)元素
元素是指具有相同核电荷数的同一类原子。
元素的原子序数是指将元素按核电荷数从小到大顺序编号。
原子序数=核电荷数=核内质子数=核外电子数
同位素是指具有相同数目的质子和不同数目的中子的同一种元素的原子。如碳元素有、和三种同位素。2.原子结构
在一般化学反应中,原子核是不发生变化的,核外电子的运动状态发生变化。因此,核外电子运动状态和电子层结构,成为原子结构的重要问题之一。(1)原子核外电子分布
氢原子核外只有一个电子,其他元素的原子都含有两个或两个以上电子属于多电子体系。核外电子的运动状态遵循一定的规律。一般情况下,原子核外电子是分层的[因为电子总是尽可能优先占据能量低的原子轨道(能量最低原理),除非能量低的轨道容不下时,电子才会到离核远的轨道运动],用n标记电子层的序号,n取值为1、2、3、4、5、6、7,又称为K、L、M、N、O、P、Q层。电子层离核2从近到远,能量由低至高,每层最多可容纳的电子数为2n,但若电子层是原子的最外电子层,则最多容纳8个电子,次外电子层只能容纳18个电子。
每个电子层可能容纳的最多电子数如表1-6所示。表1-6 原子核外电子层最多所容纳的电子数
试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]