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无机化学与化学分析( Inorganic chemistry and Chemical analysis )教学大纲

一、 课程地位、意义及其要求

课程类型:学科核心课;学分: 6 ;学时: 72 ;开课学时;全年授课,周学时为 3 ;授课方式:课堂;授课手段:多媒体课件;课外活动:适当组织研究所或工厂的参观及参加学术讲座;辅导:分班每周集体辅导一次;学年论文; 每学期各进行一次小论文写作( 10-20 个题目,由学生自选,教师指导);考核方式:每学期进行一次笔试,并进行平时考查,计成绩 20% 。

二、教学大纲(总学时 72)

        本大纲适应于化材院化学、应用化学、材料化学和化学生物学等专业本科生“无机化学与化学分析”课程,分章、节、知识点、教学要求和讲座。

第1章 原子结构和元素周期表 ( Atomic Structure and Periodic Table of Elements )( 3学时 )

第 1 节 亚原子粒子(Subatomic)

第 2 节 波粒二象性——赖以建立现代原子模型的量子力学概念(Wave-particle parallelism——the quantum mechanics theory by which model atomic model has been established)

第 3 节 关于氢原子结构的玻尔模型(Bohr's model of the hydrogen atom)

第 4 节 波动力学模型(Wave mechanics model)

第 5 节 轨道概念的图形描述(Representations of the orbital)

第 6 节 多电子原子轨道的能级和基态原子的核外电子排布(Energy level and the ground state of the orbital in many-electron atoms electron configurations)

第 7 节 周期表与原子结构(The periodic table and atomic structure)

第 8 节 原子参数(Atomic parameters)

知识点 : 亚原子粒子 , 原子能级,波粒二象性,核外电子运动,量子数,波函数的图形,电子云图象,近似能级图,屏蔽效应,钴穿效应,能级交错,周期表,原子半径,电子亲合能,电负性。

教学要求 :

1.初步了解原子核外电子运动的近代概念、原子能级、波粒二象性、原子轨道(波函数)和电子云概念;

2.了解四个量子数对核外电子运动状态的描述,掌握四个量子数的物理意义、取值范围;

3. 熟悉 s 、 p 、 d 原子轨道的形状和方向;

4. 理解原子结构的近似能级图,掌握原子核外电子排布的一般规则和 s 、 p 、 d 、 f 区元素的原子结构特点;

5.会从原子的电子层结构了解元素性质,熟悉原子半径、电离能、电子亲合能和电负性的周期性变化。

第2章 化学键与分子结构 ( Chemical Band and Molecular Structure )( 5 学时 )

第 1 节 化学键的定义(Definition of chemical bonding)

第 2 节 离子键理论及离子极化(Ionic bond theory and ionic polarization)

第 3 节 共价键的概念与路易斯结构式(Concept of the covalent bond theory and Lewis' structure formula)

第 4 节 用以判断共价分子几何形状的价层电子对互斥理论(VSEPR for judging the configuration of the covalence molecular)

第 5 节 原子轨道的重叠 — 价键理论(Superposition of atomic orbital —valence bond theory)

第 6 节 分子轨道理论(Molecular orbital theory)

第 7 节 金属键理论(Metallic bond theory)

第 8 节 分子间作用力和氢键(Intermolecular forces and hydrogen bonding)

知识点 : 化学键,离子键,离子的特征,离子极化理论,价键理论,共价键的特点,价电子对互斥理论,杂化轨道理论,分子轨道理论,金属键,能带理论,分子间作用力,氢键。

教学要求 :

1.认识化学键的本质;

2.掌握离子键的形成及其特点;

3.掌握离子的特征,离子极化概念;

4.掌握价键理论的内容;会用价键理论解释共价键的特征,会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简单的分子结构;

5.初步认识分子轨道,掌握第二周期元素的分子轨道特点;

6.理解金属键理论,特别是能带理论,会用能带理论解释固体分类;

7.认识分子间作用力和氢键的本质,会用其解释对物质性质的影响。

第3章 化学热力学的初步概念与化学平衡 ( Primary Conception of Chemical Thermodynamics & Chemical Equilibrium )( 4学时 )

第 1 节 热化学(Thermochemistry)

第 2 节 熵和熵变(Entropy and entropy change)

第 3 节 自由能——反应自发性的判据(Free energy-determination for the spontaneity for the process)

第 4 节 平衡状态和标准平衡常数(Equilibrium state and the standard equilibrium constant)

知识点 : 功,热,热力学能,焓和焓变,热化学,化学反应热,恒容反应热,恒压反应热,盖斯定律,熵和熵变,绝对熵,吉布斯自由能和自由能变,热力学第一、第二、第三定律,吉布斯 - 亥姆霍茨方程,反应自发性的判据,标准状态,平衡状态,标准平衡常数。

教学要求 :

1.了解化学变化过程中的热效应概念,恒容反应热和恒压反应热的概念和测定;会写热化学方程式;

2.初步了解焓的概念,知道焓变是化学反应自发过程的一种驱动力;

3.会进行有关热化学的一般计算;

4.初步了解熵、熵变和绝对熵的概念,知道熵变是化学反应的自发过程的另一种驱动力;

5.初步了解热力不第一、第二、第三定律的概念;

6.初步了解吉布斯自由能及吉布斯 - 亥姆霍兹方程,初步学会用其判据化学反应的自发性;

7.掌握化学平衡状态及标准平衡常数概念,会进行简单的化学平衡移动判断及有关计算。

第 4章 化学反应速率与反应动力学的初步概念 ( Primary Conception of Chemical Reaction Rate & Reaction Kinetics )( 4学时 )

第 1 节 化学反应速率的表示方法(Chemical reaction rates)

第 2 节 反应速率理论简介(Instruction to reaction rates theory)

第 3 节 影响化学反应速率的因素(The factors effecting chemical reaction rates)

第 4 节 化学反应机理的某些概念(Some concepts of the chemical reaction mechanism)

知识点 : 化学反应速率,平均速率,瞬时速率,碰撞理论,过渡状态理论,反应速率与温度、浓度的关系,元反应,质量作用定律,速率方程,活化能,催化剂,阿仑尼乌斯公式,反应级数,反应分子数,一级反应的特征,二级反应的特征。

教学要求 :

1.初步了解化学反应速率、速率方程、碰撞理论、过渡状态理论和活化能概念;

2.理解并会用浓度、温度、催化剂诸因素解释其对化学反应速率的影响;

3.初步掌握阿仑尼乌斯公式的应用,会用其求算活化能及某温度下的反应速率;

4.理解反应分子数和反应级数的概念,会进行基元反应有关的简单计算;

6.初步掌握零级、一级和二级反应的特征。

第5章 酸碱和酸碱反应 ( Acid-Base and Acid-Base Reaction )( 4 学时)

第 1 节 布朗斯特酸碱理论(Br φ nsted acid-base theory)

第 2 节 路易斯酸碱理论(Lewis acid-base theory)

知识点 : 布朗斯特酸碱、路易斯酸碱和软硬酸碱理论,溶剂的拉平效应

教学要求

1.理解布朗斯特酸碱、路易斯酸碱和软硬酸碱理论的意义和要点;

2. 掌握一元弱酸、弱碱的 pH 的计算公式。

第6章 氧化还原反应 ( Oxidation-Reduction Reaction )( 5 学时 )

第 1 节 氧化还原反应的基本概念(The primary concepts of redox reaction)

第 2 节 氧化还原方程式的配平(Balancing redox equations)

第 3 节 水溶液中氧化还原反应的自发性和电极电势(Spontaneity of redox reactions in aqueous solution and electrode potential)

第 4 节 电势数据的图示法(Diagrammatic representations of electrode potential)

第 5 节 影响氧化还原反应的动力学因素和氧化还原反应机理(Influence of dynamic factors on redox reactions and mechanism of redox reactions)

第 6 节 应用电化学简介(Introduction to application electrochemistry)

知识点 : 氧化与还原,氧化值,埃灵罕姆图,标准电极电势,能斯特公式,拉蒂麦尔图,弗洛斯特图,实用电池,蓄电池,流动电池,电解

教学要求

1.理解氧化还原反应的基本概念;

2.掌握氧化还原方程式的两种配平方法;

3.了解埃灵罕姆图的意义及其应用;

4. 熟悉能斯特公式、影响电极电势的因素及其应用;

5.了解电势数据的两种图示法及其应用;

6. 简单了解电化学的应用。

第 7章 金属配位化合物 ( Metal Coordination Compounds )( 5 学时)

第 1 节 相关定义和命名(The related concepts and naming)

第 2 节 化学键理论(Chemical bonding theory)

第 3 节 异构现象与立体化学(Isomerism and stereochemistry)

第 4 节 配位实体的热力学稳定性(Thermodynamic stability of the coordination entity)

第 5 节 配位实体的某些动力学问题(Some kinetic questions of the coordination entity)

知识点 : 相关定义,组成,内界,外界,中心原子(离子),配位原子,配位数,单齿,多齿,螯合物,命名,价键理论, sp 3 d 2 和 d 2 sp 3 杂化,磁矩,顺磁性,反磁性,铁磁性,外轨,内轨,反遗键,晶体场理论, d 轨道分裂及分裂能,电子成对能,晶体场稳定化能,光谱化学序列,高自旋,低自旋,配合单元,空间结构,顺反异构,旋光异构。

教学要求 :

1.熟悉配位化合物的基本概念、组成和命名;

2.熟悉配位化合物的价键理论,会进行一般配离子结构判断和磁性计算;

3.了解晶体场理论的要点,弄清八面体场、四面体场和平面四边形场中 d 轨道的分裂;

4.弄清分裂能和晶体场稳定化能概念,初步学会上述几种场中分裂能及稳定化能的判断;

5.了解配位化合物的顺反异构和旋光异构概念,初步学会上述两种异构体的判断。

讲座 1 无机化学与环境(Inorganic Chemistry and Environment)(2学时)

内容 : 初步了解环境与生态平衡的关系和大气污染、水体污染、食品污染、固体废弃物污染及其处理的基本知识。

讲座 2 无机化学与能源 (Inorganic Chemistry and Energy)(2学时)

内容 : 了解能源的分类和能量的转化,核能和化学电源基础知识,节能和新能源开发

讲座 3 化学分析概论(General Discussion of Chemical Analysis)(2学时)

内容 : 简单介绍化学分析的内容、滴定分析的分析的特点、法定计量单位以及有关误差的初步概念。

第 8章 溶液的物理性质 ( Physical property of solution )( 3 学时)

第 1 节 溶液的类型(Category of solutions)

第 2 节 溶液的浓度(Concentration of solutions)

第 3 节 溶液的依数性(Colligative properties of solutions)

第 4 节 电解质溶液及其活度(Electrolyte solution and its activity)

第 5 节 胶态分散体系(Colloidal dispersions)

知识点 : 浓度,活度,活度系数,溶液的依数性:溶液的蒸气压下降、溶液的沸点升高和凝固点降低、溶液的渗透压,阿伦尼乌斯的电离理论,德拜-休克尔强电解质溶液理论,胶态分散体系,胶粒电荷和胶团结构

教学要求 :

1.了解溶液的类型;

2.熟悉溶液浓度的表示方法;

3.会用拉乌尔定律解释非电解质稀溶液的几种依数性(溶液的沸点升高、凝固点降低和渗透压),并会进行一般计算;

4.初步学习阿伦尼乌斯的电离理论和德拜-休克尔强电解质溶液理论;

5.初步了解有关胶态分散体系的知识。

第 9 章 酸碱平衡和酸碱滴定( Acid-base equilibrium and acid-base titration )( 4 学时)

第 1 节 弱酸、弱碱水溶液的质子转移平衡(The transfer equilibrium of the proton in weak acid and base aqueous solution)

第 2 节 计算溶液的 H 3 O + 浓度的精确式、近似式和最简式(Exact formula,approximation formula and simplest formula of calculating c (H 3 O + ) in solution)

第 3 节 水解(Hydrolysis)

第 4 节 缓冲溶液(Buffer solution)

第 5 节 酸碱滴定原理(Principle of acid-base titration)

第 6 节 滴定方式和应用实例(Titration methods and application examples)

知识点 : 浓度,活度,活度系数,物料平衡,电荷平衡,质子平衡,分布系数,水解和水合,水解常数,缓冲溶液,缓冲原理, 标准缓冲溶液,酸碱指示剂,滴定曲线,滴定原理,滴定突越范围,直接滴定法,间接滴定法

教学要求 :

1. 熟悉弱酸、弱碱水溶液的质子转移平衡 ;

2.了解水溶液中酸碱各种组分的分布系数概念 ;

3. 掌握各类酸、碱及缓冲溶液 pH 值的计算方法 ;

4.了解各类离子与水的作用机理 ;

5.了解酸碱指示剂的作用原理、变色点和变色范围等概念 ;

6.掌握强酸(碱)滴定强碱(酸)或弱碱(酸)的滴定曲线、滴定突跃大小及其影响因素、指示剂的选择原则

7.了解滴定方式及应用实例。

第 10 章 沉淀溶解平衡和沉淀滴定 ( Precipitation – Dissolution Equilibrium and Precipitation Titration )( 4 学时 )

第 1 节 沉淀溶解平衡(Precipitation – dissolution equilibrium)

第 2 节 沉淀滴定法(Precipitation titration)

知识点 : 溶解度,溶度积,溶度积常数,分步沉淀,同离子效应,盐效应,多重平衡原理,沉淀滴定法,共沉淀,后沉淀,银两法,莫尔法, 佛尔哈德法,法扬司法

教学要求 :

1.了解沉淀的溶解度和溶度积常数 ;

2.掌握微溶化合物溶解度的计算 ;

3.熟悉影响条件溶度积和沉淀溶解度的因素 ;

4.熟悉几种重要的银量法的原理、特点和应用

第 11章 条件稳定常数和络合滴定( Conditional stability constant and complexometric titration ) ( 4 学时 )

第 1 节 EDTA :络合滴定最重要的滴定剂(EDTA –most important titration in complexometric titration)

第 2 节 条件稳定常数(Conditional stability constant)

第 3 节 络合滴定原理(Principle of complexometric titration)

第 4 节 滴定干扰的消除(Wipe-out of disturbance in complexometric titration)

第 5 节 络合滴定方式(Titration methods employing EDTA)

知识点 : 逐级稳定常数,不稳定常数,累积稳定常数,副反应系数,酸效应和酸效应系数,条件稳定常数,金属指示剂,络合滴定曲线,突跃,滴定干扰及消除,掩蔽和络合掩蔽剂,返滴定,置换滴定

教学要求 :

1.了解分析化学中 EDTA 及其螯合物的分析特性;

2.掌握络合平衡的副反应系数和条件稳定常数的计算;

3.了解金属离子指示剂的作用原理、指示剂的选择原则及常用的金属离子指示剂的使用条件;

4. 熟悉络合滴定曲线、化学计量点和滴定突跃;

5.了解络合滴定的应用及计算。

第 12章 条件电势和氧化还原滴定 ( Conditional electric potential and oxidation- reduction Titration )( 4 学时 )

第 1 节 氧化还原反应的条件电势(Conditional electric potential of oxidation-reduction reaction)

第 2 节 滴定曲线和指示剂(Titration curves and indicators)

第 3 节 重要的氧化还原滴定法(Important oxidation- reduction titration)

知识点 : 条件电势,离子强度,氧化还原滴定曲线,可逆电对,不可逆电对,对成电对,不对成电对,自身指示剂,专用指示剂,高锰酸钾法,重铬酸钾法,碘量法

教学要求 :

1.了解条件电势的概念及影响因素。

2.氧化还原滴定指示剂的类型及应用。

3.熟悉各种副反应对条件电势的影响。

4.掌握氧化还原滴定法中的高锰酸钾法、重铬酸钾法、碘量法的条件及应用。

第 13章 s区元素 ( s-Block Elements )( 2 学时 )

第 1 节 单质(Elementary Substance)

第 2 节 化合物(Compounds)

知识点 : IA 、 IIA 族元素及其化合物。

教学要求:

1.了解 s 区元素的物理性质和化学性质,能够解释 Li 的标准电极电势为什么最低,能解释碱金属与水、醇和液氨反应的不同;

2.了解主要元素的矿物资源及单质的制备方法,特别注意钾和钠制备方法的不同;

3.了解 s 区元素的氢化物、氧化物、氢氧化物的性质,特别注意氢氧化物的碱性变化规律;

4.了解 s 区元素的重要盐类化合物,特别注意盐类溶解性的热力学解释;

5.会用离子极化理论解释碳酸盐分解规律;

6.了解对角线规则和锂、铍的特殊性。

第 14 章 p 区元素(一)( p-Block Elements (First) )( 6 学时)

第 1 节 概述(General description)

第 2 节 天然资源、单质的提取和用途(Natural resource, extraction for elements and application)

第 3 节 硼的单质和化合物(Element boron and compounds)

第 4 节 金属键及其化合物(Metal bond and the related compounds)

第 5 节 碳的单质及其化合物(Element carbon and the related compounds)

第 6 节 硅及其化合物(Element silicon and the related compounds)

第 7 节 氮及其化合物(Nitrogen and the related compounds)

第 8 节 磷及其化合物(Phosphorus and the related compounds)

第 9 节 长周期元素和惰性电子对效应(Long periodic elements and inert electron pair effecting)

知识点 : 硼,碳,硅,氮,磷,单质,制备,化合物,三中心二电子键,硼烷,碳纤维,高能燃料,人造金刚石,半导体硅,硅烷,分子筛,惰性电子对效应。

教学要求:

1.了解 p 区元素的特点;

2.了解 p 区元素的存在、制备及用途;

3.掌握重点元素硼、铅、碳、硅、氮和磷的单质及其化合物的性质,会用结构理论和热力学解释它们的某些化学现象;

4.从正硼烷的结构了解缺电子键和硼烷结构;

5.了解一些无机材料的制备和用途;

6.了解惰性电子对效应概念及其应用。

第15章 p区元素 (二)( p-Block Elements ( Second )( 4 学时 )

第 1 节 16-18 族元素概述(General description to 16-18 groups)

第 2 节 工业资源、单质的制备和用途(Industrial resource, preparation of elements and applications)

第 3 节 过氧化氢和臭氧(Hydrogen peroxide and ozone)

第 4 节 硫的重要化合物(The key compounds of sculpture)

第 5 节 卤素(The halogens)

第 6 节 稀有气体(The Nobel gases)

知识点 : 氧、臭氧、过氧化氢,单质制备,硫、卤素,稀有气体

教学要求:

1.了解 16-18 族元素的特点;

2.了解重点元素的存在、制备和用途;

3.掌握重点元素硫、卤素的单质及其化合物的性质,会用结构理论和热力学解释它们的某些化学现象;

4.了解第 1 个稀有气体化合物的诞生及其对化学发展的贡献。

第 16章 d区元素 ( d-Block Elements )( 7 学时 )

第 1 节 d 区元素的通性(General characteristics)

第 2 节 金属钛及其化合物(Titanium and the related compounds)

第 3 节 金属铬及其化合物(Chromium and the related compounds)

第 4 节 钼和钨(Molybdenum and Tungsten)

第 5 节 锰及其化合物(Manganese and the related compounds)

第 6 节 铁、钴、镍及其化合物(Iron, cobalt, nickel and the related compounds)

第 7 节 铜 及其化合物(Copper and the related compounds)

第 8 节 贵金属元素的不活泼性和催化性能(Non-active and catalytical properties for the noble elements)

第 9 节 锌、镉、汞及其化合物(Zinc, cadmium, mercury and the related compounds)

第 10 节 过渡元素与 CO 形成的化合物(Compounds of transitional metal with CO)

知识点 : d 区元素通性,钛,铬,锰,铁,钴,镍,铜,锌,镉,汞,单质性质和制备,化合物, 贵金属元素,催化性能,羰基化合物

教学要求:

1.了解 d 区元素的通性,即 d 电子化学的特征;

2.掌握钛单质、 TiO 2 、 TiCl 4 的性质和制备,钛合金的应用;

3.掌握铬单质的特性与制备,三价铬与六价铬的转变;

4.了解钼和钨的简单化合物及同多酸、杂多酸的概念;

5.掌握从软锰矿制备单质锰,锰的变价及其氧化性;

6.了解铁、钴、镍氧化还原性变化规律,掌握其氧化物和氢氧化物性质;

7.掌握铜单质及其常见化合物,着重了解其歧化反应;

8.了解锌、镉、汞的单质及重要化合物。

第16章 f区元素 ( f-Block Elements )( 2 学时 )

第 1 节 镧系元素的存在,提取和应用(Occurrence, extraction and uses of lanthanide elements)

第 2 节 镧系元素的相互分离(Isolation of lanthanide elements)

第 3 节 锕系元素简介(Instruction to Actinide elements)

知识点 : 镧系元素,稀土元素,镧系收缩,特征氧化态,氧化物,氢氧化物,配合物,溶剂萃取法,离子交换法,锕系元素。

教学要求:

1.熟悉镧系元素电子结构、名称,镧系收缩概念及其产生原因和影响;

2.了解镧系元素的存在,制备及用途;

3.重点掌握镧系元素氧化物,氢氧化物的性质;

4.了解镧系元素的分离方法,特别注意溶剂萃取法及离子交换法的原理;

5.简单了解锕系元素电子结构、名称及与镧系元素的相似性。

第 18 章 氢( Hydrogen )( 1 学时)

第 1 节 氢的存在、制备及用途(Occurrence, preparation and use of hydrogen)

第 2 节 二元氢化物的分类(Classification of binary hydrogen compounds)

第 3 节 氢能源(Hydrogen energy)

知识点 : 氢,制备,用途,同位素,氢化物分类,氢能源

教学要求:

1.了解氢在周期表中的特殊位置;

2.了解氢的存在和用途,掌握氢的主要工业和实验室制法;

3.认识氢的三种同位素;

4.掌握二元氢化物的分类及其特点;

5.了解氢能源(发生、储存、利用)。

第 19 章 核化学简介( Introduction to Nuclear Chemistry )( 1 学时)

第 1 节 放射性核素和放射性衰变(Radioactive nuclide and radioactive decay)

第 2 节 核能和核能利用(Nuclear energy and use of nuclear energy)

第 3 节 人工核反应和超铀元素的合成(Artificial nuclear reaction and syntheses of transuranium elements)

知识点 : 放射性衰变 , 放射系 , 核化学方程式,半衰期,放射性活度,盖革计数器,放射性碳 -14 测定年代法,核能和核能利用 平均结合能 核裂变,核聚变,核反应堆,自持链反应,人工核反应 超铀元素的合成,射线疗法,放射性示踪剂

教学要求:

1.了解有关放射性核素和放射性衰变的概念;

2.会正确书写核化学方程式;

3.了解放射性碳 -14 测定年代法;

4.了解核能和核能利用的基本概念;

5.简单了解人工核反应和超铀元素合成的基本内容。

讲座 4 无机材料 ( Inorganic material )( 2 学时)

内容: 了解晶体结构、晶体缺陷和晶体材料的基本概念;介绍无机金属材料和无机非金属材料的基本知识。

讲座 5 生物体中某些重要无机化学过程 ( Some important Processes of Inorganic Chemistry in Life )( 2 学时)

内容: 了解生物体中化学元素的分类和主要功能;了解氨基酸、蛋白质及其与金属的配位作用;了解与输氧和钠钾跨膜传递有关的化学过程。

 
 
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