南開大學無機及化學課件之-第一章

1、無機及分析化學無機及分析化學主講教師：主講教師： 尹學博尹學博南開大學化學學院南開大學化學學院緒論：什么是化學緒論：什么是化學? 化學是在原子和分子層次上研究化學是在原子和分子層次上研究物質的物質的組成組成、結構結構、性質性質以及以及物質之間相互轉化物質之間相互轉化的科學。的科學。, 研究層次：原子和分子研究層次：原子和分子, 研究內容：研究內容： 物質的組成、結構、性質與相互轉化物質的組成、結構、性質與相互轉化, 核心與特征：合成新物質，對其性質進行表核心與特征：合成新物質，對其性質進行表征，開發(fā)其新的應用并探討其中的機理。征，開發(fā)其新的應用并探討其中的機理?；瘜W的分支化學的分支o無機化學無

2、機化學o有機化學有機化學o分析化學分析化學o物理化學物理化學o高分子化學高分子化學o生物化學，材料化學，環(huán)境化學生物化學，材料化學，環(huán)境化學化學在化學在21世紀煥發(fā)著新的青春世紀煥發(fā)著新的青春o20世紀化學的標志性成果世紀化學的標志性成果 1. 合成氨技術合成氨技術 2.三大合成高分子材料三大合成高分子材料:塑料、橡膠、纖維。塑料、橡膠、纖維。 3.藥物的發(fā)明藥物的發(fā)明o化學發(fā)展的現(xiàn)狀（化學發(fā)展的現(xiàn)狀（ 21世紀）世紀） 化學和其他學科交叉化學和其他學科交叉,形成了許多新興學科形成了許多新興學科: 如地球化學、環(huán)境化學、化學生物學、藥物化學等如地球化學、環(huán)境化學、化學生物學、藥物化學等 化學已

3、經(jīng)成為生命、農業(yè)、醫(yī)學、材料、環(huán)境等學科化學已經(jīng)成為生命、農業(yè)、醫(yī)學、材料、環(huán)境等學科的基礎。的基礎。 化學在人類由古代穴居人的野蠻生活進化到現(xiàn)在文明世界的變化過程中, 使我們不僅可以和自然處于和諧之中, 而且可以使我們和自己的愿望相吻合?；瘜W家涉足的工業(yè)領域如下圖： 人類基因組項目和人類基因組項目和DNA序列分析序列分析-在分子水平上認識人類，有助于治在分子水平上認識人類，有助于治療疑難病癥和進行保健事業(yè)、生物驅術以及制藥工業(yè)的新革命療疑難病癥和進行保健事業(yè)、生物驅術以及制藥工業(yè)的新革命l人類基因組項目人類基因組項目 (Human Genome Project, HGP): 1990年美年美

4、國制定了國制定了HGP，計劃在，計劃在15年內投資年內投資30億美元，完成全部脫氧核億美元，完成全部脫氧核糖核酸糖核酸(DNA)測定、定位及遺傳學研究。人類基因組項目研究測定、定位及遺傳學研究。人類基因組項目研究的的主要目的是測定人類基因組主要目的是測定人類基因組30億堿基對的億堿基對的DNA序列，建立人序列，建立人類基因庫，類基因庫，使人們進入使人們進入21世紀時能用生物分子學方法研究廣泛世紀時能用生物分子學方法研究廣泛的生物醫(yī)學問題的生物醫(yī)學問題.lDNA序列分析序列分析(DNA Sequencing) : 2000年年6月月26日，人類基因日，人類基因草圖正式發(fā)表，比推出人類基因草圖的原

5、計劃草圖正式發(fā)表，比推出人類基因草圖的原計劃2005年提前年提前5年。年。人類基因草圖之所以能提前完成，主要得益于人類基因草圖之所以能提前完成，主要得益于毛細管電泳技術毛細管電泳技術的發(fā)展，是分析化學家起了關鍵作用的發(fā)展，是分析化學家起了關鍵作用.例例4 三聚氰胺的檢測三聚氰胺的檢測l三聚氰胺（英文名三聚氰胺（英文名Melamine），是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機化），是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機化合物，重要的氮雜環(huán)有機化工原料。合物，重要的氮雜環(huán)有機化工原料。 l蛋白質主要由氨基酸組成，其含氮量一般不超過蛋白質主要由氨基酸組成，其含氮量一般不超過30%，而三聚，而三聚氰胺的分子式含氮量為氰胺的分子式

6、含氮量為66左右。通用的蛋白質測試方法左右。通用的蛋白質測試方法“凱凱氏定氮法氏定氮法”是通過測出含氮量來估算蛋白質含量是通過測出含氮量來估算蛋白質含量。l由于食品和飼料工業(yè)蛋白質含量測試方法的缺陷，三聚氰胺被由于食品和飼料工業(yè)蛋白質含量測試方法的缺陷，三聚氰胺被不法商人用作食品添加劑，以提升食品檢測中的蛋白質含量指不法商人用作食品添加劑，以提升食品檢測中的蛋白質含量指標，因此三聚氰胺也被人稱為標，因此三聚氰胺也被人稱為“蛋白精蛋白精”。l參照美國食品化學品法典參照美國食品化學品法典(FCC)三聚氰胺三聚氰胺HPLC-UV定量方法，定量方法，同時還可采用同時還可采用HPLC/MS檢測方法對嬰兒

7、食品，寵物食品，飼料檢測方法對嬰兒食品，寵物食品，飼料及其原料進行三聚氰胺的檢測。及其原料進行三聚氰胺的檢測。Hydrogen-Bonding Recognition-Induced Color Change of Gold Nanoparticles for Visual Detection of Melamine in Raw Milk and Infant Formula, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (27), 94969497Detection of Melamine in Milk Products by Surface Desorption Atmo

8、spheric Pressure Chemical Ionization Mass Spectrometry Anal. Chem., 2009, 81 (7), 24262436化學在社會生產(chǎn)、生活中的作用化學在社會生產(chǎn)、生活中的作用1.農業(yè)生產(chǎn)中的化肥、農藥。農業(yè)生產(chǎn)中的化肥、農藥。 2.工業(yè)生產(chǎn)中煤、石油、天然氣的開發(fā)工業(yè)生產(chǎn)中煤、石油、天然氣的開發(fā) 和煉制。和煉制。 3.國防工業(yè)中導彈的生產(chǎn)國防工業(yè)中導彈的生產(chǎn),人造衛(wèi)星材料人造衛(wèi)星材料 及發(fā)射衛(wèi)星使用的高能燃料。及發(fā)射衛(wèi)星使用的高能燃料。 4.計算機中信息存儲設備。計算機中信息存儲設備?；瘜W在生物學中的應用化學在生物學中的應用o生命過

9、程實際是很多化學過程的綜合生命過程實際是很多化學過程的綜合o通過生物分子的化學結構了解其活性、功能通過生物分子的化學結構了解其活性、功能o藥物的合成、藥物與生物分子的相互作用研藥物的合成、藥物與生物分子的相互作用研究究o藥物的組成和結構分析藥物的組成和結構分析儀器分析和化學分析儀器分析和化學分析無機及分析化學無機及分析化學課程的主要內容課程的主要內容化學基本理論化學基本理論物質狀態(tài)物質狀態(tài)化學熱力學化學熱力學化學動力學化學動力學原子結構原子結構分子結構分子結構配位化合物配位化合物教材教材:無機及分析化學無機及分析化學，張緒宏張緒宏 尹學博尹學博 編編化學分析化學分析數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理重量分析重量

10、分析沉淀平衡沉淀平衡(滴定滴定)滴定分析滴定分析酸堿平衡、滴定酸堿平衡、滴定配位平衡、滴定配位平衡、滴定氧化還原滴定氧化還原滴定本書的內容本書的內容化學基本理論元素化學分析化學無機化學教學參考用書教學參考用書o無機化學無機化學，宋天佑等編；高等教育出版社，宋天佑等編；高等教育出版社，2004年年6月第月第1版。版。o無機化學無機化學，北京師范大學、華中師范大學、南京師范大學編；，北京師范大學、華中師范大學、南京師范大學編；高等教育出版社；高等教育出版社； 2003年年1月第月第4版。版。o近代化學導論近代化學導論，申泮文主編；高等教育出版社；，申泮文主編；高等教育出版社；2002年年1月第月第

11、1版。版。o定量化學分析定量化學分析，許曉文等編，南開大學出版社，第二版。，許曉文等編，南開大學出版社，第二版。o無機及分析化學無機及分析化學，武漢大學，武漢大學無機及分析化學無機及分析化學編寫組編，編寫組編，武漢大學出版社，第二版。武漢大學出版社，第二版。學習方法：學習方法：o1. 預習預習;o2. 課堂筆記課堂筆記;o3. 及時復習和習題及時復習和習題;o4. 積極參與討論和答疑積極參與討論和答疑;o5. 充分利用課外參考書和網(wǎng)絡資源充分利用課外參考書和網(wǎng)絡資源; 成績評定成績評定: 1. 平時成績（作業(yè)和出勤）平時成績（作業(yè)和出勤） 2. 期中考試期中考試 3. 期末考試期末考試 聯(lián)系方

12、法聯(lián)系方法: 尹學博：尹學博：法定計量單位法定計量單位國際單位制的基本單位國際單位制的基本單位 量的名稱 單位名稱 單位符號 長度長度 L 米米 m 質量質量 m千克千克(公斤公斤) kg 時間時間 t 秒秒 s 電流電流 I 安安培培 A熱力學溫度熱力學溫度 T 開開爾文爾文 K 物質的量物質的量 n 摩摩爾爾 mol 發(fā)光強度發(fā)光強度 Iv 坎坎德拉德拉 cd國際單位制的輔助單位國際單位制的輔助單位 量的名稱單位名稱 單位符號 平面角 弧度 rad 立體角 球面度 sr國際單位制中具有專門名稱的國際單位制中具有專門名稱的SI導出單位導出單位(續(xù)表)國家選定的非國際單位制單位國家選定的非國際

13、單位制單位(續(xù)表)用于構成十進位數(shù)和分數(shù)單位的詞頭用于構成十進位數(shù)和分數(shù)單位的詞頭(續(xù)表)有效數(shù)字及其運算1有效數(shù)字 在實際工作中對某一物理量進行測量時，要根據(jù)實際工作的要求選擇不同精度的測量工具進行測量，在記錄測量數(shù)據(jù)和進行相應的運算時，一定要正確地使用有效數(shù)字，使之不僅能表示所測物理量的大小，而且能正確地反映測量的準確程度。所謂有效數(shù)字，就是實際能測量到的數(shù)字所謂有效數(shù)字，就是實際能測量到的數(shù)字。 例如，對某物體使用分析天平測量其質量，結果為1.5000克。若改用架盤天平稱量時，其結果為 1.5 克。這兩個數(shù)字從數(shù)值的大小來看似乎是相同的，但所反映的測量準確程度是不同的。前者反映了測量的準

14、確程度準確到0.0001克數(shù)量級，而后者僅反映了測量的準確程度準確到 0.1 克數(shù)量級。1.5000 中的“1” 、“5”和其后的兩個“0”均是準確的，最后一個數(shù)字“0”則 是可疑的。而在 1.5 這個數(shù)字中，數(shù)字“1”是準確的，數(shù)字“5”是可疑的。如果用分析天平稱量的質量是1.5000克，而在記錄時寫成1.5克，則其測量的準確程度無形中被人為地縮小了1000倍。這在實際工作中是不允許的。 在有效數(shù)字中，數(shù)字“0”具有雙重意義：(1)作為普通數(shù)字使用，它是有效數(shù)字；(2)只起定位作用，它不是有效數(shù)字。 例如，測得以下數(shù)據(jù)： 試劑的體積 12mL (量筒量取) 二位有效數(shù)字 試樣的質量 0.62

15、83g (分析天平稱取) 四位有效數(shù)字 滴定液體積 23.58mL (滴定管讀取) 四位有效數(shù)字 溶液的濃度 0.02080 mol/L 四位有效數(shù)字 溶液的濃度 0.10 mol/L 二位有效數(shù)字 被測物含量 56.12 四位有效數(shù)字 平衡常數(shù) K1.8x10 二位有效數(shù)字 pH值(注) 12.08 二位有效數(shù)字 pH值 5.1 一位有效數(shù)字注： 考慮考慮pH值的有效數(shù)字時，因為值的有效數(shù)字時，因為pH值是氫離子濃度值是氫離子濃度的負對數(shù)，所以的負對數(shù)，所以pH值的有效數(shù)字位數(shù)只考慮小數(shù)點后值的有效數(shù)字位數(shù)只考慮小數(shù)點后數(shù)字個數(shù)，小數(shù)點前面的數(shù)字不是有效數(shù)字，因為它實數(shù)字個數(shù)，小數(shù)點前面的數(shù)

16、字不是有效數(shù)字，因為它實際上只反映了氫離子濃度的數(shù)量級。際上只反映了氫離子濃度的數(shù)量級。例如：例如：pH=4.30表示表示 c(H+)=5.010-5 molL-1 2. 有效數(shù)字的運算規(guī)則 (1)加減法 例如兩個測量值分別為1.3872克和35.1克，相加 1.3872 - 有0.0002克的誤差 +35.1 - 有0.2克的誤差可得 36.4872 問題是計算結果應將有效數(shù)字保留到小數(shù)點后第幾位呢? 因為在加數(shù) 35.1 中 “1” 已是可疑數(shù)字，所以相加的結果36.4872 克中數(shù)字“4” 必然是可疑數(shù)字，因此再寫后面的數(shù)字“8”、“7”、“2”已無意義。根據(jù)誤差傳遞的結果在進行有效數(shù)字

17、的加減法運算時，和與差的絕對誤差等于各有效數(shù)字絕對誤差的代數(shù)和。因此，計算結果(36.4872)的絕對誤差為 (0.2)+(0.0002)0.2 所以計算結果的正確表示應為 36.5 。有效數(shù)字36.5 正好與0.2的絕對誤差相匹配。(2)乘除法 例如，以下三個有效數(shù)字進行乘除法運算時 0.0248.156 12.576 0.015564885 因為每個數(shù)據(jù)的最后一位數(shù)字均為可疑數(shù)字，若最后一位有1的誤差，其相對誤差分別為： 相對誤差 0.024： (二位有效數(shù)字) 0.0010.024100 4 8.156： (四位有效數(shù)字) 0.0018.156100 0.01 12.576：(五位有效數(shù)字) 0.00112.57610