《無機化學（化工環(huán)境）》課程教學大綱

PAGE1PAGE9無機化學InorganicChemistry【課程編號】BJ27301，BJ27401【課程類別】專業(yè)基礎課【學分數(shù)】6【先修課程】高等數(shù)學、普通物理學【學時數(shù)】100（理論課70，實驗課30）【適用專業(yè)】環(huán)境工程、化學工程與工藝一、教學目的、任務無機化學是高等學校環(huán)境工程專業(yè)的第一門主要基礎課。本課程的教學目的和任務是：1．使學生初步掌握元素周期律、物質(zhì)結構、化學反應以及基礎電化學等基本原理。2．培養(yǎng)學生運用上述原理去掌握有關無機化學中元素和化合物的基本知識，并具有對一般無機化學問題進行理論分析和計算的能力。3．通過教學培養(yǎng)學生正確的學習方法和科學的思維能力。4．初步掌握無機化學實驗的基本操作技能及方法。二、課程教學的基本要求要求學生牢固掌握利用熱力學的理論觀點判斷化學反應的方向性和反應過程中的能量變化，及化學熱力學的一些計算。掌握化學反應的動力學及其一些基本的計算。牢固掌握化學反應平衡中酸堿電離平衡、沉淀溶解平衡，掌握配位平衡、氧化還原平衡。牢固掌握原子核外電子的運動狀態(tài)和核外電子排布，及元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律。牢固掌握價鍵理論、雜化軌道理論、價層電子對互斥理論解釋分子形成過程和分子的特性。掌握配合物的命名和有關配合物平衡計算。通過系統(tǒng)地向?qū)W生講授元素無機化學，使學生能進一步應用無機化學基本原理(主要是熱力學原理及結構原理)去學習并掌握元素的單質(zhì)及其化合物的存在、制備、性質(zhì)及反應的變化規(guī)律，從而進一步加深對無機化學基本原理的理解。三、教學內(nèi)容和學時分配（一）第一章氣體學時2主要內(nèi)容：1.氣體（gas）的基本特征；理想氣體(idealgas)、分壓(partialpressure)、分體積，體積分數(shù)、摩爾分數(shù)等概念；理想氣體狀態(tài)方程式及其應用；2、Dalton分壓定律及應用。教學要求：1．理解理想氣體的概念，掌握理想氣體狀態(tài)方程式及其應用；2．掌握混合氣體中組分氣體分壓的概念和分壓定律。其它教學環(huán)節(jié)：（二）第二章熱化學學時3主要內(nèi)容：1．能量守恒與轉化定律(EnergyConservationandTransformationLaw)，熱(heat)和功(work)，熱力學內(nèi)能（internalenergy）基本概念和物理意義，狀態(tài)函數(shù)(statequantities)的基本特性。焓(enthalpy)，等壓反應熱，等容反應熱及其相互關系。熱力學標準態(tài)(standardstateofthermodynamics)，摩爾生成熱焓(enthalpiesofformation)，反應焓(enthalpiesofreaction)及其計算。熱化學方程式及其寫法。蓋斯定律（Hess,sLaw）及其有關計算。教學要求：1．了解系統(tǒng)、環(huán)境、相、功、熱、熱力學能和焓等概念，熟悉熱力學第一定律；2．理解焓、焓變、標準摩爾生成焓等概念，掌握熱化學方程式、Hess定律和反應標準摩爾焓變的有關計算。其它教學環(huán)節(jié)：（三）第三章化學動力學基礎學時3主要內(nèi)容：1.化學反應速率的概念及反應速率的實驗測定。濃度、溫度及催化劑對反應速率的影響。速率方程的實驗測定和Arrhenius方程的有關計算?；罨艿母拍罴捌渑c反應速率的關系。教學要求：1．掌握化學反應速率、反應速率方程式、速率系數(shù)、反應級數(shù)等概念；2．掌握濃度、溫度和催化劑對反應速率的影響。其它教學環(huán)節(jié)：（四）第四章化學平衡熵和Gibbs函數(shù)學時4主要內(nèi)容：1.化學平衡的概念、平衡常數(shù)的意義。標準平衡常數(shù)和平衡組成的計算。2反應商判據(jù)和LeChatelier原理及應用；掌握濃度、壓力、溫度對化學平衡移動的影響及有關的簡單計算。3.熵、標準摩爾熵、標準生成Gibbs函數(shù)的概念。△S、△G的簡單計算。化學反應等溫式，Van’tHoff方程，吉布斯赫姆霍茲(Gibbs-Helmholtz)方程式及其適用條件，計算反應的自由能變。用△G判斷標準態(tài)及非標準態(tài)下化學反應進行的方向和程度。教學要求：1．掌握化學平衡的概念、標準平衡常數(shù)、平衡組成的簡單計算和多重平衡規(guī)則；2．熟悉反應商判據(jù)和LeChaterlier原理，掌握濃度、壓力、溫度對化學平衡移動的影響及有關的簡單計算；3．了解標準摩爾熵的概念和反應標準摩爾熵變的簡單計算。4、了解標準摩生成Gibbs函數(shù)的概念和ΔrGm的簡單計算；了解ΔrGm與ΔrHm和ΔrSm的關系，初步學會利用ΔrGm和ΔrGm判斷反應進行的方向和程度。其它教學環(huán)節(jié)：（五）第五章酸堿平衡學時5主要內(nèi)容：1.Br?nsted-Lowry質(zhì)子理論，拉平效應與區(qū)分效應，Lewis酸堿電子理論；2.水的電離平衡、強酸、強堿溶液的pH值的計算；3.一元弱酸、弱堿的電離平衡、電離常數(shù)、電離度及其有關計算，多元弱酸分步電離平衡；二元弱酸溶液中氫離子和酸根離子濃度的計算。一元弱酸鹽、一元弱堿鹽的水解平衡及平衡組成的計算；多元弱酸鹽的分步水解及其平衡組成的計算；4.同離子效應，緩沖溶液的概念；緩沖溶液的pH值計算；5.配合物的組成和命名；配位平衡及有關酸堿反應和配位反應共存時溶液的平衡計算。教學要求：1.了解酸堿質(zhì)子理論的基本要點；2.掌握水的解離平衡、水的離子積常數(shù)、強酸、強堿溶液有關離子濃度和pH的計算。3.掌握一元弱酸（堿）的解離平衡及其平衡組成的計算。了解多元弱酸的分步解離平衡及其平衡組成的計算；4．掌握一元弱酸強堿鹽和一元強酸弱堿鹽的水解平衡和平衡組成的計算。了解多元弱酸強堿鹽的分步水解及其平衡組成的計算。5.掌握同離子效應和緩沖溶液的概念，能熟練地計算緩沖溶液的pH值。6.了解酸堿電子理論的基本概念，掌握配合物的基本概念，了解配合物的命名。7.掌握配合物的生成反應和配位平衡。，會計算配體過量時配位平衡的組成，能用多重平衡原理計算酸堿反應與配合反應共存時溶液的平衡組成。其它教學環(huán)節(jié)：（六）第六章沉淀溶解平衡學時4主要內(nèi)容：1.難溶電解質(zhì)的沉淀—溶解平衡、溶度積及其與溶解度的關系有關計算；2.溶度積規(guī)則、沉淀的生成與溶解、分步沉淀、沉淀的轉化，沉淀的相關計算；3.同離子效應、鹽效應。教學要求：1.熟悉難溶電解質(zhì)的沉淀-溶解平衡，掌握標準溶度積常數(shù)及其與溶解度之間的關系和有關計算；2.掌握溶度積規(guī)則，能用溶度積規(guī)則判斷沉淀的生成和溶解，熟悉pH對難溶金屬氫氧化物和金屬硫化物沉淀-溶解平衡的影響及有關計算，熟悉沉淀的配位溶解及其簡單計算；3.了解分步沉淀和兩種沉淀間的轉化及有關計算。其它教學環(huán)節(jié)：（七）第七章氧化還原反應學時6主要內(nèi)容：1.氧化還原反應的基本概念，氧化還原方程式的配平(氧化數(shù)法及離子-電子法)；2.電池及電動勢概念、原電池的表達形式，電極電勢(標準電極電勢及非標準電極電勢)的概念和應用及影響電極電勢的因素；標準電極電勢表及其應用；3.Nernst方程、氧化還原平衡與多重平衡的有關計算；4.氧化還原反應進行的方向和進度，元素電勢圖及應用。教學要求：1.熟悉氧化還原反應的基本概念，能熟練配平氧化還原反應方程式；2.了解原電池和電動勢的概念；掌握標準電極電勢的概念和應用及其影響因素，掌握Nernst方程式的簡單計算。3.掌握元素電勢圖及其應用。其它教學環(huán)節(jié)：（八）第八章原子結構學時4主要內(nèi)容：1.氫原子光譜，Bohr原子結構理論要點，微觀粒子的運動特征；2.描述核外電子運動狀態(tài)的四個量子數(shù)的物理意義及相應的合理取值。波函數(shù)、原子軌道、電子云、概率密度的物理意義，波函數(shù)圖形與電子云圖形；3.多電子原子能級(Pauling軌道近似能級圖、Cotton電子能級圖)、核外電子排布三原則:Pauli不相容原理，最低能量原理，Hund規(guī)則及應用；4.屏蔽效應、鉆穿效應，S1ater規(guī)則、有效核電荷；原子的結構與元素周期系及元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律（有效核電荷Z*的變化，原子半徑，電離能，電子親合能，電負性）。教學要求：1.了解氫原子光譜、Bohr原子結構理論，電子的波粒二像性、量子化和能級等概念；2.了解原子軌道、概率密度、電子云等概念。熟悉四個量子數(shù)的名稱、符號、取值和意義。熟悉s、p、d原子軌道與電子云的形狀和空間伸展方向；3.掌握多電子原子軌道近似能級圖和核外電子排布的規(guī)律。能熟練寫出常見元素原子的核外電子排布；并能確定它們在周期表中的位置；4．掌握周期表中元素的分區(qū)、結構特征。熟悉原子半徑、電離能、電子親和能和電負性的變化規(guī)律。其它教學環(huán)節(jié)：（九）第九章分子結構學時5主要內(nèi)容：1.價鍵理論，共價鍵的本質(zhì)與特征，共價鍵的形成原理:電子配對原理，能量最低原理，原子軌道最大重疊原理，共價鍵的類型；雜化軌道理論；VSEPR理論及它們的應用；2.鍵參數(shù):鍵能、鍵長、鍵角、鍵的極性。教學要求：1.熟悉化學鍵的分類、共價鍵價鍵理論的基本要點、共價鍵的特征和類型。了解鍵能、鍵長、鍵角等概念；2.熟悉雜化軌道理論的概念和類型，能用雜化軌道理論解釋簡單分子和離子的幾何構型；3.了解價層電子對互斥理論的要點和用該理論推測簡單分子或離子的幾何構型的方法。其它教學環(huán)節(jié)：（十）第十章固體結構學時4主要內(nèi)容：1.四種晶體(crystal)類型的特征和質(zhì)點間相互作用力，晶體的類型與物質(zhì)性質(zhì)的關系；2.三種離子晶體的結構特征，晶格能的概念，離子電荷、半徑對晶格能的影響及晶格能對物質(zhì)的熔點、硬度的影響；離子極化及其對鍵型、晶格類型、溶解度的影響；3.分子的偶極矩和變形性及其變化規(guī)律，分子間力的產(chǎn)生及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響，氫鍵的形成條件、特點及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響。教學要求：1.熟悉晶體的類型、特征和組成晶體的微粒間的作用力；2.熟悉三種典型離子晶體的結構特征。理解晶格能的概念和離子電荷、半徑對晶格能的影響；熟悉晶格能對離子化合物熔點、硬度的影響；3.了解離子半徑及其變化規(guī)律、離子極化及其對鍵型、晶格類型、溶解度、熔點、顏色的影響；4.了解分子的偶極矩和變形性及其變化規(guī)律；了解分子間力的產(chǎn)生及其對物性的影響。了解氫鍵的形成條件、特點及其對某些物性的影響。其它教學環(huán)節(jié)：（十一）第十一章配合物結構學時3主要內(nèi)容：1.價鍵理論的基本要點，用VB法討論配合物的形成過程，配合物的幾何構型與中心原子所采取的雜化軌道類型的關系，內(nèi)軌型、外軌型配合物形成條件及差別，中心原子價電子排布與配離子穩(wěn)定性、磁性的關系，能夠解釋一些實例；2.晶體場理論的基本要點，d電子分布和高、低自旋的關系，用晶體場理論說明八面體配合物合物的磁性、穩(wěn)定性及顏色；3.分裂能及其影響因素。教學要求：1.熟悉配合物價鍵理論的基本要點、配合物的幾何構型與中心離子雜化軌道的關系。了解內(nèi)軌型、外軌型配合物的概念、中心離子價電子排布與配離子穩(wěn)定性、磁性的關系；2.了解配合物晶體場理論的基本要點；了解八面體場中d電子的分布和高自旋、低自旋配合物等概念，推測配合物的穩(wěn)定性、磁性。了解配合物的顏色與d—d躍遷的關系。其它教學環(huán)節(jié)：（十二）第十二章S區(qū)元素學時3主要內(nèi)容：1.S區(qū)元素的通性，堿金屬、堿土金屬的單質(zhì)的物理性質(zhì)，化學性質(zhì)，制備（Na、K）和用途；2.S區(qū)元素的化合物：氫化物、氧化物、氫氧化物、重要鹽類的性質(zhì)；3.鋰、鈹?shù)奶厥庑裕瑢蔷€規(guī)則。教學要求：1.熟悉堿金屬和堿土金屬的通性、單質(zhì)的重要物理性質(zhì)和化學性質(zhì)；2.掌握堿金屬和堿土金屬的重要氫化物、氧化物、過氧化物、超氧化物的生成和基本性質(zhì)。熟悉堿金屬和堿土金屬氫氧化物堿性強弱的變化規(guī)律、重要鹽類的溶解性和熱穩(wěn)定性；3.了解鋰、鈹?shù)奶厥庑院蛯蔷€規(guī)則。其它教學環(huán)節(jié)：（十三）第十三章P區(qū)元素（一）學時6主要內(nèi)容：1.P區(qū)元素的通性；2.硼族元素：通性、單質(zhì)，氫化物的結構和性質(zhì)、含氧化合物的結構和性質(zhì)，鹵化物、氮化物；硼的缺電子特征，氫橋鍵；鋁的化合物的性質(zhì)；3.碳族元素：通性、單質(zhì)的結構，二氧化碳、碳酸、碳酸鹽的重要性質(zhì)；4.硅的化合物的性質(zhì)；5.錫、鉛的氧化物、氫氧化物的酸堿性、錫（Ⅱ）的還原性和鉛（Ⅳ）的氧化性、硫化物的溶解性。教學要求：1.了解硼族元素的通性。熟悉缺電子原子和缺電子化合物的概念。熟悉乙硼烷的結構和重要性質(zhì)。掌握硼酸的晶體結構和性質(zhì)、硼砂的結構和性質(zhì)。了解硼的鹵化物的結構和水解；2.熟悉鋁及其重要化合物的性質(zhì)；3.了解碳族元素的通性。熟悉碳單質(zhì)的結構、二氧化碳、碳酸及其鹽的重要性質(zhì)，能用離子極化理論說明碳酸鹽的熱穩(wěn)定性；4.了解硅單質(zhì)、二氧化硅、硅酸及其鹽的重要性質(zhì)；5.了解錫、鉛的氧化物；熟悉錫、鉛氫氧化物的酸堿性及其變化規(guī)律。掌握Sn（II）的還原性和Pb（IV）的氧化性。熟悉錫、鉛硫化物的顏色、生成和溶解性。其它教學環(huán)節(jié)：（十四）第十四章P區(qū)元素（二）學時4主要內(nèi)容：1.氮族元素：通性，氮、磷的單質(zhì)及它們的氫化物、氧化物、含氧酸和含氧酸鹽的結構、性質(zhì)、制備和用途；離域π鍵、（p-d）反饋π鍵；2.砷、銻、鉍的化合物的性質(zhì)及遞變規(guī)律。3.氧族元素通性，單質(zhì)及其結構特點、性質(zhì)和用途，臭氧與環(huán)境關系；4.重要化合物：氫化物、過氧化物結構及性質(zhì)、硫化物及多硫化物，二氧化硫、三氧化硫，硫的含氧酸及其鹽的結構和性質(zhì)教學要求：1.了解氮族元素的通性，熟悉氮分子的結構和特殊穩(wěn)定性。掌握氨的結構和性質(zhì)、銨鹽的性質(zhì)。熟悉氮的氧化物的結構，掌握硝酸的結構和性質(zhì)、硝酸鹽和亞硝酸鹽的性質(zhì)；2.了解磷的單質(zhì)、氫化物、氧化物、鹵化物的結構和性質(zhì)。熟悉磷酸及其鹽的性質(zhì)。了解亞磷酸和次磷酸的結構和性質(zhì)；3．掌握砷、銻、鉍氧化物及其水合物的酸堿性及其變化規(guī)律。掌握砷、銻、鉍化合物氧化還原性的變化規(guī)律和重要反應；熟悉砷、銻、鉍硫化物的顏色、生成和溶解及砷、銻的硫代酸鹽。4.了解氧族元素的通性。熟悉氧單質(zhì)的結構和性質(zhì)。熟悉過氧化氫的結構，掌握其性質(zhì)和重要反應；5.熟悉硫單質(zhì)的結構和性質(zhì)。掌握硫化氫的性質(zhì)、金屬硫化物的溶解性。了解多硫化物的性質(zhì)。熟悉二氧化硫、三氧化硫的結構，掌握亞硫酸及其鹽、硫酸及其鹽的性質(zhì)。掌握硫代硫酸鹽、過二硫酸鹽的結構和性質(zhì)。其它教學環(huán)節(jié)：（十五）第十五章P區(qū)元素（三）學時4主要內(nèi)容：1.鹵素單質(zhì)的物理性質(zhì)，單質(zhì)的強氧化性及單質(zhì)制備，鹵離子的還原性，鹵化氫的性質(zhì)及遞變規(guī)律，鹵素單質(zhì)的歧化及逆岐化作用，鹵素各含氧酸及其鹽氧化性變化規(guī)律，含氧酸的酸性遞變規(guī)律；鹵化物、多鹵化物、鹵素互化物。2.稀有氣體。3.P區(qū)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。教學要求：1．熟悉鹵素的通性、鹵素單質(zhì)的制備和性質(zhì)。掌握鹵化氫的制備及其還原性、酸性、穩(wěn)定性的變化規(guī)律。掌握氯的含氧酸及其鹽的性質(zhì)及其變化規(guī)律。熟悉溴、碘的含氧酸的基本性質(zhì)。2.了解稀有氣體的發(fā)展簡史，單質(zhì)的性質(zhì)和用途，存在和分離，稀有氣體化合物。3.了解P區(qū)元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。其它教學環(huán)節(jié)：（十六）第十六章d區(qū)元素（一）學時6主要內(nèi)容：1.d區(qū)元素的概述：d區(qū)元素的價電子構型的特點及其與通性的關系；2.鈦及其化合物的性質(zhì)和用途，釩及其化合物的性質(zhì)和用途；3.鉻、鉬、鎢的單質(zhì)、鉻的化合物的性質(zhì)和用途，水溶液中鉻的離子及其反應；4.錳：單質(zhì)、化合物的性質(zhì)和用途、水溶液中錳的離子及其反應；5.鐵、鈷、鎳：單質(zhì)、化合物的性質(zhì)和用途、水溶液中鐵、鈷、鎳的離子及其反應。教學要求：1.了解過渡元素的原子結構特征和通性；2.了解鈦、鋇及其重要化合物的性質(zhì)；3.了解鉻單質(zhì)的性質(zhì)；掌握Cr(III)、Cr(VI)化合物的酸堿性、氧化還原性及其相互轉化。4.掌握Mn(II)，Mn(IV)，Mn(VI)，Mn(VII)重要化合物的性質(zhì)；5.掌握Fe(II)，Co(II)，Ni(II)重要化合物的性質(zhì)及其變化規(guī)律。掌握Fe(III)，Co(III)，Ni(III)重要化合物的性質(zhì)及其變化規(guī)律。熟悉鐵、鈷、鎳的重要配合物。其它教學環(huán)節(jié)：（十七）第十七章d區(qū)元素（二）學時4主要內(nèi)容：1.銅、銀、鋅、鎘、汞單質(zhì)的性質(zhì)和用途；2.銅、銀、鋅、鎘、汞的氧化物、氫氧化物及重要鹽類和配合物的性質(zhì)；3.Cu（Ⅰ）、Cu（Ⅱ）；Hg（Ⅰ）、Hg（Ⅱ）之間的相互轉化。教學要求：1.了解銅族元素的通性；2.掌握銅的氧化物、氫氧化物、重要銅鹽的性質(zhì)，Cu(I)和Cu(II)的相互轉化，銅的重要配合物，水溶液中Cu2+的重要反應；3.熟悉銀的氧化物、氫氧化物的性質(zhì)，銀的重要配合物，水溶液中Ag+的重要反應；4.了解鋅族元素的通性。掌握氫氧化鋅的性質(zhì)、水溶液中Zn2+的重要反應、鋅的重要配合物；5.熟悉鎘的重要化合物的性質(zhì)；6.熟悉汞的重要化合物的性質(zhì)，掌握Hg(I)和Hg(II)間的相互轉化，熟悉水溶液中Hg2+、Hg22+的重要反應。其它教學環(huán)節(jié)：（十八）第十八章f區(qū)元素