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无机化学かがく

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无机化学かがくもと

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别于ゆうつくえ化学かがく,无机化学かがく主要しゅようさがせ讨关于无机ぶつ主要しゅよう为非含碳ぶつてきせい质与はん应。

无机化学かがくてきもと础是ものざい无机化学かがくちゅうもの质被ぶんさん类:单质化合かごうぶつあずか混合こんごうぶつ。请注意ちゅうい化合かごうぶつ(compound)あずか混合こんごうぶつ(mixture)存在そんざい很大てき别。化合かごうぶつあずか单质よし单种分子ぶんしあるよし离子键结あいてき离子)构成てき,它们也被统称为纯净ぶつ。纯净ぶつ以用化学かがくしき表示ひょうじ它们てき组成なり份,如氢气(H2)、碳酸氢钠(NaHCO3)。混合こんごうぶつぼつゆう化学かがくしき,也可以将它们てき主要しゅようなり份的化学かがくしきうつし,如王すい(HNO3、HCl)とう

化学かがく研究けんきゅうやめ表明ひょうめい所有しょゆうぶつ质都よし一些元素以特定方式组成的。如氧气由氧元素げんそ组成,氧化钙由氧元素げんそ元素げんそ组成。ただし具体ぐたい构成方式ほうしきゆうしょ不同ふどう金属きんぞく稀有けう气体及部およべぶん非金属ひきんぞく固体こたい如硫(S)直接ちょくせつよし原子げんし构成(确切らい说,硫在かた态时以S8存在そんざいただ为了便びん理解りかいつねしょう硫、磷等视为よし原子げんし构成),而非金属きんぞく及一部分化合物由分子构成。另一部分化合物则由离子或原子团构成。

原子げんしてき构成

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原子げんしてき构成主要しゅようざい物理ぶつり化学かがく中有ちゅううしょさがせ讨。简略らい说,原子げんしてき中央ちゅうおうゆう一个密度极大的核心,そく原子核げんしかく。许多电子围绕原子げんし团转动。原子核げんしかくゆかり质子あずか中子なかご构成,质子带+1电荷,中子なかご带电。电子带-1电荷,いん此会かくない质子吸引きゅういん。电子しょ带能りょう决定该电主要しゅようざい离核远的地方ちほう运行,一般我们将其划分为区域,しょうのうわが们也以用轨道表示ひょうじ电子运行てき趋势,ただし电子并不按照一定いってい轨道运行てき。实际じょうすえうみもり堡不确定せい原理げんりぼつ有人ゆうじんのう预测一个电子在某一时刻的位置,ただし其总かい遵循一定いってい趋势。

在原ありわら子中こなかかくない带多しょう质子,かくがいそくゆう多少たしょう个电そく质子すう=かくがい电子すう),いん原子げんし显电せい。电子てきのう级可以用おもねひしげはく数字すうじ表示ひょうじ,也可以用K、L、M、N、O、P、Qとう字母じぼ表示ひょうじ。K层最多可たかよう纳2个电,L层可よう纳8个,M层可よう纳18个。也即,だいn层最多可たかよう纳2n2个电とく别地,さいそと层电そく价电不可ふかちょう过8个。

れい如,3ごう元素げんそ锂(Li)てき原子げんし中有ちゅうう3个电,也即:K层2个,L层1个。ざい物理ぶつり化学かがくちゅう,还会かい绍价电子はいぬの(锂的价电はいぬの为[He]2s1),这里かい绍。また如20ごう元素げんそ钙(Ca),其原そのはら中有ちゅうう20个电そく2、8、8、2。注意ちゅうい其电はいぬの2、8、10,いん为这样不满足价电ちょう过8个。

稀有けう气体てき价电すう刚好为8(氦为2),いん此其化学かがくせい质稳じょう具有ぐゆう8个价电子てき结构しょう为相对稳てい结构。

离子あずか离子键

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离子しつ电子而形成けいせいしょう对稳てい结构てき原子げんし。如钠(Na)原子げんしゆう11个电そく2、8、1。显然其失いち个电きさきそく形成けいせい具有ぐゆうさいそと层8个电てき 稳定结构。わが们将其称为钠离子(Na+)。よし于钠离子しつりょう电子,いん此我们称为阳离子。氯(Cl)原子げんしゆう17个电(2、8、7),它在いた一个电子后会形成相对稳定结构,そく氯离(Cl-)。它得いたりょう电子,いん此我们称为阴离子。

钙(Ca,2、8、8、2)原子げんしざい形成けいせい离子时,需失两个电子,いん此我们称价阳离子。钙离记作Ca2+相似そうじ,镁离记作Mg2+

原子はらこゆかり于电あずか质子电性しょう对消,いん此不显电せい。离子则显电性,阳离显正电,阴离显负电。阳离あずか阴离互相吸引きゅういん使つかい它们维持ざい一起かずき,这种联系(化学かがく键)しょうさく离子键。如钠原子げんし给氯原子げんしいち个电,两者ひとしなり为离,而后Na+あずかCl-互相吸引きゅういんそく形成けいせい离子键,产生化合かごうぶつNaCl(氯化钠)。这些化合かごうぶつしょうさく离子化合かごうぶつ

きょう价键

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ざい氯化氢(HCl)分子ぶんしちゅう存在そんざい离子键。氢原はた它仅ゆうてき一个电子共享给氯原子,氯原子げんし也拿一个电子作为共享。这两个电视作一个共价电子对,ざい两者ちゅう间运ぎょう,这样てき化学かがく键叫做共价键。よしども价键连接てき原子げんしごうしょう分子ぶんし。显然,氯原子核げんしかく带正电荷原子核げんしかく带正电荷いん吸引きゅういん电子てき能力のうりょく也强,这样ども价电对就かい偏向へんこう原子核げんしかく氯相对显负电,氢相对显せい电。这种ども价键さけべ做极せい键。

いち个氧分子ぶんし(O2ゆかり两个氧原子げんし构成。这两个氧原子げんし共用きょうよう两个ども价电对,ただし其原そのはらかく吸引きゅういん电子てき能力のうりょくしょうどう这种ども价键さけべ做非极性键。所有しょゆう仅由ども价键构成てき化合かごうぶつさけべ做共价化合かごうぶつ

化合かごうぶつちゅう以既ゆうども价键,またゆう离子键,如硫酸りゅうさん锌(ZnSO4)。它们也被さんさく离子化合かごうぶつ,其中よしども价键连接てき部分ぶぶんしょう原子げんし团。

分子ぶんし道理どうり

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近年きんねんらいずい量子力学りょうしりきがく论的发展,にん提出ていしゅつりょういち种新てきかく-电子体系たいけい论:分子ぶんし道理どうり论。分子ぶんし道理どうり论的ぬし要理ようり论为:

  • 电子ざい原子げんし附近ふきん运动てき电子うんよしいち个方ほど确定。
  • 分子ぶんしちゅう电子围绕せい分子ぶんし运动,电子ざい分子ぶんしちゅうてき运动模型もけいてきなみ函数かんすうしょう分子ぶんし轨道,它由原子げんし轨道线性组合形成けいせい,组合ぜんきさき轨道总数变。
  • N个原子げんし轨道以线せい组合组成N个分子ぶんし轨道,其中のうりょうてい于原さき原子げんし轨道のうりょう总和てきしょう为成键轨どうこう于的しょう为反键轨どう
  • のうりょう相近すけちかてき原子げんし轨道ざい以组成分せいぶん轨道。
  • 原子げんし轨道组合成ごうせい分子ぶんし轨道时力もとめ其波函数かんすうてき图像最大さいだい限度げんどじゅう叠。
  • 电子はま充分じゅうぶん轨道时仍ぞう原子げんし轨道いち样,遵从ひろしとく规则、あわ原理げんり以及のうりょう最低さいてい原理げんり
  • 原子げんし轨道必须具有ぐゆうしょうどうてき对称せいざい以组合成ごうせい分子ぶんし轨道。

化合かごう

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化合かごう价是一种化合物中某种元素的分子所形成化学键的总数。れい如碳さん钠(Na2CO3ちゅうまい个钠离子あずか碳酸间由一个离子键连接,且钠离子为阳离子。よし此我们说,碳酸钠中钠的化合かごう价为+1。而其ちゅうてき原子げんしども形成けいせい4个共价键,且共价电对均偏向へんこう原子げんし化合かごう价为+4。一个氧原子与碳原子形成两个共价键,另外两个氧原子分こぶん别与碳原子げんし形成けいせいいち个共价键,あずか形成けいせい一个离子键,显-2价。化合かごう价在氧化还原はん应(しもぶんはた讲述)中有ちゅうう重要じゅうようてき作用さよう

化学かがくはん

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いち种(あるすう种)もの质在一定条件下发生反应生成新的物质,さけべ做化がくはん应,也叫化学かがく变化。はん应之まえてきぶつ质叫做反应物,はん应所生成せいせいてきぶつ质叫做生成せいせいぶつ。对于化学かがくはん应有不同ふどうてき描述,わが们也以说化学かがくはん应是きゅう键断きれあずかしん生成せいせいてき过程,またあるきゅうてき分子ぶんし破裂はれつなり原子げんし原子げんし又重またしげしん合成ごうせいしんてき分子ぶんしてき过程(显然,这个てい义有其局限きょくげんせい),化学かがくはん应常つねともずいのうりょう变化,如发こう热等。化学かがくはん应过ほどちゅう原子核げんしかく并不かい发生变化,かい生成せいせいしんてき原子げんし,这是化学かがくはん应与かくはん应的重要じゅうよう别。

基本きほん化学かがくはん

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基本きほん化学かがくはん应类がた共有きょうゆうよん种:化合かごうはん应、分解ぶんかいはん应、おけ换反应与复分解ぶんかいはん应。ただし,这四种反应并不能包括所有的化学反应。

化合かごうはん

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化合かごうはん应是两种以上いじょうもの质反应生成せいせい一种化合物的反应。它可以用A+B=AB表示ひょうじ

れい如,碳在氧气ちゅうもえ生成せいせい氧化碳,一个化合反应:

氢气ざい氧气ちゅうもえ生成せいせいすい,也是化合かごうはん应。

分解ぶんかいはん

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分解ぶんかいはん应是一种化合物分解为两种及以上物质(单质ある化合かごうぶつひとし)てきはん应。它可以用AB=A+B表示ひょうじ

れい如,碳酸分解ぶんかいなり氧化碳与すい

こう锰酸钾加热分解ぶんかい

おけ换反应

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おけ换反应是一种单质将某一种化合物里的某一元素置换出,并生成せいせい另一单质与另一化合物的反应。它可以用A+BC=AC+B表示ひょうじ

れい如,氧化铜粉まつあずか碳粉ざい高温こうおん条件下じょうけんか发生はん应,生成せいせい铜单质:

硫酸りゅうさん铜溶えきあずか铁反应生成せいせい铜:

非金属ひきんぞく间也のう发生おけ换反应,如氯气置换碘钾溶えきちゅうてき碘:

さい如碳高温こうおんおけ换二氧化硅中的硅:

分解ぶんかいはん

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分解ぶんかいはん应是两种化合かごうぶつ交换なり形成けいせい另外两种化合かごう物的ぶってきはん应,复分解ぶんかいはん应必须要ゆう气体、じゃく电解质或沉淀ちゅうてきいち生成せいせい。(Ab+aB=AB+ab)

れい如,碳酸氢钠中和ちゅうわ盐酸(さく为盐さん误伤すくい):

注意ちゅういざい上述じょうじゅつはん应中,生成せいせい碳酸(H2CO3てき浓度很高,かい分解ぶんかいなりすいあずか氧化碳。よし此,通常つうじょうじょう况下わが直接ちょくせつはたみず二氧化碳写入反应生成物中。

氧化还原はん

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一切化学反应根据反应中是否有电子转移(得失とくしつあるへんうつり可分かぶん为氧还原はん应和氧化还原はん应。ゆう电子转移てきはん应叫氧化还原はん应,たんまたしか判断はんだんいち个反应是氧化还原はん应的方法ほうほう参加さんかはん应的かくもの质中てきかく元素げんそいやゆう化合かごう价变ざい氧化还原はん应中,しつ电子(ある电子对偏离)てき元素げんそ化合かごう价升だか氧化;いた电子(ある电子对偏向へんこうてき元素げんそ化合かごう价降てい还原。

离解あずか电解质

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电离指物さしもの质在水溶液すいようえきちゅうある熔融ようゆうじょう态下化学かがく键断きれ形成けいせい离子ある原子げんし团的作用さよう。一些物质在水中可以几乎完全电离,而另一些则只能部分电离。わが们将前者ぜんしゃしょう为强电解质,きさきしゃしょう为弱电解质。ざいみず中和ちゅうわ熔融ようゆうじょう态下不能ふのう电离てきぶつ是非ぜひ电解质。れい如,氯化钠在水中すいちゅうかい离出氯离(Clあずか钠离(Na+)。氯化钠可完全かんぜん电离,いん此它きょう电解质。

きょう化合かごうぶつてき电离やや复杂,如醋酸さくさん(CH3COOH)ざい水中すいちゅうかいかい离出醋酸さくさん离子(CH3COO)。剩余じょうよてきいち个氢“离子”──实际じょうただ一个裸露在外的质子──不可ふか以单どく存在そんざいいん此它与すい结合形成けいせいH3O+。为了简便,通常つうじょうわが们只记作H+

电离平衡へいこう

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ざい电离てき过程ちゅう也有やゆう一部分离子重新结合。ざいきょう电解质中,电离てき过程あし够快,以至于离根本こんぽん及重しん结合,そく使つかいざい完全かんぜん电离きさき它们また结合りょう,也马じょう就会分解ぶんかい掉。しか而弱电解质没ゆう这样かいてき电离过程,它们てきはん应速りつ逐渐减慢,ちょくいたりぼういち时刻,电离てき速度そくどあずかじゅう化合かごうてき速度そくどどう样快,そく形成けいせい平衡へいこうじょう态。

みず典型てんけいてきじゃく电解质。ざい水中すいちゅう存在そんざい如下电离平衡へいこう

さんあずか

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わが们知どう硫酸りゅうさん、盐酸、醋酸さくさんとうぶつ质是さん具有ぐゆう一定いっていくさ蚀性。而氢氧化钠、氢氧钙、氨水とうぶつ质是碱,它们也有やゆうくさ蚀性。

さんども化合かごうぶつ可溶性かようせいきょう碱是离子化合かごうぶつわが们发现,さんざい水中すいちゅう离解,かい生成せいせいH+;碱在水中すいちゅう离解,かい生成せいせいOH-

ざい水中すいちゅうあるとおる灼状态下)かい离出てき阳离H+まとぶつ质叫做酸,ざい水中すいちゅうあるとおる灼状态下)かい离出てき阴离OH-まとぶつ质叫做碱。

pH值

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みずじゃく电解质,其中存在そんざい电离平衡へいこうとうざい水中すいちゅうてき其他ぶつ质解离出H+あるOH-时,这一电离平衡将被打破,导致其中ぼう一种离子的浓度增大。

溶液ようえきざい特定とくてい温度おんど,其H+てき浓度(记作c(H+))あずかOH-てき浓度(记作c(OH-))积是いち个常すう,记作Kwそくみずてき离子积常すう室温しつおん(25°C)した,Kw约等于1×10−14mol/L。とうc(H+)=c(OH-)时,溶液ようえきてい中性ちゅうせい,而c(H+)わかだい于c(OH-)溶液ようえき则呈酸性さんせいたんてい碱性。

为了便びん于计りょうてい义pH=-lg(c(H+))。如某いち溶液ようえきちゅうH+离子浓度为1×10−4mol/L,则其pH值为4。みずてきpH值为7。

pH值不适用于H+离子浓度だい于1mol/Lてき溶液ようえき,这些溶液ようえき一般いっぱん直接ちょくせつようc(H+)计量。

さん指示しじ

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いち些物质(为有つくえぶつあずかH+あるOH-离子结合生成せいせい不同ふどう颜色てき化合かごうぶつまたざい浓度くだてい时还ばら。这些ぶつ质因ざい溶液ようえきさと判断はんだん溶液ようえきさん碱性,しょう为酸碱指示しじ剂。さん指示しじ剂其实是一类弱酸或弱碱,们在pH不同ふどうてき溶液ようえきちゅう电离不同ふどう形成けいせい不同ふどう颜色てき离子ある分子ぶんし所以ゆえん显示不同ふどう颜色。

常用じょうようせきしべあずか酚酞做酸碱指示しじ剂。いししべ溶液ようえき平常へいじょうてい紫色むらさきいろぐうさん变红,ぐう碱变蓝。酚酞溶液ようえき平常へいじょうてい无色,ぐう碱变为粉红或红色。

はた不同ふどうてきさん指示しじ剂按一定比例混合并制成试纸,そく测量せい确到整数せいすうてきpH值,这些试纸しょうさくpH试纸。

さんあずか金属きんぞく离子

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さん通常つうじょうよし氢离另一部分ぶぶん构成,这另一部分一般称作酸根。つね见的さんゆう硫酸りゅうさん、碳酸とう。碱通常つうじょうよし氢氧离子另一部分ぶぶん构成,这另一部分一般是金属离子或铵根离子(铵根离子部分ぶぶん化学かがくせい质与金属きんぞく离子相似そうじ)。ざい一定いってい条件下じょうけんか金属きんぞく离子以与さん离子结合,生成せいせい盐类化合かごうぶつ

氨水てき碱性

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值得注意ちゅういてき,并非ただゆう含氢氧根てき化合かごうぶつ溶液ようえきてい碱性,氨水(NH3·nH2O)就是いち个反れい。氨水じゃく电解质,其中そんゆう以下いか电离平衡へいこう

いん此,含氢氧根てき氨气溶于すい,也呈碱性。

盐与さん中和ちゅうわはん

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さん阴离どおり过离键与金属きんぞく阳离结合,形成けいせいてき离子化合かごうぶつさけべ做盐。注意ちゅうい生活せいかつちゅうしょ说的盐与化学かがくちゅうてき不同ふどう前者ぜんしゃゆびしょく盐,其主よう成分せいぶん氯化钠。

さん中和ちゅうわはん

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さんよし氢离あずかさん离子构成てき,碱则よし金属きんぞくあずか氢氧离子构成てきざいさんあずか混合こんごう时,さんちゅうてき氢离あずか碱中てき氢氧离子はん生成せいせいすい,而剩てきさん离子あずか金属きんぞく离子则反应生成せいせい盐。这种はん应称为酸碱中和ちゅうわはん应。さん中和ちゅうわはん应都分解ぶんかいはん应,いん此都氧化还原はん应。此反应是热反应。

れい如,氢氧钠与盐酸はん生成せいせい氯化钠与すい

盐的さん碱性

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盐的さん碱性决于它在水中すいちゅういなやぶ坏水てき电离平衡へいこう。如氯钠(NaCl),生成せいせい氯离あずか钠离ひとし不破ふわ坏水てき电离平衡へいこうよし此,它是中性ちゅうせい盐。亚硝酸しょうさん钠(NaNO2生成せいせい钠离あずか硝酸しょうさん离子(NO2-),亚硝酸しょうさん离子进いちあずか水中すいちゅうてきH+离子发生はん应,导致すいてき电离平衡へいこうこうOH-へんうつりよし此,亚硝酸しょうさん钠的水溶液すいようえきてい碱性。つきかん硝酸しょうさん钠与氯化钠外がたあじどうひとし相似そうじ,却有毒性どくせいただし可用かようさん指示しじ判定はんてい

此外,さん鹼性也可依據いきょ其酸金屬きんぞくはなれさく粗略そりゃく判斷はんだん強酸きょうさんじゃく鹼鹽てい酸性さんせいつよ弱酸じゃくさんしおてい鹼性,強酸きょうさんきょう鹼鹽てい中性ちゅうせい弱酸じゃくさんじゃく鹼鹽そく陰陽いんようはなれてき相對そうたいすいかい大小だいしょう斷定だんていさん鹼。れい如,亚硝酸しょうさん钠(NaNO2ゆかり硝酸しょうさんあずか鈉離構成こうせいゆかり于亞硝酸しょうさんため弱酸じゃくさん,氫氧鈉為きょう鹼,硝酸しょうさん鈉的水溶液すいようえきため鹼性。