《无机化学》（宋天佑版）第一章化学基础知识笔记

无机化学吉林大学宋天佑版（第三版）第一章化学基础知识笔记，从气体、液体和溶液、固体和晶体三大方面展开。

化学基础知识

• 气体
  • 气体状态方程
    • 理想气体状态方程
      • 实际气体近似理想气体条件
        • 高温低压
      • 表达式
    • 实际气体状态方程（即范德华方程）
      • （a,b为范德华常数）
  • 混合气体分压定律
    • 定律
      • 混合气体的总压等于各组分气体的分压之和
    • 实质
      • 在混合气体中，组分气体是各自独立的
    • 引申
      • 1.组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积
      • 2.组分气体的分压等于总压与该组分气体的体积分数之积
  • 气体扩散定律
    • 定律
      • 同温同压下，气态物质的扩散速率与其密度的平方根成反比
    • 引申
      • 同温同压下，气态物质的扩散速率与其摩尔质量的平方根成反比
  • 气体分子的速率分布和能量分布
    • 速率分布
      • • 数据含义
          • 纵坐标
            • 表示单位速率间隔内分子的数目占分子总数的分数
              • N为分子总数
              • 表示单位速率间隔内分子数
          • 横坐标
            • u表示分子的运动速率
        • 读图
          • 整个曲线下覆盖的总面积为1
          • 温度相同时，无论气体分子总数如何变化，曲线形状保持一致
          • 温度升高，曲线最高点右下移动，曲线变平坦
            • 温度升高时，气体分子的运动速率普遍增大，具有较高速率的分子的分数提高，分布曲线右移
            • 最概然速率up随温度升高而变大，但具有此速率分子的分数变小，即曲线最高点降低
    • 能量分布
      • • 能量分布近似公式
• 液体和溶液
  • 溶液浓度表示方法（溶质B，溶液A）
    • 质量摩尔浓度
    • 物质的量浓度（体积摩尔浓度）
  • 饱和蒸汽压
    • 纯溶剂
      • 饱和蒸汽压定义
        • 当凝聚速率和蒸发速率相等时，上方空间的蒸气密度不再改变，蒸汽压强也不再改变，蒸气达到饱和，体系处于一种动态的气-液平衡。此时饱和蒸气所具有的压强叫做该温度下的液体饱和蒸气压
    • 溶液
      • 拉乌尔定律
        • 在一定温度下，稀溶液中的溶剂的饱和蒸气压p等于纯溶剂的饱和蒸气压p*与溶剂摩尔分数x（剂）的乘积
        • 另一表述形式：稀溶液的饱和蒸气压降低值与稀溶液的质量摩尔浓度成正比
  • 稀溶液依数性
    • 依数性定义
      • 稀溶液所具有的一些性质只与溶质的浓度有关，而与溶质的种类无关的一类性质
    • 成立条件
      • 稀溶液
      • 非电解质
      • 溶质不挥发
    • 稀溶液具有依数性的性质
      • 饱和蒸气压降低
      • 沸点升高
        • 沸点升高公式
      • 凝固点降低
        • 凝固点降低公式
      • 渗透压
        • 渗透现象
          • 溶剂分子透过半透膜进入溶液的现象
        • 渗透压
          • 当渗透过程进行到一定程度时，半透膜两边行进的分子数相等，达到平衡，两侧液柱的高度不再变化，此时半透膜两侧液面高度差造成的静压即为渗透压
        • 稀溶液的渗透压与溶液的浓度和温度成正比
          • 变式：
    • 应用
      • 步冷曲线
• 固体和晶体
  • 晶体与非晶体
    • 晶体
      • 定义
        • 构成固体的粒子在空间按一定的规律周期性地重复排布
      • 特性
        • 在生长过程中会自发地形成有规则的多面体几何外形，在理性环境中将长成多凸面体
        • 晶体内部粒子呈周期性规律排列，使得晶体的几何量度和宏观物理性质随方向的不同而表现出差异性，这种现象称为“各向异性”
        • 晶体结构具有周期性，其各部分都按同一方式排列，这种微观上的均匀性使得晶体有固定的熔点，即当温度升高晶体开始熔化时，各部分所需的温度相同
    • 非晶体（也称作无定形体或玻璃体）
      • 粒子在空间不呈周期性地重复排布，只具有短程有序，但不具有长程有序的固体
  • 对称性
    • 旋转和旋转轴
      • 若图形绕对称轴旋转，每旋转（360°/n）图形复原一次，或者说旋转360°图形复原n次，则称该轴为该图形的n重旋转轴，或n重轴。旋转轴用Cn表示
    • 反映和镜面
      • 图形的各部分凭借一个平面进行平面镜成像操作后，图形复原，即为反映
      • 反映操作所凭借的对称元素称为镜面，用σ表示
    • 反演和对称中心
      • 图形任何一点按一点等距离移到另一边后，图形复原，即为反演
      • 反演操作所凭借的对称元素为对称中心，用i表示
  • 晶体和点阵
    • 结构基元
      • 定义
        • 晶体中重复出现的最小单位
      • 判断结构基元
        • 不同种类的两个粒子，均包含在结构基元中
        • 种类相同但化学环境不同的粒子也要包含在结构基元中
    • 点阵
      • 将晶体的结构基元用一个点代表，将在空间得到一组可以很好地体现晶体结构规律的一组点，称之为点阵，点阵的每个点称为阵点
    • 点阵的素单位&复单位
      • 素单位
        • 若点阵单位仅在其顶点处有点阵点，则属于它的点阵点只有一个，这种点阵单位称为点阵的素单位
      • 复单位
        • 若点阵单位除其顶点外在其他位置还有点阵点，则它具有1个以上点阵点，这种点阵单位称为点阵的复单位
    • 晶格
      • 将一种素单位上下、左右、前后无限多地并置起来，则得到晶格
  • 晶系和点阵型式
    • 七个晶系与其特征对称元素
    • 14种空间点阵型式
      • 
    • 晶系、点阵类型与晶格参数的关系
      • 晶格参数
        • 晶格平行六面体的三个棱长
          • a,b,c
        • 三个棱之间的夹角
          • α（bc夹角），β（ac夹角），γ（ab夹角）
  • 晶胞
    • 定义
      • 在一个晶格的每个点阵点上以相同的方式安置晶体的结构基元，即可得到实际晶体的代表——晶胞
    • 体现晶体的性质
      • 代表了晶体的化学组成
      • 代表了晶体的对称性
    • 数量巨大的点阵单位无隙并置起来得到点阵，数量巨大的晶胞无隙并置起来得到晶体
  • 目前实际研究工作中，主要是通过X射线单晶衍射的方法来测定并绘制出晶体的结构基元且确定其点阵型式和晶胞

气体

• 气体状态方程
  • 理想气体状态方程
    • 实际气体近似理想气体条件
      • 高温低压
    • 表达式
  • 实际气体状态方程（即范德华方程）
    • （a,b为范德华常数）
• 混合气体分压定律
  • 定律
    • 混合气体的总压等于各组分气体的分压之和
  • 实质
    • 在混合气体中，组分气体是各自独立的
  • 引申
    • 1.组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积
    • 2.组分气体的分压等于总压与该组分气体的体积分数之积
• 气体扩散定律
  • 定律
    • 同温同压下，气态物质的扩散速率与其密度的平方根成反比
  • 引申
    • 同温同压下，气态物质的扩散速率与其摩尔质量的平方根成反比
• 气体分子的速率分布和能量分布
  • 速率分布
    • • 数据含义
        • 纵坐标
          • 表示单位速率间隔内分子的数目占分子总数的分数
            • N为分子总数
            • 表示单位速率间隔内分子数
        • 横坐标
          • u表示分子的运动速率
      • 读图
        • 整个曲线下覆盖的总面积为1
        • 温度相同时，无论气体分子总数如何变化，曲线形状保持一致
        • 温度升高，曲线最高点右下移动，曲线变平坦
          • 温度升高时，气体分子的运动速率普遍增大，具有较高速率的分子的分数提高，分布曲线右移
          • 最概然速率up随温度升高而变大，但具有此速率分子的分数变小，即曲线最高点降低
  • 能量分布
    • • 能量分布近似公式

液体和溶液

• 溶液浓度表示方法（溶质B，溶液A）
  • 质量摩尔浓度
  • 物质的量浓度（体积摩尔浓度）
• 饱和蒸汽压
  • 纯溶剂
    • 饱和蒸汽压定义
      • 当凝聚速率和蒸发速率相等时，上方空间的蒸气密度不再改变，蒸汽压强也不再改变，蒸气达到饱和，体系处于一种动态的气-液平衡。此时饱和蒸气所具有的压强叫做该温度下的液体饱和蒸气压
  • 溶液
    • 拉乌尔定律
      • 在一定温度下，稀溶液中的溶剂的饱和蒸气压p等于纯溶剂的饱和蒸气压p*与溶剂摩尔分数x（剂）的乘积
      • 另一表述形式：稀溶液的饱和蒸气压降低值与稀溶液的质量摩尔浓度成正比
• 稀溶液依数性
  • 依数性定义
    • 稀溶液所具有的一些性质只与溶质的浓度有关，而与溶质的种类无关的一类性质
  • 成立条件
    • 稀溶液
    • 非电解质
    • 溶质不挥发
  • 稀溶液具有依数性的性质
    • 饱和蒸气压降低
    • 沸点升高
      • 沸点升高公式
    • 凝固点降低
      • 凝固点降低公式
    • 渗透压
      • 渗透现象
        • 溶剂分子透过半透膜进入溶液的现象
      • 渗透压
        • 当渗透过程进行到一定程度时，半透膜两边行进的分子数相等，达到平衡，两侧液柱的高度不再变化，此时半透膜两侧液面高度差造成的静压即为渗透压
      • 稀溶液的渗透压与溶液的浓度和温度成正比
        • 变式：
  • 应用
    • 步冷曲线

固体和晶体

• 晶体与非晶体
  • 晶体
    • 定义
      • 构成固体的粒子在空间按一定的规律周期性地重复排布
    • 特性
      • 在生长过程中会自发地形成有规则的多面体几何外形，在理性环境中将长成多凸面体
      • 晶体内部粒子呈周期性规律排列，使得晶体的几何量度和宏观物理性质随方向的不同而表现出差异性，这种现象称为“各向异性”
      • 晶体结构具有周期性，其各部分都按同一方式排列，这种微观上的均匀性使得晶体有固定的熔点，即当温度升高晶体开始熔化时，各部分所需的温度相同
  • 非晶体（也称作无定形体或玻璃体）
    • 粒子在空间不呈周期性地重复排布，只具有短程有序，但不具有长程有序的固体
• 对称性
  • 旋转和旋转轴
    • 若图形绕对称轴旋转，每旋转（360°/n）图形复原一次，或者说旋转360°图形复原n次，则称该轴为该图形的n重旋转轴，或n重轴。旋转轴用Cn表示
  • 反映和镜面
    • 图形的各部分凭借一个平面进行平面镜成像操作后，图形复原，即为反映
    • 反映操作所凭借的对称元素称为镜面，用σ表示
  • 反演和对称中心
    • 图形任何一点按一点等距离移到另一边后，图形复原，即为反演
    • 反演操作所凭借的对称元素为对称中心，用i表示
• 晶体和点阵
  • 结构基元
    • 定义
      • 晶体中重复出现的最小单位
    • 判断结构基元
      • 不同种类的两个粒子，均包含在结构基元中
      • 种类相同但化学环境不同的粒子也要包含在结构基元中
  • 点阵
    • 将晶体的结构基元用一个点代表，将在空间得到一组可以很好地体现晶体结构规律的一组点，称之为点阵，点阵的每个点称为阵点
  • 点阵的素单位&复单位
    • 素单位
      • 若点阵单位仅在其顶点处有点阵点，则属于它的点阵点只有一个，这种点阵单位称为点阵的素单位
    • 复单位
      • 若点阵单位除其顶点外在其他位置还有点阵点，则它具有1个以上点阵点，这种点阵单位称为点阵的复单位
  • 晶格
    • 将一种素单位上下、左右、前后无限多地并置起来，则得到晶格
• 晶系和点阵型式
  • 七个晶系与其特征对称元素
  • 14种空间点阵型式
    • 
  • 晶系、点阵类型与晶格参数的关系
    • 晶格参数
      • 晶格平行六面体的三个棱长
        • a,b,c
      • 三个棱之间的夹角
        • α（bc夹角），β（ac夹角），γ（ab夹角）
• 晶胞
  • 定义
    • 在一个晶格的每个点阵点上以相同的方式安置晶体的结构基元，即可得到实际晶体的代表——晶胞
  • 体现晶体的性质
    • 代表了晶体的化学组成
    • 代表了晶体的对称性
  • 数量巨大的点阵单位无隙并置起来得到点阵，数量巨大的晶胞无隙并置起来得到晶体
• 目前实际研究工作中，主要是通过X射线单晶衍射的方法来测定并绘制出晶体的结构基元且确定其点阵型式和晶胞