《东南大学化学化》课件

东南大学化学化工东南大学化学化工专业拥有悠久历史和深厚积淀，是国内化学化工领域的重要人才培养基地课程简介东南大学化学化知识体系12本课程是东南大学化学专业课程内容涵盖了化学的基本的一门重要课程，旨在帮助理论、化学反应、物质结构学生系统学习化学学科的核等方面心概念和原理培养目标3培养学生对化学学科的理解，提升化学思维，为后续学习奠定基础课程内容框架基础知识1原子结构、化学键、分子结构化学反应2反应速率、反应机理、化学平衡应用3化学在材料、医药、环境等领域的应用学习目标理解基础概念掌握化学计算掌握原子、分子、化学键等基熟练运用化学计量学原理进行本概念，理解化学反应的基本化学计算，并能解释实验结果原理培养实验能力提升逻辑思维掌握基本的化学实验操作技能培养严谨的逻辑思维能力，能，并能独立完成简单的化学实够运用化学原理分析和解决实验际问题基础知识讲解化学试剂化学仪器化学实验化学试剂是进行化学实验必不可少的物化学仪器用于测量、加热、反应等操作化学实验是验证化学理论、探索化学现质，包括酸、碱、盐等，包括烧杯、量筒、试管等象的重要手段，需要遵循安全规范分子结构原子排列键合方式分子结构是指分子中各个原子在空间中的排列方式原子排列影响分子性分子结构由化学键决定，化学键是原子之间相互作用形成的力键合方式质，如极性、沸点和反应活性包括共价键、离子键和金属键等化学键类型共价键离子键两个原子通过共享电子对形成的化学键一个原子失去电子，形成带正电的阳离子，另一个原子得到电子，形成带负电的阴离子，两者通过静电吸例如，氢气H2中的两个氢原子通过共享一对电子形引力形成的化学键成共价键例如，氯化钠NaCl中，钠原子失去一个电子形成Na+离子，氯原子得到一个电子形成Cl-离子，两者通过静电吸引力形成离子键金属键氢键金属原子之间的相互作用，形成金属键，使金属具有氢原子与电负性强的原子（如氧、氮、氟）之间形成良好的导电性、延展性、导热性等特性的特殊相互作用例如，铜、银、金等金属元素，它们的外层电子容易氢键是一种较弱的键，但对水的性质，例如高沸点、离域，形成金属键高熔点、高表面张力等有重要影响化学键长和键角化学键长是指两个原子核之间的距离，它决定着分子的形状和性质键长通常以埃（Å）为单位，1埃等于

0.1纳米化学键角是指两个化学键之间的夹角，它也是决定分子形状的重要因素键长和键角受到多种因素影响，包括原子半径、电负性差异和键的类型例如，共价键的键长通常比离子键的键长短，而双键的键长比单键的键长短极性分子电负性差异不对称结构极性分子是指分子中正负电荷由不同类型的原子组成或具有中心不重合，具有电偶极矩的非对称的几何形状，导致电荷分子分布不均匀氢键极性分子之间的相互作用力，形成氢键，影响物理性质如熔点和沸点氢键定义特征氢键是分子间的一种较强的相互作用氢键的键能比范德华力强，但比共价力当氢原子与电负性强的原子（如键弱氢键具有方向性，一般指向电氧、氮、氟）形成共价键时，会形成负性较强的原子氢键可以是分子内一个带正电荷的氢原子，该氢原子可氢键或分子间氢键，在许多化学和生以与另一个电负性强的原子上的孤对物体系中发挥着重要的作用电子形成氢键氢键的形成有利于分子间相互作用，影响物质的性质共价键电子共享键能共价键形成时，两个原子共享一对或多对电共价键越强，键能越高，分子越稳定，需要子，形成稳定的共价键更多能量才能断裂极性共价键非极性共价键当共价键中电子对偏向一方时，形成极性共当共价键中电子对均匀分布时，形成非极性价键共价键离子键静电吸引金属和非金属离子键是由带正电荷的阳离离子键通常在金属元素和非子和带负电荷的阴离子之间金属元素之间形成，金属原的静电吸引力形成的子失去电子形成阳离子，非金属原子获得电子形成阴离子强键晶格结构离子键是化学键中最强的键离子化合物通常以晶格的形之一，因此离子化合物通常式存在，阳离子和阴离子以具有较高的熔点和沸点，在特定的三维排列方式排列，固态时也表现出良好的电导形成稳定的晶体结构率金属键金属键的形成金属键的特点金属键和合金金属原子失去最外层电子，形成金属阳金属键是非定向的，具有很强的吸引力不同的金属原子可以形成合金，由于电离子这些电子形成“电子海”，将金属，因此金属通常具有较高的熔点和沸点子海的存在，合金具有多种不同的性质阳离子结合在一起，形成金属键，延展性好，导电性强，例如强度、抗腐蚀性等分子几何分子几何是指分子中原子在空间中的排列方式分子几何决定了分子的物理和化学性质例如，水的分子呈弯曲形，而二氧化碳的分子呈线性形理论VSEPR电子对排斥理论该理论预测分子形状和键角它基于电子对之间的排斥力，这些排斥力最小化中心原子VSEPR理论主要关注中心原子周围的价电子对，这些电子对会相互排斥电子对形状价电子对倾向于以最稳定的几何形状排列，最大程度地减少电子对之间的排斥力预测分子形状通过确定电子对的排列，可以预测分子的形状，例如线性、三角形平面形、四面体形等杂化轨道原子轨道混合通过原子轨道的线性组合，形成新的杂化轨道空间方向杂化轨道拥有特定的空间方向，影响分子几何结构键合能力杂化轨道参与化学键的形成，影响键的类型和强度反应动力学反应动力学是化学中的一个重要分支，研究化学反应的速率和机理速率常数1描述反应速率与反应物浓度之间的关系活化能2反应物分子必须克服的能量才能发生反应反应机理3反应发生的步骤和中间体反应速率4反应进行的快慢程度反应动力学可以帮助我们理解化学反应发生的机制，并预测反应的速率这些知识对于开发新的化学工艺和提高反应效率至关重要反应速率反应速率是指化学反应进行的快慢程度，反映了单位时间内反应物浓度或生成物浓度的变化量反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示，单位通常为摩尔每升每秒（mol/L·s）12浓度温度反应物浓度越高，反应速率越快温度越高，反应速率越快34催化剂表面积催化剂可以改变反应速率，但不改变反应对于固体反应物，表面积越大，反应速率平衡常数越快反应机理反应路径中间体和过渡态能量变化影响因素反应机理揭示了反应过程中反应过程中的过渡态是能量反应机理描述了反应能垒和反应机理解释了温度、浓度的步骤顺序和分子变化最高点，中间体则是反应过活化能，并解释了反应速率、催化剂等因素对反应速率程中的稳定中间产物的差异的影响动力学方程速率常数反应级数反应速率与反应物浓度之间关每个反应物浓度对反应速率的系的数学表达式影响程度活化能温度影响反应发生所需的最小能量温度升高，反应速率加快，速率常数也增大影响因素温度浓度12温度升高，反应速率加快，平衡常数发生变化反应物浓度升高，反应速率加快催化剂压力34催化剂可以改变反应路径，降低反应活化能，提高反对于气相反应，增大压力可以提高反应速率应速率热力学基础123热力学定律能量守恒热力学第二定律热力学是研究能量及其转换的科学，热力学第一定律表明能量不能被创造热力学第二定律阐明了能量在转换过主要包括热力学定律或破坏，只能从一种形式转换为另一程中会发生熵增，即能量变得更加分种形式散和无序热力学第一定律能量守恒能量形式热力学第一定律描述了能量守恒原理在任何物理或化学过能量可以存在多种形式，例如热能、机械能、化学能、电能程中，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种等热力学第一定律表明，这些能量形式之间可以相互转化形式转化为另一种形式，但总量保持不变能量守恒定律定义应用能量既不能凭空产生，也不能热力学第一定律是自然界最基凭空消失，只能从一种形式转本、最普遍的定律之一，它在化为另一种形式，或者从一个物理学、化学、生物学等各个物体转移到另一个物体，总量领域都有广泛的应用保持不变重要性能量守恒定律揭示了能量转换的规律，为人类利用能源和发展科学技术提供了理论基础热焓变化定义化学反应中热能变化，衡量反应过程中系统能量变化符号ΔH单位kJ/mol正值吸热反应，系统吸收热量负值放热反应，系统释放热量热能和化学反应放热反应反应释放能量，温度升高吸热反应反应吸收能量，温度降低化学反应焓变反应热，反应过程中能量变化化学平衡化学反应达到平衡状态时，正反应和化学平衡状态受温度、压力、浓度等逆反应速率相等，体系的宏观性质保因素的影响持稳定，如温度、压力、浓度等改变这些因素可以使平衡发生移动，化学平衡是一个动态平衡，反应并未即平衡向正反应或逆反应方向移动，停止，只是正逆反应速率相等，体系以减小外界影响保持稳定平衡常数平衡常数表示可逆反应在平衡状态下，反应物和生成物浓度之比K值越大，平衡向生成物方向移动K值越小，平衡向反应物方向移动影响因素温度压力

1.

2.12温度升高，平衡向吸热方向移动压力增大，平衡向气体分子数减少的方向移动浓度催化剂

3.

4.34增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动催化剂加速正逆反应速率，但不能改变平衡位置应用实例化学化学习得的知识点在生活和工业中有广泛应用例如，化学平衡原理可以用于指导工业生产，比如合成氨的生产过程分子结构理论可以解释材料的性质，比如新型材料的开发学习化学化学习会了化学反应的本质，从而可以设计新的反应，制备新型化合物总结与展望化学化研究应用前景对化学化的研究将持续推动学科发展，促进新材料、新能源化学化知识在医药、农业、环境等领域应用广泛，为解决人等领域的创新类面临的挑战提供重要支撑。