大学无机化学教学课件

大学无机化学课程总览无机化学作为化学学科的重要基础课程，在高等教育体系中占据核心地位本课程不仅是工科、化学及相关专业的基础，更是学生构建科学思维体系的关键一环无机化学教材在国内已累计发行90万册，足见其在高等教育中的重要性和广泛影响力课程学习目标与内容结构123培养化学基础素养掌握核心知识体系发展实验技能通过系统学习无机化学基本理论、基本知识和深入理解原子结构、化学键、分子结构、化学通过实验课程培养学生的实验操作技能、数据基本技能，培养学生的科学思维方法和创新能热力学、化学动力学等基础理论，以及元素及分析能力和科学研究方法力其化合物的性质与应用本课程总学时为40学时，以理论教学为主，辅以必要的实验教学课程内容按照从基础理论到元素化学的逻辑顺序进行安排，分为以下几个主要模块•原子结构与元素周期律（6学时）•化学键与分子结构（8学时）•热力学与动力学基础（6学时）•溶液化学与酸碱理论（5学时）•电化学与氧化还原（5学时）•元素化学（8学时）•配位化学（2学时）无机化学发展简史早期探索阶段（古代世纪）现代无机化学体系建立（世-1719-20纪）无机化学的早期发展可追溯至古代文明，古埃及人和中国古代已掌握一些金属冶炼1869年门捷列夫发表元素周期表，成为无技术炼金术时期虽然目标是将贱金属转机化学发展的里程碑20世纪初量子力学化为贵金属，但积累了大量实验技术和经的兴起促进了对原子结构的深入理解，路验数据易斯G.N.Lewis1916年提出电子对理论解释化学键本质1923年，布朗斯特和劳科学化学诞生（世纪）17-18里提出了酸碱理论，进一步完善了无机化学理论体系博伊尔Robert Boyle1661年在《怀疑的化学家》中首次对元素给出科学定义，当代无机化学（世纪中期至20标志着现代化学的开端拉瓦锡Antoine今）Lavoisier1789年出版《化学基础教程》，确立了元素概念和质量守恒定律，被誉为现代化学之父原子结构基础原子核与电子云模型电子层级与能级结构原子由原子核和围绕原子核运动的电子电子按能量由低到高填充在不同能级上，组成原子核由质子和中子构成，带正遵循泡利不相容原理、能量最低原理和电荷；电子带负电荷，在原子核周围形洪特规则电子排布按照1s22s22p6成电子云电子不是沿确定轨道运动，3s23p64s23d

10...的顺序进行填充而是按一定概率分布在原子核周围的空每个主量子数对应一个电子层，每层可间中，这种分布称为电子云或原子容纳的电子数为2n2（n为主量子数）轨道量子数与电子分布电子状态由四个量子数描述主量子数n决定能级大小；角量子数l决定轨道形状；磁量子数ml决定轨道空间取向；自旋量子数ms描述电子自旋状态s轨道呈球形，p轨道呈哑铃形，d轨道和f轨道形状更为复杂元素周期表与周期律元素周期表是化学中最重要的工具之一，它将元素按照原子序数递增的顺序排列，并按照元素性质的相似性分组现代元素周期表是在门捷列夫1869年提出的周期表基础上发展而来，反映了元素性质与电子构型的关系周期表结构周期性变化元素分类现代周期表包含18个主族IA-VIIIA和IB-VIIIB和7个周元素性质沿周期和族呈现规律性变化沿周期从左到周期表中的元素可分为金属、非金属和半金属金属期横行称为周期，纵列称为族周期表可分为s区、右，原子半径减小，电离能增大，电负性增大；沿主元素位于周期表左侧和中部，具有金属光泽、导电性p区、d区和f区元素，对应最外层电子填充的轨道类型族从上到下，原子半径增大，电离能减小，电负性减和延展性；非金属元素位于右上方，通常不导电；半小金属元素位于金属和非金属之间，具有中间性质元素周期律应用实例碱金属元素族周期性变化卤素元素族周期性变化IAVIIA碱金属元素Li、Na、K、Rb、Cs、Fr是周期表IA族元素，具有ns1的最外层电子构卤素元素F、Cl、Br、I、At是周期表VIIA族元素，具有ns2np5的最外层电子构型型随着原子序数增加，这些元素表现出明显的周期性变化它们的周期性变化如下原子半径沿族从上到下增大LiNaKRb物理状态F、Cl为气体，Br为液体，I为固体Cs颜色F淡黄色，Cl黄绿色，Br红棕色，I紫密度先增大后减小LiNaKRbCs黑色熔沸点沿族从上到下降低原子半径沿族从上到下增大FClBrI电离能沿族从上到下减小电负性沿族从上到下减小FClBrI金属性沿族从上到下增强氧化性沿族从上到下减弱FClBrI化学活性沿族从上到下增强LiNaKRb氢化物酸性沿族从上到下增强HFHClHBrCs HI碱金属元素与水反应活泼性Li缓慢反应，Na快速反应，K反应猛烈并燃烧，Rb和Cs与水接触立即爆炸化学键类型及其本质离子键共价键金属键离子键是通过电子完全转移形成的化学键，通常在共价键是通过原子间共享电子对形成的化学键，通金属键是金属原子之间形成的化学键，其本质是金金属和非金属元素之间形成形成过程中，金属元常在非金属元素之间形成根据电子对共享程度的属原子的价电子在金属晶格中自由移动，形成电子素失去电子形成阳离子，非金属元素得到电子形成不同，可分为非极性共价键（如H

2、Cl2）和极性共海，金属阳离子则排列成晶格，通过电子海与金阴离子，两者之间通过静电引力结合离子键强度价键（如HCl、H2O）共价键具有方向性、饱和性属阳离子之间的静电引力结合金属键解释了金属与离子电荷、离子半径有关，一般遵循库仑定律和定长性键能和键长是表征共价键强度的重要参的导电性、导热性、延展性和金属光泽等特性典型例子NaCl、CaO、MgF2等数此外，还存在氢键、范德华力等分子间作用力氢键是氢原子与电负性强的原子（如F、O、N）之间形成的特殊分子间作用力，对生物大分子结构有重要影响范德华力是分子间普遍存在的弱相互作用，包括偶极-偶极作用、诱导作用和色散力分子轨道理论简介分子轨道的形成键键及杂化轨道σ/π分子轨道理论是描述分子中电子分布的量子力根据电子云重叠方式，可将分子轨道分为σ轨学模型，它将分子中的电子视为属于整个分子道和π轨道而非局限于特定原子当两个原子靠近时，它•σ键由原子轨道沿键轴方向重叠形成，们的原子轨道相互重叠，形成分子轨道电子云分布呈轴对称如H2中的H-H键•π键由原子轨道侧向重叠形成，电子云根据波函数叠加原理，n个原子轨道线性组合分布在键轴两侧如C2H4中C=C双键中会形成n个分子轨道这些分子轨道可分为成的一个键键轨道（能量低于原子轨道）和反键轨道（能杂化轨道理论解释了分子的几何构型原子的量高于原子轨道）电子优先占据能量低的成键轨道，遵循泡利不相容原理和洪特规则s、p、d轨道可以混合形成能量相同但空间取向不同的杂化轨道分子轨道理论能够解释价键理论难以解释的现•sp杂化形成两个呈180°的杂化轨道，如象，如O2的顺磁性和多中心键等BeF2中的线型构型•sp2杂化形成三个呈120°的杂化轨道，如BF3中的平面三角形构型分子结构与空间构型VSEPR模型常见分子几何形状价层电子对互斥理论VSEPR是预测分子几何形状的理论，其基本假设是分子中心原子周围的电子对（包根据中心原子周围电子对的排布，分子可呈现出多种几何形状括成键电子对和非键电子对）会相互排斥，尽可能远离彼此，使体系能量最低非键电子对的排斥力大于成•线型两个成键电子对呈180°排列，如BeCl

2、CO2键电子对的排斥力•平面三角形三个成键电子对呈120°排列，如BF

3、SO3VSEPR模型可以预测大多数简单分子和离子的几何构型，如AX2型线型结构CO

2、AX3型平面三角形•四面体四个成键电子对呈

109.5°排列，如CH

4、NH4+BF

3、AX4型四面体CH4等•三角双锥体五个成键电子对的排列，如PCl5•八面体六个成键电子对的排列，如SF6当存在非键电子对时，分子的实际形状会发生变化，如NH3为三角锥形，H2O为折线形晶体结构与性质晶体定义及分类典型晶体结构晶体是原子、离子或分子按照一定规律在三维空间晶体结构可用布拉维格子和空间群来描述常见的中周期性排列形成的固体根据组成粒子类型和结晶体结构类型包括合力性质，晶体可分为NaCl型结构Na+和Cl-分别形成面心立方格子，离子晶体由阴、阳离子通过静电引力结合形成互相穿插配位数为6:6，每个Na+周围有6个Cl-，特点硬度大，熔点高，常温下不导电，熔融状态每个Cl-周围有6个Na+或水溶液中导电例如NaCl、CaF

2、Al2O3等CsCl型结构Cs+和Cl-分别形成简单立方格子，互相穿插配位数为8:8，立体结构更紧密原子晶体由原子通过共价键形成的三维网状结构特点硬度极大，熔点高，不导电（石墨除外）金刚石型结构碳原子以sp3杂化轨道形成四面体例如金刚石、石墨、SiO2等配位，每个碳原子与其他四个碳原子形成共价键分子晶体由分子通过分子间作用力结合形成特形成三维网状结构，具有极高硬度点硬度小，熔点低，不导电例如I

2、CO

2、金属的密堆积结构包括六方密堆积HCP和面心冰等立方堆积FCC，原子堆积紧密度达到74%金属晶体由金属阳离子和自由移动的价电子组成特点有金属光泽，导电导热，延展性好例如Fe、Cu、Al等晶体缺陷与实际影响点缺陷线缺陷与面缺陷点缺陷是晶体中零维的局部结构不完整，主要包括线缺陷是一维的晶体缺陷，主要为位错空位缺陷晶格点上缺少原子或离子刃位错晶体中多出或缺少一部分原子面间隙缺陷原子或离子占据了晶格间隙位置螺位错晶体沿着位错线呈螺旋状排列替代缺陷晶格点被异种原子或离子占据面缺陷是二维的晶体缺陷，包括Frenkel缺陷离子从正常晶格位置移到间隙位置晶界两个晶粒的交界面Schottky缺陷阴阳离子成对缺失以保持电中性堆垛缺陷原子堆积顺序的局部紊乱孪晶界晶体中呈镜像对称的界面晶体缺陷对材料性能的影响晶体缺陷虽是微观结构的不完美，但对材料性能有着重要影响机械性能电学性能光学性能位错是金属塑性变形的微观机制，通过位错运动，金属可以在较低应力下发生塑性变形通半导体中的缺陷可作为载流子的陷阱或发射中心，影响电导率通过掺杂（有意引入替代缺过控制位错密度和运动，可以调节金属的强度和韧性细晶粒材料的晶界多，强度高，韧性陷）可以调控半导体的电学性能，制备p型或n型半导体离子晶体中的点缺陷促进了离子迁好移，是固体电解质导电的基础气体、液体和固体简述物态变化及本质理想气体与实际气体物质的三种常见状态（气、液、固）之间可以相理想气体是对真实气体的理想化模型，假设互转化，这些转化过程包括•气体分子体积可忽略不计熔化/凝固固体↔液体，伴随潜热变化•分子间无相互作用力汽化/液化液体↔气体，包括沸腾和蒸发两种方•分子运动完全无规则且弹性碰撞式理想气体状态方程pV=nRT，其中p为压强，升华/凝华固体↔气体，如干冰的升华V为体积，n为物质的量，R为气体常数，T为绝物态变化的本质是分子间作用力与分子热运动的对温度相对强弱变化温度升高使分子热运动增强，当实际气体与理想气体的偏离主要由于热运动超过分子间作用力时，物质从有序状态转变为无序状态•分子本身占有一定体积•分子间存在相互作用力相图（p-T图）描述了物质在不同温度和压力下的状态，以及各相区的平衡边界三相点是固、范德华方程是描述实际气体的状态方程p+液、气三相共存的唯一点；临界点是液气两相无a/V2V-b=RT，其中a和b为气体特性常数，法区分的点分别修正了分子间引力和分子体积的影响热化学基础热化学方程式热力学函数热化学方程式是标明反应物、生成物及反应热的化学方热力学第一定律表明能量守恒，系统的内能变化等于系程式例如统吸收的热量与系统对外做功之和ΔU=q+wCs+O2g→CO2gΔH=-

393.5kJ/mol焓H是描述系统能量状态的函数H=U+pV，焓变ΔH表示等压条件下系统与环境交换的热量热化学方程式中的系数表示物质的量（摩尔数），反应热ΔH的正负表示反应吸热或放热遵循以下规律标准摩尔生成焓ΔHf°是由标准状态下的单质生成1摩尔化合物时的焓变利用标准摩尔生成焓可以计算任意反应的标准反应焓•热化学方程式的逆反应，反应热ΔH变号•热化学方程式两边同乘以系数n，反应热ΔH也乘ΔHr°=ΣνiΔHf°生成物-ΣνjΔHf°反应物以n•多步反应的总反应热等于各步反应热之和（Hess定律）吉布斯自由能吉布斯自由能G是判断化学反应自发性的热力学函数G=H-TS，其中T为绝对温度，S为熵对于等温等压过程，ΔG0表示反应自发进行，ΔG=0表示反应达到平衡，ΔG0表示反应不能自发进行标准反应吉布斯自由能变与平衡常数的关系ΔG°=-RT lnK温度对反应自发性的影响可通过吉布斯方程分析ΔG=ΔH-TΔS化学动力学要点反应速率与速率方程影响反应速率的因素化学动力学研究化学反应速率及影响因素，揭示反应机理

1.浓度影响反应速率定义为单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加根据质量作用定律，反应物浓度增加通常会提高反应速率浓度对速率的定量影响由速率方程给出v=-Δ[A]/Δt=Δ[B]/Δt

2.温度影响对于一般反应aA+bB→cC+dD，速率方程表示为温度升高使分子平均动能增大，有效碰撞增多，反应速率加快阿伦尼乌斯方程描述了速率常数与温度的关系v=k[A]m[B]n k=A·e-Ea/RT其中k为速率常数，与温度相关；m、n为反应级数，表示反应速率与各反应物浓度的依赖关系，需通过实验确定，不一其中A为指前因子，Ea为活化能，R为气体常数，T为绝对温度温度每升高10℃，反应速率通常增加2-4倍定等于化学计量数

3.催化剂影响反应的总级数等于m+n不同级数反应的速率方程和半衰期特征不同催化剂通过提供新的反应途径，降低反应的活化能，从而加快反应速率，但不改变反应的热力学平衡催化剂本身在反•零级反应v=k，浓度随时间线性减小应前后不发生永久性化学变化•一级反应v=k[A]，浓度随时间指数衰减，半衰期与初始浓度无关

4.其他因素•二级反应v=k[A][B]或v=k[A]2，半衰期与初始浓度成反比接触面积对非均相反应，增大接触面积可提高反应速率光照某些反应受光照影响，如光合作用化学平衡与平衡常数可逆反应与平衡状态平衡常数与平衡移动化学平衡是指在封闭体系中，正反应和逆反应同时进行且速对于一般反应aA+bB⇌cC+dD，平衡常数表示为率相等时达到的动态平衡状态在平衡状态下Kc=[C]c[D]d/[A]a[B]b•宏观上各组分浓度不再变化Kp=PCcPDd/PAaPBb•微观上正、逆反应仍在进行平衡常数K的大小表明反应的进行程度K≫1表示平衡向正•平衡可以从正、逆两个方向达到反应方向移动，K≪1表示平衡向逆反应方向移动化学平衡的特点是动态性和可逆性系统处于平衡状态时，平衡常数与温度相关，与初始浓度无关，可通过范特霍夫方吉布斯自由能达到最小值，ΔG=0程计算不同温度下的平衡常数lnK2/K1=-ΔH°/R1/T2-1/T1勒沙特列原理勒沙特列原理指出当处于平衡状态的系统受到外界条件改变时，系统将沿着抵消这种改变影响的方向移动，建立新的平衡影响化学平衡的因素及其移动方向浓度增加某组分浓度，平衡向消耗该组分的方向移动压力对于气相反应，增加压力，平衡向气体分子减少的方向移动温度升高温度，吸热反应平衡正向移动；降低温度，放热反应平衡正向移动催化剂催化剂不影响平衡位置，只加快平衡的建立酸碱理论精要三类酸碱定义水的离子积与pH概念阿仑尼乌斯理论1884纯水中存在自电离平衡H2O⇌H++OH-最早的酸碱理论，定义范围有限水的离子积常数Kw=[H+][OH-]=

1.0×10-1425°C•酸水溶液中电离出H+的物质pH定义为氢离子浓度的负对数pH=-log[H+]•碱水溶液中电离出OH-的物质类似地，pOH=-log[OH-]，且pH+pOH=1425°C局限性仅适用于水溶液，无法解释NH3等无OH-的碱性物pH值指示溶液的酸碱性质•pH7酸性溶液布朗斯特-洛里理论1923•pH=7中性溶液基于质子转移的酸碱定义•pH7碱性溶液•酸能够给出质子H+的物质酸碱强度•碱能够接受质子H+的物质•强酸/强碱在水溶液中完全电离，如HCl、H2SO

4、酸碱反应实质是质子从酸转移到碱的过程引入共轭酸碱对NaOH、KOH概念酸失去H+后成为共轭碱，碱得到H+后成为共轭酸•弱酸/弱碱在水溶液中部分电离，如CH3COOH、NH3路易斯理论1923酸碱解离常数Ka/Kb表示酸碱的强弱，Ka×Kb=Kw基于电子对转移的更广泛定义缓冲溶液是由弱酸和其共轭碱（或弱碱和其共轭酸）组成的溶液，能抵抗pH值变化缓冲溶液的pH值可通过•酸能够接受电子对的物质Henderson-Hasselbalch方程计算•碱能够提供电子对的物质路易斯理论可解释无质子参与的酸碱反应，如BF3+NH3→BF3·NH3氧化还原反应机制电子转移与氧化态变化氧化还原反应配平氧化还原反应是电子转移的过程，包括两个同时进行的半反应氧化还原反应的配平方法主要有两种氧化反应失去电子的过程，氧化态升高

1.氧化数法还原反应得到电子的过程，氧化态降低•确定反应物和生成物中各元素的氧化数氧化剂是接受电子的物质，自身被还原；还原剂是提供电子的物质，自身被氧化强氧化剂如KMnO

4、K2Cr2O

7、HNO3等；强还原剂如H

2、Na、Al等•找出氧化数发生变化的元素•根据得失电子数相等的原则配平系数•配平其他元素和电荷

2.离子电子法（半反应法）•将反应分为氧化半反应和还原半反应•分别配平两个半反应（配平原子和电荷）•使两个半反应的电子数相等•将两个半反应相加，消去电子常见氧化还原反应示例以下是几个典型氧化还原反应的配平过程电化学基础及应用原电池与标准电极电势电解与工业应用原电池是将化学能直接转化为电能的装置，由两个不同的电电解是利用电能使非自发反应进行的过程，主要特点极和电解质溶液组成•电解池中阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应（与原电池工作原理原电池相反）•电解所需的最小电压等于热力学电动势的相反数•负极（阳极）发生氧化反应，电子通过外电路流向正极•实际电解电压还需考虑极化电压和欧姆电压•正极（阴极）发生还原反应，接受电子电解产物遵循以下规律•电解质提供离子导电的介质•阴极金属离子被还原成金属，H+被还原成H2•盐桥连接两个半电池，维持电荷平衡•阳极非金属离子被氧化，水可被氧化生成O2标准电极电势E°是衡量物质得失电子能力的物理量，以标主要工业应用准氢电极为零点，规定•电解冶金铝、镁、锌等金属的电解提取•标准氢电极2H++2e-⇌H2，E°=

0.00V•电解精炼铜、铅等金属的电解纯化•E°值越大，越易被还原（得电子）；E°值越小，越易被氧化（失电子）•电镀在金属表面电沉积一层其他金属•氯碱工业食盐水电解生产NaOH、Cl2和H2电池电动势计算E=E阴极-E阳极•电解水分解水生产H2和O2Nernst方程描述非标准条件下的电极电势E=E°-RT/nFln Q其中Q为反应商，n为转移电子数，F为法拉第常数常见无机非金属元素氢H氧O宇宙中最丰富的元素，原子结构最简单性质独特，可表现为+1或-1氧化态地壳中含量最丰富的元素之一，通常以-2价氧化态存在O2支持燃烧，工业工业上主要通过天然气重整或水电解制取应用氨合成、氢能源、还原剂上通过空气分离制取O3臭氧是强氧化剂，对高空大气层有保护作用应等用氧化、燃烧、呼吸、医疗等磷P氮N具有多种同素异形体，白磷在空气中自燃磷是生命必需元素，DNA和空气主要成分78%，化学性质稳定氮化合物氧化态从-3到+5多变固氮ATP中含磷磷肥是农业生产三大肥料之一应用肥料、农药、火柴、过程将N2转化为氨，是农业生产的基础应用肥料、爆炸物、冷却剂等合金等卤素F,Cl,Br,I硫SVIIA族元素，强氧化性，活泼性FClBrIHF腐蚀玻璃，氟化物用于牙膏黄色固体，多种同素异形体H2S有毒，具臭鸡蛋味SO2是重要大气污染Cl2用于水处理，HCl是重要酸碘在人体内是微量必需元素物H2SO4是最重要的工业酸应用硫酸生产、橡胶硫化、医药等非金属元素应用案例氮基肥料生产硫酸工业环境应用哈伯-博世法合成氨N2+3H2⇌2NH3接触法生产硫酸氯气消毒Cl2+H2O→HCl+HClO条件高压15-25MPa、中温400-500°C、铁催化剂S+O2→SO2合成氨可直接用作肥料或进一步加工为尿素、硝酸铵等氮肥，是世界粮食生产2SO2+O2⇌2SO3（V2O5催化）的重要支柱SO3+H2O→H2SO4硫酸是化学工业的万能酸，用于肥料、电池、冶金、石油等行业金属元素及合金金属的基本特性钢铁冶金金属元素在周期表中占大多数，共有80多种共同特征铁是应用最广泛的金属，主要以氧化物形式存在冶炼过程•具有金属光泽、导电导热、延展性、可锻性•高炉炼铁铁矿石+焦炭+石灰石→生铁•一般为固体除Hg外，密度较大，熔点多较高•转炉炼钢生铁+废钢+氧气→钢•原子外层电子少1-3个，易失去形成阳离子钢的性能可通过控制碳含量和加入合金元素调控•金属晶体由金属阳离子和自由电子组成•碳钢含碳

0.03-

2.0%，强度随碳含量增加而增加金属分类主族金属IA、IIA、IIIA族、过渡金属IB-VIIIB族、镧系和锕系金属•合金钢加入Cr、Ni、Mn等元素改善性能•不锈钢含Cr

10.5%，具有耐腐蚀性铝及轻金属铜及贵金属铝是地壳中含量第三高的元素，具有低密度和良好的性能铜是最早被人类使用的金属之一，性能优异•密度仅为钢的1/3，但比强度高•导电导热性极佳，仅次于银•表面形成致密Al2O3膜，耐腐蚀•耐腐蚀性好，可用于电气设备•导电导热性好，仅次于铜和银•可塑性强，易于加工成线材、板材铝的冶炼采用霍尔法电解Al2O3，能耗高镁、钛等轻金属在航空航天等领域应用广泛铜的冶炼涉及多步氧化-还原过程贵金属Au、Ag、Pt等化学性质稳定，被广泛用于珠宝、电子、催化剂等领域合金及其应用合金是由两种或多种金属（或金属与非金属）组成的具有金属性质的材料通过合金化可以改善纯金属的性能，如提高强度、硬度、耐腐蚀性等合金名称成分特性与应用黄铜Cu-Zn强度高，耐蚀性好，易加工，用于阀门、仪器零件青铜Cu-Sn硬度高，耐磨，用于轴承、齿轮、艺术品不锈钢Fe-Cr-Ni耐腐蚀，用于厨具、医疗器械、建筑硬铝Al-Cu-Mg强度高，用于飞机结构、交通工具镍铬合金Ni-Cr耐高温，用于电热元件、高温设备形状记忆合金Ni-Ti配位化学基础配合物定义与结构配体类型与命名配合物（络合物）是由中心离子（通常是过渡金属离子）配体分类和配体（具有孤对电子的分子或离子）通过配位键结合形按电荷中性配体（NH

3、H2O）、阴离子配体（Cl-、成的化合物CN-）、阳离子配体（NO+）配位键是配体提供电子对，与中心离子形成的共价键这按配位原子数单齿配体（只有一个配位原子，如NH

3、种键的形成符合路易斯酸碱理论，中心离子作为路易斯酸，Cl-）、多齿配体（有多个配位原子，如乙二胺配体作为路易斯碱H2NCH2CH2NH

2、EDTA）配位数是指与中心离子直接相连的配位原子数目，常见的多齿配体与中心离子形成的配合物通常更稳定，这种现象有

2、

4、6等配位数决定了配合物的几何构型称为螯合效应•配位数2线型，如[AgNH32]+配合物命名规则•配位数4四面体或平面正方形，如[ZnNH34]2+

1.先写配体名称，后写中心原子（离子）名称（四面体）、[PtNH34]2+（平面正方形）

2.配体按字母顺序排列（英文名）•配位数6八面体，如[FeCN6]4-、[CoNH36]3+

3.配体数目用希腊数字前缀表示（mono-、di-、tri-、tetra-等）

4.阴离子配体名称加-o后缀（如氯化物→氯配合物）

5.配合物阴离子后缀为-ate（如[PtCl6]2-称为六氯合铂酸根）例如[CoNH36]Cl3命名为六氨合钴III氯化物代表性配合物性质配合物稳定性配合物的光学性质配合物稳定性通常用稳定常数（形成常数）Kf表示例如，对于反应许多配合物具有特征颜色，这与d-d电子跃迁有关d轨道在配体场作M+nL⇌MLn，稳定常数Kf=[MLn]/[M][L]n用下分裂，电子在分裂的d能级之间跃迁吸收特定波长的光，使配合物呈现互补色影响配合物稳定性的主要因素影响配合物颜色的因素中心离子的性质电荷越高，半径越小，稳定性越高配体的性质碱性越强，给电子能力越强，形成的配合物越稳定•中心金属离子的电子构型•配体的种类和排列方式（配体场强度）螯合效应多齿配体形成的配合物比单齿配体形成的配合物更稳定•配合物的几何构型一些配合物具有光学活性，如八面体配合物[Coen3]3+存在左手和右Irving-Williams序列二价过渡金属离子与给定配体形成配合物的稳手两种对映异构体，能使平面偏振光旋转定性顺序Mn2+Fe2+Co2+Ni2+Cu2+Zn2+配合物的磁性配合物的磁性取决于未配对电子的数目顺磁性含有未配对电子的配合物，如[FeH2O6]3+有5个未配对电子抗磁性不含未配对电子的配合物，如[FeCN6]3-所有电子均配对根据配体场理论，强场配体（如CN-、CO）倾向于使电子配对，形成低自旋配合物；弱场配体（如H2O、Cl-）则倾向于形成高自旋配合物，未配对电子数较多生物无机化学中的金属配合物血红蛋白和肌红蛋白维生素B12和金属酶血红蛋白是运输氧气的蛋白质，其活性中心是亚铁血红素，Fe2+与卟啉环形成配合物氧分子可逆地与Fe2+结合，使血红蛋白能够在肺部结合氧气并将其运输到身体各组织一氧化碳与Fe2+结合的能力比氧气强200倍，因此CO中毒会阻碍氧气运输无机物的分类与命名氧化物酸和碱盐氧化物是元素与氧结合形成的二元化合物，可分为酸是电离出H+的物质，可分为盐是由酸的氢原子被金属或铵根取代形成的化合物，可分为碱性氧化物金属氧化物，与水反应生成碱，如Na2O+H2O→2NaOH含氧酸含有氢、氧和另一种元素，如H2SO

4、HNO3正盐酸中所有氢被完全取代，如NaCl、Na2SO4酸性氧化物非金属氧化物，与水反应生成酸，如SO3+H2O→H2SO4含氢酸不含氧的酸，如HCl、H2S酸式盐酸中氢被部分取代，如NaHCO

3、NaHSO4两性氧化物既能与酸反应又能与碱反应，如Al2O

3、ZnO含氧酸命名规则碱式盐含有OH-的盐，如AlOHCl

2、Cu2OH2CO3中性氧化物不与酸碱反应，如CO、NO、N2O复盐由两种简单盐结晶而成，如明矾KAlSO42·12H2O•-ic酸元素最高氧化态，如H2SO4（硫酸）命名金属氧化物用金属+氧化物，如Na2O（氧化钠）；非金属氧化物常用酸酐•-ous酸次高氧化态，如H2SO3（亚硫酸）双盐含有两种不同阳离子的盐，如卡纳利石KCl·MgCl2·6H2O名称，如SO3（硫酸酐）盐的命名先阴离子后阳离子，如NaCl（氯化钠）、CuSO4（硫酸铜）碱是电离出OH-的物质，主要是金属氢氧化物，如NaOH、CaOH2命名为金属+氢氧化物无机化合物的命名还需考虑元素的氧化态当元素具有多种氧化态时，通常采用以下方法表示阿拉伯数字法中国传统命名法在元素名称后用括号注明氧化态，如使用高、低或亚、高等词汇区分，如•Fe2O3氧化铁III•Fe2O3三氧化二铁（或氧化铁）•FeCl2氯化铁II•FeO一氧化铁（或亚氧化铁）•Cu2O氧化铜I•N2O5五氧化二氮（或高氧化氮）重要无机合成及分析无机合成的主要策略无机分析方法无机合成是制备无机化合物的过程，主要策略包括无机分析是确定化合物组成和含量的方法，主要包括

1.直接合成法

1.定性分析元素直接反应生成化合物，如确定样品中存在的元素或基团，常用方法2Na+Cl2→2NaCl湿法分析通过特征反应识别离子，如Ag+与Cl-形成白色AgCl沉淀火焰试验某些金属离子使火焰呈特征色，如Na+黄色，K+紫色Fe+S→FeS光谱分析原子吸收光谱、X射线荧光等

2.酸碱中和法

2.定量分析酸与碱反应生成盐和水，如测定样品中元素或化合物的含量，主要方法NaOH+HCl→NaCl+H2O重量分析法将待测组分转化为已知组成的沉淀，称量确定含量2NH3+H2SO4→NH42SO4滴定分析法使用已知浓度的标准溶液与待测物质反应，测定反应所需体积

3.沉淀反应法仪器分析法使用分析仪器如原子吸收分光光度计、等离子体发射光谱仪等利用难溶盐的沉淀反应，如AgNO3+NaCl→AgCl↓+NaNO

33.常用滴定方法BaCl2+H2SO4→BaSO4↓+2HCl酸碱滴定测定酸或碱的含量，如用NaOH标准溶液滴定HCl溶液

4.氧化还原法氧化还原滴定测定氧化剂或还原剂含量，如高锰酸钾法测定Fe2+利用氧化还原反应合成化合物，如沉淀滴定利用沉淀反应测定含量，如摩尔法测定Cl-配位滴定使用EDTA等配体测定金属离子，如测定水硬度2KClO3MnO2→2KCl+3O2↑Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑

5.电解法利用电解反应制备化合物，如2NaCl熔融电解→2Na+Cl2CuSO4溶液电解可制备纯铜无机实验基础技能实验安全守则实验室安全是无机化学实验的首要前提，必须严格遵守以下规定个人防护穿着实验服、佩戴安全眼镜和手套，长发必须束起试剂使用不用手直接接触试剂，不得品尝任何试剂，闻气味时应隔空扇气操作规范严格按照实验步骤操作，未经允许不得擅自实验废物处理化学废液必须分类收集，不得随意倾倒入水槽紧急处理熟悉实验室紧急出口、洗眼器、灭火器等安全设施位置及使用方法事故处理发生事故立即报告教师，酸碱溅到皮肤立即用大量清水冲洗常用玻璃仪器无机实验中常用的玻璃仪器及其用途烧杯用于溶解、混合、加热溶液等锥形瓶用于滴定、溶液混合和暂时储存试管用于小量试剂的反应和检验2量筒用于测量液体体积，精度一般容量瓶用于配制标准溶液，精度高滴定管用于精确控制液体滴加量，多用于滴定分析移液管用于准确移取一定体积的溶液漏斗用于过滤和液体转移冷凝管用于冷凝蒸气，多用于回流和蒸馏干燥管装填干燥剂，用于保持反应体系无水基本操作技能掌握以下基本操作技能是开展无机实验的基础称量正确使用天平，称量前清洁托盘，不直接将试剂放在托盘上溶液配制先少量溶剂溶解溶质，再定容至刻度线，混匀加热液体加热使用水浴或油浴，避免明火直接加热易燃液体过滤常压过滤使用滤纸和漏斗，抽滤使用布氏漏斗和抽滤瓶滴定滴定管对齐视线读数，缓慢滴加接近终点处，准确判断终点结晶控制温度和浓度，获得纯净晶体干燥根据物质性质选择适当干燥方法，如电热干燥箱、干燥剂等实验记录是无机化学实验的重要组成部分实验记录应包括实验目的、原理、仪器试剂、操作步骤、现象观察、数据记录、结果计算和讨论良好的实验记录应做到•使用专门的实验记录本，用钢笔或圆珠笔书写，避免使用铅笔•记录必须客观真实，不得涂改伪造数据•观察现象要详细准确，如沉淀颜色、气体产生、温度变化等•数据记录要注明单位，保留合适有效数字典型无机实验案例酸碱滴定实验EDTA配位滴定实验实验目的实验目的通过标准NaOH溶液滴定未知浓度的HCl溶液，测定HCl的浓度利用EDTA标准溶液测定水样中Ca2+和Mg2+含量，即水的硬度实验原理实验原理酸碱中和反应HCl+NaOH→NaCl+H2O EDTA乙二胺四乙酸是一种六齿配体，能与金属离子形成稳定的配合物根据中和反应时的物质的量关系nHCl=nNaOH=cNaOH×VNaOH Mn++EDTA4-→[MEDTA]n-4+因此，cHCl=cNaOH×VNaOH/VHCl在适当pH条件下，用EDTA标准溶液滴定含Ca2+和Mg2+的水样，以铬黑T为指示剂，溶液由葡萄酒红色变为纯蓝色为终点实验步骤实验步骤

1.准备

0.1mol/L的标准NaOH溶液和酚酞指示剂

2.用移液管准确量取

25.00mL HCl溶液于锥形瓶中

1.准备

0.01mol/L的EDTA标准溶液和铬黑T指示剂

3.加入2-3滴酚酞指示剂

2.移取

50.00mL水样于250mL锥形瓶中

4.用滴定管缓慢滴加NaOH溶液，近终点时一滴一滴加入

3.加入5mL pH=10的NH3-NH4Cl缓冲溶液

5.当溶液由无色变为微红色且持续30秒不褪色时为终点

4.加入3-5滴铬黑T指示剂，溶液呈葡萄酒红色

6.记录NaOH溶液用量，重复滴定3次取平均值

5.用EDTA标准溶液滴定至溶液变为纯蓝色为终点

6.记录EDTA用量，重复测定3次数据处理数据处理根据公式cHCl=cNaOH×VNaOH/VHCl计算HCl浓度水的总硬度以CaCO3计计算相对误差|测定值-理论值|/理论值×100%总硬度mg/L=cEDTA×VEDTA×

100.09×1000/V水样分析可能的误差来源及改进措施其中

100.09为CaCO3的摩尔质量无机化学课程考核方式60%20%10%期末考试实验操作平时作业考核学生对无机化学基本概念、基本理论和基评价学生的实验技能、操作规范性、数据记录检查学生对课堂知识的掌握情况和自主学习能本知识的掌握情况题型包括选择题、填空题、及处理能力包括实验预习、操作技能、实验力包括习题作业、课后思考题和小测验等计算题和论述题等，重点考查学生的理解能力报告撰写等方面的综合评价和知识应用能力10%课程设计评估学生的创新能力、团队协作能力和综合应用能力通过开放性实验或小课题研究，培养学生的科研思维和实践能力能力评估维度知识掌握能力思辨与创新能力实践与应用能力基础概念理解评估学生对原子结构、化学问题分析能力评估学生分析和解决化学问实验操作能力评估学生进行基本化学操作键、热力学等基本概念的理解程度题的能力的熟练程度理论体系构建评估学生是否形成系统的无逻辑推理能力评估学生根据已知信息推断数据处理能力评估学生收集、分析和解释机化学知识结构未知信息的能力实验数据的能力记忆与应用评估学生对元素性质、反应类创新思维能力评估学生提出新想法、新方知识迁移能力评估学生将无机化学知识应型等知识点的记忆和应用能力法的能力用于其他领域的能力工程及生活中的无机化学电池技术无机化学在电池技术中扮演核心角色，从传统铅酸电池到现代锂离子电池均基于氧化还原反应原理锂离子电池利用嵌入化合物如LiCoO2作为正极材料，石墨作为负极材料，通过锂离子在两极间迁移实现充放电新型电池材料如钠离子电池、锂硫电池等正在研发中，以提高能量密度和降低成本燃料电池利用氢气和氧气反应产生电能，只排放水，是清洁能源的重要形式催化与材料无机催化剂广泛应用于工业生产，如铁催化剂在氨合成、V2O5在硫酸生产中的应用纳米材料展现出独特的物理化学性质，如纳米TiO2具有光催化活性，可用于污水处理和自清洁玻璃超导材料如YBa2Cu3O7-x在低温下电阻为零，应用于强磁场设备新型无机材料如钙钛矿太阳能电池，效率已接近传统硅电池，成本更低环境与能源无机化学在环境保护中发挥重要作用水处理技术利用絮凝剂如Al2SO

43、PAC去除污染物；臭氧和氯气用于水消毒脱硫技术使用石灰石去除烟气中的SO2，减少酸雨氢能源是未来清洁能源的重要形式，电解水和光催化分解水是制氢的重要途径碳捕获技术利用化学吸收法如胺类吸收CO2减少温室气体排放医疗与健康无机化合物在医疗领域有重要应用铂类化合物如顺铂cis-[PtCl2NH32]是重要的抗癌药物钆配合物作为MRI成像对比剂广泛使用银纳米粒子具有抗菌性能，用于医疗器械涂层生物活性玻璃和羟基磷灰石用于骨组织修复放射性同位素如99mTc、131I用于核医学诊断和治疗铁蛋白、锌指蛋白等金属蛋白在生命过程中扮演关键角色案例研究绿色化学与可持续发展绿色合成工艺资源循环利用传统化学工艺常伴随高能耗和有害废物产生绿色化学原则指导下的新型合成路线能显著减少环境影响例如，传统双氧水生产使用蒽醌法，需要大量有机溶剂和能源；而新型直接合成法可在钯催化剂存在下，直接使用H2和O2反应生成H2O2，能耗低且无有害废物这种绿色工艺不仅降低了生产成本，也减少了对环境的影响学习资源与拓展推荐权威教材推荐无机化学经典教材及其特点《无机化学》第五版-武汉大学，北京大学等编著国内最权威的无机化学教材，内容全面，体系完整，已累计发行90万册《无机化学》第四版-大连理工大学编著注重理论与实践结合，案例丰富，适合工科学生学习《无机化学》第三版-北京师范大学编著教学体系清晰，习题设计合理，适合师范类学生使用《无机化学原理》-华中师范大学编著深入浅出，理论推导详细，概念阐释清晰《Advanced InorganicChemistry》-F.A.Cotton,G.Wilkinson著国际公认的无机化学经典著作，内容深入，适合高年级学生和研究生参考在线学习资源优质的在线课程和学习平台中国大学MOOC平台北京大学、武汉大学等高校的无机化学精品课程学堂在线清华大学的无机化学与实验课程，包含大量实验视频演示Coursera美国加州大学的Chemistry:Building Blocksof theWorld系列课程Khan Academy提供基础化学概念的简明讲解，适合入门和复习ChemWiki开放式化学百科全书，提供丰富的无机化学知识Royal Societyof Chemistry提供最新化学研究进展和教育资源实验技能提升提高实验技能的途径和资源《无机化学实验》-南京大学编著经典实验教材，实验设计合理，操作讲解详细实验安全培训课程各高校开设的实验室安全培训，必须认真学习虚拟实验室软件如ChemLab、Virtual ChemistryLab等，可在家练习实验操作科研实践机会积极参与导师实验室的科研项目，在实践中提升技能化学实验技能竞赛参加校内外举办的实验技能比赛，在竞争中成长前沿研究方向无机化学领域的热点研究方向纳米材料与催化设计高效纳米催化剂，用于能源转化和环境治理能源材料研发高性能电池材料、超级电容器、氢能源材料等生物无机化学研究金属离子在生物体内的作用机制，开发金属药物超分子化学设计具有特定功能的超分子结构，如分子机器、传感器等绿色化学开发环境友好的合成方法和材料，减少化学污染金属有机框架MOFs设计多孔材料，用于气体吸附、分离和催化课程总结与前景展望无机化学在人才培养中的地位无机化学的发展趋势无机化学作为化学学科的基础课程，在培养专业人才方面具有不可替代的作用无机化学正经历快速发展，主要趋势包括科学思维培养无机化学通过原子结构、化学键、热力学等理论，帮助学生建立从微观到宏观的科学思维方式，形成唯物辩证的世界观学科交叉融合无机化学与材料科学、生物学、物理学等学科交叉融合，产生新的研究领域和方向基础知识体系构建无机化学提供了理解其他化学分支（如有机化学、分析化学、物理化学）所必需的基础知识，是化学专业知识体系的基石功能导向设计从传统的结构研究转向功能导向的分子设计，开发具有特定性能的无机功能材料绿色化学理念注重环境友好的合成方法和可持续利用的材料体系，减少化学过程的环境影响实验技能训练通过无机化学实验，学生学习基本操作技能，培养实验设计能力、数据处理能力和科学研究能力计算化学方法利用理论计算和人工智能技术，预测和设计新型无机化合物及其性能科研素质养成无机化学教学过程中强调科学方法和科学态度，培养学生的创新意识、批判性思维和团队协作精神精细表征技术发展原位、实时、高分辨率的表征方法，深入理解无机材料的结构-性能关系无机化学对未来行业发展的影响能源革命信息技术无机化学在新能源开发中扮演关键角色新型电池材料、太阳能电池、燃料电池等能源转换无机材料是信息技术的物质基础半导体材料、磁性材料、超导材料等无机功能材料的发展，和存储设备的研发，将推动能源结构转型无机化学为氢能、太阳能等可再生能源的高效利将推动电子信息技术创新量子点、二维材料等新型无机材料展现出优异的光电性能，有望用提供材料基础，助力碳中和目标实现在下一代信息设备中得到应用现代农业生物医药无机化学助力现代农业可持续发展新型肥料、农药和土壤改良剂的研发，提高农业生产无机化学在生物医药领域的应用日益广泛金属药物、生物活性无机材料、生物成像探针效率精准施肥技术和生物刺激素的应用，减少化学投入，降低环境影响纳米农业投入等的研发，为疾病诊断和治疗提供新方法纳米医学利用无机纳米材料实现靶向药物递送品展现出良好的应用前景和精准治疗，有望革新医疗技术航空航天环境保护无机材料是航空航天领域的重要支撑耐高温陶瓷材料、轻质高强合金、特种功能涂层等无无机化学为环境保护提供技术支持高效催化材料可降解污染物，多孔吸附材料可去除水中机材料的研发，将推动航空航天技术进步太空探索中的能源供应、生命支持系统等，都离重金属光催化材料利用太阳能降解有机污染物，为水处理提供绿色方案碳捕获材料和技不开无机化学的支持术有助于减缓全球气候变化无机化学作为化学科学的重要分支，其理论体系和研究方法不断创新发展在人才培养、科学研究和技术创新方面，无机化学都发挥着不可替代的作用随着学科交叉融合的深入和新技术的不断涌现，无机化学将继续为解决人类面临的能源、环境、健康等重大挑战提供科学支撑和技术方案作为大学生，应当牢固掌握无机化学的基础知识和基本技能，关注学科前沿发展，在未来的学习和工作中不断探索和创新，为科技进步和社会发展贡献力量。