大一无机与分析 化学

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无机与分析化学化工学院 张致慧 zhangzh@http://www.77cn.com.cn1

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第一章2

绪论

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第一章 绪论

化学的定义与化学的发展历程 1.2 化学的研究对象及分支 1.3 “无机与分析化学”的课程安排 1.1.

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1.1. 化学的定义与化学的发展历程 1.

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化学的定义 化学是一门在原子、分子水平上研究物 质的组成、结构、性质及其变化过程中能 量关系的科学。 化学变化的本质 有新物质产生4

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铁在潮湿的 空气中锈蚀

锌臵换硫 酸铜溶液 反应5

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化学变化的三大特征1) 化学变化是质变——化学变化是旧化学键破坏和新 化学键形成的过程，其实质是化学键的重新改组。 2) 化学变化是定量的变化——化学变化涉及原子核外 电子的重新组合，而原子核并不发生变化。因此在化 学变化前后，参与反应的元素种类不会变化。由于原 子核外电子的总数未变，所以化学变化前后物质的总 质量不变，即服从质量守恒定律，而且参与反应的各 种物质之间有确定的计量关系。 3) 化学变化伴随着能量变化——由于各种化学键的键 能不同，所以当化学键发生改组时，必然伴随着能量 的变化，伴随着体系与环境的能量交换。 6

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新生化学摸底问题举出化学对人类生活产生重大影响的3个以 上例子。 2. 写出化学平衡的几种类型。 3. 元素的非金属性和金属性指什么？ 4. 什么是强电解质，举出两个例子。 5. 酸性溶液中有没有氢氧化物沉淀？ 6. 25 oC时水的pH=7,为什么？0.01 mol/L HCl的pH=? 7. 三聚氰胺是一种高分子原料，为什么被不法 商贩掺在奶粉中？ 1.

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2. 化学的发展历程

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中世纪炼金术士工作的地方

15世纪的炼金装臵 (大英图书馆)

化学的起源最早或许可以追溯到中世纪的炼金术。德国 伟大的化学家李比希(1803-1873)曾经说过，“炼金术实质上 就是化学”。但是，直到17世纪以前，化学几乎谈不上是一 门科学。炼金术、冶金术和医药化学对近代化学的产生，的 确有无可怀疑的贡献，但它们的研究目的多属于实用性质， 因而还不能称为科学。

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四次化学革命的领军人物

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英国化学家 波义耳 (1627-1691) 化学之父

法国化学家 拉瓦锡 (1743-1794) 近代化学之父

英国化学家 道尔顿 (1766-1844) 美国化学家鲍林 科学原子论 (1901-1994) 创始人 量子化学奠基人 9

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第 一 次 化 学 革 命

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罗伯特· 波义耳(R. Boyle ) 《The Sceptical Chemist》(《怀疑派化学家》) (1627-1691, 英国) 一书的封面和扉页(1661年)

波义耳是站在古代化学和近代化学的交叉点上，继往开来的 伟大人物。 他“把化学确立为科学”(恩格斯语),

被誉为“化学之父” (墓碑 语)。 “化学不是为了炼金，也不是为了治病，它应当从炼金术和医 学中分离出来，成为一门独立的科学”。 波义耳极为崇尚实验。“空谈毫无用途，一切来自实验”。他 将严密的实验方法引入化学研究，使化学成为一门实验科学。10

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第 二 次 化 学 革 命

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安托万-劳伦· 德· 拉瓦锡 Antoine-Laurent de Lavoisier 1743-1794, 法国

拉瓦锡在做实验，夫人做记录

拉瓦锡1783年出版名著《关于燃素的回顾》,提出燃烧的氧 化学说；1789年出版《初等化学概论》,揭开了困惑人类几 千年的燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的“燃素说”为标 志，发动了第二次化学革命，被誉为“化学中的牛顿”,“近 代化学之父”。 [“燃素说”认为火是由无数细小而活波的微粒构成的物质实体， 即燃素。一切可燃物中都含有燃素，任何与燃烧有关的化学 变化都是物体吸收或释放燃素的过程。从17世纪末到18世纪 末的100年间，燃素说成为化学理论的权威。]

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第 三 次 化 学 革 命

11:50 1803年创立科学原子论(化学原子 论),揭示了各种化学定律、化学现 象的内在联系，成为说明化学现象 的统一理论，完成了化学领域内一 次极为重大的理论综合。约翰· 道尔顿, John Dalton (1766-1844, 英国)

[古希腊德谟克利特(Demo critus,公元前460-前370)提出 的原子学说：世界万物都是由微小的、不可再分割的微 粒——原子组成。原子永恒存在，永不毁灭。无限多的原子 在虚空中不断运动，并相互猛烈碰撞，于是发生旋转而形 成天地间各种物质，产生各种自然现象。原子和虚空构成 了整个茫茫宇宙。古代朴素的原子学说实际上只不过是一 种哲学思辨，并无科学实验依据。] [1811年，意大利物理学家阿佛加德罗(1776-1856)提出分 子假说。最后形成统一的原子-分子学说，前后经历了半 个多世纪。]

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第 四 次 化 学 革 命

鲍林, Linus Pauling 1901-1994, 美国

19世纪末物理学领域三项重大 11:50 发现(X射线: 1895; 放射性: 1896; 电子: 1897),首先揭开了物理 学革命的序幕，导致了量子力学 的诞生。量子力学在化学领域的 实践形成了量子化学，成为现代 化学的理论支柱。

鲍林是现代最伟大的化学家之一，他对化学的最大贡献是关 于化学键本质的研究以及在物质结构方面的应用。 现代结构化学的奠基人，并把化学结构理论引入生物大分子 结构研究，提出了蛋白质分子多肽链的螺旋结构。 1954年获诺贝尔化学奖，1962年获诺贝尔和平奖。1930年， 鲍林和德国物理学家J. C. Slater (1900-1976) 建立了价键理 论(VBT, 亦称HLSP理论),阐明了共价键的方向性和饱

和性， 此后鲍林又提出杂化轨道理论，还提出电负性、键参数、杂 13 化、共振、氢键等概念。

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研究化学的目的

满足人们日益增长的物质生活的需要。 保护环境、可持续地利用资源。

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化学—21世纪的中心科学计算与 信息科学 天 文 学 物理学 数 学 化学

地

学

工程科学

生命科学

材料科学

移上游科学之花,接下游科学之木

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您可知道 您每天活动所需的热能哪里来?疾病发作的危险。但脂肪是人体的主要能量贮存系统。

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过量的体脂肪的确可能增加心脏病、糖尿病和其他 在人体运动过程中 , 脂肪发生水解生成一组叫做脂 肪酸的化合物, 后者再通过一系列复杂反应转化为二氧 化碳和水, 肌肉运动正是由该过程释放的能量驱动的。

CH3(CH2)14COOH(s) + 23O2(g) 16CO2(g) + 16H2O (l)-1 Δr H θ = - 9977 kJ· mol m16