物质的化学组成与聚集状态省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第二章第二章 物质化学组成与聚集状态物质化学组成与聚集状态2.12.1物物质质化学化学组组成成一、配位化合物(配合物、一、配位化合物(配合物、络络合物)合物)配合物:以金属正离子(或中性原子)作配合物:以金属正离子(或中性原子)作为为中心,有若干个中心,有若干个负负离子离子 或中性分子按一定空或中性分子按一定空间间位置排列在其周位置排列在其周围围形成复形成复杂杂化化 合物。合物。配位中心:配位中心:处处于配合物中心位置正离子或中性原子于配合物中心位置正离子或中性原子配体:配体:按一定空按一定空间间位置排列在配位中心周位置排列在配位中心周围负围负离子或中性分子离子或中性分子 中心离子和配体之中心
2、离子和配体之间间以以配位配位键键结结合合配位原子:配位原子:能能够够与中心离子形成配位与中心离子形成配位键键原子原子配位数:配位数:配位原子配位原子总总数。数。第1页中心原子(配位中心):中心原子(配位中心):配合物形成体,关键。通常为金属离子,尤配合物形成体,关键。通常为金属离子,尤以过渡金属离子居多。含有空价电子轨道。以过渡金属离子居多。含有空价电子轨道。配位体(配体):配位体(配体):能提供孤对电子物质,也称为配合剂。能够是负离能提供孤对电子物质,也称为配合剂。能够是负离子、中性分子,常见有子、中性分子,常见有F-,Cl-,Br-,I-,CN-,H2O,NH3,COF-,Cl-,Br-,
3、I-,CN-,H2O,NH3,CO等。等。配位键:配位键:配位原子将孤对电子投入到中心原子空轨道上而形成结协力。配位原子将孤对电子投入到中心原子空轨道上而形成结协力。表示为表示为L ML M。配位原子:配位原子:在配体中直接与中心离子形成配位键原子。配位原子必须在配体中直接与中心离子形成配位键原子。配位原子必须含有孤对电子。常见配位原子有含有孤对电子。常见配位原子有N,O,S,C,XN,O,S,C,X。配位数:配位数:直接同中心原子结合配位原子数目。单齿配体时,配位数直接同中心原子结合配位原子数目。单齿配体时,配位数=配体数。多齿配体时,则二者不等。例配体数。多齿配体时,则二者不等。例 Pt(
4、en)2-2,Pt(en)2-2,配体数为配体数为2 2,配,配位数为位数为4 4。配离子电荷:配离子电荷:中心原子和配体总电荷代数和。中心原子和配体总电荷代数和。第2页配合物命名标准:配合物命名标准:先命名阴离子部分,后命名阳离子部分;假如是简单阴离子,命先命名阴离子部分,后命名阳离子部分;假如是简单阴离子,命名为名为“某化某某化某”,假如是复杂阴离子,则命名为,假如是复杂阴离子,则命名为“某酸某某酸某”;内界中,先命名配体,再命名配位中心,之间用内界中,先命名配体,再命名配位中心,之间用“合合”字连接;字连接;配位体命名次序,先负离子后中性分子;配位体命名次序,先负离子后中性分子;负离子命
5、名是先简单离子,后复杂离子,最终是有机酸根离子,负离子命名是先简单离子,后复杂离子,最终是有机酸根离子,氢氧根离子称羟基,亚硝酸根离子称硝基。中性分子命名次序氢氧根离子称羟基,亚硝酸根离子称硝基。中性分子命名次序 也是先简单、常见再复杂,先无机分子后有机分子;也是先简单、常见再复杂,先无机分子后有机分子;每种配体前用数字一、二、三等表示配体数目,并以中心点每种配体前用数字一、二、三等表示配体数目,并以中心点“”“”把不一样配体分开。把不一样配体分开。当中心离子有可变价时,在其后加括号,用罗马数字当中心离子有可变价时,在其后加括号,用罗马数字、表明中心离子价态。表明中心离子价态。举例:举例:第3
6、页单齿配体单齿配体:只含有一个配位原子配体。:只含有一个配位原子配体。比如比如ClCl、NHNH3 3、I I等等多齿配体多齿配体:复杂多元有机酸根、多元胺等常含有两个或两个以上配位:复杂多元有机酸根、多元胺等常含有两个或两个以上配位 原子,他们作为配体时称为多齿配体。原子,他们作为配体时称为多齿配体。比如乙二胺为双齿配体、比如乙二胺为双齿配体、EDTAEDTA(乙二胺四乙酸根)为六齿配体(乙二胺四乙酸根)为六齿配体 H H2 2NCHNCH2 2CHCH2 2NHNH2 2、(-OOCCH(-OOCCH2 2)2 2NCHNCH2 2CHCH2 2N(CHN(CH2 2COO-)COO-)2
7、 2多齿配体和中心原子形成环状结构配合物,有点象螃蟹双螯钳住东西起多齿配体和中心原子形成环状结构配合物,有点象螃蟹双螯钳住东西起螯合作用一样,这类配体也称为螯合剂,形成配离子称为螯合离子,螯合作用一样,这类配体也称为螯合剂,形成配离子称为螯合离子,配合物称为螯合物。配合物称为螯合物。鳌合物鳌合物:多齿配体与中心离子形成含有环状结构配合物,稳定性较强:多齿配体与中心离子形成含有环状结构配合物,稳定性较强第4页二、团簇二、团簇 定义:是指由几个至上千个原子或其结合态单元相互作用结合在一起而定义:是指由几个至上千个原子或其结合态单元相互作用结合在一起而 形成相对稳定化学单元。形成相对稳定化学单元。特
8、征:空间尺度在纳米级左右,是纳米材料基础,其性能与所含原特征:空间尺度在纳米级左右,是纳米材料基础,其性能与所含原 子、原子数目、空间位置及相互作用相关。子、原子数目、空间位置及相互作用相关。分类:分类:举例:举例:金刚石:硬度最大、熔点最高(3550)不导电石墨:有导电性和润滑性碳团簇:金属簇:Lin、Cun、Hgn非金属簇:Cn、Nn、Arn分子簇(H2O)n、(NaCl)n第5页 例,球碳C60,由60个碳原子以20个六边形和12个五边形相间组成32面体球形分子。碳纳米管是一个由单层或多层石墨卷成纳米微管。第6页三、非整比化合物组成物质元素原子数目间不成整数比,比如碳化物。组成物质元素原
9、子数目间不成整数比,比如碳化物。碳化物是指碳与电负性比碳小元素所形成二元化合物。碳碳化物是指碳与电负性比碳小元素所形成二元化合物。碳化物有离子型、共价型、金属型三类。大多数活泼主族元化物有离子型、共价型、金属型三类。大多数活泼主族元素和素和C C形成是离子型化合物,如形成是离子型化合物,如Na2C2Na2C2、Li2C2Li2C2、CaC2CaC2、Al4C3Al4C3、Be2CBe2C。碳与电负性与其靠近元素化合,形成。碳与电负性与其靠近元素化合,形成共价型碳化物。其中主要有共价型碳化物。其中主要有SiCSiC、B4CB4C等,都属原子晶体。等,都属原子晶体。第7页金属型碳化物是碳与金属型碳
10、化物是碳与d d区金属元素如:钛、锆、钒、铬、区金属元素如:钛、锆、钒、铬、钼、钨、锰、铁等钼、钨、锰、铁等d d区金属作用而生成,这类物质含有金区金属作用而生成,这类物质含有金属光泽,能导电导热,熔点高,硬度大。金属型碳化物是属光泽,能导电导热,熔点高,硬度大。金属型碳化物是许多合金钢主要成份,在工业上有主要应用。金属型碳化许多合金钢主要成份,在工业上有主要应用。金属型碳化物组成和结构比较复杂,不符合正常化合价规则,原子数物组成和结构比较复杂,不符合正常化合价规则,原子数目也不一定成整数比。其原因是原子半径较小碳原子(半目也不一定成整数比。其原因是原子半径较小碳原子(半径为径为0.077nm
11、0.077nm)进入到金属晶格空隙中,形成一个)进入到金属晶格空隙中,形成一个“间隙间隙化合物化合物”,实际上是一个固溶体,是一个合金,所以金属,实际上是一个固溶体,是一个合金,所以金属型碳化物中碳与金属量比是可变,化学组成不符合化合价型碳化物中碳与金属量比是可变,化学组成不符合化合价规则。规则。d d区金属原子含有较多价电子,形成金属键后还有区金属原子含有较多价电子,形成金属键后还有多出价电子,有可能与进入晶格间隙碳原子形成共价键,多出价电子,有可能与进入晶格间隙碳原子形成共价键,这就是这类碳化物熔点和硬度尤其高,甚至可能超出原金这就是这类碳化物熔点和硬度尤其高,甚至可能超出原金属原因。属原
12、因。第8页四、金属有机化合物 金属原子和有机基团中碳原子键合而成,即含有M-C键化合物,分为离子型、键型和键型。比如,Ni(CO)4,热分解制备镍粉,三丁基铝热分解制备金属铝膜(化学气相沉积法)等,说明M-C键不稳定,易断裂。第9页五、高分子化合物五、高分子化合物高分子化合物是一类十分主要化合物。高分子合成材料应用高分子化合物是一类十分主要化合物。高分子合成材料应用广泛,几乎渗透到全部技术领域。高分子化合物是一类分广泛,几乎渗透到全部技术领域。高分子化合物是一类分子量很大化合物。它分子中可含几千、几万、甚至几十万子量很大化合物。它分子中可含几千、几万、甚至几十万个原子,其分子量能够大到几万、几
13、十万、几百万不等,个原子,其分子量能够大到几万、几十万、几百万不等,而普通低分子化合物分子中只含几个到几十个原子,其分而普通低分子化合物分子中只含几个到几十个原子,其分子量大多在子量大多在10001000以下。以下。我们把彼此能够相互连接起来而形成高分子化合物低分子化我们把彼此能够相互连接起来而形成高分子化合物低分子化合物(如乙烯)称为合物(如乙烯)称为单体单体;而将所得到高分子化合物(如;而将所得到高分子化合物(如聚乙烯)称为聚乙烯)称为聚合物或高聚物聚合物或高聚物。第10页单体单体 高聚物高聚物高分子化合物是由许多相同简单结构单元经过共价键经屡高分子化合物是由许多相同简单结构单元经过共价键
14、经屡次重复连结而成。这些重复结构单元称为链节,链节组成次重复连结而成。这些重复结构单元称为链节,链节组成与单体组成相同或相同。如聚乙烯分子中链节为与单体组成相同或相同。如聚乙烯分子中链节为CH2-CH2-CH2CH2,而合成聚乙烯单体为乙烯即,而合成聚乙烯单体为乙烯即CH2=CH2CH2=CH2。高聚物分。高聚物分子中所含链节数目子中所含链节数目n n,称为聚合度,它是衡量高分子大小,称为聚合度,它是衡量高分子大小一个指标。一个指标。高分子化合物主链中均是高分子化合物主链中均是C-CC-C键,称为碳链高分键,称为碳链高分子化合物;主链中有子化合物;主链中有C-CC-C键,还有键,还有C-OC-
15、O,C-NC-N键,键,则称为杂链高分子化合物;主链中仅含有则称为杂链高分子化合物;主链中仅含有SiSi、P P、OO等元素而没有等元素而没有C C原子高分子化合物称为元素有机原子高分子化合物称为元素有机高分子化合物。高分子化合物。第11页 应该指出,低分子化合物组成和分子量总是固定应该指出,低分子化合物组成和分子量总是固定不变。而同一个组分高分子化合物内各个分子所不变。而同一个组分高分子化合物内各个分子所含链节数目不一样,所以每个分子分子量也不一含链节数目不一样,所以每个分子分子量也不一样,所以高分子化合物实际上是由许多链结构相样,所以高分子化合物实际上是由许多链结构相同而聚合度不一样化合物
16、组成混合物。所以,高同而聚合度不一样化合物组成混合物。所以,高分子化合物分子量普通指是平均分子量,聚合度分子化合物分子量普通指是平均分子量,聚合度为平均聚合度。比如平均分子量为为平均聚合度。比如平均分子量为8 8万聚苯乙烯万聚苯乙烯(n=800n=800),其分子量可在几百到(),其分子量可在几百到(n10n10)到)到2626万(万(n=2600n=2600)之间变动。平均分子量大小和各种)之间变动。平均分子量大小和各种分子量分布情况,对于高分子化合物性质有很大分子量分布情况,对于高分子化合物性质有很大关系。关系。第12页2.2固体一、晶体(长程、短程都有序)晶体结构特征:含有整齐、有规则几
17、何外形和固定熔点。这些特征都是晶体内部结构反应,是组成晶体粒子(离子、原子或分子)有规律排列在空间一定点上所组成,它们相互间距离固定不变,并按特定几何规律以周期性重复方式排列着。第13页将晶体中粒子想象成几何中点,这些点在空间排列总和称为晶格(或点阵),在晶格上排有粒子那些点,称为晶格结点。晶格为一切晶体所特有,表示了晶体周期性结构规律。对于不一样种类晶体,其粒子在空间排列规律性可能不一样,但对同种类晶体来说,则总是相同。第14页晶格或点晶格或点阵阵若把原子或原子若把原子或原子结结合合态单态单元看成几何学上元看成几何学上结结点,点,这这些些结结点按一定点按一定规则规则排列所排列所组组成几何成几
18、何图图形。形。晶胞晶胞晶体三晶体三维维点点阵阵中存在一个能中存在一个能够够完全代表晶格特征、能反完全代表晶格特征、能反应应晶格晶格对对称性周期称性周期单单元,称作晶胞。元,称作晶胞。通常是一个平行六面体通常是一个平行六面体,是由一定分子、离子或原子按一定规则排列组是由一定分子、离子或原子按一定规则排列组成,含有一定几何形状。成,含有一定几何形状。单单晶体晶体假如能用一个空假如能用一个空间间点点阵图阵图形形贯贯通整个晶体,叫通整个晶体,叫单单晶体。晶体。第15页1 1、离子晶体、离子晶体离离子子晶晶体体:正正负负离离子子间间经经过过静静电电引引力力(离离子子键键)结结合合在在一一起起一一类类晶晶
19、体体。离离子子晶晶体体晶晶格格结结点点上上交交替替排排列列着正负离子,结点之间经过离子键相互结合。着正负离子,结点之间经过离子键相互结合。结构特征:结构特征:(1 1 1 1)、离子晶体中不存在单个分子。)、离子晶体中不存在单个分子。)、离子晶体中不存在单个分子。)、离子晶体中不存在单个分子。(2 2 2 2)、因因因因为为为为离离离离子子子子键键键键无无无无方方方方向向向向性性性性、饱饱饱饱和和和和性性性性,一一一一个个个个离离离离子子子子周周周周围围围围总总总总是是是是尽尽尽尽可可可可能能能能多多多多地地地地吸吸吸吸引引引引异异异异号号号号电电电电荷荷荷荷离离离离子子子子,正正正正负负负负
20、离离离离子子子子间间间间堆堆堆堆积积积积越越越越密密密密集集集集越越越越好好好好。晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于离离离离子子子子间间间间最最最最大大大大允许配位数和电中性要求。允许配位数和电中性要求。允许配位数和电中性要求。允许配位数和电中性要求。(3 3 3 3)、离离离离子子子子键键键键强强强强度度度度较较较较大大大大,离离离离子子子子晶晶晶晶体体体体多多多多数数数数有有有有较较较较高高高高熔熔熔熔、沸沸沸沸点点点点和和和和较较较较大大大大硬硬硬硬度度度度。固固固固态态态态时时时时离离离离子子子子只只只只能能能能在在在在晶晶晶晶格格格格结结结结点点
21、点点附附附附近近近近作作作作有有有有规规规规则则则则振振振振动动动动,不不不不能能能能自自自自由由由由移移移移动动动动,因因因因而而而而不不不不能能能能导导导导电电电电(固固固固体体体体电电电电解解解解质质质质例例例例外外外外)。熔熔熔熔化化化化或或或或溶溶溶溶解解解解后后后后,离离离离子子子子能能能能自自自自由由由由移移移移动动动动,有较大导电性。有较大导电性。有较大导电性。有较大导电性。第16页第17页(4 4)、离离离离子子子子键键键键强强强强度度度度可可可可用用用用晶晶晶晶格格格格能能能能(E(EL L)大大大大小小小小来来来来衡衡衡衡量量量量,晶晶晶晶格格格格能能能能是是是是指指指指
22、在在在在298.15k298.15k和和和和100kPa100kPa压压压压力力力力下下下下由由由由气气气气态态态态正正正正离离离离子子子子和和和和气气气气态态态态负负负负离离离离子子子子生生生生成成成成1mol1mol离离离离子子子子晶晶晶晶体体体体时时时时所所所所释释释释放放放放出出出出来来来来能能能能量量量量。晶晶晶晶格格格格能能能能越越越越大大大大,离离离离子子子子键键键键越越越越强强强强,结结结结协协协协力力力力越越越越大大大大,晶体越稳定。晶体越稳定。晶体越稳定。晶体越稳定。E EL L=k Z=k Z+Z Z-/r/r+r+r-f=k(Q f=k(Q+|QQ-|)/(r)/(r+
23、r+r-)2 2 (平方平方)晶晶晶晶格格格格能能能能大大大大离离离离子子子子晶晶晶晶体体体体表表表表现现现现出出出出高高高高熔熔熔熔点点点点,而而而而晶晶晶晶格格格格能能能能小小小小离离离离子晶体表现出低熔点。例:子晶体表现出低熔点。例:子晶体表现出低熔点。例:子晶体表现出低熔点。例:NaF NaCl NaBr NaI NaF NaCl NaBr NaI熔点(熔点(熔点(熔点()993 801 747 661 993 801 747 661第18页 2 2、分子晶体、分子晶体、分子晶体、分子晶体组组组组成:成:成:成:结结结结点点点点上排列着极性分子或非极性分子,上排列着极性分子或非极性分子
24、,上排列着极性分子或非极性分子,上排列着极性分子或非极性分子,分子分子分子分子间间由范德由范德由范德由范德华华力或力或力或力或氢键结氢键结合合合合结构特征;结构特征;(1 1)、存存在在单单个个共共价价键键小小分分子子。分分子子内内原原子子间间存存在着共价键,分子之间为分子间力。在着共价键,分子之间为分子间力。(2 2)、因为分子间力和氢键都较弱,只需较少能)、因为分子间力和氢键都较弱,只需较少能量就能破坏其晶体结构,因而分子晶体熔点低,量就能破坏其晶体结构,因而分子晶体熔点低,硬度小。硬度小。(3 3)、不导电。)、不导电。第19页(4 4)、分分子子晶晶体体是是依依靠靠分分子子间间作作用用
25、力力结结合合起起来来,分分子子间间作作用用力力大大小小决决定定该该晶晶体体熔熔点点和和硬硬度度。分分子子间间作作用用力力中中氢氢键键作作用用强强度度最最大大,其其次次为为色色散散力力。有有氢氢键键存存在在分分子子晶晶体体熔熔点点较高,硬度较大。例:水。较高,硬度较大。例:水。对对于于没没有有氢氢键键分分子子晶晶体体,色色散散力力与与分分子子量量呈正比,分子量大者熔点较高。呈正比,分子量大者熔点较高。例:例:例:例:SiF SiF SiF SiF4 4 4 4 SiCl SiCl SiCl SiCl4 4 4 4 SiBr SiBr SiBr SiBr4 4 4 4 SiI SiI SiI Si
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