无机化学综合复习资料(对应武汉大学版)

无机化学上下册复习资料(全)

第18章 无机化学复习

衡阳师范学院化学与材料科学系无机化学教研室

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目

录

无机化学(上): 无机化学基本原理一. 基础无机化学的理论框架 二. 原子结构与元素周期表 三. 化学键理论与分子结构 四. 晶体结构 五. 化学热力学初步 (一) 反应热效应计算(△rHm ) (二) 反应自发性(△rGm , ) (三) 反应极限(K) (四) 热力学函数、三大定律与热力学图形 六. 反应动力学初步 七. 酸碱平衡 八. 沉淀-溶解平衡 九. 配合物与配位平衡 十. 氧化还原反应与电化学

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目

录 (续)

无机化学(下): 元素无机化学第11章 卤 素 第12章 氧族元素 第13章 氮族元素 第14章 碳族元素 第15章 硼族元素 第16章 铜、锌分族 第17章 d 区过渡元素

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无机化学基本原理一、基础无机化学的理论框架

元

素

周

期

律(微观、宏观)

物质结构原理(微观) 热力学、动力学原理(宏观)原子结构 分子结构 晶体结构 反应过程能 反应自发性 反应限度 反应速率 反应机理 量变化△rH △rG、 K(4大化学平衡) v

性 质

制 备

应 用

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二、原子结构与元素周期表学习线索：

彩虹(天然连续光谱)→实验室连续光谱 → 氢原子发射光谱(线状光谱) →玻尔原子结构理论(电子能量量子化，经典电磁理论对微观世界失效) →光子和实物粒子的“波粒二象性” 波动性 — 衍射、干涉、偏振… 微粒性 — 能量、动量、光电效应、实物发射或吸收光… → 测不准原理(经典力学对微观世界失效) →量子力学(描述微观粒子运动规律的新理论)对核外电子运动状态的描 述 — Schrö dinger(薛定谔)方程。 2 + 8 2m / h2 (E – V) = 0 2 = 2/ x2 + 2/ y2 + 2/ z2 (拉普拉斯算符) V : 势能函数. → 4个量子数及波函数图形(重点：角度分布图、径向分布函数图 ) → 原子轨道能级 → 核外电子排布规则 → 元素原子基态电子排布→ 元素单质及化合物性质 → 元素周期律 → 元素周期表

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二、原子结构与元素周期表(续)(一)4个量子数n、l、m (或ml)、mS 取值及物理意义： n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 或 7. l = 0, 1, … (n-1) 共n个值 (对每个n值) m = 0, ±1, …±l 共(2 l +1)个值 (对每个l 值) mS = ±1/2 (对每组合理的n、l、m值)

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(二)与波函数有关的图形

空间波函数ψn, l, m ( r,θ,φ)

n, l, m(r, , ) = Rn, l(r) Yl, m( , )空间波函数3参数3自变量

径向部分

角度部分

2参数1自变量 2参数2自变量

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①角度分布图 (重点)Y l, m (θ,φ) -θ,φ用于判断能否形成化学 键及成键的方向(分子

结构理论：价键理论、 杂化轨道理论、分子轨 道理论)

波函数(原子轨道)的 角度分布图(剖面图)

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②径向部分图形 R n, l (r) – r表示波函数径向部分随r的变化。

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电子云 |ψ |

2

①角度分布图 Y 2l, m (θ,φ) -θ,φ ②径向密度分布图 R2 n, l (r) - r ③空间分布图 综合①、② |ψ | 2 – r,θ,φ ④径向分布函数图 D(r) - r (重点) D(r) = 4 r2R2n, l (r) (重点) (钻穿效应 → 原子轨道能级高低) (见下页) ⑤等密度面图 ⑥界面图

重点：波函数角度分布图和电子云径向分布函 数图

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④ 径向分布函数图 D(r) - r (重点)(纵标) D(r) = 4 r2R2n, l(r)(钻穿效应 → 原子轨道能级高低 → 基态核外电子排布)

节面：波函 数在该面上 任何一点的 值均为0的 曲面。 峰数=n–l 节面数 =n–l–1

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(三)原子轨道能级 En,l

ψn, l, m ( r,θ,φ) → E n, l

1. 单电子原子(H ,He+ ,…):只由n 、Z决定原子轨道能级： E = - Z2 / n2 × 13.6 eV

E4s = E4p = E4d = E4f

2. 多电子原子：钻穿效应和屏蔽效应共存 → n、l、Z 共同决定原子轨道能级

En, l = - Z*2 / n2 × 13.6 eVZ* = Z - E4s E4p E4d E4f

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多电子原子轨道能级 E n, l

(1) l 相同，n ↗, 则E ↗ E1s < E2s < E3s… E2p < E3p < E4p… E3d < E4d < E5d… E4f < E5f … (2) n 相同，l ↗,则 E ↗ E4s < E4p < E4d < E4f

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多电子原子轨道能级 E n, l

(3) n、l 均不相同：可能出现“能级交错”. n、l、Z 综合作用。前4个周期可用Slater规则计算屏 蔽常数 → E : E = - ( Z - )2 / n2 × 13.6 eV (Z * = Z - ) 得: E4s < E3d ( z = 14 - 20,Si - Ca) E4s > E3d ( z ≤13 Al之前， z ≥ 21 Sc之后) 见下页: F.A.Cotton的原子轨道能级图 徐光宪规则： 多电子原子： (n + 0.7 l) ↗, E ↗; 多电子离子： (n + 0.4 l) ↗, E ↗

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原子轨道能量随原子序数而变化

F.A.Cotton的原子轨道能级图

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(四) 核外电子排布规则(重点)

1. Pauli 不相容原理(W. Pauli’s Exclusion Principle) : 同一原子中，不可能有4个量子数完全相同的2个电子 同时存在。 2.最低能量原理(The lowest energy principle )(不违 背Pauli原理前提下)。 3.洪特规则(F.Huand’s Rule) 电子在能量简并的原子轨道上尽可能分占不同的轨道 且自旋平衡:p 轨道3重简并；d 轨道5重简并；f 轨道7重简并。

补充：充满、半充满、全空的轨道较稳定。要求：熟练地写出各元素原子基态核外电子排布式。