本站原创《无机化学》教学大纲
(四年制本科.试行)
课程编号:03010101
课程性质:专业必修课
适用专业:化学
开设学期:第一,二学期
考试方式:闭卷笔试
一、教学目的与任务
通过教学要求学生运用元素周期律,物质结构,化学热力学,基础电化学,反应速度等理论理解和掌握重要元素化合物的基本性质,反应,制备,结构和用途,培养学生对一般无机化学问题进行理论分析的能力,并注意训练和培养学生的科学思维能力,自学能力.
二、与其它专业课程的关系
为专业基础课,通过本课程的学习,可以为化学学科的后续课程和发展能力(继续学习的能力,表述和应用知识的能力,发展和创造知识的能力等)打下坚实的基础.144(36周,周课时4),其中课堂教学130学时,课堂讨论6学时,考核8学时.
学时分配表
章节标题学时分配讲授实验习题测试第1章原子结构与元素周期系6第2章分子结构81第3章晶体结构4第4章配合物6第5章化学热力学基础6第6章化学平衡4第7章化学动力学基础51第8章水溶液5第9章酸碱平衡4第10章沉淀平衡4第11章电化学基础71第12章配位平衡4第13章氢和稀有气体4第14章卤素5第15章氧族元素5第16章氮磷砷5第17章碳硅硼6第18章非金属元素小结62第19章金属通论1第20章S区金属(碱金属和碱土金属)4第21章P区金属4第22章ds区金属4第23章d区金属(一)第四周期d区金属6第24章d区金属(二)第五.第六周期金属41第25章f区金属镧系和锕系金属3第26章无机化学进展2合计13068四,讲授内容与要求:(分章节)
本大纲根据教育部理科化学教学指导委员会"理科应用化学专业化学教学基本内容",以四年制本科人才培养规格为目标,按照无机化学学科的理论知识体系,提出了具体的教学要求.
第一章原子结构和元素周期系
【教学要求】
了解核外电子运动的特殊性,波函数(原子轨道)和电子云的角度分布图与几率的径向
分布图.
2,掌握电子云,能级,能级组,电子层的概念以及四个量子数含义.
3,掌握近似能级图,并能按照核外电子排布原理,写出一般元素的原子核外电子排布方式.
4,深刻理解原子结构和元素周期律间的一般关系.掌握原子半径,电离势,电子亲和势,电负性及其在周期系中的变化规律.
5,通过了解人类逐步深入认识原子的历史,培养科学思维方法.
【教学内容】
1,道尔原子论
2,相对原子质量(原子量)
元素原子序数和元素符号,同位素丰度,原子的质量,元素的相对子质量(原子量)
3,原子的起源和演化
4,原子结构的玻尔行星模型
原子光谱,玻尔理论
5,氢原子结构(核外电子运动)的量力学模型.
波粒二象性,德布罗意关系式,海森堡不确定原理,氢原子的量力学模型.
6,基态原子电子组态(电子排布)
屏蔽与钻穿效应,构造原理,基态原子电子组态.
7,元素周期系
元素周期率,元素周期系及元素周期表,元素周期表.
8,元素周期性
原子半径,电离能,电子亲和能,电负性,氧化态.
第二章化学键和分子结构
【教学要求】
1,掌握离子键理论和共价键理论的基本内容.
2,掌握分子间作用力和氢键的概念,特征,搞清价键力,分子间力和氢键的区别.
3,理解物质性质和分子结构间的关系.
4,培养运用价键理论分析和解决物质的结构和性质的能力.
【教学内容】
1,离子键理论
离子键本质,离子的构型,离子内各电子能级排列次序,离子半径.
2,共价键理论
共价键形成的电子配对理论,路易斯结构式,现代价键理论的要点,共价键的饱和性和方向性,σ键和π键.
3,共价分子的性质
共价半径,键能,键长,键角,键的极性与分子的极性.
4,极性分子和非极性分子,偶极矩,分子的磁性(定性).
5,杂化轨道理论(等性与不等性sp3,sp2,sp杂化),离域π键.
6,价层电子互斥理论(VSEPR)ABn型分子(离子)构型的判断.
7,配位键,d--p配键.
8,分子轨道理论的简介
组成分子轨道的原则,O2,N2,HF分子轨道能级图,分子轨道中的电子排布,键级,
9,等电子体原理.
10,分子间作用力和氢键
第三章晶体结构
【教学要求】
1,掌握晶体的特征,了解几种简单的晶格和离子晶体结构模型.
2,掌握晶格能的意义及其应用,
3,掌握各种晶格类型的特征及其与性质的关系.
4,掌握离子极化理论及对化学键型及化合物性质的影响.
【教学内容】
1,晶体
晶体的宏观特征,晶体的微观特征—平移对称性
2,晶胞
晶胞的基本特征,布拉维系,晶胞中原子的坐标与计数,素晶胞与复晶胞体心晶胞,面心晶胞和底心晶胞,14种布拉维点阵型式.
3,点阵·晶系(选学内容)
点阵与阵点,点阵单位,点阵单位,晶系
4,金属晶体
金属键,金属晶体的堆积模型
5,离子晶体
离子,离子键,晶格能,离子晶体结构模型
6,分子晶体与原子晶体
分子晶体,原子晶体,拟晶[阅读]
7,离子极化作用
离子极化作用和变形性,离子极化对化学键型及化合物性质的影响.
第四章配合物
【教学要求】
1,掌握与配合物组成有关的概念.
2,掌握配合物物价键理论和晶体场理论的主要论点,并能用此解释一些实例.
3,掌握物质形成络合物前后的性质变化.
4,了解螯合物的特性.
【教学内容】
1,配合物的基本概念,配合物的定义,复盐与配合物,配合物的命名
2,配合物的异构现象与立体结构
结构异构,几何异构,对映异构
3,配合物的价键理论
4,配合物的晶体场理论
中心原子d轨道在配位场中的分裂,分裂能Δ,光谱化学序列.高自旋与底自旋,成对能P,稳定化能.
第五章化学热力学基础
【教学要求】
1,掌握焓变的概念和生成热,燃烧热,水合热等概念的意义.
2,掌握盖斯定律,能运用盖斯定律进行计算.
3,了解自由能变化公式(△G等于△H+T△S)的物理意义,能运用自由能变化判断化学反应的方向.
【教学内容】
1,化学热力学的研究对象
2,基本概念
系统与环境,物质的量,浓度,气体,相,热力学温度,热与功,状态与过程,热力学标准态,状态函数.
3,化学热力学的四个重要状态函数
盖斯定律及其应用,生成焓与生成自由能及其应用,利用焓变与熵变计算化学反映的标准摩尔自由能.热效应和键能.
4,吉布斯—亥姆霍兹方程对化学反应的分类
5,热力学分解温度
第六章化学平衡
【教学要求】
1,掌握化学平衡的概念,理解平衡常数的物理意义,能应用平衡常数熟练地进行计算.
2,掌握化学平衡移动的原理及应用
【教学内容】
1,化学平衡状态
可逆反应与化学平衡,
2,平衡常数
标准平衡常数,实验平衡常数,偶联反应的平衡常数,衡常数的表示方法,平衡常数与标准自由能变化(G0)的关系.(不要导公式)
3,化学平衡的移动
浓度,压力和温度对化学平衡的影响,催化剂,勒沙特列原理.
第七章化学动力学基础
【教学要求】
1,掌握化学反应速度的表示方法.
2,掌握浓度,温度,催化剂等因素对反应速度影响的规律.
3,掌握活化能,活化分子等概念,并能运用理论解释影响反应速度的因素.
4,了解质量作用定律,基元反应和复杂反应,反应级数概念,一般了解几个常见化学反应的反应机理.
【教学内容】
1,化学反应速率
概述,平均速率与瞬时速率,反应进度.
2,浓度对化学反应速率的影响
速率方程,反应级数,速率常数,用实验数据建立速率方程,利用速率方程进行计算.
3,温度对反应速率的影响及阿仑尼乌斯公式.
4,反应方程
基元反应与反应分子数,由反应机理推导实验速率方程.
5,碰撞理论和过度态理论
碰撞理论,过渡态理论.
6,催化剂对反应速率的影响,
第八章水溶液
【教学要求】
1,掌握水的性质,了解水相图及其应用.
2,掌握溶液和溶解平衡的有关概念.
3,掌握重要的溶液浓度表示方法,熟悉有关计算.
4,了解物质在水及重要溶剂中的一般溶解规律,掌握溶解度的有关概念和计算.
5,掌握非电解质稀溶液的依数性及有关计算.
6,了解胶体的结构和性质.
【教学内容】
1,水
水的组成,结构及重要性质,水的相图(包括三相点与冰点的差别).
2,溶液的浓度和溶解度
溶液和溶度,溶解度,相似相溶原理.
3,非电解质稀溶液通性
溶液的蒸气压下降—拉乌尔定律,
稀溶液的依数性,溶液的凝固点下降,溶液的沸点上升,溶液的渗透压.
4,胶体
胶粒的结构,溶胶的制备及性质(运动,光学,电学性质),溶胶的稳定性及聚沉,高分子溶液,高分子溶液对胶体的保护作用和敏化作用,凝胶.
第九章酸碱平衡
【教学要求】
1,能应用化学平衡及平衡移动原理,理解弱电解质(弱酸,弱碱,水)在水溶液中的电离平衡,盐的水解
2,能从结构观点理解强弱电解质.
3,一般了解离子活度及活度系数等概念.
4,掌握缓冲溶液,电离平衡的有关计算.
5,掌握酸碱质子理论,了解酸碱理论的发展.
【教学内容】
1,酸碱质子理论
2,水的离子积和PH
3,酸碱盐溶液中的电离平衡
强电解质,弱电解质,拉平效应和区分效应
4,水溶液化学平衡的计算
一元弱酸,一元弱碱,同离子效应,多元酸,多元碱,酸碱物质的电离
5,水解
掌握盐类水解的实质和盐溶液的PH值计算,掌握共价化合物的水解.
6,缓冲溶液
7,酸碱指示例
第十章沉淀平衡
【教学要求】
1,掌握难容电解质沉淀溶解平衡.
2,掌握溶度积规则及其应用.
3,掌握沉淀的生成,溶解转化条件及有关计算
【教学内容】
1,溶度积原理
溶度积常数,溶液积原理,溶度积与溶解度,同离子效应,影响难溶物溶解度的其他因素.
2,沉淀与溶解
金属氢氧化物沉淀的生成-溶解与分离,难溶硫化物沉淀与溶解,沉淀转化.
第十一章氧化-还原反应和电化学
【教学要求】
1,掌握氧化-还原反应,能够熟练地运用氧化数法和离子-电子法配平氧化-还原反应方程式.
2,了解电能和化学能互变的规律,掌握有关电池和电解的一些重要概念(正极,负极,阴极,阳极,电极电势等等),认识原电池和电解池的作用机理及电解产物析出的一般规律.
3,能运用电极电势判断氧化剂和还原剂的相对强弱及氧化-还原反应进行的方向,了解奈斯特方程的意义,并进行简单计算.
4,掌握金属腐蚀原理,了解防锈的方法.
【教学内容】
1,氧化还原反应
氧化值和氧化态,氧化还原半反应式,氧化还原方程式的配平
2,原电池
珈伐尼电池,伏打电堆,丹尼尔电池,半电池,原电池符号,电极的分类,电动势,标准氢电极,标准电极电势,能斯特方程,能斯特方程的应用,电极电势的计算
3,实用电池
酸性锌锰电池,碱性锌锰电池,镍镕电池,镍氢电池,铅蓄电池,燃料电池
4,有关电解的几个问题
电解对化学的发展曾经起到重大的历史作用,原电池与电解池的区别,分解电压,超电势,电解的计算.
第十二章配位平衡
【教学要求】
1,掌握配合物稳定常数的意义,应用及其有关计算.
2,掌握影响配合物在水溶液中稳定性的因素
3,掌握配合物的主要性质
3,了解螯合物的特性.
【教学内容】
1,配合物的稳定常数
稳定常数和不稳定常数,配离子的逐级形成常数
2,影响配合物在溶液中的稳定性的因素
中心原子的结构和性质的影响,配体性质的影响
3,配合物的性质
溶解度,氧化与还原,酸碱性
第十三章稀有气体
【教学要求】
1,掌握氢和氢化物的物理与化学性质.
1,了解稀有气体的发展简史,
2,掌握稀有气体单质,化合物的性质及用途.
3,能熟练地运用VSEPR理论来判断稀有气体化合物的结构.
【教学内容】
1,氢
氢的存在和物理性质,氢的化学性质和氢化物,氢能源.
2,稀有气体
稀有气体发现简史,稀有气体的存在.性质.制备和应用,稀有气体化合物.
第十四章卤素
【教学要求】
1,掌握卤素单质,氢化物,含氧酸及其盐的结构,性质,制备和用途.
2,掌握元素电势图并用以判断卤素及其化合物的氧化还原性以及它们之间地相互转化关系.
【教学内容】
1,卤素的通性
卤素原子的物理性质,卤素的存在,卤素的电势图
2,卤素单质
卤素单质的物理性质,卤素单质的化学性质,卤素的制备和用途
3,氟溴碘的化合物
卤化氢和氢卤酸,卤化物,卤素互化物,多卤化物,拟卤素,卤素氧化物和含氧酸及其盐.
4,砹的化学
第十五章氧族元素
【教学要求】
1,理解氧化物的分类
2,掌握氧,臭氧,过氧化氢的结构,性质和用途.
3,掌握硫的成键特征及多种氧化态所形成的重要物种的结构,性质,制备和用途,以及它们之间地相互转化关系.
【教学内容】
1,氧族元素的通性
氧族存在,氧族元素的基本性质,氧族元素的电势图
2,氧及其化合物
氧气单质,氧化物,臭氧,过氧化氢
3,硫及其化合物
硫的同素异形体,硫化物和多硫化物,硫的含氧化合物,硫的其它化合物
4,硒和碲
第十六章氮族元素
【教学要求】
1,掌握氮和磷的单质及其氢化物,卤化物,氧化物含氧酸及其盐的结构,性质,制备和应用.
2,了解砷的重要化合物的性质和用途.
【教学内容】
1,元素的基本性质
2,氮和氮的化合物
氮,氮的氢化物,氮的含氧化合物,氮的其它化合物
3,磷及其化合物
单质磷,磷的氢化物.卤化物和硫化物,磷的含氧化合物
4,砷
单质,砷的化合物
第十七章碳硅硼
【教学要求】
1,掌握碳,硅,硼的单质,氢化物,卤化物和含氧化合物的制备和性质.
2,通过硼及其化合物的结构与性质,了解硼的缺电子特性.
3,了解硅酸及硅酸盐的结构与特性.
4,认识碳,硅,硼之间的相似性与差异.
【教学内容】
1,通性
元素的基本性质,电子构型和成键性质,自然存在和丰度
2,碳
单质,碳的氧化物,含氧酸及其盐,碳的硫化物和卤化物
3,硅
单质硅的性质.制备和用途,硅烷,硅的卤化物和氟硅酸盐,硅的含氧化合物
4,硼
硼原子的成键特征,单质硼,硼的氢化物(硼烷)和硼氢配合物,硼的卤化物和氟硼酸,硼的含氧化合物.
5,碳化物硅化物和硼化物
离子型化合物,共价型化合物,间隙型(金属型)化合物
第十八章非金属元素小结
【教学要求】
1,掌握非金属元素结构和性质之间的关系,能运用已学过的化学理论去理解,归纳和总结非金属元素及其化合物性质的变化规律.
2,了解有关酸碱强度的ROH规则和鲍林规则.
3,了解P区元素在周期性变化上的某些特殊性.
4,为学习非金属元素提供一些方法和规律性知识.
【教学内容】
1,非金属单质的结构和性质
非金属单质的结构和物理性质,非金属单质的化学反应
2,分子型氢化物
热稳定性,还原性,水溶液酸碱性和无氧酸的强度
3,含氧酸
最高氧化态氧氢化物酸碱性,含氧酸及其酸根(含氧酸阴离子)的结构,含氧酸的强度
4,非金属含氧酸盐的些性质
溶解性,水解性,热稳定性,含氧酸及其盐的氧化还原性
5,p区元素的次级周期性
第二周期p区元素的特殊性,第四周期p区元素的不规则性
第十九章金属通论
【教学要求】
1,要求能从金属结构的角度认识金属的共性.
2,了解金属冶炼的反复及现状,掌握埃林汉姆(ELLINGHAM)图的意义及使用反复.
3,了解合金的基本知识.
【教学内容】
1,概论
2,金属的提炼
金属还原过程的热力学,工业上冶炼金属的一般方法,金属的精炼
3,金属的物理性质和化学性质
金属的物理性质,金属的化学性质,超导材料[阅读]
4,合金
低共熔混合物(低共熔合金),金属固溶体,金属化合物
第二十章碱金属和碱土金属元素
【教学要求】
1,掌握碱金属和碱土金属单质的性质,了解其结构,存在,制备及用途与性质的关系.
2,掌握碱金属和碱土金属氧化物的类型及重要氧化物的性质和用途.
3,了解碱金属和碱土金属的氢氧化物碱性和溶解性的变化规律.
4,掌握碱金属和碱土金属重要盐类的性质和用途,了解盐类热稳定性,溶解性的变化规律.
【教学内容】
1,碱金属和碱土金属的通性
2,碱金属和碱土金属的单质
单质的物理性质,化学性质及用途,单质的制备,锂电池简介[阅读]
3,碱金属和碱土金属的化合物
氧化物,氢氧化物,氢化物,盐类,配合物,氨碱法和联合制碱法[阅读]
第二十一章P区元素
【教学要求】
1,掌握Al,Sn,Pb的单质及其化合物的性质,了解其用途.
2,了解锗分族,锑和铋单质及化合物的性质及变化规律.
3,了解铝的冶炼原理及方法.
【教学内容】
1,P区金属概述
2,铝镓分族
铝及其化合物,镓分族,铝的冶炼小史[阅读]
3,锗分族
锗锡铅的存在和冶炼,锗锡铅的单质,锗锡铅的化合物
4,锑和铋
锑.铋的单质,锑.铋的化合物
5,钋
6,P区金属6S电子的稳定性
第二十二章ds区元素
【教学要求】
1,掌握铜族和锌族元单质的性质和用途.
2,掌握铜,银,锌,汞的氧化物,氢氧化物,重要盐类以及配合物的生成与性质.
3,掌握Cu(Ⅰ),Cu(Ⅱ),Hg(Ⅰ),Hg(Ⅱ)之间的相互转化,
4,掌握ⅠA和ⅠB,ⅡA和ⅡB族元素的性质对比.
【教学内容】
1,铜族元素
铜族元素的通性,铜.银.金的单质,铜族元素的重要化合物,IB族元素和IA族元素性质的对比.
2,锌族元素
锌族元素概述,锌族元素的重要化合物,锌的生物作用和含镉.汞废水的处理,锌族元素与碱土金属的对比.
第二十三章d区金属(一)第四周期d区金属
【教学要求】
1,掌握过渡元素的价电子构型特点及其与元素通性的关系.
2,掌握第四周期d区金属元素氧化态,最稿氧化态氧化物及其水合氧化物的酸碱性,氧化还原稳定性,水合离子以及含氧酸根颜色等变化规律.
3,掌握第一过渡系元素Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni的单质及化合物的性质和用途,
【教学内容】
1,引言
2,第一过渡系元素的基本性质
金属的性质,氧化态,最高氧化态氧化物及其水合氧化物酸碱性,氧化还原稳定性,配位性,水合离子的颜色和含氧酸根颜色,磁性及催化性.
3,钪,钛,钒
概述,钛与钒的重要化合物
4,铬
概述,铬的重要化合物,含铬废水的处理
5,锰
概述,锰的重要化合物
6,铁钴镍
铁系元素的基本性质,铁,钴和镍
第二十四章d区金属(二)第五,第六周期d区金属
【教学要求】
1,掌握第五,第六周期d区金属的基本特征及其周期性规律.
2,掌握锆铪分离和铌钽分离.
3,掌握ⅥB族元素钼,钨元素及其重要化合物的性质和用途,掌握同多酸,杂多酸及其盐的概念.
4,了解铂系元素及其化合物的性质和用途以及铂系金属周期性规律.
【教学内容】
1,基本特征
2,锆和铪
存在.制备与分离,性质和用途,重要化合物
3,铌和钽
存在和冶炼,性质.反应和用途,重要化合物,钼的生物活性和固氮作用
4,锝和铼
单质,氧化物和含氧酸盐,锝和铼的配合物
5,铂系金属简介
铂系元素的通性,单质,氧化物和含氧酸盐,卤化物,配合物
第二十五章f区金属镧系和锕系金属
【教学要求】
1,掌握镧系和锕系元素的价电子构型与元素性质的关系.
2,掌握镧系收缩的实质及其对镧系化合物性质的影响.
3,了解镧系和锕系以及d过渡元素在性质上的异同.
4,一般了解它们的一些重要化合物的性质.
【教学内容】
1,镧系元素
镧系元素的通性,镧系金属,镧系元素的重要化合物
2,稀土元素
稀土元素的分布,稀土元素的分离,稀土金属配合物,稀土元素及其化合物的应用
3,锕系元素
锕系元素的通性,锕系金属,钍及其化合物,铀及其化合物
第二十六章无机化学进展(选学)
【教学要求】
1,了解无机化学的发展现状及前景.
2,了解无机化学中几个比较活跃领域的概况.
3,了解无机化学与边缘学科间的密切联系.
4,培养学生追求科学真理的热情和献身科学事业的品质.
【教学内容】
1,绪论
2,无机合成化学简介
无机合成中的实验方法,分离技术及物质的表征方法,常规制备物质的典型方法介绍,特种条下的合成方法,由矿物制取纯化合物简介,对"三废"的治理
3,无机固体化学简介
非晶态,拟晶,实际晶体,合金,钢铁,非金属固体材料,陶瓷,沸石和分子筛,纳米化学
4,特殊类型的无机化合物
金属有机化合物,簇状化合物,硼烷及其衍生物
5,生物无机化学简介
生命元素及其生物功能,微量元素与疾病,污染元素,血红蛋白和肌红蛋白,血红蛋白和肌的氧合作用,金属酶,维生素B12和B红蛋白12辅酶
6,核化学
放射性和元素衰变及天然衰变系,人工核反应和人造放射性同位素的应用,裂变和聚变,核稳性理论,超铀元素锕系元素超铹元素的发展简史.
五主要教材与参考书
1,无机化学北京师范大学华中师范大学,南京师范大学.高等教育出版社2002年8月第4版
2,无机化学孟庆珍胡鼎文程泉寿孔蘩荣.北京师范大学出版社1988年8月第1版
3,无机化学曹锡章张婉蕙杜尧国.高等教育出版社2002年8月第4版
4,无机化学武汉大学吉林大学.高等教育出版社1994年4月第3版
5,元素无机化学蔡少华黄坤耀张玉容.中山大学出版社1998年4月第1版
6,无机化学基本原理蔡少华龚孟濂史华红.中山大学出版社1999年5月第1版
六、教学原则和方法
1,教学原则
(l)《无机化学》课程的主要任务是介绍无机化学的概况,介绍化学基本原理和基础理论,论述各类重要的无机化合物的结构,性质,应用和它们之间的相互转化关系,以及由无机化合物的结构和性质所引起的一些基础理论问题.
(2)《无机化学》课程的教学,在题材的选择上要力求"少而精",并注意培养对象的知识结构的要求,紧密联系本学科的发展,体现无化学发展的近代水平,最大广度地加强基础,最大限度地淡化专业方向.本课程的教学内容要着眼于为学生今后的学习和发展奠定基础,应是本科教学中最基础的内容.
(3)要注意结合教学内容用辩证唯物主义观点揭示无化学中的辩证关系,结合生活和科学技术领域中的广泛应用,对学生进行辩证唯物主义教育,提高学生的全面素质.
(4)要着重培养学生的逻辑思维能力和想象能力,使学生逐步学会分析,综合,归纳,演绎,概括,类比等重要思想方法,同时要重视培养学生的独立思考,创新和自学能力.
2,教学方法
(1)要改革教学方法和教学手段,加强启发式教学和计算机辅助教学.
(2)研讨课,习题课和课外作业是培养学生分析问题和解决问题的重要环节,在教学中应给以足够重视.
(执笔:刘睦清)