绪 论 [导课]21世纪是知识经济、信息时代,科技发展日新月异,人类对物质世 界奥秘的探索更深更广,新技术的周期不断缩短,要求人们具备更多、更是 用的科学知识,更广泛的基础知识,以适应社会对各类专业人才的需要 、化学的研究对象 化学是一门自然科学,自然科学是以客观存在的物质世界为研究对象 化学是研究物质化学运动的科学。化学变化的特点是原子核的组成不 变,只是原子核外电子的运动状态发生了变化。如 因此,确切地说,化学是在原子、分子或离子等层次上,研究物质的组 成、结构、性质及其变化规律的科 1.化学的学科分支 按研究对象、方法不同划分 (1)无机化学研究无机物的学科。即研究元素、单质和化合物(除 碳氢化合物及其衍生物以外)的学科 其研究范围是物质的存在、制备、组成、结构、性质、变化规律和应用。 其分支还有元素化学、无机合成化学、无机固体化学、配位化学、生物 无机化学、有机金属化学等。 (2)有机化学研究有机物(除碳氢化合物及其衍生物以外)的学科。 其研究范围是物质的结构、性质、合成规律和应用 目前已经形成了多个分支,如天然有机化学、一般有机化学、有机合成 化学、金属和非金属有机化学、物理有机化学、生物有机化学、有机分析化 学、有机催化、有机立体化学等。 (3)物理化学从物质的物理变化和化学变化之联系入手,来研究化 学反应基本规律的学科 其研究的范围有化学反应的方向和限度(化学热力学),化学反应的速 率和机理(化学动力学)和物质的性质与微观结构的关系(物质结构)。 (4)分析化学是研究物质的分离、鉴定和组成的学科 其研究的范围是鉴定物质的组成(定性分析)、测定物质中各组分的相 对含量(定量分析)、研究物质的分子结构和晶体结构(结构分析)的学科。 分析化学是我们认识物质世界及其探索其变化规律的眼睛。其分支有化 学分析、仪器和新技术分析等。 此外还有高分子化学(天然高分子化学、高分子合成化学、高分子物理 化学、高聚物应用、高分子物理),核化学核放射性化学(放射性元素化学
1 绪 论 ［导课］21 世纪是知识经济、信息时代，科技发展日新月异，人类对物质世 界奥秘的探索更深更广，新技术的周期不断缩短，要求人们具备更多、更是 用的科学知识，更广泛的基础知识，以适应社会对各类专业人才的需要。 一、化学的研究对象 化学是一门自然科学，自然科学是以客观存在的物质世界为研究对象 的。 化学是研究物质化学运动的科学。化学变化的特点是原子核的组成不 变，只是原子核外电子的运动状态发生了变化。如 Na － e Na+ 因此，确切地说，化学是在原子、分子或离子等层次上，研究物质的组 成、结构、性质及其变化规律的科学。 1．化学的学科分支 按研究对象、方法不同划分 （1）无机化学 研究无机物的学科。即研究元素、单质和化合物（除 碳氢化合物及其衍生物以外）的学科。 其研究范围是物质的存在、制备、组成、结构、性质、变化规律和应用。 其分支还有元素化学、无机合成化学、无机固体化学、配位化学、生物 无机化学、有机金属化学等。 （2）有机化学 研究有机物（除碳氢化合物及其衍生物以外）的学科。 其研究范围是物质的结构、性质、合成规律和应用。 目前已经形成了多个分支，如天然有机化学、一般有机化学、有机合成 化学、金属和非金属有机化学、物理有机化学、生物有机化学、有机分析化 学、有机催化、有机立体化学等。 （3）物理化学 从物质的物理变化和化学变化之联系入手，来研究化 学反应基本规律的学科。 其研究的范围有化学反应的方向和限度（化学热力学），化学反应的速 率和机理（化学动力学）和物质的性质与微观结构的关系（物质结构）。 （4）分析化学 是研究物质的分离、鉴定和组成的学科。 其研究的范围是鉴定物质的组成（定性分析）、测定物质中各组分的相 对含量（定量分析）、研究物质的分子结构和晶体结构（结构分析）的学科。 分析化学是我们认识物质世界及其探索其变化规律的眼睛。其分支有化 学分析、仪器和新技术分析等。 此外还有高分子化学（天然高分子化学、高分子合成化学、高分子物理 化学、高聚物应用、高分子物理）， 核化学核放射性化学（放射性元素化学
放射分析化学、辐射化学、同位素化学、核化学)生物化学(一般生物化学、 酶类、微生物化学、植物化学、免疫化学、发酵和生物工程、食品化学)等。 其它与化学有关的边缘学科还有地球化学、海洋化学、大气化学、环境 化学、宇宙化学、星际化学等 化学的各个分支学科是相互联系、交叉渗透的。化学理论基础是以物化 为枢纽,有机的联系其他分支学科的基础内容,以达到良好的连接通用理论 和专业课的目的 二、化学在国民经济和日常生活中的作用 化学在国民经济中的许多领域是不可缺少的基。例如 (1)农业肥料、农药、生长剂一一增产;研究方向 塑料、除草剂一一改变耕作方式。减少污染 (2)工业金属、合成材料、建材——满足各种需要 高性能催化剂—开发新工艺。 关注问题:能源、资源的合理开发和高效安全利用。 (3)国防、科技特殊性能的金属(如记忆合金、隐形材料)、特殊性 能的合成材料、高纯物质、高能燃料,导弹、卫星的制造和尖端技术的研究。 总之,人类生活面临的生命科学、食品科学、能源科学、材料科学和环 境科学等五大课都需要化学与其他学科的协同发展 、理论化学课程的任务和学习方法 性质石油化工生产技术专业及其相关专业的一门主干课,必修的专 业基础课。 任务学习化学的基础理论、基本知识、一般规律、基本计算方法、 培养分析问题、解决问题的能力,为后续课程和考取职业资格证书打好基础。 理论化学与专业课的联系为化学反应工程与技术、化学实验操作技 术、油品分析、石油产品生产技术化工生产技术以及高聚物生产技术等专业 课提供必备的基础知识 学习内容“两线一点”知识
2 放射分析化学、辐射化学、同位素化学、核化学）生物化学（一般生物化学、 酶类、微生物化学、植物化学、免疫化学、发酵和生物工程、食品化学）等。 其它与化学有关的边缘学科还有地球化学、海洋化学、大气化学、环境 化学、宇宙化学、星际化学等。 化学的各个分支学科是相互联系、交叉渗透的。化学理论基础是以物化 为枢纽，有机的联系其他分支学科的基础内容，以达到良好的连接通用理论 和专业课的目的。 二、化学在国民经济和日常生活中的作用 化学在国民经济中的许多领域是不可缺少的基础。例如： （1）农业 肥料、农药、生长剂——增产； 研究方向 塑料、除草剂——改变耕作方式。减少污染 （2）工业 金属、合成材料、建材——满足各种需要； 高性能催化剂——开发新工艺。 关注问题：能源、资源的合理开发和高效安全利用。 （3）国防、科技 特殊性能的金属（如记忆合金、隐形材料）、特殊性 能的合成材料、高纯物质、高能燃料，导弹、卫星的制造和尖端技术的研究。 总之，人类生活面临的生命科学、食品科学、能源科学、材料科学和环 境科学等五大课都需要化学与其他学科的协同发展。 三、理论化学课程的任务和学习方法 性质 石油化工生产技术专业及其相关专业的一门主干课，必修的专 业基础课。 任务 学习化学的基础理论、基本知识、一般规律、基本计算方法、 培养分析问题、解决问题的能力，为后续课程和考取职业资格证书打好基础。 理论化学与专业课的联系 为化学反应工程与技术、化学实验操作技 术、油品分析、石油产品生产技术化工生产技术以及高聚物生产技术等专业 课提供必备的基础知识。 学习内容 “两线一点”知识
“两线”微观的结构理论(原子结构、分子结构、晶体结构和配合 物结构);宏观的变化规律(热力学定律、溶液相平衡知识、四大平衡理论) 点”“两线”知识应用的交叉点,即无机化学,有机化学知识 学习方法 (1)及时整理笔记,列出重点。要有痕迹对学习,学会分层次(了解、 理解、掌握)学习、记忆知识。 (2)注意知识条件性、局限性,深入认识基本规律 (3)注意知识的连续性,理论联系实际 (4)养成良好的学习习惯,做好预习、复习,按时完成作业,及时归 纳总结 总之,由高中向高职过渡需要有学习观念的转变、学习态度的转变和 学习方法的转变。 第一章原子结构和元素周期律 [学习指南]在高中知识基础上,进一步认识原子核外电子分布规律,原子 结构与元素性质的关系。 §1-1原子结构理论的发展概况 [学习目的]了解原子结构但认识过程,掌握原子的组成。 、原子的含核模型 1911年卢瑟福由α粒子散射实验,提出了原子的有核模型(行星模 型):原子是由居于原子中心带正电的原子核和核外高速运动的电子所组成 电子的质量极小(质子的1/1836),原子的质量主要集中在原子核上 由质子数和中子数决定,原子是电中性的。 核外电子数=核内质子数=核外电子数=原子序数 质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
3 “两线” 微观的结构理论（原子结构、分子结构、晶体结构和配合 物结构）；宏观的变化规律（热力学定律、溶液相平衡知识、四大平衡理论）。 “一点” “两线”知识应用的交叉点，即无机化学，有机化学知识。 学习方法 （1）及时整理笔记，列出重点。要有痕迹对学习，学会分层次（了解、 理解、掌握）学习、记忆知识。 （2）注意知识条件性、局限性，深入认识基本规律。 （3）注意知识的连续性，理论联系实际。 （4）养成良好的学习习惯，做好预习、复习，按时完成作业，及时归 纳总结。 总之，由高中向高职过渡需要有学习观念的转变、学习态度的转变和 学习方法的转变。 第一章 原子结构和元素周期律 ［学习指南］在高中知识基础上，进一步认识原子核外电子分布规律，原子 结构与元素性质的关系。 §1-1 原子结构理论的发展概况 ［学习目的］了解原子结构但认识过程，掌握原子的组成。 一、原子的含核模型 1911 年卢瑟福由α粒子散射实验，提出了原子的有核模型（行星模 型）：原子是由居于原子中心带正电的原子核和核外高速运动的电子所组成。 电子的质量极小（质子的 1／1836），原子的质量主要集中在原子核上， 由质子数和中子数决定，原子是电中性的。 核外电子数＝核内质子数＝核外电子数＝原子序数 质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N）
原子核质子Z 其关系为:原子2X 中子A-Z 核外电子Z [练习]指出三种粒子的关系:Ca2+24113S2-,1C。 原子的玻尔模型 卢瑟福对原子模型不能解释氢原子第不连续光谱。 在三棱镜的折射下,太阳光谱是连续的,红、橙、黄、绿、青、蓝 紫:而原子在激发下产生的原子光谱却是线状光谱。 图61产生氢原子光谱的实验装置 例如:氢原子在可见光区有五条线状光谱:红(H)、青(H)、蓝(H y)、紫(Ha)、紫(H.)。如图 一物m 素处监 蓝绿 可见光区 图62氢原子的可见光谱示意图 般认为,可见光的波长为400~750nm,也有资料(现代化学基础) 认为380~770nm。 1931年玻尔提出原子中的电子能量也是不连续的、量子化的。并假设: (1)定态假设原子中电子在固定轨道上旋转,不吸收能量
4 原子核 质子 Z 其关系为：原子 X A Z 中子 A-Z 核外电子 Z ［练习］指出三种粒子的关系： Ca , Al , , C 12 6 32 2 13 27 3 13 40 2 20 + + − S 。 二、原子的玻尔模型 卢瑟福对原子模型不能解释氢原子第不连续光谱。 在三棱镜的折射下，太阳光谱是连续的，红、橙、黄、绿、青、蓝、 紫；而原子在激发下产生的原子光谱却是线状光谱。 例如：氢原子在可见光区有五条线状光谱：红（Hα）、青（Hβ）、蓝（H γ）、紫（Hδ）、紫（Hε）。如图 一般认为，可见光的波长为 400～750 nm，也有资料（现代化学基础） 认为 380～770 nm。 1931 年玻尔提出原子中的电子能量也是不连续的、量子化的。并假设： （1）定态假设 原子中电子在固定轨道上旋转，不吸收能量
(2)能级的概念原子在不同轨道上旋转时,有不同的能量(能级)。 B 式中n一量子数,1,2,3…… B-2.18×10-18J 基态:能量最低状态,如氢原子n=1的状态。 激发态:能量较高状态,如氢原子n=,3,4……的状态 (3)跃迁时有能量放出或吸收E2-E1=AE=hv, 式中h一普朗克常数,h=6626×10-34J·s v——辐射能的频率,s-1 E——辐射能,J。 在氢原子光谱中,电子从n=3,4,5,6,7跃迁回到n=2时,放出 可见光中的五条光谱(其波长为A=C/v,C=3×10m/s),即H2(656.3) 青H(486.1)、蓝H(434.0)、紫H6(410.2)、紫H4(390.0)。 说明:(1)n=1时,AE↑,w↑,↓→紫外光谱。 (2)n≥3时,△E↓,A↑→红外光谱。 局限:不能说明多原子光谱核氢原子的精细结构 原因;没摆脱经典力学的束缚。 三、原子的量子力学模型(指导阅读) [小结](1)有核模型掌握三种粒子的关系 (2)玻尔模型固定轨道,跃迁时有不连续的的辐射能吸收或放出。 常数:B=2.18×101J,C=3×103m/s,h=6626×1034J·s,见光 的波长范围为380~770nm 新名词:原子光谱,量子化,基态,激发态,跃迁
5 （2）能级的概念 原子在不同轨道上旋转时，有不同的能量（能级）。 2 n B E = − 式中 n——量子数，1，2，3……； B——2.18×10－18J 基态：能量最低状态，如氢原子 n＝1 的状态。 激发态：能量较高状态，如氢原子 n＝，3，4……的状态。 （3）跃迁时有能量放出或吸收 E2 − E1 = E = h ， 式中 h——普朗克常数，h＝6.626×10－34J·s； ——辐射能的频率，s －1 ； E——辐射能，J。 在氢原子光谱中，电子从 n＝3，4，5，6，7 跃迁回到 n＝2 时，放出 可见光中的五条光谱（其波长为λ＝C／ν，C＝3×108m／s），即 Hα（656.3）、 青 Hβ（486.1）、蓝 Hγ（434.0）、紫 Hδ（410.2）、紫 Hε（390.0）。 说明：（1）n＝1 时， E ↑,ν↑,λ↓→紫外光谱。 （2）n≥3 时， E ↓,λ↑→红外光谱。 局限：不能说明多原子光谱核氢原子的精细结构。 原因；没摆脱经典力学的束缚。 三、原子的量子力学模型（指导阅读） ［小结］（1）有核模型 掌握三种粒子的关系； （2）玻尔模型 固定轨道，跃迁时有不连续的的辐射能吸收或放出。 常数：B＝2.18×10－18J，C＝3×108m／s，h＝6.626×10－34J·s，见光 的波长范围为 380～770 nm。 新名词：原子光谱，量子化，基态，激发态，跃迁