- 226.50 KB
- 2021-05-13 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
①分馏:利用各组分沸点的不同将复杂混合物分离的过程。分为常压分馏(得到汽油、煤油、柴油、重油等产品)和减压分馏(得到润滑油、凡士林沥青等)
②石油的加工
裂化:一定条件下,使长链烃断裂成短链烃的过程。目的是提高汽油的产量和质量。
裂解:深度的裂化。目的是获得短链的不饱和气态烃。
2.煤
(1)煤的组成:主要含C元素。由有机物和无机物组成复杂的混合物。
(2)煤的综合利用
煤的干馏:把煤隔绝空气加强热使其分解的过程。得到焦炭、粗氨水、煤焦油、焦炉煤气等
煤的气化:把煤中的有机物转化成可燃性气体(CO、H2)的过程
煤的液化:把煤中的有机物转化成可燃性液体(如CH3OH)的过程
3.天然气的综合利用
天然气既是一种清洁的能源,也是一种重要的化工原料。
4.海水的综合利用
(1)海水水资源的利用
①海水的淡化。常用方法:蒸馏法、电渗析法、反渗透法、冷冻法。
②直接利用海水进行循环冷却。
(2)海水化学资源的利用:①海盐的生产;②Cl、Br、I的提取。
5.环境保护和绿色化学
(1)环境污染:包括大气污染,水污染,土壤污染和食品污染。
(2)绿色化学:核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的影响。
原子利用率为期望产物的总质量与生成物的总质量之比。对于具体的化学反应,原子利用率等于期望生成物的摩尔质量与生成物的总摩尔质量之比。
(二)化学与材料的制造、应用
1.金属的冶炼
(1)原理:化合物中金属元素得电子被还原成单质。
(2)方法:根据金属活动性强弱,通常采用电解法(锌以前的金属的制取)、热还原法(锌至铜之间的金属)和热分解法(铜以后的金属的制取)。
2.硅酸盐工业
(1)水泥:普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)和铝酸三钙(3CaO·A12O3)等。
(2)玻璃:玻璃有普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃等等。玻璃没有固定的熔、沸点。
(3)比较水泥和玻璃的生产方法(见下表)硅酸盐产品
水泥
玻璃(普通)
原料
石灰石、粘土
纯碱、石灰石、石英
设备
水泥回转窑
玻璃熔炉
反应
复杂的物理化学变化
Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2 CaSiO3+CO2↑
主要成分
3CaO·SiO2 、2CaO· SiO2 、
3CaO·Al2O3
Na2O·CaO· 6SiO2
特性
水硬性
(加石膏调节硬化速度)
玻璃态物质(在一定温度范围内软化)
非晶体
(4)陶瓷
①制造陶瓷的主要原料:粘土。
②制造陶瓷的一般过程:制泥、成型、干燥、烧成。
③陶瓷的种类(根据原料、烧制温度划分):土器、陶器、瓷器、炻器等。硅酸盐的组成可以用氧化物形式来表示例高岭石A12(Si2O5)(OH)4可表示为A12O3·2SiO2·2H2O。
(三)化学与工农业生产
1.合成氨
(1)合成氨的条件的选择:温度(500℃)、压强20~50MPa)、催化剂(铁触媒)。
(2)合成氨生产工艺:生产流程 。
原料气的制备 。其中生产的氨气液化分离,原料气循环利用。
2.氯碱工业
离子交换膜电解槽主要由阳极(用金属钛网制成,涂有钛、钌等氧化物涂氯碱工业——电解饱和食盐水制取氯气和烧碱。
(1)原理:阳极(用石墨):2Cl--2e-=Cl2↑ 阴极(用Fe):2H++2e-=H2↑
总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)饱和食盐水的精制:电解前应除去食盐溶液中的Ca2+、Mg2+、SO42―等杂质离子,加入试剂依次为NaOH溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、稀盐酸(或将BaCl2溶液和NaOH溶液的顺序互换)。
(3)离子交换膜法制烧碱
离子交换膜的特性:只允许阳离子通过,而阻止阴极离子和气体通过。
3.硫酸工业——接触法
三阶段:SO2制取和净化、SO2转化为SO3、SO3吸收和H2SO4的生成
三方程:4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 2SO2+O2=2SO3 SO3+H2O=H2SO4
三设备:沸腾炉、接触室、吸收塔
4.化学肥料施用
酸性的化学肥料不能和碱性肥料混用,如硝酸铵和草木灰(主要有效成分为K2CO3)不能混合施用,因NH4NO3水解是酸性,K2CO3水解是碱性,混合促进水解,降低肥效。
二、物质结构与性质
(一)原子结构与原子核外电子能级分布
1.电子云和原子轨道
(1)电子运动的特点:①质量极小 ②运动空间极小 ③极高速运动。
电子云:电子在原子核外空间一定范围内出现,可以想象为一团带负电荷的云雾笼罩在原子核的周围,人们形象地把它叫做“电子云”称作电子云。电子云轮廓图称原子轨道。S的原子轨道是球的,能层序数越大,原子轨道的半径越大。
s电子的原子轨道呈球形对称,ns能级各有1个原子轨道;p电子的原子轨道呈纺锤形,np能级各有3个原子轨道,相互垂直(用px、py、pz表示);nd能级各有5个原子轨道;nf能级各有7个原子轨道。
2.泡利原理和洪特规则
量子力学告诉我们:ns能级各有1个轨道,np能级各有3个个轨道,nd能级各有5个轨道,nf能级各有7个个轨道。而每个轨道里最多能容纳2个电子,通常称为电子对,用方向相反的箭头“↑↓”来表示。
一个原子轨道里最多只能容纳2个电子,而且自旋方向相反,这个原理成为泡利原理。
当电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道而且自旋方向相反,这个规则是洪特规则。
洪特规则的特例:对于同一个能级,当电子排布为全充满、半充满或全空时,是比较稳定的。
3.能层与能级
对多电子原子的核外电子,按能量的差异将其分成不同的能层(n);各能层最多容纳的电子数为2n2。对于同一能层里能量不同的电子,将其分成不同的能级(l);能级类型的种类数与能层数相对应;同一能层里,能级的能量按s、p、d、f的顺序升高,即E(s)<E(p)<E(d)<E(f)。
各能层所包含的能级类型及各能层、能级最多容纳的电子数见下表:
能 层(n)
一
二
三
四
五
六
七
符 号
K
L
M
N
O
P
Q
能 级(l)
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
5s
…
……
最 多
电 子 数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
…
……
2
8
18
32
……
2n2
4.核外电子排布
(1)构造原理:绝大多数基态原子核外电子的排布都遵循下列顺序:
1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f……
构造原理揭示了原子核外电子的能级分布。从中可以看出,不同能层的能级有交错现象,如E(3d)>E(4s)、E(4d)>E(5s)、E(5d)>E(6s)、E(6d)>E(7s)、E(4f)>E(5p)、E(4f)>E(6s)等。
构造原理是书写基态原子电子排布式的依据,也是绘制基态原子电子排布图(即轨道表示式)的主要依据之一。
(2)能量最低原理:原子核外电子遵循构造原理排布时,原子的能量处于最低状态。即在基态原子里,电子优先排布在能量最低的能级里,然后排布在能量逐渐升高的能级里。
(3)表示方法:电子排布式和轨道表示式。
5.基态、激发态、光谱
原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态,处于最低能量的原子叫做基态原子。
当基态原子的电子吸收能量后,电子会跃迁到较高能级,变成激发态原子。电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时,将释放能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。
不同元素的原子发生跃迁时会吸收(基态→激发态)和放出(基态→激发态)能量,产生不同的光谱——原子光谱(吸收光谱和发射光谱)。利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素。
(二)元素周期律
1.元素周期律
元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化,这一规律叫做元素律。元素性质的周期性变化的本质原因是核外电子排布呈周期性变化。
2.元素性质周期性变化的具体表现
随着核电荷数的递增,每隔一定数目的元素
①原子半径由大到小;
②主要化合价:正价由+1→+7,负价由-4→-1;
③元素性质:同一周期由前往后金属性减弱,非金属性增强,同一主族,由上往下金属性增强,非金属性减弱;
④电离能:气态电中性基态原子失去一个电子,转化为气态基态正离子所需要的能量叫做第一电离能。电离能的大小决定了该元素的原子失电子能力大小,第一电离能越大,越难失电子,金属活动性越弱。
同一主族,由上往下第一电离能减小,同一周期由前往后电离能增大,但二、三周期中的Be、N、Mg和P四种元素的原子第一电离能大于相邻的前后元素的原子(为什么?)
⑤电负性:电负性是原子在化学键中对键合电子吸引能力的标度。电负性越大,吸引电子的能力越强。电负性的大小也可作为衡量金属性、非金属性强弱的尺度,在元素周期表中,电负性最大的是F,金属的电负性一般<1.8;同一周期由前往后电负性增大,同一主族,由上往下电负性减小。
(三)共价键理论
1.共价键价键理论
(1)共价键
①定义:原子之间通过共用电子对所形成的化学键
②实质:形成共用电子对或电子云重叠
③类型:σ键和π键
a.δ键:沿健轴(两原子核的连线)方向以“头碰头”的方式发生原子轨道(电子云)的重叠所形成的共价键称为σ键——单键。
种类:S-S重叠,S-P重叠,P-P重叠
特点:轴对称(即以成键的两原子核为连线为轴作旋转操作,共价键电子云的图形不变)
b.π键:两个原子沿键轴平行以“肩碰肩”方式发生原子轨道(电子云)重叠所形成的共价键称为π键。(只有在生成σ键后,余下的p轨道才能生成π键)
特点:镜像对称(重叠形成的电子云由两块形成,分别位于两原子核构成的平面的两侧,互为镜像)
c.δ键和π键比较
重叠方式:δ键——头碰头;π键——肩并肩。
键的强度:δ键>π键
成键电子:δ键(S-S;S-P;P-P);π键(P-P)。
成键类型:δ键成单键;π键成双键、叁键。
(2)由原子轨道相互重叠形成的σ键和π键总称价键轨道。
(3)判断共价键类型规律:共价单键是σ键;而共价双键中有一个σ键,另一个是π键;共价三键由一个σ键和两个π键组成。
2.价层电子对互斥模型
(1)中心原子上的价电子都用于形成共价键:分子中的价电子对相互排斥的结果。如:
ABn
立体结构
范例
n=2
直线型
CO2
n=3
平面三角形
CH2O
n=4
正四面体型
CH4
(2)中心原子上有孤对电子:孤对电子也要占据中心原子周围的空间,并参与互相排斥。如H2O和NH3中心原子上的孤对电子也要占据中心原子周围的空间,并参与互相排斥。因而H2O分子呈V型,NH3分子呈三角锥型。如:
化学式
中心原子含有孤对电子对数
中心原子结合的原子数
空间构型
H2S
2
2
V形
NH2+
2
2
V形
BF3
0
3
正三角形
CHCl3
0
4
四面体
SiF4
0
4
正四面体
3.杂化轨道理论
(1)杂化的概念:在形成多原子分子的过程中,中心原子的若干能量相近的原子轨道重新组合,形成一组新的轨道,这个过程叫做轨道的杂化,产生的新轨道叫杂化轨道。
(2)杂化轨道类型:
①sp3杂化:1个s轨道和3个p轨道会发生混杂,得到4个相同的轨道,夹角109°28′,称为sp3杂化轨道。
②sp杂化:夹角为180°的直线形杂化轨道,sp2杂化:三个夹角为120°的平面三角形杂化轨道。
4.配位键
(1)“电子对给予—接受键”被称为配位键。一方提供孤对电子;一方有空轨道,接受孤对电子。如:[Cu(H2O)2+]、NH4+中存在配位键。表示:A→B( 前者是电子对给予体后者是电子对接受体)。
条件:其中一个原子必须提供孤对电子。另一原子必须能接受孤对电子轨道。
(2)通常把金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物称为配位化合物。如铜氨配合物[Cu(NH3)4]2+(深蓝色)的形成:
Cu2++2NH3·H2O=Cu(OH)2↓+2NH4+
Cu(OH)2+4NH3·H2O=[Cu(NH3)4]2++2OH-+4H2O
5.键的极性和分子的极性
(1)极性键:由不同原子形成的共价键。吸电子能力较强一方呈正电性(δ+),另一个呈负电性(δ-)。
(2)极性分子和非极性分子:极性分子中,正电荷中心和负电中心不重合;非极性分子的正电中心和负电中心重合。
(3)判断极性分子或非极性分子经验规律:若分子结构呈几何空间对称,为正某某图形,则为非极性分子。
6.氢键及范德华力及其对物质的影响
(1)范德华力:分子之间存在着相互作用力。范德华力很弱,约比化学键能小l~2数量级。相对分子质量越大,范德华力越大;分子的极性越大,范德华力也越大。
(2)氢键:是由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子(如水分子中的氢)与另一个分子中电负性很强的原子(如水分子中的氧)之间的作用力。氢键普遍存在于已经与N、O、F等电负性很大的原子形成共价键的氢原子与另外的N、O、F等电负性很大的原子之间。例如,不仅氟化氢分子之间以及氨分子之间存在氢键,而且它们跟水分子之间也存在氢键。氢键表示方法:X—H…Y。
分子间氢键:使物质的熔、沸点升高。
分子间内氢键:使物质的熔、沸点降低。氢键属于一种较弱的作用力,其大小介于范德华力和化学键之间,约为化学键的十分之几,不属于化学键。
7.溶解性
(1)“相似相溶”规律:非极性溶质易溶于非极性溶剂,极性溶质易溶于极性溶剂。
极性溶质比非极性溶质在水中的溶解度大。如果存在氢键,则溶剂和溶质之间的氢键作用力越大,溶解性越好。相反,无氢键相互作用的溶质在有氢键的水中的溶解度就比较小。
(2)溶解度影响因素:溶剂的极性、溶剂和溶质之间的氢键作用。
8.手性
具有完全相同的组成和原子排列的一对分子,如同左手与右手一样互为镜像,却在三维空间里不能重叠,互称手性异构体。有手性异构体的分子叫做手性分子。
(四)晶体结构
1.晶体类型与结构、性质关系
晶体的类型直接决定着晶体的物理性质,如熔、沸点、硬度、导电性、延展性、水溶性等。而晶体的类型本质上又是由构成晶体的微粒及微粒间作用力决定,通常可以由晶体的特征性质来判定晶体所属类型。掌握下表内容是重点之一。对一些常见物质,要会判断其晶体类型。
比较四种晶体类型
2.如何比较物质熔、沸点高低
(1)由晶体结构来确定。首先分析物质所属的晶体类型,其次抓住决定同一类晶体熔、沸点高低的决定因素。
①一般规律:原子晶体>离子晶体>分子晶体
如:SiO2>NaCl>CO2(干冰),但也有特殊,如熔点:MgO>SiO2
②同属原子晶体,一般键长越短,键能越大,共价键越牢固,晶体的熔、沸点越高。
如:金属石>金刚砂>晶体硅 原因 rC-C