第一章物质存在的状态
一、气体
1、气体分子运动论的基本理论
①气体由分子组成,分子之间的距离>>分子直径;②气体分子处于永恒无规则运动状态;
③气体分子之间相互作用可忽略,除相互碰撞时;
④气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是弹性碰撞。碰撞时总动能保持不变,没有能量损失。
⑤分子的平均动能与热力学温度成正比。2、理想气体状态方程
①假定前提:a、分子不占体积;b、分子间作用力忽略②表达式:pV=nRT;R≈8.314kPa·L·mol·K③适用条件:温度较高、压力较低使得稀薄气体④具体应用:a、已知三个量,可求第四个; b c
、测量气体的分子量:pV=、已知气体的状态求其密度
WM
1
1
RT(n=
W
ρ:pV=
M
WM
)RT→p=
WRTMV
→ρ
RTMV
=p
3、混合气体的分压定律
①混合气体的四个概念
a、分压:相同温度下,某组分气体与混合气体具有相同体积时的压力;b、分体积:相同温度下,某组分气体与混合气体具有相同压力时的体积c、体积分数:φ=
v1v2nin总
d、摩尔分数:xi=
②混合气体的分压定律
a、定律:混合气体总压力等于组分气体压力之和;
某组分气体压力的大小和它在混合气体中体积分数或摩尔数成正比
b、适用范围:理想气体及可以看作理想气体的实际气体
c、应用:已知分压求总压或由总压和体积分数或摩尔分数求分压、4、气体扩散定律
①定律:T、p相同时,各种不同气体的扩散速率与气体密度的平方根成反比:u1u2
=
p1p2
=
M1M
2
(p表示密度)
②用途:a、测定气体的相对分子质量;b、同位素分离二、液体1、液体
①蒸发气体与蒸发气压
A、饱和蒸汽压:与液相处于动态平衡的气体叫饱和气,其气压叫做饱和蒸汽压
简称饱和气;
B、特点:a、温度恒定时为定值;
b、气液共存时不受量的变化而变化;c、物质不同,数值不同
②沸腾与沸点
A、沸腾:当温度升高到蒸汽压与外界压力相等时,液体就沸腾,液体沸腾
时的温度叫做沸点;
B、特点:a、沸点的大小与外界压力有关;外界压力等于101kPa时的沸点
为正常沸点;b、沸腾是液体表面和内部同时气化的现象
2、溶液
①溶液与蒸汽压
a、任何物质都存在饱和蒸汽压;
b、纯物质的饱和蒸汽压只与物质本身的性质和温度有关;c、一定温度下饱和蒸汽压为常数;
d、溶液蒸汽压的下降:△p=p纯液体-p溶液=K·m②溶液的沸点升高和凝固点的下降
a、定量描述:沸点升高
凝固点下降
△Tb=Kb·m△Tf=Kf·m
仅适用于非电解质溶液
b、注
意:①Tb、Tf的下降只与溶剂的性质有关
②Kb、Kf的物理意义:1kg溶剂中加入1mol难挥发的非电解质溶质时,沸点的升高或凝固点下降的度数
c、应用计算:i、已知稀溶液的浓度,求△Tb、△Tf
ii
、已知溶液的△Tb、△Tf求溶液的浓度、溶质的分子量
d、实际应用:i、制冷剂:电解质如NaCl、CaCl2 ii
、实验室常用冰盐浴:NaCl+H2O→22°C
2
CaCl
+H2O→-55°C
iii、防冻剂:非电解质溶液如乙二醇、甘油等
③渗透压
a、渗透现象及解释:
渗透现象的原因:半透膜两侧溶液浓度不同;渗透压:为了阻止渗透作用所需给溶液的额外压力
b、定量描述:Vant'Hoff公式:
∏V=nRT ∏=
nRTV
即∏=cRT
∏为溶液的渗透压,c为溶液的浓度,R为气体常量,T为温度。当浓度c较小时,可近似为c≈m
④非电解质稀溶液的依数性
a、难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压下降、凝固点下降、沸点上升和渗透压变
化都与溶液中所含的种类和性质无关,只与溶液的浓度有关,总称溶液的依数性,也叫非电解质稀溶液的通性。
b、注意:上述非电解质稀溶液的有关计算公式用于电介质稀溶液时要乘以
相应电解质中溶液中的质点数;但浓溶液不能用上述公式计算。
三、胶体
1、胶体的组成:分散相+分散介质+稳定剂2、胶体的性质:
①光学性质:丁达尔效应————胶团对光的散射现象;②动力性质:布朗运动—————胶团粒子的不规则运动;③电学性质:电泳现象—————胶粒在电场下的不规则运动3、溶胶的稳定性
①动力学稳定性:胶团运动
②聚集稳定性:胶粒的带电性使同种电荷有排斥作用;
③热力学稳定性:胶体粒子因很大的比表面积而能聚集成大颗粒4、胶体的聚沉———关键:稳定性的去除
①加电解质,如明矾使水净化(吸附电荷);②与相反电性的溶胶混合;③加热
第二章化学动力学初步
一、化学反应速率
①表达:化学反应速率可用反应物或生成物的浓度随时间的变化率来表示。②数学表达式:对于反应
A→B:vA=
cAt
或vB
cBt
注:以反应物浓度减少和生成物浓度增大和生成物浓度增大表示是符号不同;不同物质浓度来表示反应速率不同。2、反应进度
①定义:对于化学计量方程式,若定义
d
vB
1
用
dnB,称为反应进度。
表示
物质变化量除以相应的计量系数。
②表达式:
nB
B
nB
B
n0
,
B
表示化学计量系数。
1mol指按化学计量
③表式意义:表示一个反应进行的程度;其纲量为摩尔;
方程式进行一个单位的反应
④注
意:反应进度
的表示与计量方程式的写法有关。
3、速率方程和速率常数
①速率方程:把反应物浓度和反应速率联系起来的数学表达式。
对于反应:aA+Bb→gG+hH
反应速率v=k·c(A)·c(B),即为速率方程式,式中的常数
即为反应速率常数。
②反应速率常数:
a、物理意义:k只取决于反应的本性(Ea,活化能)和温度;
b、注意事项:k是温度的函数,与浓度的大小无关; k的单位即量纲,随速率方程变化而变化; k一般由实验测得,只有基元反应可以直接写出。③速率方程的实验测定
作图法:由浓度—时间动力学曲线可得到斜率k及速率常数;初速法:可得到个反应的反应级数
4、基元反应和非基元反应
①基元反应:反应物分子在有效碰撞过程中经过一次化学变化就能转化为产物的
反应;
注意:由一个基元反应构成的化学反应又称简单反应;
只有基元反应才能根据质量作用定律直接写出速率方程
②非基元反应:反应分子需经过几步反应才能转化为反应产物的反应。注意:非基元反应的速率方程不能根据反应式写出速率方程,必须根据
实验测定的结果有反应历程推出,并验证;
复杂的非基元反应→分成若干个基元反应→最慢一步发宁作为苏空反应步骤
5、反应级数
①定义:速率方程中各反应物浓度的指数;
②说明:如v=k·c(A)c(B)则反应物A的反应级数为m,反应物B的反应级
数为n;总反应级数为m+n
m
n
m
n
k
③注意:a、反应级数表示了反应物浓度对反应速率影响的大小关系;反应级数
只能由实验测定;
b、反应级数可以是整数、分数、零或负数;
c、零级反应的反应速率与反应物浓度无关④反应级数的确定
基本方法
a、测定反应物浓度c随时间t的变化;b、作c-t图像,求个时刻的速度v;c、分析v与浓度c的变化关系,确定m、n
二、化学反应速率理论1、碰撞理论
①主要内容:反应物分子间的相互碰撞是反应进行的必要条件,反应物分子碰撞
频率越高,反应速率越快,但并非每次碰撞都能引起反应发生,能发生化学反应的碰撞为有效碰撞
②有效碰撞发生的条件:
a、相互碰撞的分子应有适合的碰撞取向;
b、相互碰撞的分子必须具有足够的能量。把能够发生有效碰撞的分子
称为活化分子
③根据碰撞理论,增大化学反应速率的方法:
a、增大单位时间内分子碰撞的总数————增大浓度;b、增大碰撞总数中有效碰撞的百分数———升高温度
④活化能:碰撞理论认为,活化能是活化分子的平均能量与反应物分子的平均能
量之差
2、过渡态理论
①主要内容:化学反应并不是通过简单碰撞就能完成的,而是在反应物到生成物
的过程中经过一个高能的过渡态,处于过渡态的分子叫做活化络合物。活化络合物是一种是一种高能量的不稳定的反应物原子组合体,它能较快的分解为新的能量较低的生成物。②活化能Ea:过渡态理论认为,活化能是反应物分子能量与处于过渡态的活化络合物分子的平均能量之差
3、活化能:决定反应速率的内在因素
①活化能在一定温度范围内可认为是常数;
②活化能对反应速率的影响很大;
Ea越小,反应速率越大;
③催化剂可以改变反应的活化能,故可以降低化学反应速率
三、影响化学反应速率的因素
1、浓度:由速率方程v=k·cm(A)cn(B)知,浓度对化学反应速率有一定的影响
压强对化学反应速率与的影响是通过浓度来实现的。
2、温度
①范特霍夫规则:对于一般的化学反应,温度每升高②阿伦尼乌斯公式:
10K,反应速率增加2-4倍
Ea
a、表达式:k
Ae
RT
,其中,A为特征常数,既指前因子;Ea为经验常数即活
1
化能,k为反应速率常数,R为摩尔气体常数8.314JmolK数底,该公式的对数形式为
lgk
lgA
Ea2.303RT
,e为自然对
b、应用:(1)求某一温度下某反应的
作图法:lgk对
1T
k:
Ea2.303R
作图可得一直线关系;斜率:;截距lg
斜率大的活化能Ea大,反应速率随温度的升高增加较快二点法:不同温度下反应速率常数(2)由lgk- i ii
1T
k的计算
的图像得出的结论:
、同一反应,低温低和高温时变化同样的温度,低温时反应速率变
化大;即一个反映在低温时速率随温度变化比高温区更显著、不同反应,变化相同的温度时,
度有利于Ea大的反应
Ea大的反应k变化大。升高温
3、催化剂及基本特征
a、催化剂和催化作用:正催化剂;负催化剂(阻化剂)
b、催化剂的特征:i、催化剂只改变反应速率,不改变反应方向; ii、催化剂同等程度地改变正逆反应的活化能,同时提高正
逆化学反应速率;
iii、催化剂具有一定的选择性; iv、催化剂在反应前后不发生变化,但在反应过程中会变化
第三章化学热力学初步
一、热力学定律及基本定律1、基本概念①环境与体系a、体系
i、定义:人为划出的作为研究对象的一部分空间。ii、分类:敞开体系(与外界可进行物质能量交换)
封闭体系(只有能量交换)
孤立体系(物质、能量均不与外界交换)
b、环境:出体系以外的其他部分,与体系存在能量交换②功和热:a、热(Q):i、系统与环境由于温差而传递的能量 Q﹥0,体系从环境中吸热;Q﹤0,体系从环境中放热;
物体之间可通过功、热、辐射三种形式交换能量
ii、热容、比热容、摩尔热容
b、功:i、热力学中除热外,其它各种被传递的能量统称为功
气体膨胀做功:W=-pΔV 环境对体系做功,W﹥0;体系对环境做功,W﹤0
③状态及状态函数
a、状态:体系的某种存在状况。它由一系列的物理量决定,如气体的p、V、T
等,一旦体系处于一定的状态,体系的所有其它性质都有确定值
b、状态函数:在特定状态下,某一性质具有唯一值,则称该状态为状态函数。c、结论:状态一定值一定,殊途同归变化同,周而复始变化零。④过程与途径
a、过程:体系变化状态变化的经过
b、途径:变成一个过程所经历的具体步骤
c、注意:体系状态函数的变化只取决于体系始终变化的过程,而与变化的路径
无关
⑤广度性质与强度性质
a、广度性质:及容量性质,与体系中物质的量成正比的量,具有加和性
b、强度性质:数值上不随体系中物质总量的变化而变化的物理量,不具加和性⑥热力学标准态:
当系统中各种气态物质的气压均为标准压力的压力等于压力p,溶液中各物质的浓度均为
p,固态和液态物质表面承受1molL时,我们就说物质处于
1
热力学标准态。
注:热力学标准态并未对温度有限制,热和温度都有热力学标准态。2、热力学定律:①热力学第一定律
a、实质:能量守恒与转化定律b、数学表达式:
U
Q
W
c、注意:i、Q与W的符号;ii、功和热不是状态函数,但两者之和是状态函
数
②热力学第二定律:揭示了宏观过程的方向与限度
熵增加原理:孤立体系有自发向混乱度增加的方向变化的趋势
③热力学第三定律:任何纯物质的完整晶体在T=0K时的熵值为零二、化学热力学四个重要的状态函数1、热力学能(内能)
①符号U,是系统内各种形式能量的总和②内能的变化△U
a、对于孤立体系,环境改变,内能不变;对于非体系,
U
Ut
U0
b、标准摩尔反应热力学能变化(反应内能变化):符号△rUm,表示反应是在热力学标准态下进行的,其值的大小与化学反应方程式的书写一一对应。2、焓
①焓
a、定义:H≡U=pV b、焓变:
H
H始态
H终态
U
pV
c、符号规定:放热反应,△H﹤0;吸热反应,△H﹤0 d、单位:kJ·mol
1
e、表式意义:化学反应在等温等压下发生,不做其它功时,化学反应的热效应
等于系统状态函数的变化量f、注意:△H表示每摩尔反应即
1mol时,而不是每摩尔反应物
②热化学方程式
a、表式意义:表示化学反应与其热效应关系的化学方程式b、标准写法(以下列为例):
2H2(g)
O2
2H2O(g)
r
Hm(T)
483.6kJmol
1
焓的变化
反应物和生成物都处于标准态
r
反应
H
m(T)
1mol
反应温度
反应进度
c、书写化学方程式的注意事项
i、需注明反应条件;
ii、需注明各物质的存在状态;iii、正确表达反应的热效应d、标准反应焓
r
Hm
r
定义:当反应物和生成物都处于标准态时的反应焓变,用非标准态(压力不为p)时,则表示为单位:kJmol
1
r
Hm来表示
Hm
1mol时的焓变
,标准状态下,反应进度为
3、熵
①混乱度和熵
混乱度:即无序度,其大小与体系中存在的微观粒子数目有关熵:体系混乱度的热力学度量
表示符号:S;单位:JK
1
;熵是状态函数,具有广度性质
T时,S
ST
S0
S(T)
②绝对熵:任何温度下的熵值,及温度为
注:绝对熵为相对值
③反应熵:发生1mol时熵变化的简称,
化学反应的上增大还是减小,有时很容易判断:
凡气体分子增多的反应,一定是熵增反应;反之是熵减小反应;反应前后气体分子数目不变的反应难以熵增还是熵减④标准熵
a、定义:在标准状态下,1mol纯净物质的绝对熵叫标准熵b、符号:Sm(T);单位:Jmolc、熵的可比性
i、在相同条件下,S气﹥S液﹥S固;ii、结构相似,相对分子量不同的物质,
Sm随相对分子量的增加而增大
Sm也越大
1
K
1
;注:应指定温度T
iii、相对分子量接近,分子结构越复杂的,
⑤标准摩尔反应熵变
a、热力学标准态下,反应终始态物质的熵值之差
b、标准摩尔反应熵变(标准反应熵):
r
Sm
[
B
Sm(B)
c、意义:i、正值(熵增加)倾向自发过程; ii、负值倾向非自发过程4、自由能
①吉布斯自由能
a、定义:封闭系统在等温等压条件下向环境可能做的最大有用功对应的状态函
数,符号为G;
HTSb、计算公式:G
在等温条件下可以理解为,焓变(△H)=自由能变化(△G)+热力学温度(T)×熵变(△S)c、意义:当△G﹤0时,Wmax'﹥0,表明自由能被用来做最大有用功,是自发过
程;
当△G﹥0时,Wmax'﹤0,表明过程非自发进行,必需由环境对体系做
功②自由能G——反应自发性的判据
定温定压下,任何自发变化总是反应吉布斯自由能函数减少G﹤0,自发过程,正向反应自发;G﹥,非自发过程,其逆反应为自发过程③标准摩尔生成自由能
f
Gm
定义:在热力学标准态下你,稳定单质的生成自由能为零。由稳定单质生
成1mol纯物质时反应的自由能变化为该物质的标准摩尔生成自由能。符号:
f
Gm
单位:kJmol
f
1
标准状态下,稳定单质的④有关
G的计算
G
H
TS
r
Gm=0
方法一:
已知标态下的
Hm,
r
Sm,求
r
G
298K时的值
j
f
当温度变化不大时,可近似认为是常数,为
方法二:由
成物)
方法三:根据盖斯定律求方法四:对
r
r
r
f
Gm求
r
G
r
Gm
jf
Gm(产物)Gm(生
Gm
Gm的修正公式
r
Gm(T)(cic)
i
Gm(T)(pip)
i
RlnJ
J
三、化学热力学的应用1、盖斯定律
①内容:如果一个反应可以分几步进行,则总反应的焓变等于各分步反应焓变之
和,前提是保持反应条件(温度、压力)不变。
②应用:用于进行太慢或反应速率不易控制而无法直接测得反应热的化学反应。③应用条件:a、某化学反应是在等压(或等容)的条件下进行的,在分步完成
时各分步反应也要在等压(等容)条件下进行
b、要消去某一物质时,不仅要求物质的种类相同,其物质的聚集状态
也要相同。
第四章化学反应的热平衡
一、化学平衡
1、化学平衡的建立:在一定的条件下,可逆化学反应的正负反应速率相等时的
状态。2、化学平衡的特点:①是一个动态的过程;②在平衡状态下,学平衡的组成与到达平衡的途径无关。
3、注意:化学平衡是相对的、有条件的、暂时的动态平衡;
r
G
0;③化
从热力学(宏观)上讲,在一定条件下达到平衡状态时,系统的吉布斯自由能达到最低时的状态,
r
G0,在宏观上表现为静止;
从动力学(微观)上分析,处于平衡的反应不过是正逆反应速率相等时的状态,是整个反应保持平衡,实际上正逆反应仍在进行
二、化学平衡常数1、标准平衡常数
①定义:在一定的温度下,可逆反应达到平衡时,以产物计量系数为幂的平衡浓
度的乘积与以反映计量系数为幂的平衡浓度的乘积的比值为常数,即化
学反应的标准平衡常数,用符号
K表示。
②表达式:对于反应aA
bBcC
dD,
K
c
[C]c{}c
{
[A]
}
a
[B]b{}c
,量纲为1 [D]d{}c
K值越大,反应进
③平衡常数的意义:化学平衡常数是反应进行程度的标志。
行程度越大,反应进行得越彻底。
④影响因素:K的大小与反应物自身的性质和反应的温度有关,而与体系中各组分的浓度、分压无关
⑤书写标准平衡表达式的注意事项
a、式中各组分浓度或分压为反应平衡时的浓度或分压;
b、反应中有固体和纯液体物质时,其浓度视为常数,不写在表达式中;
对于非水溶液,当水作为溶质时,其浓度应视为常数,写在表达式中;
c、K的表达式与方程式的书写有关;
d、多重平衡原则:总反应的K等于各相加分反应的K之积;正逆反应
e
的标准平衡常数互为倒数
、平衡常数的大小与温度有关,除时标明温度
Ka求平衡转化率
298K温度外,在其它状态下,书写
⑥有关计算:已知反应的
2、实验平衡常数
①定义:实验得到的平衡常数叫做实验平衡常数或经验平衡常数。②分类:浓度平衡常数;分压平衡常数③表达式:浓度平衡常数表达式
压强平衡常数表达式二者关系:Kp
④与标准平衡常数的比较
Kc(RT)
v
KaKp
ci
vi
pi
vi
a、标准煤平衡常数的量纲统一为1;
1;
b、实验平衡常数有Kp、Kc之分,且量纲不统一,特殊情况下才为3、反应熵J(分压熵QP或浓度熵Qc)①表达式:对于反应aA
{cc(A)cbB}{}{
ac
cCc(D)cc(B)c
}}
dD
c(C)
浓度商Qc
{
b
{
p(C)
压强商Qp
{
pp(A)p
}{}{
a
c
p(D)pp(B)p
}}
d
b
②与平衡常数的比较 J J=K J
﹥K时,时,﹤K时,
rr
Gm﹥0,反应逆向进行;
Gm=0,反应达到平衡;
r
Gm﹤0,反应正向进行
三、化学平衡的移动
1、平衡移动:从旧的平衡状态转移到新的平衡状态的过程
2、勒沙特列原理:一旦改变维持化学平衡的条件,平衡就会向着减弱这个改变
的方向移动。
注意:①该原理不能实际判定某一系统是否达到平衡,只是预言了平衡打破后,体系的新的平衡移动的方向;
②平衡移动的结果是建立了新的平衡体系;③利用勒沙特列原理不能进行定量计算
第五章酸碱平衡
一、酸碱理论介绍
①酸碱的概念:凡是在水溶液中电离产生的阳离子全部是
是电离产生的阴离子全部是
H的物质叫做酸;凡
OH的物质叫做碱;在水溶液中电离产生
OH外尚有其
的阳离子除H外尚有其它离子或电离产生的阴离子除它离子的物质的物质叫做盐。
②中和反应的实质:H
OH
H2O
③局限性:a、该理论的立论基础是水溶液中电解质的电离,不能脱离水溶液的
范畴,非水体系不适用;
b、只适用于含H、OH的物质,无法解释
事实;
2、布伦斯惕——劳伦酸碱质子理论①酸碱的概念:凡是能给出
H的物质都是酸;凡是能接受
H的物质都是碱
NH3、Na2CO3呈碱性的
②共轭酸碱对:质子酸碱不是孤立的,它们通过质子相互联系,质子酸释放质子转化为它的共轭碱,质子碱得到质子转化为它的共轭酸。这种关系称为酸碱共轭关系,其酸碱称为共轭酸碱对。③酸碱反应
实质:质子转移的过程;
中和反应的实质:质子的传递;
电离作用的实质:水与分子酸碱之间的质子传递;
阿伦尼乌斯酸碱理论中盐类水解的实质:水与离子酸碱之间的质子传递
④注意:a、在质子酸碱理论中,酸和碱可以是分子,可以是离子;
b、同一物质有时可以做酸,有时可以做碱;c、质子理论中没有盐的概念,也无水解反应;d、单独一对共轭酸碱对本身是不能发生酸碱反应的
3、路易斯酸碱理论
二、水的电离和pH标度1、水的离子自递
①水即是质子酸又是质子碱,水分子之间可以进行质子传递:
H2o
简写为H2O
H2OH
H3O
OH
OH,即为水的电离
②水的离子积
纯水的电离平衡常数称为质子自递常数,简称为水的离子积。298K时,纯水的
Kw
10
14
,[H][OH]10mol
71
水的质子自递是吸热反应,故2、水溶液的pH值①溶液的pH值
pH
lg
KW随温度的升高而增大
c[H]c
1
方便起见,当H的浓度小于1molL时,用pH表示溶液的酸度;当溶液的浓度大于1molL1时,用H的浓度,表示溶液的酸度。
pOH也可以表示溶液的酸碱度,
pOH
lg
c(OH)c
pHpOH
pKW 298K
时,pHpOH14
另外,水溶液的酸碱性取决于
H与OH的浓度的相对大小
[H]﹥[OH]时,溶液呈酸性;[H]﹤[OH]时,溶液呈碱性;[H]=[OH]时,溶液呈中性②酸碱测定计③生物学意义④酸碱指示剂
假设In表示石蕊,HIn(红)当c(HIn)﹥﹥c(In当c(HIn)﹤﹤c(In
H
In(蓝)
)时,溶液呈红色,是酸性;)时,溶液呈蓝色,是碱性
甲基橙变色范围:---红---3.1---橙---4.4---黄--- 酚酞变色范围:---无色---8.0---粉红---9.8---红--- 三、水溶液中的酸碱电离平衡1、电离度与稀释定律:①电离度(α):已电离的弱电解质分子数和溶液中弱电解质分子初始分子数的百分比:
已电离的浓度
初始浓度
100%
c0
c0ceq
100%
②稀释定律:在一定温度下,(Ka为定值),某弱电解质的电离度随溶液浓度的减小而增加2、酸碱的强弱①电离平衡常数
对于任意酸,达到电离平衡时,
HA
H
A
Ka
[H][A][HA]
Ka为弱酸电离平衡常数,用来衡量酸的强弱,Ka﹥1时,为强酸;Ka﹤1时为弱酸多元弱酸对应多级电离平衡常数
同理,对于弱碱来讲,Kb越大,碱性越强
Ka值越大,酸性越强
注意:酸碱的电离平衡常数表征了酸碱给出质子或接受质子的能力②共轭酸碱Ka与Kb的联系:KaKb=KW
③区分效应与拉平效应
a、区分效应:溶剂使酸的强度得以显出差别的效应称为区分效应,该溶剂被称
为区分溶剂。
b、拉平效应:溶剂将酸的强度拉平的效应称为拉平效应,该溶剂称为拉平溶剂。④、酸碱强度大小与:a、酸碱本身:b、溶剂有关3、同离子效应和盐效应
①同离子效应:在弱电解质电离平衡体系中,加入和弱电解质含有相同离子的强电解质会使弱电解质的电离度减小的现象。
②盐效应:向弱电解质溶液中加入强电解质会使弱电解质电离度增大的现象。③注意:同离子效应一定会产生盐效应,盐效应不一定会产生同离子效应4、相关计算
①一元弱酸或弱碱的电离平衡;②多元弱酸或弱碱的电离平衡5、盐类水解
①盐类水解与水溶液的相互作用:强酸强碱盐——无水解作用;
强酸弱碱盐、弱酸强碱盐、弱酸弱碱盐——有水解作用②水解反应
a、定义:指盐的组分离子与水电离出来的b、实质:中和反应的逆反应③类型
A、强酸弱碱盐电离的实质——弱酸的电离以NH4Cl为例:NH4ClH2O
H
OHH2O
KWKb(NH3)
K1
NH4
Cl
OH
Kh
NH3H2O
K2
H或OH结合生成电解质的过程
NH4
HCl
总:NH4ClKh
K1K2
NH3H2O
Ka(NH3)
溶液水解后产生H,因此溶液呈酸性,溶液B、弱酸强碱盐电离实质——弱碱的电离以NaAc为例:NaAcH2O
H
OH
K1HAcKWKa(HAc)
Na
AcAc
H
pH可按一元弱酸处理
HAc
K2
总:NaAcH2OKh
K1K2
NaOHKb(HAc)
Kh
溶液中水解后产生OH,因此溶液呈碱性,溶液
pH可按一元弱碱处理
C、弱酸弱碱盐电离的实质——两性物质电离以NH4Ac为例H2O
Ac
H
NH4Ac
K1K3
NH4Ac
NH4
OH
NH3H2O
K2
HOH
HAc
总:NH4AcKh
H2ONH3H2OKWKaKb
HAc
Kh
K1K2K3
水解后产生H和OH,溶液的酸碱性由Ka、Kb的相对大小决定④影响盐类水解的因素
a、盐的浓度:同一温度下,盐的浓度越小,水解程度越大;b、温度:水解反应为吸热反应,温度升高,水解程度增大;c、溶液的酸碱性及同离子效应。⑤注意:有些盐类,如Al2S3、(NH4)2S可以完全水解
四、缓冲溶液
1、缓冲溶液的定义、组成、原理
①缓冲溶液的定义:缓冲溶液是外加酸碱pH变化很小的溶液
②缓冲溶液的组成:弱酸及其盐组成的溶液,弱碱及其共轭酸组成的溶液,多元弱酸弱碱的共轭酸碱对组成的溶液。
③缓冲溶液的原理:同离子效应,电离平衡的移动2、缓冲容量和缓冲范围
①缓冲容量:缓冲能力大小的衡量,指单位体积缓冲溶液的pH值改变极小值所需的酸或碱的物质的量。
②有效缓冲范围:缓冲溶液具有稳定溶液pH值的能力,但这种能力是有限的,即有效缓冲范围。
如果外加酸碱过多,超过缓冲范围,缓冲溶液会失去缓冲能力。3、影响缓冲溶液的因素
①缓冲溶液的pH主要由pKa或14-pKa决定
②缓冲对的浓度:缓冲容量与体系共轭缓冲对的总浓度有关。总浓度越大,缓冲容量越大。
③缓冲对的浓度之比:当c(酸)/c(碱)=1时,缓冲容量最大。
④有效缓冲范围:缓冲对浓度之比在10-1/10范围内,有较好的缓冲能力。即最有效的缓冲范围一般在4、缓冲溶液的选择与配制①选择:
a、所选择的溶液除了参与
H、OH的有关反应外,不能与反应系统中的其他
pH
pKa
1或pOH
pKb
1
物质发生副反应;
pH;
1
b、所选的弱酸的Ka或弱碱的Kb尽可能的接近缓冲溶液的c、一般要求缓冲溶液的组分浓度为
1
0.05molL--0.5molL,缓冲溶液有足
够的缓冲能力;
d、缓冲溶液廉价易得,避免污染。②配制
a、根据要求选择缓冲对;
b、计算缓冲物质的浓度之比,使所配溶液的
pH
pKa
c(酸)lg
c(共轭碱)
pOH
pKb
lg
pH为所需值:
c(碱)c(共轭酸)
c、根据计算结果配制缓冲溶液,并使酸碱浓度均在间;
d、用酸度计或试纸测定所配溶液的pH 5、缓冲现象的应用①自然界与生物界
②用标准缓冲溶液标定其他物质的酸度③许多反应要求反应在一定范围内进行
0.1molL--1molL之
11
第六章沉淀溶解平衡
一、沉淀溶解平衡常数——溶度积
1、沉淀溶解平衡:一定温度下,难溶电解质变成水合离子的(即溶解)的速率与溶液中水合离子回到晶体表面(即沉淀)的速率相等时的状态叫做沉淀溶解平衡。2、溶度积
①定义:一定温度下,难溶电解质的饱和溶液中各离子浓度的系数方次的乘积,记为Ksp。
②表达式:对于反应
Ksp
[c(Ac
n
AmBn(S)
mA(aq)
n
nB
m
(aq)
,
)
][
m
c(Bc
m
)
]
n
③注意:a、溶度积Ksp是难溶电解质饱和溶液的特性常数;
b
、Ksp属于化学平衡常数,其大小只与难溶电解质的自身性质和温度有关,与溶液中离子的浓度无关。
c、适用范围:难溶强电解质及难容弱电解质
3、溶度积Ksp与溶解度S
①相同点:都可以反应难溶电解质的溶解能力的大小;
②不同点:a、溶解度Ksp是平衡常数的一种,表示一定温度下难溶电
解质的饱和溶液中离子浓度之间的关系;
b
、溶解度S是浓度的一种表达形式,表示一定温度下
1L
难溶电解质中溶质的量;
③注意:比较不同电解质溶解度时,若电解质属于相同类型,则可直
接比较,Ksp大的,S也大;比较不同类型的电解质溶液时应先利用Ksp求出溶解度S,然后比较大小
二、沉淀的生成与溶解
1、离子积:①定义:某难溶电解质溶液中,其离子浓度系数方次之
积,用J(QB)表示。
②注意:J与Ksp表达式相同,但概念不同,其关系如同反应商与标准平衡常数之间的关系。
2、溶度积规则①依据:推论:
r
r
Gm
r
RTln(J/Ksp)Gm
lnJRTlnKsp)
r
Gm
r
Gm
r
lnKsp
RT
Gm
RT(lnJ
Gm'RTln(J/Ksp)
②对沉淀溶解与生成的的判断
J﹤Ksp,饱和;J﹥Ksp,J=Ksp,
r
r
Gm﹤0,不饱和溶液,无沉淀生成,有沉淀溶解质
r
Gm﹥0,过饱和溶液,有沉淀生成,至达到饱和;
Gm=0,饱和溶液,处于沉淀溶解平衡状态。
3、同离子效应和盐效应
①同离子效应:向难溶电解质中加入含有相同离子的强电解质难溶电解质的沉淀---溶解平衡向生成沉淀的方向移动,使其溶解度减小。这种现象称为同离子效应。
②盐效应:在难溶电解质中加入易溶强电解质而使难溶电解质的溶解度增大的作用。
③注意事项:a、当加入可溶性的含相同离子的电解质时,会产生一定的盐效应。但所加的可溶性盐浓度较小时,同离子效应占主导因素;当浓度较大时,盐效应对沉淀溶解平衡的影响大于同离子效应;b、有同离子效应必然会产生盐效应,而盐效应不一定会产生同离子效应
4、分步沉淀与沉淀的转化
①分步沉淀:溶液中同时含有几种离子,由于它们的溶解度不同,形成沉淀所需离子的浓度不同,加入同一种电解质,溶解度小的先从溶液中沉淀出来。
②离子沉淀的先后顺序取决于:a、
沉淀物的Ksp:同类型的难溶电解质,当被沉淀的离子的浓度相同时,Ksp越小的越先被沉淀出来;
b、被沉淀离子的浓度:不同类型难溶电解质或者被沉淀离子的浓度不同时,则不能比较Ksp,要具体计算,根据溶解度才能判断
③沉淀的转化:在含有沉淀的的溶液中加入适当的沉淀剂,与溶液中
的某一离子结合成为更难溶的电解质,从而从一种沉淀转化成为了另一种沉淀。
同一类型难溶电解质在同一温度下三、沉淀反应的应用1、除杂
①通过控制pH值除去某些金属离子;②利用金属硫化物沉淀反应除去③工业上除食盐中可溶性杂质2、离子鉴定3、离子分析4、分析化学①重要分析法②滴定分
CaCu
2
2
Ksp值越大越容易转化
、Pd
2
2
、Cd
2
2
等;
、Mg、SO4
第七章电化学基础
一、离子-电子法配平氧化还原方程式1、配平原则
①反应过程中氧化剂所获得的电子数必须等于还原及时取得电子数;②反应前后各元素的原子总数相等2、配平步骤
①将分子反应式改为离子反应式;
②将离子反应式分成两个为配平的半反应式,半反应式两边的原子数和电荷数相等。如果半反应两边的的氢、氧原子个数不相等,则按反应的酸碱条件,在酸性介质中添加H或H2O,在碱性介质中添加OH或H2O;
③用左右两边添加电子使半反应两边的电荷数相等的办法配平板反应方程式;
④根据电子得失求出最小公倍数,将两个半反应分别乘以相应的系数,使反应中得失电子总数相等,然后将两个半反应相加,同时注意未变化的离子的配平,并恢复成分子方程式。
注意:离子-电子法配平氧化还原方程式只适用于水溶液的氧化还原反应二、原电池
1、原电池(Primary cell) ①几个基本概念
电极: 电子产生与流动的源泉导线: 电子流过的外电路
盐桥: 离子流过电解质溶液的通路②电极
正极: 发生还原反应, 例铜正极半反应: Cu2+ + 2e = Cu 负极: 发生氧化反应, 例锌负极半反应: Zn = Zn2+ + 2e 电极反应--正、负电极的半反应、电池反应--半反应之和③原电池符号及写法: (-) Zn|ZnSO4 ( c )‖CuSO4( c )|Cu (+)
负极界面(s/l) 盐桥界面正极
2、电极电势(electrode potential)
①形成:M(s)
电势差。
M
n
(aq)ne
溶解(溶剂化)沉积
, 金属表面内侧与外侧
(溶液)之间产生的
②概念:金属在其盐溶液中达到溶剂化离子平衡时
③物理意义:电极电势是金属在溶液中失去电子能力大小的一种量度。
电极电势的表示:
,
-
④影响因素
A、电极的本性:电极电势取决于金属的活泼性。金属越活泼,电极电势越低。反之,电极电势越高。B、金属离子的浓度C、溶液的温度⑤电池电动势:
E
化学电池的电动势是电池反应的化学驱动力
⑥标准氢电极
A、标准氢电极的构造与原理国际统一规定---
298K时标准氢电极的电极电势规定为
0 V,即
(H
/H2)
0
B、应用:由此可求得常见电对的标准电极电势C、 (Standard electrode potential)
D、测量:在热力学标准状态下,给定电极与标准氢电极(指定为负极)组成原电池,测得原电池的电动势E
3、原电池的最大功和吉布斯自由能
根据吉布斯自由能的定义知,在恒压等温条件下,当体系发生变化时,体系吉布斯自由能等于对外所做的最大非体积功,用公式表示为如果非体积功只有电功一种,则上式又可写为式中,n为电池输出电荷的物质的量,单位为位为V;F为法拉第电常数,96485Cmol三、能斯特方程
1、电极电势的能斯特方程式
非标态下的电极电势可用能斯特方程式求出:
RTn
lnc(Ox)c(Red)
mn
1
r
r
GT,p
Wmax;
GT,p
nFE
mol;E为可逆电池的电动势,单。
注意:①电极反应式中的反应系数为能斯特公式中各物质浓度的方次;
②电极反应式中的固体和纯液体不写入公式,其它物质均要表现在式中,溶液用浓度表示,气体则要用分压与标准压强的比值;
③公式中的氧化型和还原型物质不只包括氧化数有变化的物质2. 电极电势的影响因素
①电对中氧化型或还原型物质的浓度的改变氧化型浓度↑,电对的
↓;还原型的浓度↑,电对↓
②溶液酸碱性对电极电势的影响
对于有H或OH参加的电极反应,溶液的酸碱性对氧化还原产物也有影响③生成沉淀或配合物对电极电势的影响
实质:氧化型或还原型的离子浓度降低,从而使电对的电极电势降低或者升高四、电极电势的应用1、计算原电池的电动势:
E
:电极电势
的值的高低可以判断氧化剂或
E值越低,电
2、判断氧化剂或还原剂的相对强弱
还原剂的相对强弱;E的值越高,电对的氧化态是越强的氧化剂;
对的还原剂是越强的还原剂。3、判断氧化还原进行的方向
原电池电动势E与自由能变化ΔG的关系
对于可逆电池,等温等压下体系自由能的减少等于原电池所作的最大电功数学表达式:
r
GT,p
nFE
;
1
n: 反应中由还原剂转移到氧化剂的总电子数F: 法拉第常数(96.5kJV标准状态下则:
r
1
mol
1
或96485Cmol)
GmnFE
E >0和ΔG<0是一致的
)可知
,
化学反应方向的判断对于由
r
GmnFE
nF(
已知组成氧化还原反应的两个电对的
﹥=<
,E>0,ΔrGm <0,反应正向; ,E=0,ΔrGm =0,反应达到平衡; ,E<0,ΔrGm >0,反应逆向;
来判断方向。
在标准状态下,则用E或当两个电对的
相差不大时,浓度将对反应方向起决定作用;
当两个电对相差即电动势大于0.2V时,一般浓度变化不会影响反应的方向4. 判断标准态下氧化还原反应的程度电池电动势E与标准平衡常数K的关系由公式
r
GT,pnFE和
r
Gm2.303RTlgK推出
在298K时,E
5
0.0592/nlgK
n=1时,
一般来讲K≥10表示反应程度较大,可以认为反应相当完全。相当
E=0.3V;
注意:应用
已知反应的电动势求反应的
K和
r
Gm
已知反应的电动势求各物质的平衡浓度5. 测定溶度积常数和稳定常数
根据Nernst公式,通过测定原电池的电动势或直接根据电对的电极电势可求得难溶性强电解质的溶度积常数
Ksp和配离子的稳定常数Kf;
6. 判断氧化还原反应进行的次序根据E
,与氧化剂电对差值越大的还原剂电对的还原剂越先被氧化
四、元素电势图及歧化反应
1、概念:以图解方式表示某一元素不同氧化态物种之间组成电对的电极电势关系的方法称为元素电势图。
+1.39V
+1.63V
ClO4+1.19VClO3+1.21v HClO2+1.65V HClO+1.63V1/2Cl2+1.36VCl+1.47V +1.57V +1.45V
图例:酸性条件下氯的元素电势图
+1.48V
元素电势图的结构
注意:物种氧化态由左到右降低,氧化态标在各物种下方;
横线上方数值为相邻两物种构成电对的电极电势值;同一元素有酸、碱性元素电势图两种,一般要注明(A,B)
2、元素电势图的应用
由已知电对求未知电对的标准电极电势由于电极电势准自由能计算公式:
r
是电极的强度性质不具有加合性,因此要通过该电极反应的标
Gm变化来计算。
n1
(Ox/Red)
(ox/red)
n2n1
(Ox/Red)
ni
ni
(Ox/Red)
n2
(Ox/Red):未知电对的标准电极电势;1(Ox/Red)、
2(Ox/Red)……
i(Ox/Red):分别为相邻电对的标准电极电
势;
n1、n2……ni:分别为相邻电对的电极反应中电子转移的个数。判断岐化反应(disproportionation)和反岐化反应(comproportionation)发生的可能性
岐化反应的概念:中间氧化态的物种反应生成高、低氧化态的物种。例: Br2 + 2OH- = Br- + BrO- + H2 (氧化数) 0 -1 +1
判断依据:在元素电势图中某一中间氧化态物种左边的Θ小于右边的Θ,则该物种在水溶液中可发生岐化反应;反之左右两侧物种则发生反岐化反应。注意:元素电势图一定要表明酸碱条!
第八章原子结构一、原子结构
1、基本结构:由电子、中子、质子构成关键问题:电子排布及化学性质之间的关系2、原子
①电子和原子核:带正电,原子核电子之间有静电吸引;形成化学键时电子运
动发生改变,原子核不变
②核的结构:带正电的质子和不带电的中子;质子与中子的强吸引作用与质子
间静电作用的相互对抗。Z增加排斥作用增强,排斥作用占主导。稳定元素的数目有限。
③核素:具有一定质子数和一定中子数的的原子的总称。
④同位素:质子数相同而中子数不同的一类原子的总称。天然同位素组成元素,
原子量由同位素的比例定。化学性质非常相似。
⑤同位素丰富度:某元素的各种天然同位素的分数(原子百分比)称为丰富度。⑥放射性:不稳定的核因发射高能粒子而分解。Z﹥83(Bi)的元素都具有放射
性。
⑦原子质量:以u为单位
⑧原子的相对原子质量(原子量):C核素原子量的1/12 二、波尔行星模型与氢原子结构的量子力学模型1、氢原子光谱①实验规律:波数
7
12
1
1
RH
(
12
2
1n
2
),n=1,2,3,…RH为Hydberg常数,数值
为1.096775810(m)
②原子光谱的特点:
A、不连续性;B、谱线波长之间具有一定简单的数学关系。2、波尔理论①基本假设
a、行星模型:波尔的氢原子模型可形象地称为行星模型
b、定态假设:核外电子具有一定的轨道;稳定态(定态、激发态)——与电磁学说相反
c、量子化条件:L
nh2
(n
1,2,3,4
)
E
13.6nh
2
(n1,2,3,
)→氢原子的基
态能量为-13.6eV(n=1)
d、跃迁规则:电子可在不同轨道间跃迁,
E
hc
结论:对于氢原子,计算值与实际值惊人的吻合,误差值小于
地解释了氢原子光谱,上升为波尔理论。
0.1%,波尔成功
不连续性-Rutherford原子模型与Maxwell电磁理论的矛盾;
②波尔理论的局限性优点:
冲破了经典力学中能量连续的束缚,引入量子化概念、跃迁规则;给出了玻尔理论中的几个核心概念:定态、激发态、跃迁、能级; 缺点:
1). 未能完全冲破经典物理的束缚,仍使用行星模型的固定轨道,仍用离心力=向心力的传统牛顿力学!忽视了电子运动的一个重要特征-波粒二象性;2). 不能解释多电子原子的光谱学规律。
解决之道:完全冲破经典的牛顿力学束缚,建立新体系(量子力学),引入新概念(波粒二象性)。3、波粒二象性
德布罗意的波粒二象性假设:假设光具有二象性,那么微观粒子在某种条件下也应具有波动性。
能量E
h
动量P
h
D、P→粒子性;德布罗意关系式:
、
→波动性
hP
hmv
(速率) 。
4. 测不准原理(Uncertainty principle)
海森堡认为: 不可能同时精确测得电子的位置和动量测不准关系式:
xph,x→位置不确定量;P→动量不确定量
经典力学中,物体有精确的轨道(轨迹),并在某一瞬间有准确的速率。
新的量子力学中,微观粒子的经典轨道不存在了。Born统计学说---电子衍射图的统计学解释:
Born认为具有波动性的粒子,虽然没有确定的运动轨道,但在空间任一点出现的概率与该处的波的强度成正比。
5. Schr?dinger方程-微观粒子的量子力学模型①二阶偏微分方程(不要求!
2
2
2
2
2
)
22
8
2
xyzh
(EV)
x,y,z空间坐标
E;
:波函数;E:总能量;V:势能;m:质量;h:普朗克常数;②求解薛定谔方程,就是描述微粒运动状态的波函数③波函数是空间坐标的函数把直角坐标转化成球坐标后:
以及与该状态相对应的能量
(x,y,z)
(x,y,z)
R(r) 径向波函数:只与半径
(,,)R(r)Y(,)
r有关。
Y(,)角度波函数:只与角度(,)有关,与半径r无关。
为了得到合理解,波函数必须满足一定条件,因此需引入个量子数:n, l, m。
3个量子化的常数项物理量即3
x = r sin cosy = r sin sinz = r cos
(=0~180, = 0~360)
6. 描述电子运动状态的四个量子数n 主量子数(principal quantum number)
物理意义:决定电子运动的能级高低和电子离核平均距离的远近。n的取值:1,2,3,…与n取值相对应的电子层符号:l 角量子数物理意义:
确定原子轨道(电子云)的形状;在多电子原子中,与对应的电子亚层符号:m 磁量子数
物理意义:决定原子轨道的空间伸展方向;m的取值:
,共2l+1个值;
(波函数)。
简并轨道-等价轨道:磁量子数与电子的能量无关;一组特定的n, l, m值确定一条原子轨道
n一起决定电子运动的能量s,
p,
d,
f, ...
l的取值范围:0,1,2,3 …,n-1
K,L,M...
ms自旋量子数(Spin quantum number)
描述电子的自旋运动:取顺时针和逆时针方向;取值:
ms=1/2
每条原子轨道中最多可容纳两个自旋相反的电子。Note: n, l, m由求解薛定锷方程时所引入的。Name 名称principle 主量子数
Symbol 符号n
Values 取值1, 2,
Meaning 表示shell, 电子层energy 能层
Indicates 指明size 尺寸
Orbital momentum 角量子数 magnetic 磁量子数
angular l
0, 1,, n-1
subshell energy 亚层能级
shape 形状
m 0, 1, 2, l
, orbitals of subshelldirection 亚层轨道
方向
Spin magnetic 自旋磁量子数
ms +1/2, -1/2 spin state 自旋状态
Spin direction 自旋方向
7. 波函数
1) 波函数与原子轨道波函数
是描述核外电子在空间运动状态的数学表达式
---Schr?dinger方程的解。
t),某
基于波的概念,波函数
(强度、振幅)没有明显的物理意义,但电子在某一时间(
||2却有明显的物理意义。
||2代表单位体积内发现一个电子的几率,即
一点(x,y,z)的波函数的平方的绝对值||2与核外某处出现电子的概率成正比。因此称为概率密度。m 磁量子数
(magnetic quantum number)
物理意义:决定原子轨道的空间伸展方向;m的取值:0, 1, 2, …, l,共2l+1个值;
简并轨道(degenerate orbital)-等价轨道:磁量子数与电子的能量无关;一组特定的n, l, m值确定一条原子轨道ms 自旋量子数(Spin quantum number) 描述电子的自旋运动:取顺时针和逆时针方向;取值:ms = 1/2
每条原子轨道中最多可容纳两个自旋相反的电子。Note: n, l, m由求解薛定锷方程时所引入的。
(波函数)。
跃迁规则:电子可在不同轨道间跃迁,
Eh
hc
结论:对于氢原子,计算值与实际值惊人的吻合,误差值小于
地解释了氢原子光谱,上升为波尔理论。
原子轨道
波函数
一个电子的可能空间运动状态(可用一个波函数波函数与原子轨道可以认为是同义词。波函数描述的原子轨道与
Bohr假设原子轨道本质不同。
0.1%,波尔成功
表示),称为一条原子轨道。
2) 波函数的图形描述-波函数角度分布图和径向分布图
波函数角度分布图:角度波函数Yl, m(, )随角度, 作图。角度分布图与n无关,只与l, m有关。只要l, m相同,则角度分布图完全相同。例:2px,3px,4px
l相同,m不同时,形状(轮廓)一样,但伸展方向不同。例:2px, 2py, 2pz 波函数角度分布图有正负之分。如:p38图波函数径向分布图:Rn, l(r)–r 径向波函数R(r)对r作图。3) 电子云的图形表示-电子云径向分布图和角度分布图
波函数的物理意义:|Ψ|2 原子核外出现电子的概率密度。
电子云图:以黑点的疏密表示电子在核外某处出现的概率密度分布的图形。物理意义:电子出现的概率密度电子云浓度
Note:电子云是电子在核外空间出现概率密度分布的形象化描述。电子云中的点不代表电子,而是几率密度的形象化表示。电子云常用小黑点的疏密程度表示电子出现的概率密度。
电子云界面图:为表示电子云在空间分布的形状可将电子云密度相同的点连接起
来,就围成一个曲面称为等密度面(或等值面)。通常把电子出现概率大于90%都包括在内的等值面做为电子云的界面来表示电子云的形状,这样的图叫做电子云的界面图。
Y
(a)1s的
2
22pz
r
电子云
图及电子云(b)1s电子云的
界面图
电子云角度分布图
由电子云角度分布函数Y2l, m(, )对(, )作图而得;电子云角度分布图的形状,见p34图1-5
电子云角度分布图与波函数角度分布图的区别、联系:
Y2l, m(, )表示电子在空间(, )方向上出现的概率密度,无正负之分。
Yl, m(, )反应了电子在空间(, )变化时的空间分布情况,亦称原子轨道角度分布图。具有方向性,有正负之分。Yl, m(, ) 正,负胖
Y2l, m(, )
正
瘦(Y2l, m(, ) 1)
电子云径向分布图
电子云径向分布函数:D(r) = | |24·r2 = R2n, l(r) 4r2 (*·概率密度×体积= 概率)
物理意义:离核r 处“无限薄球壳”里电子出现的概率,D值越大表示电子在该球壳里出现的概率越大;
R2n, l(r)与D(r)的区别联系: 概率密度与概率的关系。R2n,l(r)电子云径向密度
分布,电子在核外出现的概率密度,与半径成反比。
电子云径向分布(函数)图--- D(r)-r作图,见p39图1-8
表示电子出现的概率随半径r的变化。指电子在核外距离为r的一薄层球壳中出现的概率随半径r 变化时的分布情况。因为球壳体积4r2·dr 与半径r 成正比,而R2n, l(r) 为概率密度与半径r 成反比。故电子云径向分布图会出现峰值。出现峰值个数规律:n-l。
2s, 2p 电子云径向分布函数(r2R2 n, l( r)) 出现峰值个数规律n-l
小结2:波函数()和电子云(2)的空间图象波函数:径向函数×角度函数
n, l, m (r, , ) = R n, l (r) Y l, m (, ) R n, l (r) : 波函数的径向部分,由Y l, m (, ): 波函数的角度部分,由
n, l决定
l, ms决定
电子云概率密度2n, l, m(r, , )=R2n, l(r)Y2l, m(·, ) R n, l (r) – r 波函数( )径向分布
R2 n, l (r) – r 电子云( 2)径向密度分布D(r) – r即r2R2 n, l (r) – r电子云( 2)径向(概率)分布(D(r) = | |24·r2 = R2n, l(r) 4·r2 (电子在离核半径为r单位厚度的薄球壳内出现的概率:概率密度×体积= 概率。) Y l, m (, ) 波函数( )角度分布(+, -) Y2 l, m (, ) 电子云( 2)角度(概率)分布小结3:四个量子数和电子运动状态主量子数角量子数nl取值1
取值00
2
1
2p
±1
2py
±1/2
l = 0, 1, 2, ……-1); , (nm = 0, ±1, ±2, ……, ±l 三、基态原子电子组态——核外电子排布规律与填充1. 多电子原子轨道似能级图
单电子体系:电子能量只与主量子数n有关;多电子体系:电子能量与n、l有关。
能级概念:不同运动状态的电子(或原子轨道)具有不同的能量,有高低之分,故称之为能级。
鲍林近似能级图---只适用于多电子原子*
近似能级图反映了原子轨道能量的相对高低,电子填充时按此顺序进行,故又称电子填充顺序图;
各电子层能量随n依次增大。
当l相同时,轨道能级由n决定。Ex: E2s 如:E3s E3p E3d 2px 能级符号1s2s 磁量子数m取值000 原子轨道符号总数1s2s2pz 4 ±1/21 自旋磁量子数ms取值±1/2±1/2±1/2 8 符号 电子运动状态数2 能级交错: n, l 均不同,E4s E3d (Z 21) 2. 构造原理 3. 核外电子排布规律泡利(Pauli)不相容原理: 同一原子中,不可能出现n、l、m、ms完全相同的两个电子,即:每个原子轨道中最多只能排布两个自旋相反的电子。能量最低原理:电子填充由低到高能级;洪德(Hund)规则 同一亚层中,最多轨道规则。即:电子分布在角量子数l 相同的简并轨道上时,总是尽可能分占不同的轨道,且自旋平行。 洪德规则特例:简并轨道中的电子排布,当电子处于半充满:p3,d5,f7-最稳定状态 全满:p6,d10,f14、全空:p0,d0,f0-相对稳定状态核外电子构型式或电子排布式 几个Hund规则特例:Cr,Cu,Mo等的电子排布式;电子结构式中能级的书写顺序与电子填充顺序有不同;原子失去电子的顺序与电子填充顺序相反。 四、元素周期表和元素周期系 1. 元素周期表(Periodic Table)的构造1) 电子层结构与周期(Periods) 周期数=电子层数=最外主量子数各周期中元素数目特短周期-第一周期2 短周期-第二、三周期8、8 长周期-第四、五周期18、18 特长周期-第六、七周期32、32 各周期中能容纳元素最大数目为 2n 2 2) 电子层结构与族(Family or Group) 价电子、价电子层、价电子层结构的概念 周期表共分8类16族---I~VIII 8类,A(主)、B(副)两族主族:族数=价电子数; 副族:除VIII、IB、IIB族外,其它的族数=价电子数。3) 电子层结构与区(Blocks) 元素周期表共分:s、p、d、ds、f 5个区s区:ns1-2 p区:ns2np1-6 d区:(n-1)d1-10ns1-2 ds区:(n-1)d10ns1-2 f 区:(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2 4) 元素的分类 主族元素(main group elements)-s区、p区过渡元素(transition elements)-d区、ds区 内过渡元素(inner transition elements)-f区稀土元素(4f层) 镧系元素(lanthanide)(5f层) 锕系元素(actinide)元素周期表构造规律周期数= 电子层数(主量子数n,7个) 族数=最外层电子数(主族,8个)=外围电子数(副族10个) 价电子构型与价电子数 S区, (ns)1-2 ; p区, (ns)2(np)x; d区, (n-1)s1-2ndx 电子排布的周期性决定了元素性质的周期性2. 元素基本性质的周期性 1) 原子半径(atomic radius)-数值只有近似的意义共价半径(covalent radius)-共价键金属半径(metallic radius)-金属键范得华半径(van der waals radius)-分子作用力 *三种半径相差很大,一定要选择同一类型的才能比较。原子半径的周期性 同一周期自左向右原子半径逐渐减小。同一周期,主族元素的原子半径减小幅度较大,而副族元素的则较小。 原因:电子层相同,从左到右,有效核电荷数逐渐递增。 同一族自上而下原子半径依次增大。与主族相比,同一副族元素的原子半径增大幅度较小。 第五、六周期同族元素原子半径非常接近—镧系收缩;2) 电离能I(ionization energy) 电离能:基态气体原子失去一个电子成为气态离子所需的最小能量称为电离能。对于多电子原子,可以有规律性: 同一元素,各级电离能的大小顺序为:同周期内元素的电离能自左向右依次增大 I1 ; I2 I3 In I1,I2,I3 周期内I1由左向右有起伏, 原因: hund规则特例引起的. 同族内元素的电离能由上向下逐渐减小。主族元素原子的I1变化明显; 副族元素的I1变化幅度较小。*特例:镧系收缩。物理意义: 衡量元素的原子气态时失电子的能力断,I1越小,元素金属性越强。 原子结构实验证明手段---证明原子结构的分层。3) 电子亲合能EA(Affliction energy) 元素的气态原子在基态时获得一个电子成为一价气态负离子所放出的能量称为电子亲和能。当负一价离子再获得电子时要克服负电荷之间的排斥力,因此要吸收能量。 电子亲合能反映气态非金属得到电子的能力!变化规律性 同一周期:从左到右,Z* 增大,r 减小,最外层电子数依次增多,趋向于结合电子形成8 电子结构,E 的正值增大。卤素的A 呈现最大正值,ⅡA为负值,稀有气体的A 为最大负值。 同一主族:从上到下,规律不很明显,大部分的E正值变小。特例:E(N)为负值,是p 区元素中除稀有气体外唯一的正值。A 的最大正值不出现在F 原子而是Cl 原子。4) 电负性(electronegativity)表示分子中的原子对成键电子的相对吸引能力,用 表示。 --判断元素的化学性质。通常以I1的大小判 物理意义: 电负性越小,吸引电子能力越小,金属性越强,非金属性越弱。是元素化学活泼性的衡量标准,分界值2.0; 预估计化学键的键型。一般电负性相差大于1.7为离子键。Pauling电负性 Pauling电负性为相对值,规定H的为2.1。 一般规律: 同一周期中,元素电负性由左向右增大;同一族中,元素电负性由上到下减小。*周期表中: 左下角Cs最小(0.79), 最活泼金属; 右上角F最大(4.0),最活泼非金属。 有机化学复习总结 有机化学部分 一.有机化合物的命名 1. 能够用系统命名法命名各种类型化合物: 包括烷烃,烯烃,炔烃,烯炔,脂环烃(单环脂环烃和多环置换脂环烃中的螺环烃和桥环烃),芳烃,醇,酚,醚,醛,酮,羧酸,羧酸衍生物(酰卤,酸酐,酯,酰胺)团化合物(官能团优先顺序:- ,多官能 COOH>-SO3H>-COOR>-COX>-CN>-CHO >>C=O>-OH(醇)>-OH(酚)>-SH>-NH2>-OR>C=C>-C≡C->(-R>-X>-NO2),并能够判断出 Z/E构型和R/S构型。 2. 根据化合物的系统命名,写出相应的结构式或立体结构式(伞形式,锯架式,纽曼投影式,Fischer投影式)。 立体结构的表示方法: COOH CH3 1)伞形式:H H3C C OH 2)锯架式: HH OHC2H5 OH HH HHH H H COOH H 3)纽曼投影式: H HH 4)菲舍尔投影式: H H CH3 OH 5)构象(conformation) (1)(2)(3) 乙烷构象:最稳定构象是交叉式,最不稳定构象是重叠式。正丁烷构象:最稳定构象是对位交叉式,最不稳定构象是全重叠式。环己烷构象:最稳定构象是椅式构象。一取代环己烷最稳定构象是 e取代最多或大基团处于 e取代的 e键上的椅式构 椅式构象。多取代环己烷最稳定构象是象。 立体结构的标记方法 1.Z/E标记法:在表示烯烃的构型时,如果在次序规则中两个优先的基团在同一侧,为Z构型,在相反侧,为 CH3 CH C C2H5 H Cl E构型。 CH3 C CClC2H5 (Z)-3-氯-2-戊烯 2、 (E)-3-氯-2-戊烯 如果两个相同的基团在同一侧, 顺/反标记法:在标记烯烃和脂环烃的构型时, 则为顺式;在相反侧,则为反式。 CH3 CH C CH3CH3 C H C H CH3 CH3 HCH3 顺-2-丁烯 HCH3HH反-2-丁烯顺-1,4-二甲基环己烷CH3H 反-1,4-二甲基环己烷 3、R/S标记法:在标记手性分子时,先把与手性碳相连的四个基团按次序规则排 序。然后将最不优先的基团放在远离观察者,再以次观察其它三个基团,如果优先顺序是顺时针,则为 R构型,如果是逆时针,则为 S构型。 a d Cc R型 a b d Cb S型 c 注:将伞状透视式与菲舍尔投影式互换的方法是:先按要求书写其透视式或投影式,然后分 别标出其R/S构型,如果两者构型相同,则为同一化合物,否则为其对映体。二. 有机化学反应及特点1. 反应类型 自由基取代:烷烃卤代、芳烃侧链卤代、烯烃的自由基加成:烯,炔的过氧化效应 亲电加成:烯、炔、二烯烃的加成,脂环烃小环的开环加成亲电取代:芳环上的亲电取代反应 反应类型(按历程分) 离子型反应 亲核取代:卤代烃、醇的反应,环氧乙烷的开环反应,醚键断裂 反应,卤苯的取代反应 亲核加成:炔烃的亲核加成消除反应:卤代烃和醇的反应 协同反应:双烯合成 α-H卤代 自由基反应 还原反应(包括催化加氢):烯烃、炔烃、环烷烃、芳烃、卤代烃 ;炔烃高锰酸钾氧化,臭氧氧 氧化反应:烯烃的氧化(高锰酸钾氧化,臭氧氧化,环氧化) 化;醇的氧化;芳烃侧链氧化,芳环氧化) 2. 有关规律 1)马氏规律:亲电加成反应的规律,亲电试剂总是加到连氢较多的双键碳上。2)过氧化效应:自由基加成反应的规律,卤素加到连氢较多的双键碳上。3)空间效应:体积较大的基团总是取代到空间位阻较小的位置。 4)定位规律:芳烃亲电取代反应的规律,有邻、对位定位基,和间位定位基。5)查依切夫规律:卤代烃和醇消除反应的规律,主要产物是双键碳上取代基较多的烯 烃。 6)休克尔规则:判断芳香性的规则。存在一个环状的大 接近共平面,π电子数符合4n+2规则。 7)霍夫曼规则:季铵盐消除反应的规律,只有烃基时,主要产物是双键碳上取代基较 少的烯烃(动力学控制产物) 。当β-碳上连有吸电子基或不饱和键时,则消除的是 。 π键,成环原子必须共平面或 酸性较强的氢,生成较稳定的产物(热力学控制产物)8)基团的“顺序规则” 3. 反应中的立体化学 烷烃: 烷烃的自由基取代:外消旋化烯烃: 烯烃的亲电加成: 溴,氯,HOBr(HOCl),羟汞化-脱汞还原反应-----反式加成其它亲电试剂:顺式 +反式加成 烯烃的环氧化,与单线态卡宾的反应:保持构型烯烃的冷稀KMnO 4/H2O 氧化:顺式邻二醇 烯烃的硼氢化-氧化:顺式加成烯烃的加氢:顺式加氢 环己烯的加成(1-取代,3-取代,4-取代)炔烃: 选择性加氢: Lindlar催化剂-----顺式烯烃 Na/NH 亲核取代: 3(L)-----反式加氢 SN1:外消旋化的同时构型翻转SN2:构型翻转(Walden消除反应: E2,E1cb: 反式共平面消除。环氧乙烷的开环反应: 反式产物 翻转) 四.概念、物理性质、结构稳定性、反应活性 (一).概念 1. 同分异构体 碳架异构 构造异构 同分异构 位置异构官能团异构互变异构 立体异构 构型异构构象异构 CH3 H2CCCH2CH2H2CCCH3 HCH2CHCH2CH3CH3CHCH3CH2OHCH2CHOH顺反异构对映异构 CH3OCH3 CH3CHO CHCH 3 2. 试剂 亲电试剂: 简单地说,对电子具有亲合力的试剂就叫亲电试剂(剂一般都是带正电荷的试剂或具有空的 electrophilic reagent)。亲电试 如: p轨道或d轨道,能够接受电子对的中性分子, H+、Cl+、Br+、RCH2+、CH3CO+、NO2+、+SO3H、SO3、BF3、AlCl3等,都是亲电试剂。 亲核试剂: 对电子没有亲合力,但对带正电荷或部分正电荷的碳原子具有亲合力的试剂叫亲核试剂(nucleophilic 分子,如:OH - reagent)。亲核试剂一般是带负电荷的试剂或是带有未共用电子对的中性、HS-、CN-、NH 2-、RCH2-、RO-、RS-、PhO-、RCOO-、 X-、H2O、ROH、ROR、NH3、RNH2等,都是亲核试剂。 自由基试剂: Cl2 hv 或高温 均裂 2Cl Br2 hv 或高温均裂 2Br Cl2、Br2是自由基引发剂,此外,过氧化氢、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰、过硫酸铵等也是常用的自由基引发剂。少量的自由基引发剂就可引发反应,使反应进行下去。 3. 酸碱的概念 布朗斯特酸碱:质子的给体为酸,质子的受体为碱。Lewis酸碱:电子的接受体为酸,电子的给与体为碱。 4. 共价键的属性 键长、键角、键能、键矩、偶极矩。 5. 杂化轨道理论 sp3、sp2、sp杂化。 6. 旋光性 平面偏振光:手性:手性碳:旋光性: 旋光性物质(光学活性物质) ,左旋体,右旋体: 内消旋体、外消旋体,两者的区别:对映异构体,产生条件:非对映异构体:苏式,赤式: CHO HOHH OHCH2OH赤式 差向异构体:Walden翻转: 7. 电子效应 1)诱导效应 2)共轭效应(π-π共轭,p-π共轭,CHO HOHHO HCH2OH苏式 -p 超2共轭,-π超共轭。 σσ3)空间效应 空间阻碍:已有基团对新引入基团的空间阻碍作用。 OHOH 范德华张力:两个原子或原子团距离太近,小于两立体效应 者的范德华半径之和而产生的张力。 (空间效应) CH3 SO3H 和CH3 扭转张力:在重叠构象中存在着要变 为交叉式构象的一种张力。 8. 其它 内型(endo), 外型(exo): HCOCH 3 COCH3 H endo(内型) exo(外型) 顺反异构体,产生条件:烯醇式: . 物理性质 1. 沸点高低的判断? 不同类型化合物之间沸点的比较;同种类型化合物之间沸点的比较。2. 熔点,溶解度的大小判断? 3. 形成有效氢键的条件,形成分子内氢键的条件: HHHH HHH H SOH 3HHH H (二)(三). 稳定性判断 1. 烯烃稳定性判断 R2C=CR2 > R2C=CHR > RCH=CHR (E-构型)> RCH=CHR(Z-构型) > RHC=CH 2 >CH2=CH2 2. 环烷烃稳定性判断3. 开链烃构象稳定性4. 环己烷构象稳定性 5. 反应中间体稳定大小判断(碳正离子,碳负离子,自由基) 碳正离子的稳性顺序: CH2CH CH2CH>(CH3)3C>(CH3)2CH>CH3CH2>CH3 2 自由基稳定性顺序: CH2CHCH2> (CH3)3C>(CH3)2CH>CH3CH2>CH2 碳负离子稳定性顺序: CH2CH CH2。 CH>CH3>1R >2。 R >3。 R 2 6. 共振极限结构式的稳定性判断(在共振杂化体中贡献程度): (四)酸碱性的判断 1. 不同类型化合物算碱性判断 HO H RO H HC C H NH> > > > > 2 H CH2C=CH H CH 3CH2 H pKa 15.7 16~19 25 34 ~40 ~49 CH32. 液相中醇的酸性大小 3. 酸性大小的影像因素(吸电子基与推电子基对酸性的影响) : (五)反应活性大小判断 1. 烷烃的自由基取代反应 X2的活性:F2 >Cl2 >Br 2 >I2 选择性:F2 < Cl2 < Br2< I2. 烯烃的亲电加成反应活性 2 R2C=CR2> R2C=CHR> RCH=CHR3. 烯烃环氧化反应活性 R2C=CR2> R2C=CHR> RCH=CHR4. 烯烃的催化加氢反应活性: CH2=CH2 > RCH=CH5. Diles-Alder 反应 > RCH=CH 2 > CH2=CH2 > CH2=CHX > RCH=CH 2 > CH2=CH2 2 >RCH=CHR' > R2C=CHR > R2C=CR2 双烯体上连有推电子基团( 例如: A. 与异戊二烯进行 下列化合物 349页),亲双烯体上连有吸电子基团,有利于反应进行。 CH3 ; B. Diels-Alder ; CNC. CH2Cl; D. > 3OCH 反应的活性强弱顺序为:> > 。 6. 卤代烃的亲核取代反应SN1 反应: CH2 CHCH2X > 3 RX > 2 RX > 1 RX > CH CH2X 3X (CH3)3CBr 形成碳正离子的相对速率 Br Br Br 1 10-3 10-6 10-11 SN2 反应: CH3X > 1o RX > 2o RX > 3o RX 成环的SN2反应速率是: v 7. 消除反应 五元环 > v 六元环 > v 中环,大环 > v 三元环 > v 四元环 卤代烃碱性条件下的消除反应 CH2 CHCHXCH CHXCH 33 -----E2消除 > 3 RX > 2 RX > 1 RX > CH 3X RI > RBr 醇脱水-----主要E1 > RCl CH2 CHCHCH OHCHCHOH 3 3 > 3 ROH > 2 ROH > 1 ROH 8. 芳烃的亲电取代反应 芳环上连有活化苯环的邻对位定位基(给电子基)芳环上连有钝化苯环的间位定位基 -------反应活性提高 反应活性下降。 (吸电子基)或邻对位定位基------- 例如: 下列芳香族化合物: Cl NH A. B. 2 NO2 CH3 C. D. 硝化反应的相对活性次序为例如:萘环的 A. α—位; > > > 。 B. β—位;C. 氯苯;D. 苯 > > > )。 。 在亲电取代反应中相对活性次序为为 例如:下列各化合物中,最容易与浓硫酸发生磺化反应的是( 3CH3CH 2NO 3)2CH(CH Cl A. ; B. ; C. ; D. (六)其它 1. 亲核性的大小判断:2. 试剂的碱性大小:3. 芳香性的判断: 4. 定位基定位效应强弱顺序: 邻、对位定位基:- O>-N(CH3)2>-NH2>-OH>-OCH3>- - NHCOCH3>-R >-OCOCH3>-C6H5>-F>-Cl>-Br>-I 间位定位基:- +NH3 >-NO2>-CN>-COOH>-SO3H>-CHO>- COCH3>-COOCH3>-CONH2 五、活性中间体与反应类型、反应机理反应机理:1. 自由基取代反应机理 中间体:自由基 反应类型:烷烃的卤代,烯烃、芳烃的 2. 自由基加成反应机理 中间体:自由基: 反应类型:烯烃、炔烃的过氧化效应。 3. 亲电加成反应机理 中间体:环鎓离子(溴鎓离子,氯鎓离子) 反应类型:烯烃与溴,氯,次卤酸的加成中间体:碳正离子,易发生重排。 反应类型:烯烃的其它亲电加成( HX,H2O,H2SO4,B2H6,羟汞化-去汞α-H卤代。 还原反应)、炔烃的亲电加成,小环烷烃的开环加成,共轭二烯烃的亲电加成。或环鎓离子): 4. 亲电取代反应机理: 中间体:σ-络合物(氯代和溴代先生成 π络合物) 反应类型:芳烃亲电取代反应(卤代,硝化,磺化,烷基化,酰基化,氯甲基化)。 5. 亲核加成反应机理:中间体:碳负离子反应类型:炔烃的亲核加成 6.亲核取代反应机理:SN1反应 中间体:碳正离子,易发生重排。反应类型:卤代烃和醇的亲核取代(主要是 的醚)。 SN2反应 中间体:无(经过过渡态直接生成产物)反应类型:卤代烃和醇的亲核取代(主要是 1°),分子内的亲核取代,醚键断3°),醚键断裂反应(3°烃基生成 裂反应(1°烃基生成的醚,酚醚),环氧乙烷的开环反应。 7. 消除反应反应机理E1机理: 中间体:碳正离子,易发生重排。反应类型:醇脱水,E2机理: 中间体:无(直接经过过渡态生成烯烃)反应类型:RX的消除反应E1cb机理: 中间体:碳负离子 反应类型:邻二卤代烷脱卤素。 重排反应机理:(rearrangement ) 或由不稳定的反应 3°RX在无碱性试剂条件下在污水乙醇中的消除反应。 重排反应规律:由不稳定的活性中间体重排后生成较稳定的中间体;物重排成较稳定的产物。 1、碳正离子重排 H (1) 负氢1,2-迁移:CH3CH CH3 (2) 烷基1,2-迁移:CH3C CH3苯基1,2-迁移:C6H5 C6H5C OH 频哪醇重排: CH3CH3 CH3 COH COH重排 CH3 CH3 COH CCH3 CH3 H CH3 CO CH3 H CH3 CH3CH3COH COH2 CH3 H2O CH3 CH2 CH3CHCH3 CH2 CH3CCH2CH3 CH3 (3) CH2 C6H5CCH2C6H5 OH C6H5CCH2C6H5 OH H C6H5CCH2C6H5 O CH3COHCH3CCH3 CH3 CH3C CH3 (频哪酮) 在频哪醇重排中,基团迁移优先顺序为: (4) 变环重排: Ar>R>H CHCH3OH H CHCH3OH2 H2O Cl Cl CHCH3 变环重排 CH3CH3 (5) 烯丙位重排:碱性水解 CH CH2Cl Cl CH3CH CH CH2 CH3 δCH CH δCH2 OH CH3CH CH3CH CH CH2OH CH3CH OH CH CH2 2、其它重排(1) 质子1,3-迁移(互变异构现象) CH3 CCH H2OHgSO4, H2SO4 CH3 OC HCH2 OCH3CCH3 六、鉴别与分离方法七、推导结构 1. 化学性质: 化 2. 动 烯烃的高锰酸钾氧化; 烯烃的臭氧化反应;芳烃的氧化;邻二醇的高碘酸氧 光波谱性质: 红外光谱: 3650~2500cm-1 O—H,N—H伸缩振动 3300~3000cm -1 —C≡C—H(3300),C=C—H(3100),Ar—H(3030) 伸 缩振动 3000~2700cm -1 —CH3,—CH2,次甲基,—CHO(2720,2820)伸缩振 1870~1650cm -1 C=O ( 酸、醛、酮、酰胺、酯、酸酐 )伸缩振动 类别键和官能团 伸缩(cm-1) 说 明 醛、酮 C=O1750-1680R-CHO2720 C=O 1770-1750(缔合时在1710)羧酸 OH气相在3550,液固缔合时在 3000-2500(宽峰) 酰卤C=O1800 酸酐C=O1860-1800 1800-1750酯C=O1735 酰胺C=O1690-1650 NH23520,3380(游离)缔合降低100晴 CN 2260-2210 1690~1450cm1475~1300cm -1 C=C,苯环骨架伸缩振动 —CH3,—CH2,次甲基面内弯曲振动C=C—H,Ar—H,—CH2的面外弯曲振动 -1 1000~670cm -1 核磁共振谱:偶合裂分的规律: n+1规律 n个相邻的全同氢核存在时, 其共振吸收峰将被裂分为 n+1个, 一组化学等价的质子有 这就是n+1规律。按照n+1规律裂分的谱图叫做一级谱图。在一级谱图中 常用溶剂的质子的化学位移值 D CHCl3 (7.27) 6—8.5 0.5(1)—5.52—4.7 1.7—3 OH NH2NH 10.5—129—10 4.6—5.90.2—1.5 131211109876543210 RCOOH R H CR2=CH-RCH2F CH2ClCH2Br CH2I CH2O CH2NO2 RCHO CH2Ar CH2NR2 CH2S CCH CH2C=O CH2=CH-CH 3 C3CH C2CH2C-CH3环烷烃 具体的推到方法: 1).不饱和度的计算 (不饱和度)= 1/2(2 + 2n 4 + n3 - n1) n41、n3、n1分别表示分子中四价、三价和一价元素的原子个数。 如果 =1,表明该化合物含一个不饱和键或是环烷烃; C=C双键,或含一个 C≡C三键等; =2,表明该化合物含两个 ≥4,表明该化合物有可能含有苯环。 2). 红外光谱观察官能团区域 (1). 先观察是否存在 C=O(1820~1660cm -1 , s) (2). 如果有C=O, 确定下列状况. 羧酸:酰胺: 是否存在O-H(3400~2400cm-1, 是否存在N-H(3400cm等强度的两个吸收峰 酯: 是否存在C-O(1300~1000cm -1 -1 -1 宽峰, 往往与C-H重叠) ; 有时是同 附近有中等强度吸收 有强吸收) C=O吸收 ) 酸酐: 1810和1760cm醛:酮: 附近有两个强的 是否存在O=C-H(2850和2750附近有两个弱的吸收没有前面所提的吸收峰 (3). 如果没有C=O, 确定下列状况. 醇、酚: C-O吸收) 胺: 是否存在N-H(3400cm等强度的两个吸收 -1 是否存在O-H(3400~3300cm -1 , 宽峰; 1300~1000cm -1 附近的 附近有中等强度吸收; 有时是同 醚:是否存在C-O(1300~1000cm3400~3300cm -1 -1 有强吸收, 并确认 附近是否有O-H吸收峰) (4).观察是否有C=C或芳环C=C: 1650cm -1 附近有弱的吸收 -1 芳环: 1600~1450cm范围内有几个中等或强吸收 -1 结合3100~3000cm 3)分析核磁共振谱图 的C-H伸缩振动, 确定C=C或芳环。 (1)根据化学位移(δ)、偶合常数(J)与结构的关系,识别一些强单峰和特征峰。 如:下列孤立的甲基和亚甲基质子信号,极低磁场( δ10~16)出现的羧基,醛 O 基和形成分子内氢键的羟基信号。 O CH3CCOOH C RCCHO CH2ClOH CH3O CH3NRO CH3C CH3CR3 CH2CN (2). 采用重水交换的方法识别-OH、-NH2、-COOH上的活泼氢。如果加重水后 相应的信号消失,则可以确定此类活泼氢的存在。 (3)如果δ在6.5~8.5ppm 范围内有强的单峰或多重峰信号, 往往是苯环的质子信 号,再根据这一区域的质子数目和峰型,可以确定苯环上取代基数目和取代基的相对位置。 (4). 解析比较简单的多重峰(一级谱) 数目对该基团进行推断,并根据 ,根据每个组峰的化学位移及其相应的质子 n+1规律估计其相邻的基团。 (5). 根据化学位移和偶合常数的分析,推出若干个可能的结构单元,最后组合可 能的结构式。 综合各种分析,推断分子的结构并对结论进行核对。 有机化学阶段复习(烷烃~芳烃)2009-4-15 一、命名或写出下列化合物的结构式(必要时标出顺、反,1、 2、 R、S构型) Me C=C n-Bu MeEt 3、5-甲基螺[2.4]庚烷4、反-1,2-二甲基环己烷(优势构象) CH3 H 5、 6. 5-硝基-1-萘酚 Br 答: 1、4-异丙基辛烷 2、顺-3,4-二甲基-3-辛烯 3、 H3C H 4、 CH3CH3H OH 5、(S)--溴代乙苯 6. NO2 CH3 1. CH3CHCHCH2CHCH3 CH3 CH3 2. CH3C=CHCHCH2CH3 C2H5CH3 答: 1 : 2, 3, 5-三甲基己烷 2. 3, 5-二甲基-3-庚烯 CH 3 CH3 1. CH 3 CHCHCH2. (CH3CH2)2C=CH CH 3 CHCH 3 CH 3 3. (CH 3 )3CC CC CC(CH 3 )3 答: 1. 2,3,4,5-四甲基己烷 2. 2-乙基-1-丁烯 3. 2,2,7,7-四甲基-3,5-辛二炔 Br Cl C=C 1、 2、 CH3 H 3、顺-1,2-二甲基环己烷 (优势构象) CH3 Br4、 H 答: 1、2-甲基-3-乙基己烷2、(Z)-1-氯-2-溴丙烯 2 3、 HCH3HCH3 4、(R)--溴代乙苯 二、选择题(选择所有符合条件的答案) 1.下列化合物中的碳为A:乙烷 B:乙烯 SP2杂化的是:( C:乙炔 B、DD:苯 )。 2. 某烷烃的分子式为A:正戊烷 C5H12,其一元氯代物有三种,那么它的结构为: C:新戊烷 D:不存在这种物质 ( A )。 B:异戊烷 3. 下列化合物具有芳香性的有哪些?A:环戊二烯负离子 B:[10]轮烯 ( A、C、D ) D: C: NS 4.下列哪些化合物能形成分子内氢键?A:邻氟苯酚 B:邻硝基苯酚 ( A、B ) D:对硝基苯酚 C:邻甲苯酚 5.下列化合物不能发生傅列德尔 A:噻吩 B:9,10-蒽醌 -克拉夫茨酰基化反应的有 C:硝基苯 (B、C、D )。 D:吡啶 6.下列化合物中的碳为 A:乙烷 SP杂化的是:( C:乙炔 C )。D:苯 B:乙烯 7. 某烷烃的分子式为A:正戊烷 C5H12,只有二种二氯衍生物,那么它的结构为:B:异戊烷 C:新戊烷 D:不存在这种物质 (C )。 8. 下列化合物具有芳香性的有哪些? A:[18]轮烯 B:环庚三烯正离子 ( A、B、D C: ) D: NS 9. CH3CCH和CH3CH=CH B:Ag(NH 2 可以用下列哪些试剂来鉴别?( C:Cu(NH 3)2Cl B、C) A:托伦斯试剂3)2NO3D:酸性KMnO 4 理化性质比较题 1. 将下列游离基按稳定性由大到小排列: a. CH3CH2CH2CHCH 3 b. CH3CH2CH2CH2CH2 c. CH3CH2CCH3 CH3 答案:稳定性c > a > b 1-己烯,用什么简单方法可以给 2. 两瓶没有标签的无色液体,一瓶是正己烷,另一瓶是 它们贴上正确的标签?答案: 1-己烯正己烷 无反应 Br2 / CClor KMnO 44 正己烷 褪色 1-己烯 3. 下列化合物中,哪些可能有芳香性? a.b. c.d. 答案:b , d有芳香性 4. 根据S与O的电负性差别,H2O与H2S相比,哪个有较强的偶极答案:电负性 O > S , H 2O -偶极作用力或氢键? 与H2S相比,H2O有较强的偶极作用及氢键 5. 将下列碳正离子按稳定性由大至小排列: CH3 H3C CCH3 答案: 稳定性: CH2 +CH2 CH3CH3 H3C C+ CH CH3 H3C CH3C CH3 +CH CH3 CH3CH3 H3C C+ CH CH3 CH3 CH3 +CH CH3 > H3C C > H3C CCH3 CH2 +CH2 CH3 6.写出可能有的旋光异构体的投影式,用体。 2-溴代-1-丁醇答案: R,S标记法命名,并注明内消旋体或外消旋 CH2OH CH2CH2CH3Br CH2OHH BrCH2CH3( R ) Br CH2OH HCH2CH3( S ) 7.用简便且有明显现象的方法鉴别下列化合物 HCCCH2CH2OH 答案:Ag(NH 3)2 + CH3CCCH2OH 三、完成下列化学反应(只要求写出主要产物或条件 (A ) 1. (C ) H2O Hg, H2SO4 2+ , CH2Cl (1) H2/Ni (2) CH≡CNa (B ) CH2=CH-CH 3 CH2=CH-CH2Cl ( D ) 完成下列各反应式(1)(把正确答案填在题中括号内) 21. CH3CH2CH=CH 1).BH3 2 2).H2O2,OH- 1).O3 CH3CH2CH2CH2OH 22. (CH3)2C=CHCH2CH3 2).Zn,H2OCH3COCH 3 +CH3CH2CHO 23. CH2=CHCH=CH CH3 2 + CH2=CHCHO CH3 CHO CH3 NO2 + 24. + HNO3 NO2 21. (CH3)2C=CHCH HBr 3 (CH3)2C-CH2CH3 Br 22. CH2=CHCH2OH Cl2 / H2O ClCH2CH-CH2OH OH 23.CH3CH2CCCH3 + H2O H2SO4HgSO4 CH3CH2CH2COCH 3 +CH3CH2COCH2CH3 24. CH=CH2 + Cl2 CHCl CH2Cl 五、分析下列反应历程,简要说明理由 CH2OH H + 170℃ 答: CH2OH H + CH2OH2 —H2O CH2 扩环重排 + H 一级碳正离子重排为三级碳正离子,五元 —H + 环扩环重排为六元环生成的碳正离子稳定。 (环张力降低),这样 2. 写出下列反应的历程 OH H + + 答案; + OH H + + OH2 _ H2O a+b a _ H + b +H _ H + CH3 CH3 Cl + HCl H3C Cl 解:反应中出现了重排产物,因此反应是经过碳正离子中间体进行的: CH3 3 CH3 + 2 + HCl (Ⅱ) CH3 Cl — Cl (Ⅰ) 1 负氢重排碳正离子2° 3° (Ⅲ) CH3+ Cl — H3C Cl (Ⅳ) (Ⅴ) 首先:H+与(Ⅰ)反应,由于受(Ⅰ)中甲基的给电子效应的影响,使 (Ⅰ)中C-1的电子云密度 增加,H+与C-1结合得碳正离子(Ⅱ),(Ⅱ)与Cl—结合得(Ⅲ);(Ⅱ)为仲碳正离子,与甲基直接相连的碳上的氢以负氢形式转移,发生重排,得到更稳定的叔碳正离子与Cl—结合得(Ⅴ)。 (Ⅳ),(Ⅳ) 六、指定原料合成(注意:反应过程中所用的有机溶剂、催化剂及无机原料可任选,在反应中涉及的其他中间有机物均要求从指定原料来制备) SO3H 1.以萘为原料合成: NO2 。 解: H2SO4 165℃ SO3H HNO3H2SO4 NO2 NH2 Br Br SO3H 2.以苯胺及两个碳的有机物为原料合成: NO2 NH2 NHCOCH 3 NHCOCH 3 NHCOCH 3 解: CH3COCl HNO3.H2SO4 NO2 + Br2 FeBr3 Br Br NO2 NH2 +H3O, Br Br 或OH-,H2O NO2 3.完成下列转化(必要试剂) COOH Br 答案: CH3BrAlCl3 CH3 KMnO 4 COOH Br2Fe Br COOH Cl 4.以四个碳原子及以下烃为原料合成: Cl 。 CN 解:CHCH + HCN CH2=CH-CN 磷钼酸铋470℃ (CH2=CH-CH3 +NH3+3/2O 2 CH2=CH-CN) ClCl CN Cl2 CN CH2=CH-CH=CH 2 + CH2=CH-CN OH Cl Cl 5。以苯为原料合成: SO3H 。 ONa OH OH 浓H2SO4 NaOH 碱熔 H + 浓H2SO4 解: OH OH Cl Cl Cl SO3H Cl2 FeCl3 Cl H2O SO3H CH3 COOH NO2 NO2 NO2 路线一:先硝化,后氧化 CH3 CH3 COOH NO2 NO2 混酸 NO2 路线二:先氧化,后硝化 NO2 KMnO4 H + NO2 CH3 COOH COOH COOH KMnO4 发烟HNO3H2SO4 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 H NO2 + 路线二有两个缺点,(1)反应条件高,(2)有付产物,所以路线一为优选路线。 (主) (少) 七、结构推导 1. 分子式为C6H10的A及B,均能使溴的四氯化碳溶液褪色,并且经催化氢化得到相同的产物正己烷。A可与氯化亚铜的氨溶液作用产生红棕色沉淀,臭氧化后再还原水解,得到 而B不发生这种反应。B经 CH3CHO及HCOCOH(乙二醛)。推断A及B的结构,并 用反应式加简要说明表示推断过程。 答案: A H3CCH2CH2CH2CCH B CH3CH=CHCH=CHCH 3 2. 分子式为C5H10的化合物A,与1分子氢作用得到高锰酸钾作用得到一个含有 4个碳原子的羧酸。 C5H12的化合物。A在酸性溶液中与 A经臭氧化并还原水解,得到两种不同的 醛。推测A的可能结构,用反应式加简要说明表示推断过程。 答案: or 3. 溴苯氯代后分离得到两个分子式为 式为C6H3ClBr2的产物,而溴代后所得产物之一与式,写出各步反应。 C6H4ClBr的异构体A和B,将A溴代得到几种分子 C6H3ClBr2的产物C和D。A B经溴代得到两种分子式为 C相同,但没有任何一个与D相同。推测A,B,C,D的结构 答案: Br A. Cl B C Br Cl Cl Cl D Br Br Br Br 转]有机化学鉴别方法《终极版》找了很久有机化学鉴别方法的总结 1烷烃与烯烃,炔烃的鉴别方法是酸性高锰酸钾溶液或溴的可以使高锰酸钾褪色,只是快慢不同) ccl4溶液(烃的含氧衍生物均 2烷烃和芳香烃就不好说了,但芳香烃里,甲苯,二甲苯可以和酸性高锰酸钾溶液反应,苯就不行 3另外,醇的话,显中性 4酚:常温下酚可以被氧气氧化呈粉红色,而且苯酚还可以和氯化铁反应显紫色5可利用溴水区分醛糖与酮糖6醚在避光的情况下与氯或溴反应,作用,生成过氧化合物。 7醌类化合物是中药中一类具有醌式结构的化学成分型,具体颜色不同反应类型较多1.烯烃、二烯、炔烃: (1)溴的四氯化碳溶液,红色腿去(2)高锰酸钾溶液,紫色腿去。2.含有炔氢的炔烃: (1)硝酸银,生成炔化银白色沉淀 (2)氯化亚铜的氨溶液,生成炔化亚铜红色沉淀。3.小环烃:三、四元脂环烃可使溴的四氯化碳溶液腿色 4.卤代烃:硝酸银的醇溶液,生成卤化银沉淀;不同结构的卤代烃生成沉淀的速度不同,叔卤代烃和烯丙式卤代烃最快,仲卤代烃次之,伯卤代烃需加热才出现沉淀。5.醇: (1)与金属钠反应放出氢气(鉴别 6个碳原子以下的醇); ,主要分为苯醌,萘醌,菲醌和蒽醌四种类 可生成氯代醚或溴代醚。 醚在光助催化下与空气中的氧 一.各类化合物的鉴别方法 (2)用卢卡斯试剂鉴别伯、仲、叔醇,叔醇立刻变浑浊,仲醇放置后变浑浊,伯醇放置 后也无变化。 6.酚或烯醇类化合物: (1)用三氯化铁溶液产生颜色(苯酚产生兰紫色)。(2)苯酚与溴水生成三溴苯酚白色沉淀。7.羰基化合物:(1)鉴别所有的醛酮: 2,4-二硝基苯肼,产生黄色或橙红色沉淀; (2)区别醛与酮用托伦试剂,醛能生成银镜,而酮不能; (3)区别芳香醛与脂肪醛或酮与脂肪醛,用斐林试剂,脂肪醛生成砖红色沉淀,而酮和芳香醛不能; (4)鉴别甲基酮和具有结构的醇,用碘的氢氧化钠溶液,生成黄色的碘仿沉淀。8.甲酸:用托伦试剂,甲酸能生成银镜,而其他酸不能。9.胺:区别伯、仲、叔胺有两种方法(1)用苯磺酰氯或对甲苯磺酰氯,在NaOH溶液中反应,伯胺生成的产物溶于 NaOH仲胺生成的产物不溶于NaOH溶液;叔胺不发生反应。(2)用NaNO2+HCl : 脂肪胺:伯胺放出氮气,仲胺生成黄色油状物,叔胺不反应。芳香胺:伯胺生成重氮盐,仲胺生成黄色油状物,叔胺生成绿色固体。10.糖: (1)单糖都能与托伦试剂和斐林试剂作用,产生银镜或砖红色沉淀; (2)葡萄糖与果糖:用溴水可区别葡萄糖与果糖,葡萄糖能使溴水褪色,而果糖不能。(3)麦芽糖与蔗糖:用托伦试剂或斐林试剂,麦芽糖可生成银镜或砖红色沉淀,而蔗糖不能。 ; 二.例题解析 例1.用化学方法鉴别丁烷、 1-丁炔、2-丁炔。 1-丁炔和2-丁炔为不饱和烃,用溴的四氯化碳 1-丁炔具有炔氢而 2-丁炔没有,可用硝酸 分析:上面三种化合物中,丁烷为饱和烃,溶液或高锰酸钾溶液可区别饱和烃和不饱和烃, 银或氯化亚铜的氨溶液鉴别。因此,上面一组化合物的鉴别方法为:例2.用化学方法鉴别氯苄、 1-氯丙烷和2-氯丙烷。 是同一类化合物,都能与硝酸银的醇溶液反应生成卤化 分析:上面三种化合物都是卤代烃, 银沉淀,但由于三种化合物的结构不同,分别为苄基、二级、一级卤代烃,它们在反应中的活性不同,因此,可根据其反应速度进行鉴别。上面一组化合物的鉴别方法为:例3.用化学方法鉴别下列化合物 苯甲醛、丙醛、2-戊酮、3-戊酮、正丙醇、异丙醇、苯酚 分析:上面一组化合物中有醛、酮、醇、酚四类,醛和酮都是羰基化合物,因此,首先用鉴别羰基化合物的试剂将醛酮与醇酚区别,醛与脂肪醛,用碘仿反应鉴别甲基酮; 然后用托伦试剂区别醛与酮, 用斐林试剂区别芳香 用碘仿反应鉴别 用三氯化铁的颜色反应区别酚与醇, 可氧化成甲基酮的醇。鉴别方法可按下列步骤进行:(1)将化合物各取少量分别放在 7支试管中,各加入几滴 2,4-二硝基苯肼试剂,有黄色 沉淀生成的为羰基化合物,即苯甲醛、丙醛、(2)将4种羰基化合物各取少量分别放在 2-戊酮、3-戊酮,无沉淀生成的是醇与酚。4支试管中,各加入托伦试剂(氢氧化银的氨 无银镜生成的是 2-戊酮和3 溶液),在水浴上加热,有银镜生成的为醛,即苯甲醛和丙醛,-戊酮。 (3)将2种醛各取少量分别放在 2支试管中,各加入斐林试剂(酒石酸钾钠、硫酸酮、 氢氧化钠的混合液),有红色沉淀生成的为丙醛,无沉淀生成的是苯甲醛。 (4)将2种酮各取少量分别放在成的为2-戊酮,无黄色沉淀生成的是 2支试管中,各加入碘的氢氧化钠溶液,有黄色沉淀生3-戊酮。 3支试管中,各加入几滴三氯化铁溶液,出现兰紫 (5)将3种醇和酚各取少量分别放在色的为苯酚,无兰紫色的是醇。 (6)将2种醇各取少量分别放在支试管中,各加入几滴碘的氢氧化钠溶液,有黄色沉淀生成的为异丙醇,无黄色沉淀生成的是丙醇。 /1.化学分析(1)烃类①烷烃、环烷烃留待最后鉴别。 不与KMnO4反应,而与烯烃区别。③烯烃使Br2/CCl4(红棕色)褪色;使在酸中变成无色④共轭双烯 Mn2+。 KMnO4/OH-(紫色)变成 MnO2 棕色沉淀; 不溶于水,溶于苯、乙酸、石油醚,因很稳定且不和常用试剂反应,故常 与顺丁烯二酸酐反应,生成结晶固体。 KMnO4/OH-(紫色)产生MnO2 ⑤炔烃(-C≡C-)使Br2/CCl4(红棕色)褪色;使↓棕色沉淀,与烯烃相似。 ⑥芳烃与CHCl3+无水AlCl3作用起付氏反应,烷基苯呈橙色至红色,萘呈蓝色,菲呈紫色,蒽呈绿色,与烷烃环烷烃区别;用冷的发烟硫酸磺化, 溶于发烟硫酸中,与烷烃相区别; Br2/CCl4褪色,与烯 不能迅速溶于冷的浓硫酸中,与醇和别的含氧化合物区别;不能使烃相区别。 (2)卤代烃R—X(—Cl、—Br、—I)在铜丝火焰中呈绿色,叫 Beilstein 试验,与AgNO3 醇溶液生成 AgCl↓(白色)、AgBr↓ (淡黄色)、AgI↓(黄色)。叔卤代烷、碘代烷、丙烯型卤代烃和苄基卤立即起反应,仲卤代烃、伯卤代烃放置或加热起反应,乙烯型卤代烃不起反应。(3)含氧化合物 ①醇(R—OH)加Na产生H2↑(气泡),含活性H化合物也起反应。用RCOCl/H2SO4或酸酐可酯化产生香味,但限于低级羧酸和低级醇。使橙色变为蓝绿色 Cr3+(不透明),可用来检定伯醇和仲醇。 K2Cr2O7+H2SO4 水溶液由透明 用Lucas试剂(浓HCl+ZnCl2)Lucas试剂反应,仲醇 5分钟内 生成氯代烷出现浑浊,并区别伯、仲、叔醇。叔醇立即和反应,伯醇在室温下不反应。加硝酸铵溶液呈黄至红色,而酚呈NaOH)生成CHI3↓(黄色)。 ②酚(Ar—OH)加入1%FeCl3溶液呈蓝紫色[Fe(ArO)6]3-或其它颜色,酚、烯醇类化合物起此反应;用 NaOH 水溶液与NaHCO3 水溶液,酚溶于 NaOH 水溶液,不溶于 NaHCO3,与RCOOH区别;用Br2水生成(白色,注意与苯胺区别)。 ③醚(R—O—R)加入浓H2SO4生成盐、混溶,用水稀释可分层,与烷烃、卤代烃相区别(含氧有机物不能用此法区别) 。 用碘仿反应(I2+NaOH)生成CHI3↓(黄色), ④酮加入2,4-二硝基苯肼生成黄色沉淀; 鉴定甲基酮;用羟氨、氨基脲生成肟、缩氨基脲,测熔点。 ⑤醛用Tollens试剂Ag(NH3)2OH产生银镜Ag↓;用Fehling试剂2Cu2++4OH-或Benedict 试剂生成Cu2O↓(红棕色);用Schiff试验品红醛试剂呈紫红色。 CO2气体;也可利用活性 H的反应鉴别。 ⑥羧酸在NaHCO3水溶液中溶解放出酸上的醛基被氧化。 ⑦羧酸衍生物水解后检验产物。 (4)含氮化合物 利用其碱性,溶于稀盐酸而不溶于水,或其水溶性化合物能使石蕊变蓝。①脂肪胺采用Hinsberg 试验 ②芳香胺 芳香伯胺还可用异腈试验:③苯胺在Br2+H2O中生成(白色)。 苯酚有类似现象。(5)氨基酸采用水合茚三酮试验 脯氨酸为淡黄色。多肽和蛋白质也有此呈色反应。(6)糖类①淀粉、纤维素 需加SnCl2防止氧对有色盐的氧化。碳水化合物均为正性。淀粉加入I2呈兰色。②葡萄糖 加Fehling试剂或Benedict 试剂产生Cu2O加Tollens试剂[Ag(NH3)2+OH-]产生银镜。 化学命名法 中国化学会有机化学命名原则,1980 一般规则 取代基的顺序规则 ,还原糖均有此反应; ↓(红棕色)当主链上有多种取代基时,由顺序规则决定名称中基团的先后顺序。一般的规则是: 1.取代基的第一个原子质量越大,顺序越高; 2.如果第一个原子相同,键,则视为连接了 那么比较它们第一个原子上连接的原子的顺序;如有双键或三 2或3个相同的原子。 以次序最高的官能团作为主要官能团,名称越靠前。 命名时放在最后。其他官能团,命名时顺序越低 主链或主环系的选取 以含有主要官能团的最长碳链作为主链,靠近该官能团的一端标为1号碳。 如果化合物的核心是一个环(系),那么该环系看作母体;除苯环以外,各个环系按照自己的规则确定 1号碳,但同时要保证取代基的位置号最小。 支链中与主链相连的一个碳原子标为1号碳。 数词 位置号用阿拉伯数字表示。 官能团的数目用汉字数字表示。 碳链上碳原子的数目,10以内用天干表示,10以外用汉字数字表示。 杂环化合物(最近学员经常在答疑板提到关于命名的疑问,以下内容可供参考) 把杂环看作碳环中碳原子被杂原子替换而形成的环,氧杂环戊烷) 称为“某杂(环的名称)”;(如: 给杂原子编号,使杂原子的位置号尽量小。 其他官能团视为取代基。 1.带支链烷烃 主链选碳链最长、带支链最多者。 编号按最低系列规则。从*侧链最近端编号,如两端号码相同时,则依次比较下一取代 基位次,最先遇到最小位次定为最低系统(不管取代基性质如何)。(最小命名法) 2,3,5-三甲基己烷,不叫低系列。 2,4,5-三甲基己烷,因2,3,5与2,4,5对比是最 取代基次序IUPAC规定依英文名第一字母次序排列。我国规定采用立体化学中“次序规则”:优先基团放在后面,如第一原子相同则比较下一原子。 2-甲基-3-乙基戊烷,因—CH2CH3>—CH3,故将—CH3放在前面。 2.单官能团化合物 主链选含官能团的最长碳链、带侧链最多者,称为某烯(或炔、醇、醛、酮、酸、酯、……)。 卤代烃、硝基化合物、醚则以烃为母体,以卤素、硝基、烃氧基为取代基,并标明取代基位置。 编号从*近官能团(或上述取代基)端开始,按次序规则优先基团列在后面。 3.多官能团化合物 (1)脂肪族 选含官能团最多(尽量包括重键)的最长碳链为主链。序, 官能团词尾取法习惯上按下列次 —OH>—NH2(=NH)>C≡C>C=C 如烯、炔处在相同位次时则给双键以最低编号。 (2)脂环族、芳香族 如侧链简单,选环作母体;如取代基复杂,取碳链作主链。 (3)杂环 从杂原子开始编号,有多种杂原子时,按O、S、N、P顺序编号。 4.顺反异构体 (1)顺反命名法 环状化合物用顺、反表示。相同或相似的原子或基因处于同侧称为顺式,反式。 处于异侧称为 (2)Z,E命名法 化合物中含有双键时用基团处于同侧称为 Z、E表示。按“次序规则”比较双键原子所连基团大小,较大 E。 Z,处于异侧称为 次序规则是: (Ⅰ)原子序数大的优先,如为最小; I>Br>Cl>S>P>F>O>N>C>H,未共享电子对: (Ⅱ)同位素质量高的优先,如D>H; (Ⅲ)二个基团中第一个原子相同时,依次比较第二、第三个原子; (Ⅳ)重键 分别可看作 (Ⅴ)Z优先于E,R优先于S。 5.旋光异构体 (1)D,L构型 主要应用于糖类及有关化合物,以甘油醛为标准,规定右旋构型为凡分子中离羰基最远的手性碳原子的构型与型。 D-(+)-甘油醛相同的糖称 D,左旋构型为L。 D型;反之属L 氨基酸习惯上也用型。 D、L标记。除甘氨酸无旋光性外,α-氨基酸碳原子的构型都是L 其余化合物可以通过化学转变的方法,与标准物质相联系确定。 (2)R,S构型 含一个手性碳原子化合物序规则”由大到小排列(比如三个基团指向观察者,则 Cabcd命名时,先将手性碳原子上所连四个原子或基团按a>b>c>d),然后将最小的 “次 d放在远离观察者方向,其余 a→b→c顺时针为R,逆时针为S;如d指向观察者,则顺时针 为S,逆时针为R。在实际使用中,最常用的表示式是Fischer投影式, (R)-2-氯丁烷。因为Cl>C2H5>CH3>H,最小基团H在C原子上下(表示向后),处于远离观察者的方向,故命名法规定 Cl→C2H5→CH3顺时针为R。 因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容