无机及分析化学实验大纲
课程的性质、地位和作用  

无机及分析化学大纲

课程代码:7300010
课程名称:《无机及分析化学》
(Inorganic and Analytical Chemistry)
教 材:《无机及分析化学》董元彦等编,科学出版社
适用专业:农科和理科各专业
学 时: 72
开课学院:生命科学与理学院


一、课程的性质、地位和作用

二十一世纪将是生物学世纪,而化学是生物科学的基础之一,基础化学知识是高级农业科技工作者知识结构的重要组成部分。因此,基础化学课是高等农业院校各有关专业的一门重要的必修基础课。
无机及分析化学包括无机化学和分析化学两门分支学科的基本内容,学好该课程,可为后续化学课程和专业课的学习打下基础,提高科技工作者的素质。
无机及分析化学是一门科学、系统、简明地阐述无机化学和分析化学基本理论、基本理论和应用性知识的一门综合课程。无机化学部分主要介绍化学基础理论和溶液中的离子反应,分析化学部分主要介绍定量分析的基本理论及误差和分析数据的处理等。

二、课程的基本要求

无机化学阐述化学反应速度,化学热力学基础,化学平衡及原子结构和分子结构理论,用结构理论阐述元素周期律及其与电子构型的关系,详细介绍化学平衡中的酸碱平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡和氧化还原平衡等。
分析化学应阐述误差与量的观念,辨别与评价各种分析方法的特点及应用的限制,掌握有关测定原理和数据处理的方法,逐渐学会查阅定量分析的有关资料。应注重培养和提高学生的自学能力、思维能力、动手能力、表达能力以及分析与解决的能力。

三、讲授大纲(共72学时;4个学分)


绪言(1学时)
一、无机及分析化学简介
二、无机及分析化学的地位和作用
三、化学的发展趋势和前沿领域
四、无机及分析化学的学习方法

本章基本要求:
了解本课程的性质、研究对象与方法、任务;

第1章 分散体系(5学时)

§1 溶液: 物质的量及其单位;物质的量浓度;质量摩尔浓度;物质的摩尔分数。
§2稀溶液的依数性: 溶液的蒸气压下降;溶液的沸点上升;溶液的凝固点下降;溶液的渗透压。
§3胶体溶液:分散度比表面积;表面能;固体对气体的吸附;固体在溶液中的吸附;溶胶的性质;溶胶离子带电的原因;胶团结构;溶胶的稳定性和凝结。
§4乳状液和高分子溶液:表面活性物质;乳状液;高分子溶液。

本章基本要求:

1.掌握溶液中物质的量浓度、质量摩尔浓度、物质的量分数、质量分数的计算及相互间的换算。
2.掌握难挥发非电解质稀溶液的依数性及其应用。
3.了解分散体系的类型,掌握胶体分散体系的基本特性。
4.了解溶胶的性质,了解离子交换吸附的特点,掌握胶团结构概念和胶体带电的原因,了解胶团的扩散双电层结构,了解电动电势及其与溶胶稳定性的关系。
5.了解溶胶动力学稳定性和热力学不稳定性的原因,了解电解质对溶胶的聚沉作用。
6.了解高分子化合物溶液的特点,了解表面活性物质的特点及应用,了解乳状液的组成及类型。
本章重点:溶液中物质的量浓度、质量摩尔浓度、物质的量分数、质量分数的计算及相互间的换算;溶液蒸气压下降的原因及依数性计算公式;胶体分散体系的基本特性;胶团结构和影响溶胶稳定性和聚沉性的因素。
本章难点:引起稀溶液依数性的原因;胶团结构。

第2章 化学热力学基础(6学时)

§1基本概念:体系和环境;状态与状态函数;广度性质和强度性质;过程与途径;热、功和热力学能;热力学第一定律。
§2热化学:反应进度;化学反应热;热化学方程式盖斯定律;标准摩尔生成焓;标准燃烧焓。
§3熵:自发过程;混乱度和熵;热力学第二定律;标准熵;化学反应的熵变计算。§4 自由能:自由能;标准摩尔生成自由能;Gibbs-Helmholtz方程;生化标准生成自由能。

本章基本要求:
1. 了解热力学能、焓、熵、自由能等状态函数的物理意义
2. 掌握热力学第一定律,第二定律的基础内容
3. 掌握化学反应热效应的各种计算方法
4. 掌握过程的△S、△G的计算
5. 掌握△G与温度的关系式,及温度对反应自发性的影响
本章重点:热力学第一定律,第二定律;状态函数的性质、物理意义;焓和焓变;自由能和自由能变;反应热和自由能变的含义及其计算;自发性判据。
本章难点:化学反应热效应的各种计算方法;焓、熵、自由能的概念;利用吉布斯自由能判断过程的自发性。

第三章 物质结构(8学时)

§1 物质结构理论发展简介:氢原子光谱;玻尔理论;电子波粒二象性;测不准原理;薛定谔方程;波函数。
§2 核外电子的运动状态:四个量子数; 核外电子排布规律;多电子原子轨道近似能级图。
§3 原子电子层结构和元素周期系:原子核外电子的派布;原子的电子层结构与周期表;元素基本性质的周期性。
§4 离子化合物:离子键;晶格能。
§5共价化合物:价键理论;共价键的特性;共价键的类型;键参数。
§6 杂化转道理论:杂化轨道理论要点;杂化类型与分子空间构型。
§7分子间力和氢键:分子间力;氢键;氢键对化合物性质的影响。
§8晶体结构:离子晶体;原子晶体;分子晶体。

本章基本要求:

1. 了解核外电子运动的特性——波粒二象性、量子化、波函数ψ与原子轨道,几率与几率密度及其表示法,原子轨道和电子云角度分布图
2. 掌握四个量子数的物理意义,相互关系及合理组合
3. 掌握单电子原子、多电子原子能级,了解钻穿效应、屏蔽效应对能级高低的影响;掌握核外电子排布的原理,能熟练写出一般元素原子核外电子排布式
4. 掌握原子结构与同期系的关系及元素基本性质(原子半径、电离能、电子亲合能、电负性)的变化规律
5. 掌握离子键理论要点,决定离子化合物性质的因素与离子晶体的晶格能
6. 掌握共价键理论(VB法)和杂化轨道理论要点及共价健特征
7. 掌握偶极矩、分子的极化和分子间力、氢键及对物质物理性质的影响,了解各类晶体的特点
本章重点:四个量子数;核外电子的排布;元素性质变化的周期性;价键理论;杂化轨道理论及其应用;分子间作用力和氢键。
本章难点:核外电子运动状态的描述;电子排布的特例;杂化轨道理论和分子空间构型。

第4章 化学反应速率(4学时)

§1化学反应速率:化学反应速率;反应机理;速率方程速率常数;反应级数。
§2温度对反应速率的影响:Vant Hoff规则;阿仑尼乌斯公式;活化能。
§3反应速率理论简介:碰撞理论;过度态理论。
§4催化剂:催化剂和催化作用;催化剂的特点均相催化和多相催化;酶催化反应。
本章基本要求:
1. 掌握化学反应速率方程式,质量作用定律及其适用范围
2. 了解反应速率理论
3. 掌握温度与反应速率常数的关系式,掌握活化能的概念
本章重点:反应速率方程式;质量作用定律;活化能;阿累尼乌斯公式
本章难点:质量作用定律和阿累尼乌斯公式的应用

第5章 化学平衡(4学时)

§1可逆反应与化学平衡:可逆反应;分压定律;标准平衡常数;书写标准平衡常数表达式应注意的事项;有关化学平衡的计算
§2化学平衡的移动:浓度的影响;压力的影响;温度的影响。
§3生物化学标准平衡常数
本章基本要求:
1. 掌握标准平衡常数(K)的意义及书写
2. 掌握有关化学平衡的计算
3. 了解化学反应等温方程的意义,掌握ΔrGmθ与Kθ的关系式。
3. 掌握浓度、压力、温度对化学平衡移动的影响
本章重点:标准平衡常数(Kθ)的意义及书写;标准平衡常数;ΔrGmθ与Kθ的关系;化学平衡的计算
本章难点:化学反应等温方程的应用

第6章 化学分析(6学时)


§1分析化学概述:分析化学的任务和作用;分析方法的分类;定量分析的一般程序。
§2定量分析中的误差:误差分类;准确度和精密度;误差和偏差;提高分析结果准确度的方法。
§3 有效数字及计算规则:有效数字;有效数字运算规则;有效数字的修约。
§4滴定分析法:滴定分析概述;滴定分析法的分类与滴定方式;标准溶液和基准物质;滴定分析中的计算。

本章基本要求:
1. 了解分析化学的目的、任务、作用,分析方法的分类,定量分析的一般程序
2. 掌握误差的分类、来源、减免方法,准确度、精密度的概念及其表示方法
3. 了解提高分析准确度的方法,可疑值的取舍方式
4. 掌握有效数学的概念及运算规则
5. 掌握滴定分析中的基本概念,标准溶液、化学计量点、指示剂、滴定终点、滴定误差
6. 掌握滴定分析法的分类、滴定方式、滴定分析对滴定反应的要求
7. 掌握标准溶液浓度表示方法,标准溶液的配制及标定方法
8. 掌握滴定分析计算方法
本章重点:误差的基本概念、计算及减免方法;有效数字的运算规则;标准溶液的表示方法及配制、标定方法;滴定分析计算。
本章难点:分析数据的处理和有效数字的计算;滴定度的计算。

第7章 酸碱平衡(6学时)
§1电解质溶液:电解质溶液;电离度;活度;离子强度。
§2 酸碱质子理论:酸碱的定义;酸碱反应;酸碱的强弱;水的质子自递反应;共轭酸碱对Ka和Kb的关系。
§3 酸碱平衡的移动:浓度对质子转移平衡的影响;同离子效应和盐效应。
§4酸碱平衡中有关浓度的计算:水溶液的pH;酸碱溶液pH值的计算;酸度对弱酸(碱)型体分布的影响。
§5缓冲溶液:缓冲溶液的缓冲原理;缓冲溶液的pH值;缓冲容量和缓冲范围;缓冲溶液的选择与配制;缓冲溶液的应用。
本章基本要求:
1. 了解强电解质溶液的特点,活度、活度系数及离子强度的概念
2. 掌握弱酸、弱碱的电离平衡,影响电离平衡常数和电离度的因素,稀释定律;运用最简式计算弱酸、弱碱水溶液的pH值及有关离子平衡浓度
3. 了解同离子效应,盐效应
4. 掌握酸碱质子理论:质子酸碱定义,共轭酸碱对,酸碱反应的实质,共轭酸碱Kaθ和与Kbθ的关系
5. 了解酸度对弱酸(碱)存在形态分布状况的影响
本章重点:电离平衡原理;酸碱质子理论;质子条件;稀释定律;运用最简式计算弱酸、弱碱水溶液的pH值及有关离子平衡浓度;同离子效应,盐效应。
本章难点:质子条件;各类溶液体系pH值的计算。

第八章 酸碱滴定法(4学时)
§1 酸碱指示剂:酸碱指示剂的变化原理;指示剂变色范围;混合指示剂。
§2 酸碱滴定的基本原理:强碱(酸)滴定强酸(碱);强碱(酸)滴定一元弱酸(碱);多元酸(碱)和混合酸(碱)的滴定;标准溶液的配制和标定;CO2对酸碱滴定的影响。
§3酸碱滴定法的应用:直接滴定法其它滴定方式。
本章重点:酸碱指示剂的变色原理和选择;一元强酸碱的滴定;多元酸(碱)分步滴定。
本章基本要求:
1. 掌握酸碱指示剂的变色原理、指示剂的变色点、变色范围
2. 掌握强碱(酸)滴定一元酸(碱)的原理,滴定曲线的概念,影响滴定突跃的因素,化学计量点pH值及突跃范围的计算,指示剂的选择,掌握直接准确滴定一元酸(碱)的判居其应用
3. 掌握多元酸(碱)分步滴定的判据及滴定终点的pH计算,指示剂的选择,了解混合酸(碱)准确滴定的判据
4. 掌握酸碱滴定法的应用,了解CO2对酸碱滴定的影响,掌握酸碱标准溶液的配制及标定,掌握混合碱的分析方法及铵盐中含氮量的测定方法
本章难点:强碱(酸)滴定一元弱酸(碱)pH值计算;多元酸(碱)和混合酸(碱)的滴定pH值计算;混合碱的测定。
第九章 沉淀溶解平衡(4学时)
§1难溶电解质的溶度积:溶度积;溶度积和溶解度的关系;溶度积规则。
§2 沉淀的生成和溶解:沉淀的生成; *分步沉淀沉淀的溶解;*沉淀的转化。
§3沉淀滴定法(自学):沉淀滴定法对反应的要求;沉淀滴定法;银量法的应用。
本章基本要求:
1. 掌握难溶强电解质的溶度积原理
2. 掌握溶度积Ksp和溶解度S的定量关系
3. 了解同离子效应和介质酸度对沉淀溶解平衡的影响
4. 掌握溶度积规则,沉淀生成和溶解的方法及应用,了解分步沉淀和沉淀转化
本章重点:难溶强电解质的溶度积原理和意义;溶度积规则。
本章难点:溶度积规则;分步沉淀。

第十章 配位化合物(4学时)

§1 配位化合物的基本概念:位化合物及其组成;配位化合物的命名。
§2 配位化合物的价键理论:价键理论;配离子的形成。
§3 配位平衡:配离子的稳定常数;配位平衡的计算;配位平衡的移动。
§4 螯合物:螯合物的形成;螯合物的稳定性; 配位化合物的应用
本章基本要求:
1. 掌握配位化合物的组成及命名,了解决定配位数的因素
2. 掌握配位化合物键价理论要点,了解内轨型及外轨型配合物,了解配合物的磁性
3. 掌握配位平衡及有关计算;掌握沉淀反应对配位平衡的影响并作有关计算,掌握酸碱反应对配位平衡的影响;了解多重平衡常数及其应用
4. 掌握螯合物的结构特点及稳定性,了解螯合剂的应用
5. 了解配位化合物的应用及生物无机化学
本章重点:配合物的组成及命名;配位平衡的计算;配位平衡的移动;螯合物。
本章难点:配合物的命名;价键理论中内、外轨及高、低自旋等概念;配位平衡中的有关计算。

第十一章 配位滴定法(4学时)

§1配位滴定法概述:配位滴定法及其对反应的要求;常用配位剂;EDTA及其配合物的性质。
§2 影响金属EDTA配合物稳定性的因素:主反应和副反应;酸效应酸和效应系数;配位效应和配位效应系数;EDTA配合物的条件稳定常数。
§3配位滴定的基本原理:配位滴定曲线;单一金属离子准确滴定的条件;配位滴定中酸度的控制。
§4金属离子指示剂:金属离子指示剂及其工作原理;常用金属离子指标剂简介。
§5 提高配位滴定选择性的方法:控制酸度;掩蔽和解蔽;预先分离;其它配位剂。
§6配位滴定的方式和应用:直接滴定法;间接滴定法;返滴定法;置换滴定法。
本章基本要求:
1. 掌握影响EDTA配合物稳定性的外部因素,重点掌握酸效应和酸效应系数
2. 掌握EDTA滴定法的基本原理,重点掌握单一金属离子准确滴定的界限及配位滴定中酸度的控制
3. 了解金属离子指标剂,了解提高配位滴定选择性的方法与途径
本章重点:酸效应、酸效应系数和酸效应曲线;条件稳定常数;EDTA滴定法的基本原理。
本章难点:配位平衡中的有关计算;酸效应曲线及其应用。

第10章 氧化还原反应与电化学(6学时)

§1氧化还原反应:氧化数;氧化还原反应。
§2氧化还原反应方程式的配平:氧化数法;离子-电子法。
§3电极电势:原电池;电极电势。
§4原电池的电动势和自由能变化的关系
§5 影响电极电势的因素: Nernst公式;电极电势的影响因素。
§6 电极电势的应用:计算原电池的电动势;表示物质氧化还原能力的相对强弱;判断氧化还原反应的方向;判断氧化还原反应的程度;测定溶度积常数和稳定常数。
§7元素电势图及其应用(自学):元素电势图。
§6生物体氧化还原体系及其应用(自学)
本章基本要求:
1. 掌握氧化数的概念及氧化数规则
2. 掌握原电池的组成,电极反应,电池符号;掌握电极电势的概念及影响因素,掌握标准电极电势的概念
3. 熟练掌握Nernst方程,掌握浓度、压力、酸度、沉淀反应、配位反应对电极电势的影响,并能熟练的运用Nernst方程式进行计算
4. 掌握原电池电动势Eθ与 电 池 反应△rGθm的关系,掌握标准电动势与氧化还原反应标准平衡常数Kθ 的关系
5. 掌握电极电势的应用:①表示水溶液中物质氧化、还原有力的强弱;②判断氧化还原反应的方向;③判断氧化还原反应进行的程度;④测定水溶液中离子的浓度(活度)
6. 掌握元素电势图及其应用
本章重点:氧化数的概念和电池符号;Nernst方程的应用;电极电势的应用:①表示水溶液中物质氧化、还原有力的强弱;②判断氧化还原反应的方向;③判断氧化还原反应进行的程度;④测定水溶液中离子的浓度(活度)。
本章难点:浓度、压力、酸度、沉淀反应、配位反应对电极电势的影响,并能熟练的运用Nernst方程式进行计算;原电池电动势Eθ与 电 池 反应△rGθm的关系;标准电动势与氧化还原反应标准平衡常数Kθ 的关系。

第十三章 氧化还原滴定法(4学时)

§1概述
§2条件电极电势与氧化还原平衡:条件电极电势;氧化还原反应的条件平衡常数。
§3 氧化还原滴定法的基本原理:滴定曲线;氧化还原滴定曲线的影响因素。
§4氧化还原滴定法的指示剂:自身指标剂;显色指示剂;氧化还原指示剂。
§5 氧化还原滴定前的预处理
§6常用氧化还原滴定法:高锰酸钾法;重铬酸钾法;碘量法
§7氧化还原滴定法计算示例
本章基本要求:
1. 了解氧化还原滴定法的基本特点,了解条件电极电势的概念,了解条件平衡常数的概念,掌握氧化还原滴定对条件电极电势差值的要求
2. 了解氧化还原滴定曲线的计算方法,了解氧化还原滴定法所用的指示剂
3. 掌握高锰酸钾溶液的配制与标定,了解高锰酸钾法、碘量法和重铬酸钾法的应用
4. 掌握氧化还原平衡和氧化还原滴定法的计算
本章重点:条件电极电势的概念;条件平衡常数的概念;氧化还原滴定对条件电极电势差值的要求;高锰酸钾法、碘量法、重铬酸钾法。
本章难点:氧化还原滴定曲线;氧化还原滴定曲线的计算方法:碘量法。

第十四章 电势分析化(2学时)

§1电势分析法概述:电势分析的原理;电势分析的特点;参比电极;指示电极;离子选择性电极的选择性。
§2电势分析法的应用:pH值的测定;离子活(浓)度的测定;电势滴定法。
本章基本要求:
1. 掌握电势分析法的原理和应用
2. 了解参比电极和指示电极的结构和工作原理
3. 掌握电势法测定的pH和氟离子浓度的原理和数据处理方法
4. 了解电势滴定法的原理和应用
本章重点:电势分析法的原理和应用;pH值的测定。
本章难点:参比电极和指示电极的结构和工作原理;电势滴定法 。

第十五章 吸光光度分析法(4学时)


§1概述:光的基本性质;物质对光的选择性吸收;吸收曲线;吸光光度法的特点。
§2光吸收定律:光吸收定律-朗伯比尔定律;对朗伯比尔定律的偏离。
§3分光光度计
§4显色反应和显色条件的选择:显色反应的选择;显色条件的选择。
§5吸光度测量条件的选择:入射光波长的选择;参比溶液的选择;吸光度读数范围的选择。
§6吸光光度法的应用:单一组分的测定;高含量组分的测定――示差法;多组分的分析。
本章基本要求:
1. 了解吸光光度法的基本概念及其方法特点,掌握吸收曲线的概念,了解其应用
2. 掌握光的吸收定律,掌握吸光系数和摩尔吸光系数,了解比尔定律的偏离情况,掌握朗伯比尔定律的应用原理
3. 掌握显色反应的概念,了解显色条件的选择原理
4. 了解吸光光度法应用
本章重点:光的吸收定律――朗伯比尔定律;吸光系数和摩尔吸光系数;单一组分的分析。
本章难点:吸光光度分析的测量条件控制和测量误差;示差法。