無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)講義第一章化學(xué)基本理論與概念1.1原子結(jié)構(gòu)與元素周期律1.1.1量子力學(xué)基礎(chǔ)與核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)微觀粒子（電子）具有波粒二象性，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過(guò)波函數(shù)（\(\boldsymbol{\psi}\)）描述，\(|\psi|^2\)反映電子在空間某區(qū)域的概率密度。描述電子運(yùn)動(dòng)需四個(gè)量子數(shù)：主量子數(shù)（\(n\)）：決定電子層（\(n=1,2,3\cdots\)對(duì)應(yīng)\(K、L、M\cdots\)層），\(n\)越大電子能量越高（氫原子中）。角量子數(shù)（\(l\)）：決定軌道形狀（\(l=0,1,2\cdots(n-1)\)對(duì)應(yīng)\(s、p、d、f\cdots\)軌道），\(l\)越大軌道能量越高（多電子原子中）。磁量子數(shù)（\(m\)）：決定軌道空間伸展方向（\(m=0,\pm1,\pm2\cdots\pml\)），如\(p\)軌道（\(l=1\)）有\(zhòng)(p_x、p_y、p_z\)三種方向。自旋量子數(shù)（\(m_s\)）：描述電子自旋狀態(tài)（\(m_s=+\frac{1}{2}\)或\(-\frac{1}{2}\)），同一軌道電子自旋相反（泡利不相容原理）。1.1.2核外電子排布與元素周期表電子排布遵循能量最低原理（優(yōu)先占據(jù)低能軌道）、泡利不相容原理（軌道最多容納2個(gè)自旋相反電子）、洪特規(guī)則（等價(jià)軌道半滿(mǎn)/全滿(mǎn)/全空更穩(wěn)定，如\(Cr\)為\([Ar]3d^54s^1\)）。能級(jí)填充順序（近似）：\(1s\to2s\to2p\to3s\to3p\to4s\to3d\to4p\to5s\to4d\to5p\to6s\to4f\to5d\to6p\cdots\)元素周期表與電子排布的關(guān)聯(lián)：周期：第\(n\)周期含\(n\)層電子，從\(ns^1\)開(kāi)始到\(ns^2np^6\)（除第一周期）結(jié)束。族：主族（\(A\)）價(jià)電子為\(ns^{1-2}np^{1-6}\)，副族（\(B\)）為\((n-1)d^{1-10}ns^{1-2}\)（\(ds\)區(qū)為\((n-1)d^{10}ns^{1-2}\)）。1.1.3原子性質(zhì)的周期性變化原子半徑：同周期從左到右，核電荷增加使半徑減?。ㄖ髯甯@著）；同主族從上到下，電子層增加使半徑增大。電離能（\(I\)）：基態(tài)氣態(tài)原子失電子的能量，同周期Ⅱ\(A\)、Ⅴ\(A\)因軌道全滿(mǎn)/半滿(mǎn)出現(xiàn)反常（如\(I(Be)>I(B)\)）；同主族從上到下\(I\)減小。電負(fù)性（\(\chi\)）：原子吸引成鍵電子的能力，同周期從左到右\(\chi\)增大，同主族從上到下\(\chi\)減?。╘(F\)電負(fù)性最大）。1.2化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu)1.2.1離子鍵與離子晶體離子鍵由正負(fù)離子的靜電引力形成，無(wú)方向性和飽和性。離子晶體結(jié)構(gòu)（如\(NaCl\)型、\(CsCl\)型）由離子半徑比（\(r^+/r^-\)）決定配位數(shù)：\(0.225\sim0.414\)：配位數(shù)4（\(ZnS\)型）；\(0.414\sim0.732\)：配位數(shù)6（\(NaCl\)型）；\(0.732\sim1.000\)：配位數(shù)8（\(CsCl\)型）。離子晶體性質(zhì)：熔點(diǎn)高、硬度大、熔融態(tài)導(dǎo)電，溶解度與晶格能、水合能有關(guān)（如\(NaCl\)易溶，\(AgCl\)難溶）。1.2.2共價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論（VB）：電子配對(duì)成鍵，強(qiáng)調(diào)電子云重疊（\(\boldsymbol{\sigma}\)鍵：頭碰頭，軸對(duì)稱(chēng)；\(\boldsymbol{\pi}\)鍵：肩并肩，鏡像對(duì)稱(chēng)）。雜化軌道理論解釋分子構(gòu)型：\(sp\)雜化：直線形（如\(CO_2\)、\(C_2H_2\)）；\(sp^2\)雜化：平面三角形（如\(BF_3\)、\(C_2H_4\)）；\(sp^3\)雜化：正四面體（如\(CH_4\)、\(NH_3\)（不等性）、\(H_2O\)（不等性））。分子軌道理論（MO）：電子在分子軌道（原子軌道線性組合）中運(yùn)動(dòng)，分子軌道分為成鍵（能量低于原子軌道）、反鍵（能量高于原子軌道）、非鍵（能量等于原子軌道）。如\(O_2\)的分子軌道式為\((\sigma1s)^2(\sigma^*1s)^2(\sigma2s)^2(\sigma^*2s)^2(\sigma2p_z)^2(\pi2p_x)^2(\pi2p_y)^2(\pi^*2p_x)^1(\pi^*2p_y)^1\)，含2個(gè)未成對(duì)電子（順磁性）。1.2.3金屬鍵與金屬晶體金屬鍵為“電子海模型”：金屬原子失去價(jià)電子形成離子實(shí)，價(jià)電子在離子實(shí)間自由運(yùn)動(dòng)（離域電子）。金屬晶體的緊密堆積方式（面心立方、體心立方、六方最密堆積）使配位數(shù)高（通常12或8），具良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。1.2.4分子間作用力與氫鍵范德華力：包括取向力（極性分子間）、誘導(dǎo)力（極性與非極性分子間）、色散力（所有分子，相對(duì)分子質(zhì)量越大，色散力越強(qiáng)）。氫鍵：\(H\)與電負(fù)性大、半徑小的原子（\(F、O、N\)）形成的特殊分子間作用力，使物質(zhì)熔點(diǎn)/沸點(diǎn)反常升高（如\(H_2O\)沸點(diǎn)高于\(H_2S\)），影響溶解度（如乙醇與水互溶）。1.3熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1.3.1熱力學(xué)基本概念與函數(shù)體系與環(huán)境：體系為研究對(duì)象，環(huán)境為體系外的部分；按能量/物質(zhì)交換分為敞開(kāi)、封閉、孤立體系。狀態(tài)函數(shù)：只與狀態(tài)有關(guān)（如\(T、p、V、U、H、S、G\)），變化量\(\DeltaX=X_{\text{終態(tài)}}-X_{\text{始態(tài)}}\)。熱力學(xué)第一定律：\(\DeltaU=Q+W\)（\(W\)為環(huán)境對(duì)體系做功，體系對(duì)外做功則\(W\)為負(fù)）。焓（\(H\)）：\(H=U+pV\)，恒壓反應(yīng)熱\(Q_p=\DeltaH\)。熵（\(S\)）：混亂度的量度，\(\DeltaS=S_{\text{終}}-S_{\text{始}}\)，孤立體系中\(zhòng)(\DeltaS\geq0\)（自發(fā)過(guò)程\(\DeltaS>0\)）。吉布斯自由能（\(G\)）：\(G=H-TS\)，恒溫恒壓下\(\DeltaG=\DeltaH-T\DeltaS\)，\(\DeltaG<0\)反應(yīng)自發(fā)，\(\DeltaG=0\)達(dá)平衡，\(\DeltaG>0\)非自發(fā)。1.3.2化學(xué)反應(yīng)方向與限度通過(guò)\(\DeltaG\)判斷反應(yīng)自發(fā)性：放熱（\(\DeltaH<0\)）且熵增（\(\DeltaS>0\)）：任何溫度下\(\DeltaG<0\)，自發(fā)；吸熱（\(\DeltaH>0\)）且熵減（\(\DeltaS<0\)）：任何溫度下\(\DeltaG>0\)，非自發(fā)；放熱熵減或吸熱熵增：需通過(guò)\(T=\DeltaH/\DeltaS\)判斷轉(zhuǎn)折溫度（如\(CaCO_3\)分解需高溫）。1.3.3化學(xué)動(dòng)力學(xué)基本規(guī)律反應(yīng)速率：\(v=\Deltac/\Deltat\)（平均速率）或\(v=dc/dt\)（瞬時(shí)速率），受濃度、溫度、催化劑影響。速率方程：對(duì)反應(yīng)\(aA+bB\to\)產(chǎn)物，\(v=k[c(A)]^m[c(B)]^n\)，\(m、n\)為反應(yīng)級(jí)數(shù)（由實(shí)驗(yàn)確定，與計(jì)量數(shù)無(wú)關(guān)）。阿倫尼烏斯公式：\(k=A\cdote^{-E_a/RT}\)，或\(\ln(k_2/k_1)=E_a/R\cdot(T_2-T_1)/(T_1T_2)\)，\(E_a\)為活化能，催化劑通過(guò)降低\(E_a\)加快反應(yīng)速率（不改變\(\DeltaG\)）。1.4化學(xué)平衡原理1.4.1化學(xué)平衡的建立與平衡常數(shù)可逆反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，濃度（或分壓）不變，平衡常數(shù)\(K\)（\(K_c\)為濃度平衡常數(shù)，\(K_p\)為分壓平衡常數(shù)，\(K^\theta\)為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)）僅與溫度有關(guān)。1.4.2勒夏特列原理與平衡移動(dòng)改變濃度、壓力、溫度（催化劑不影響平衡），平衡向減弱改變的方向移動(dòng)：增大反應(yīng)物濃度/減小產(chǎn)物濃度：平衡正向移動(dòng)；增大壓力（縮小體積）：平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動(dòng)（\(\Deltan=0\)時(shí)不移動(dòng)）；升高溫度：平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)（\(\DeltaH>0\)正向，\(\DeltaH<0\)逆向）。1.4.3四大平衡體系（酸堿、沉淀溶解、氧化還原、配位）（1）酸堿平衡（質(zhì)子理論）：酸是質(zhì)子（\(H^+\)）給予體，堿是質(zhì)子接受體，共軛酸堿對(duì)的\(K_a\cdotK_b=K_w\)（水的離子積，25℃時(shí)\(K_w=1.0\times10^{-14}\)）。弱酸/弱堿的解離平衡（如\(HA\rightleftharpoonsH^++A^-\)，\(K_a=[H^+][A^-]/[HA]\)），緩沖溶液（弱酸+共軛堿或弱堿+共軛酸）通過(guò)抵抗\(H^+/OH^-\)濃度變化維持\(pH\)穩(wěn)定，\(pH=pK_a+\lg([\text{共軛堿}]/[\text{弱酸}])\)。（2）沉淀溶解平衡：難溶電解質(zhì)\(A_mB_n\)的溶解平衡為\(A_mB_n(s)\rightleftharpoonsmA^{n+}(aq)+nB^{m-}(aq)\)，溶度積\(K_{sp}=[A^{n+}]^m[B^{m-}]^n\)。溶解度\(s\)與\(K_{sp}\)的關(guān)系（如\(AB\)型：\(K_{sp}=s^2\)；\(A_2B\)型：\(K_{sp}=4s^3\)）。沉淀的生成（離子積\(Q>K_{sp}\)）、溶解（\(Q<K_{sp}\)）、轉(zhuǎn)化（如\(AgCl\toAgI\)，因\(K_{sp}(AgI)<<K_{sp}(AgCl)\)）。（3）氧化還原平衡：氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移，通過(guò)電極電勢(shì)（\(\boldsymbol{\varphi}\)）判斷氧化還原性：\(\varphi\)越大，氧化型氧化性越強(qiáng)；\(\varphi\)越小，還原型還原性越強(qiáng)。能斯特方程：\(\varphi=\varphi^\theta+\frac{0.0592\,\text{V}}{n}\cdot\lg(\frac{[\text{氧化型}]}{[\text{還原型}]})\)（25℃），用于計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的電極電勢(shì)，判斷反應(yīng)方向（\(\DeltaG=-nF\Delta\varphi\)，\(\Delta\varphi=\varphi_{\text{正}}-\varphi_{\text{負(fù)}}\)，\(\Delta\varphi>0\)反應(yīng)自發(fā)）。（4）配位平衡：配位化合物（如\([Cu(NH_3)_4]^{2+}\)）的穩(wěn)定常數(shù)\(K_{\text{穩(wěn)}}=\frac{[ML_n]}{[M][L]^n}\)，\(K_{\text{穩(wěn)}}\)越大配合物越穩(wěn)定。配位平衡與沉淀溶解、氧化還原平衡的競(jìng)爭(zhēng)（如\(AgCl\)溶于氨水生成\([Ag(NH_3)_2]^+\)，再加入\(Br^-\)生成\(AgBr\)沉淀，因\(K_{sp}(AgBr)<<K_{\text{穩(wěn)}}([Ag(NH_3)_2]^+)\)）。第二章元素化學(xué)（按周期表分區(qū)）2.1s區(qū)元素（第Ⅰ\(A\)、Ⅱ\(A\)族）2.1.1通性與單質(zhì)性質(zhì)價(jià)電子構(gòu)型：Ⅰ\(A\)為\(ns^1\)（堿金屬：\(Li、Na、K、Rb、Cs、Fr\)），Ⅱ\(A\)為\(ns^2\)（堿土金屬：\(Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra\)）。單質(zhì)具強(qiáng)還原性，與水/酸反應(yīng)劇烈（\(Li、Be\)因水合能高，反應(yīng)相對(duì)溫和），在空氣中易氧化（\(Na、K\)燃燒生成過(guò)氧化物/超氧化物）。2.1.2重要化合物氫化物：離子型氫化物（如\(NaH、CaH_2\)），與水反應(yīng)生成\(H_2\)（如\(CaH_2+2H_2O=Ca(OH)_2+2H_2\uparrow\)），用作還原劑或儲(chǔ)氫材料。氧化物：普通氧化物（\(M_2O、MO\)）、過(guò)氧化物（\(M_2O_2、MO_2\)）、超氧化物（\(MO_2\)），過(guò)氧化物含\(O_2^{2-}\)（如\(H_2O_2\)中\(zhòng)(O\)為\(-1\)價(jià)），具氧化性與還原性。氫氧化物：Ⅰ\(A\)氫氧化物（\(NaOH、KOH\)）為強(qiáng)堿，Ⅱ\(A\)氫氧化物堿性隨金屬性增強(qiáng)而增強(qiáng)（\(Be(OH)_2\)兩性，\(Mg(OH)_2\)弱堿，\(Ca(OH)_2\)中強(qiáng)堿）。鹽類(lèi)：多數(shù)易溶于水（除\(Li^+、Be^{2+}\)的部分鹽，如\(Li_2CO_3、BeCO_3\)難溶），熱穩(wěn)定性高（堿土金屬碳酸鹽、硫酸鹽熱穩(wěn)定性高于堿金屬），焰