第一章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與元素周期律第二章共價(jià)鍵理論的應(yīng)用第三章離子鍵與晶體結(jié)構(gòu)第四章分子間作用力與氫鍵第五章配位化學(xué)基礎(chǔ)第六章有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)與官能團(tuán)01第一章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與元素周期律第1頁(yè)引入：元素周期表的歷史發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素周期律的發(fā)現(xiàn)是人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要里程碑。1808年，英國(guó)科學(xué)家約翰·道爾頓提出了原子學(xué)說(shuō)，認(rèn)為物質(zhì)由不可再分的原子構(gòu)成，并初步探討了原子量的概念。然而，道爾頓的理論無(wú)法解釋元素性質(zhì)的周期性變化。直到1869年，俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫才首次創(chuàng)建了元素周期表，按照原子量遞增的順序排列元素，并發(fā)現(xiàn)元素性質(zhì)存在周期性重復(fù)的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，也為后來(lái)的化學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。例如，氫（H）和氦（He）雖然原子序數(shù)分別為1和2，但它們的化學(xué)性質(zhì)卻截然不同，而同族的氖（Ne）則表現(xiàn)出惰性氣體的特性。這種現(xiàn)象背后的原因在于原子核外電子的排布規(guī)律，即元素的化學(xué)性質(zhì)主要由其電子結(jié)構(gòu)決定。門捷列夫的周期表不僅預(yù)測(cè)了當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)的元素，還成功解釋了當(dāng)時(shí)已知的元素性質(zhì)，這一成就被廣泛認(rèn)為是化學(xué)史上的一大突破。第2頁(yè)分析：原子核外電子排布規(guī)律能量最低原理泡利不相容原理洪特規(guī)則電子優(yōu)先填充能量最低的軌道。每個(gè)軌道最多容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。等價(jià)軌道分占不同空間方向，自旋方向相同。第3頁(yè)論證：元素周期律的定量分析原子半徑變化同周期從左到右原子半徑逐漸減小。離子化能變化同周期從左到右第一電離能逐漸增大。電負(fù)性變化同周期從左到右電負(fù)性逐漸增大。第4頁(yè)總結(jié)：周期表分區(qū)與化學(xué)行為s區(qū)元素堿金屬（如Li,Na）金屬性強(qiáng)，與水劇烈反應(yīng)。堿土金屬（如Be,Mg）較不活潑，與酸反應(yīng)。氫（H）性質(zhì)特殊，既可作還原劑也可作氧化劑。p區(qū)元素非金屬（如C,N,O,F）電負(fù)性強(qiáng)，形成共價(jià)鍵。半金屬（如Si,Ge）性質(zhì)介于金屬和非金屬之間。惰性氣體（如He,Ne,Ar）化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，幾乎不反應(yīng)。02第二章共價(jià)鍵理論的應(yīng)用第5頁(yè)引入：水分子的特殊性質(zhì)水（H?O）是一種常見的物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)獨(dú)特，具有許多特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。這些性質(zhì)不僅與水分子的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與其分子間的相互作用密切相關(guān)。例如，冰的密度（0.917g/cm3）反常小于液態(tài)水（1.000g/cm3），這是因?yàn)楸兴肿有纬闪艘?guī)則的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致分子間距增大。此外，水的沸點(diǎn)（100℃）遠(yuǎn)高于同族氫化物（如H?S的沸點(diǎn)為-60℃），這同樣歸因于氫鍵的存在。氫鍵是一種特殊的分子間作用力，由氫原子與電負(fù)性強(qiáng)的F,O,N原子之間的相互作用形成。氫鍵的存在使得水具有高表面張力（72mN/m）、高汽化熱（40.7kJ/mol）和獨(dú)特的溶解性。這些性質(zhì)對(duì)生命活動(dòng)和環(huán)境科學(xué)具有重要意義。例如，氫鍵網(wǎng)絡(luò)使得水成為良好的溶劑，能夠溶解許多極性物質(zhì)，這對(duì)生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)至關(guān)重要。此外，水的汽化熱高，使得水在地球表面溫度調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。總之，水分子的特殊性質(zhì)源于其分子結(jié)構(gòu)和分子間作用力，這些性質(zhì)對(duì)生命和環(huán)境有著深遠(yuǎn)的影響。第6頁(yè)分析：VSEPR模型預(yù)測(cè)分子構(gòu)型AX?型分子AX?E?型分子AX?型分子例如BF?，分子構(gòu)型為平面三角形，鍵角為120°。例如SO?，分子構(gòu)型為彎曲形，鍵角小于120°。例如CH?，分子構(gòu)型為正四面體，鍵角為109.5°。第7頁(yè)論證：雜化軌道理論與鍵能計(jì)算sp3雜化例如CH?，碳原子采用sp3雜化，形成正四面體構(gòu)型。sp2雜化例如C?H?，碳原子采用sp2雜化，形成平面三角形構(gòu)型。sp雜化例如C?H?，碳原子采用sp雜化，形成直線形構(gòu)型。第8頁(yè)總結(jié)：分子極性與物理性質(zhì)分子極性判斷極性分子：如H?O，由于正負(fù)電荷中心不重合，表現(xiàn)出極性。非極性分子：如CO?，由于分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱，正負(fù)電荷中心重合，表現(xiàn)為非極性?；旌蠘O性分子：如CH?Cl，由于分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，表現(xiàn)為極性。沸點(diǎn)規(guī)律極性分子沸點(diǎn)較高：如乙醇（78℃）高于乙烷（-88℃），因乙醇存在氫鍵。非極性分子沸點(diǎn)較低：如甲烷（-161℃）低于乙烷（-88℃），因分子間作用力較弱。分子量越大，沸點(diǎn)越高：如正丁烷（-0.5℃）高于異丁烷（-11℃）。03第三章離子鍵與晶體結(jié)構(gòu)第9頁(yè)引入：氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)氯化鈉（NaCl）是一種常見的離子化合物，其晶體結(jié)構(gòu)具有高度的有序性和規(guī)則性。在NaCl晶體中，鈉離子（Na?）和氯離子（Cl?）以面心立方堆積的方式排列，每個(gè)鈉離子周圍有6個(gè)氯離子，每個(gè)氯離子周圍也有6個(gè)鈉離子，這種配位關(guān)系稱為八面體配位。NaCl晶體的這種結(jié)構(gòu)不僅決定了其物理性質(zhì)，如高熔點(diǎn)（801℃）和高硬度，還使其在生物體內(nèi)發(fā)揮重要作用，如維持細(xì)胞內(nèi)外電解質(zhì)平衡。NaCl晶體結(jié)構(gòu)的研究不僅有助于理解離子化合物的性質(zhì)，還為材料設(shè)計(jì)和藥物開發(fā)提供了重要參考。例如，通過(guò)控制NaCl的晶體生長(zhǎng)條件，可以制備出具有特定性能的NaCl晶體材料，如用于光學(xué)器件的晶體或用于催化劑的高效晶體。此外，NaCl晶體結(jié)構(gòu)的研究也為理解生物體內(nèi)的離子通道和運(yùn)輸機(jī)制提供了重要線索?？傊?，NaCl晶體結(jié)構(gòu)的研究不僅具有理論意義，還具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。第10頁(yè)分析：離子晶體的Madelung常數(shù)Madelung常數(shù)的計(jì)算NaCl的Madelung常數(shù)影響Madelung常數(shù)的因素M=Σ(n?/r?-n?-1/r?-1)，其中n?為第k層離子的數(shù)目，r?為第k層離子的半徑。NaCl的Madelung常數(shù)為1.7476，其晶體能級(jí)為-787kJ/mol。離子半徑和晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性都會(huì)影響Madelung常數(shù)。第11頁(yè)論證：離子極化理論極化力極化力P=Z/(r?)2，其中Z為陽(yáng)離子電荷數(shù)，r?為陽(yáng)離子半徑。極化率極化率δ=(r?)?，其中r?為陰離子半徑。離子共價(jià)化程度極化力和極化率越大，離子鍵越容易形成共價(jià)鍵。第12頁(yè)總結(jié)：離子晶體缺陷與性質(zhì)點(diǎn)缺陷空位：如NaCl中Na?空位，會(huì)導(dǎo)致晶體導(dǎo)電性增加。填隙原子：如CaCl?中Ca2?填隙，會(huì)改變晶體的密度和穩(wěn)定性。取代缺陷：如NaCl中Ca2?取代Na?，會(huì)改變晶體的化學(xué)性質(zhì)。面缺陷層錯(cuò)：如NaCl晶體中的層錯(cuò)，會(huì)導(dǎo)致晶體的機(jī)械強(qiáng)度下降。晶界：如NaCl晶體中的晶界，會(huì)改變晶體的電導(dǎo)率和機(jī)械性能。04第四章分子間作用力與氫鍵第13頁(yè)引入：碘的升華現(xiàn)象碘（I?）是一種常見的非金屬元素，其分子結(jié)構(gòu)獨(dú)特，具有許多特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。其中，碘的升華現(xiàn)象是一個(gè)典型的例子。升華是指物質(zhì)從固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程，而不經(jīng)過(guò)液態(tài)。碘的升華現(xiàn)象在日常生活中非常常見，例如，當(dāng)?shù)饩w受到加熱時(shí)，會(huì)直接從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽仙牡庹魵狻＿@一現(xiàn)象背后的原因在于碘分子之間的分子間作用力。碘分子是一種非極性分子，其分子間作用力主要是London色散力。雖然London色散力相對(duì)較弱，但由于碘分子較大的分子量和較長(zhǎng)的分子鏈，使得碘分子之間的作用力相對(duì)較強(qiáng)，因此碘能夠升華。此外，碘的升華現(xiàn)象還與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。碘分子呈線性結(jié)構(gòu)，分子間的距離較大，這使得碘分子之間的作用力相對(duì)較弱，因此碘能夠升華。碘的升華現(xiàn)象在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中也有廣泛的應(yīng)用，例如，可以利用碘的升華現(xiàn)象來(lái)制備純凈的碘蒸氣，或者利用碘蒸氣來(lái)進(jìn)行碘量法滴定?？傊?，碘的升華現(xiàn)象是一個(gè)典型的物理化學(xué)現(xiàn)象，它反映了分子間作用力和分子結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響。第14頁(yè)分析：范德華力的類型與強(qiáng)度London力Keesom力Debye力所有分子都存在，由分子瞬時(shí)偶極引起，強(qiáng)度與分子量成正比。僅存在于極性分子間，由取向力引起，強(qiáng)度與極化率成正比。存在于極性分子間，由誘導(dǎo)偶極引起，強(qiáng)度與極化率和極化力成正比。第15頁(yè)論證：氫鍵的定量預(yù)測(cè)氫鍵的形成條件氫鍵的形成需要?dú)湓优c電負(fù)性強(qiáng)的F,O,N原子之間的相互作用。氫鍵的強(qiáng)度氫鍵的強(qiáng)度與鍵長(zhǎng)和鍵能有關(guān)，F(xiàn)-H鍵的氫鍵最強(qiáng)。氫鍵網(wǎng)絡(luò)分子間氫鍵可以形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如DNA雙螺旋中的堿基對(duì)。第16頁(yè)總結(jié)：分子間作用力對(duì)性質(zhì)的影響沸點(diǎn)規(guī)律極性分子沸點(diǎn)較高：如乙醇（78℃）高于乙烷（-88℃），因乙醇存在氫鍵。非極性分子沸點(diǎn)較低：如甲烷（-161℃）低于乙烷（-88℃），因分子間作用力較弱。分子量越大，沸點(diǎn)越高：如正丁烷（-0.5℃）高于異丁烷（-11℃）。表面張力極性分子表面張力較高：如水（72mN/m）高于CH?（11mN/m），因氫鍵網(wǎng)絡(luò)的存在。非極性分子表面張力較低：如甲烷（11mN/m）低于乙烷（18mN/m），因分子間作用力較弱。05第五章配位化學(xué)基礎(chǔ)第17頁(yè)引入：紫羅蘭的顏色變化紫羅蘭是一種常見的植物，其花瓣中含有一種叫做花青素的物質(zhì)，花青素是一種天然的色素，能夠吸收光線并呈現(xiàn)出鮮艷的顏色。紫羅蘭的花青素主要吸收藍(lán)光和綠光，因此呈現(xiàn)出紫色。然而，紫羅蘭的花青素在不同的環(huán)境下會(huì)發(fā)生變化，從而影響其顏色的深淺。例如，當(dāng)紫羅蘭的花青素受到光照時(shí)，會(huì)吸收更多的藍(lán)光，從而使紫色變得更加鮮艷。相反，當(dāng)紫羅蘭的花青素受到酸性物質(zhì)的影響時(shí)，會(huì)吸收更多的綠光，從而使紫色變得更加暗淡。此外，紫羅蘭的花青素還受到溫度和濕度的影響，當(dāng)溫度和濕度較高時(shí)，紫羅蘭的花青素會(huì)分解，從而使紫色變得更加暗淡。紫羅蘭的顏色變化現(xiàn)象在植物學(xué)中被稱為花色變化，花色變化是植物對(duì)環(huán)境適應(yīng)的一種表現(xiàn)，也是植物與人類互動(dòng)的一種方式。例如，紫羅蘭的花色變化可以吸引昆蟲來(lái)幫助植物傳粉，從而提高植物的繁殖能力。紫羅蘭的顏色變化現(xiàn)象在植物學(xué)中具有重要的研究意義，可以幫助我們更好地了解植物的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，以及植物與環(huán)境之間的相互作用。第18頁(yè)分析：配位鍵的形成原理配位鍵的形成條件雜化軌道理論配位鍵的強(qiáng)度配體提供孤對(duì)電子，中心離子具有空軌道，如Ag?與NH?形成[Ag(NH?)?]?。中心離子采用sp、sp2或sp3雜化，如Ni2?與CN?形成[Ni(CN)?]2?。配位鍵的強(qiáng)度與配體場(chǎng)強(qiáng)有關(guān)，強(qiáng)場(chǎng)配體（如CN?）使d電子成對(duì)能增加。第19頁(yè)論證：螯合物與配位平衡螯合物結(jié)構(gòu)EDTA與Ca2?形成螯合物，穩(wěn)定性高。配位平衡配合物與配體在溶液中存在平衡，如[Cu(NH?)?]2?與NH?的配位平衡。配合物穩(wěn)定性螯合物的穩(wěn)定性高于簡(jiǎn)單配合物，因形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如[Fe(CN)?]?。第20頁(yè)總結(jié)：配位化學(xué)的應(yīng)用生物配位化學(xué)血紅蛋白中Fe2?與O?配位，傳遞氧氣。維生素B?的硫醇基團(tuán)與神經(jīng)系統(tǒng)中Co酶配位。金屬離子與生物分子配位，影響酶活性。工業(yè)配位化學(xué)催化領(lǐng)域：[NiFe]氫酶模型用于合成氨。材料設(shè)計(jì)：金屬有機(jī)化合物用于催化劑和配位聚合物。分析化學(xué)：利用配位平衡測(cè)定金屬離子濃度。06第六章有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)與官能團(tuán)第21頁(yè)引入：阿司匹林的合成與性質(zhì)阿司匹林，化學(xué)名為乙酰水楊酸，是一種常見的非甾體抗炎藥，具有鎮(zhèn)痛、抗炎、退熱等作用。阿司匹林的合成歷史悠久，最早由德國(guó)化學(xué)家霍夫曼于1897年合成。阿司匹林的合成過(guò)程包括水楊酸的乙?；磻?yīng)和成鹽反應(yīng)。水楊酸是一種有機(jī)酸，其結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)羧基和一個(gè)羥基。在乙酰化反應(yīng)中，水楊酸與乙酸酐反應(yīng)生成乙酰水楊酸。乙酰化反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C?H?O?+(CH?CO)?O→C?H?O?+CH?COOH。乙?；磻?yīng)的產(chǎn)物乙酰水楊酸具有較低的溶解度，因此需要進(jìn)一步與NaOH反應(yīng)生成乙酸鈉，以提高其溶解度。成鹽反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C?H?O?+NaOH→C?H?O?Na+H?O。乙酰水楊酸的結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)乙酰基和一個(gè)羧基，這使得它具有弱酸性，能夠與堿反應(yīng)生成鹽，從而提高其在水中的溶解度。阿司匹林的結(jié)構(gòu)式為：O=C(OH)(C=O)CH?COOH。阿司匹林的性質(zhì)包括：熔點(diǎn)(138.16°C)，沸點(diǎn)(140.2°C)，密度(1.16g/cm3)，溶解度在乙醇中良好，在水中微溶。阿司匹林的應(yīng)用廣泛，常用于緩解疼痛、降低炎癥和退熱。阿司匹林在體內(nèi)的作用機(jī)制是通過(guò)抑制環(huán)氧合酶（COX）的活性，從而減少前列腺素的合成。前列腺素是一種化學(xué)物質(zhì)，能夠引起疼痛、炎癥和發(fā)熱等癥狀。阿司匹林在治療關(guān)節(jié)炎、牙痛和頭痛等方面具有顯著效果。阿司匹林的安全性較高，但仍然存在一些副作用，如胃腸道刺激、出血和過(guò)敏反應(yīng)等。因此，在使用阿司匹林時(shí)，需要注意劑量和用法，避免長(zhǎng)期或過(guò)量使用。阿司匹林的研究和應(yīng)用在化學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要意義，它不僅是一種有效的藥物，還為我們提供了了解有機(jī)化學(xué)和藥物化學(xué)的機(jī)會(huì)。第22頁(yè)分析：官能團(tuán)與分子反應(yīng)性羧基反應(yīng)性醛基特征醇的氧化羧酸與堿反應(yīng)生成鹽，如HCOOH+NaOH→HCOONa+H?O。醛基與氨生成腈，如HCHO+2NH?→HC≡N+H?O。乙醇氧化為乙酸，如CH?CH?OH+[O]→CH?COOH。第23頁(yè)論證：有機(jī)反應(yīng)機(jī)理加成反應(yīng)乙烯與H?在Ni催化下生成乙烷，機(jī)理涉及π鍵斷裂和σ鍵形成。取代反應(yīng)甲烷與Cl?光照取代生成CH?Cl，機(jī)理涉及自由基鏈反應(yīng)。分解反應(yīng)乙醇脫水生成乙烯，機(jī)理涉及分子內(nèi)重排和鍵能變化。第24頁(yè)總結(jié)：官能團(tuán)對(duì)有機(jī)性質(zhì)的影響極性分子極性分子：如H?O，因極性鍵存在，具有較高的沸點(diǎn)和表面張力。非極性分子：如CH?Cl，因無(wú)極性鍵，沸點(diǎn)較低，溶解度較低。反應(yīng)性親電反應(yīng)：如醇的氧化，官能團(tuán)如羥基易于參與氧化反應(yīng)。親核反應(yīng)：如醛的加成反應(yīng)，官能團(tuán)如醛基易被親核試劑進(jìn)攻。課程總結(jié)《高