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1、首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页1元素化学与无机材料元素化学与无机材料第6章首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页2v 联系物质结构基础知识,了解单质和某些化合物的熔点、硬度以及导电性等物理性质的一般规律。本章学习要求本章学习要求v 联系化学热力学基础知识,了解单质氧化还原性的一般规律。v 联系周期系和电极电势,明确某些化合物的氧化还原性和酸碱性等化学性质的一般规律。v了解配合物的组成、命名。了解配合物价键理论的基本要点以及配合物的某些应用。v 了解重要金属、金属材料、无机非金属材料及纳米材料的特性及应用。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页3目录目录6.1 单
2、质的物理性质单质的物理性质6.2 单质的化学性质单质的化学性质 6.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质 6.4 无机化合物的化学性质无机化合物的化学性质 6.5 配位化合物配位化合物 6.6 无机材料无机材料 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页46.16.1 单质的物理性质单质的物理性质在目前发现的112种元素中，单质的存在状态各异，有气态、液态和固态三种。思考：思考：单质的物理性质主要与什么因素有关？答：单质的物理性质与它们的原子结构或晶体结构有关。由于原子结构或晶体结构具有一定的规律性，因此单质的物理性质也有一定的规律性。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页
3、56.1.1 熔点、沸点和硬度单质的熔点、沸点和硬度概述单质的熔点、沸点和硬度概述单质的熔点、沸点和硬度一般具有相同的变化趋势，即熔点高的单质其沸点一般也高，硬度也较大。 第第2、3周期元素的单质周期元素的单质从左到右，逐渐升高，第四主族的元素最高，随后降低； 第第4、5、6周期元素的单质周期元素的单质从左到右，逐渐升高，第六副族的元素最高，随后总趋势是逐渐降低。即：高熔点、高硬度单质集中在中部，其两侧较低。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页61. 单质的熔点图6.1 单质的熔点(C)首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页72. 单质的沸点图6.2 单质的沸点(C)首页首页
4、 上一页上一页 下一页下一页 末页末页83. 单质的硬度图6.3 单质的硬度(莫氏)首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页94. 主族元素的晶体类型IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA0 H2 分子分子H2 分子分子He分子分子Li金属金属Be金属金属B近原子近原子C金刚石金刚石,原子原子 石墨石墨,层状层状 N2 分子分子O2 分子分子F2 分子分子Ne分子分子Na金属金属Mg金属金属Al金属金属Si原子原子P分子分子,层状层状S分子分子,链状链状 Cl2 分子分子Ar分子分子K金属金属Ca金属金属Ga金属金属Ge原子原子As分子分子,层状层状Se分子分子,链状链状 Br2 分
5、子分子Kr分子分子Rb金属金属Sr金属金属In金属金属Sn原子原子,金属金属Sb分子分子,层状层状Te链状链状I2 分子分子Xe分子分子Cs金属金属Ba金属金属Tl金属金属Pb金属金属Bi层状层状,近金属近金属Po金属金属AtRn分子分子附表6.1 主族元素的晶体类型首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页105. 非金属单质的晶体结构附图6.1 非金属单质的分子和晶体结构示意图金属晶体首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页11C60的发现图6.5 C60结构图1996年年 Kroto, Smalley及及Curl三位教授因首先发现三位教授因首先发现C60而荣获瑞典皇家科学院而荣
6、获瑞典皇家科学院颁发的诺贝尔化学奖。颁发的诺贝尔化学奖。H. W. 克鲁托Harold W. KrotoR. E. 史沫莱Richard E. SmalleyR. F. 柯尔Robert F. Curl附图6.2 发现C60的三位科学家首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页12碳的同素异形体金刚石：sp3 网格状 硬度大石墨：sp2 片层状 润滑性、导电性C60：类sp2 球烯 多种优异性能附图6.3 碳的同素异形体石墨C60金刚石首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页136.1.2 导电性和能带理论1. 单质的导电性单质的导电性金属能三维导电，是电的良导体；许多非金属单金属能
7、三维导电，是电的良导体；许多非金属单质不能导电，是绝缘体；介于导体与绝缘体之间质不能导电，是绝缘体；介于导体与绝缘体之间的是半导体，例如的是半导体，例如Si、 Ge等。等。思考思考：单质中最好的导体是谁？答：答：Ag、Cu、Au、Al等是最好的导电材料。等是最好的导电材料。金属的纯度以及温度等因素对金属的导电性能影响相当重要。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页14图6.6 单质的电导率(MSm-1)首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页152. 固体能带理论以分子轨道理论为基础。以钠为例，两个3s原子轨道可以组合形成两个分子轨道：一个能量较低的成键分子轨道和一个能量较高的反
8、键分子轨道。当原子数目n很大时，分子轨道数也很多，这些分子轨道的能级之间相差极小，形成了具有一定上限和下限的能带，由于3s原子轨道之间的相互作用，形成3s能带。设有1mol Na原子，按泡利不相容原理可以容纳2NA个电子，而1mol Na原子只有NA个电子，只能充满3s能带较低的一半分子轨道，其他一半是空的。此时，3s能带是未满的能带，简称未满带。图6.7 金属钠中原子的3s轨道能带示意图首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页163. 能带理论的应用金属晶体中存在这种未满的能带是金属能金属晶体中存在这种未满的能带是金属能导电的根本原因。导电的根本原因。绝缘体的特征是价电子所处的能带都是
9、满绝缘体的特征是价电子所处的能带都是满带，且满带与相邻的空带之间存在一个较宽带，且满带与相邻的空带之间存在一个较宽的禁带。的禁带。半导体的能带与绝缘体的相似，但半导体半导体的能带与绝缘体的相似，但半导体的禁带要狭窄得多。的禁带要狭窄得多。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页17空能级电子占用能级a 导体 空带禁带满带b 半导体空带禁带满带c 绝缘体图6.8 导体、半导体和绝缘体的能带模型示意图满带空带首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页186.26.2 单质的化学性质单质的化学性质 单质的化学性质通常表现为氧化还原性单质的化学性质通常表现为氧化还原性 非金属单质的特征是化学
10、反应中能获得电子而非金属单质的特征是化学反应中能获得电子而表现出氧化性，但不少非金属单质有时也能表现表现出氧化性，但不少非金属单质有时也能表现出还原性。出还原性。 金属单质最突出的性质是它们容易失去电子而金属单质最突出的性质是它们容易失去电子而表现出还原性表现出还原性首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页196.2.1 金属单质的还原性思考思考1：金属单质的还原性主要与哪些因素有关？答：从结构因素考虑，主要与元素的核电荷数、原子半答：从结构因素考虑，主要与元素的核电荷数、原子半径和最外层电子数有关。径和最外层电子数有关。思考思考2：金属单质的还原性主要体现在哪些反应上？ 金属与氧的作用
11、金属与氧的作用 金属置换氢的能力金属置换氢的能力首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页201. 金属单质活泼性规律 同一周期同一周期在短周期中，从左到右金属单质的还原性逐渐减弱。在长周期中的递变情况和短周期一致，但较为缓慢，也有例外。 同一族同一族自上而下主副族变化规律相反（B与相邻的主族一致）。氧化性增强氧化性增强氧化性增强氧化性增强还原性增强还原性增强还原性增强还原性增强增强增强还原性还原性还原性增强不明显还原性增强不明显还原性增强还原性增强A AA AB B B 附图6.3 金属单质活泼性规律首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页212. 温度对单质活泼性的影响*化学热力
12、学计算结果表明：在873K的高温时，单质与氧气结合的能力由强到弱的顺序大致为：Ca、Mg、Al、Ti、Si、Mn、Na、Cr、Zn、Fe、H2、C、Co、Ni、Cu这一顺序与常温时单质的活泼性递变情况并不完全一致。温度会影响金属与氧气反应的产物。温度会影响金属与氧气反应的产物。 对于氧化值可变的金属来说，高温下生成低氧化值的金属氧化物的倾向较大，而常温下生成高氧化值的金属氧化物的倾向较大。例如，铁在高温下以生成FeO为主,常温时则以Fe2O3为主。 rGm (T) r Hm (298.15K) T . r Sm (298.15K)图6.9 一些单质与氧气反应的 rGm (T)与温度的近似关系首
13、页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页22 金属与氧的作用过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质，它们与水反应会过氧化物和超氧化物都是固体储氧物质，它们与水反应会放出氧气，又可吸收放出氧气，又可吸收CO2并产生并产生O2气，所以气，所以较易制备的较易制备的KO2常用于急救器或装在防毒面具中常用于急救器或装在防毒面具中:s区金属与空气作用生成正常的氧化物，也生成部分过氧化物(Li、Be、Mg除外) ，在纯氧气中生成过氧化物。 K、Rb、Cs、Ca、Sr、Ba等在过量的氧气中燃烧可以生成超氧化物。2Na2O2(s) + 2CO2(g) = 2Na2CO3(s) + O2(g)4KO2(s) +
14、2H2O(g) = 3O2(g) + 4KOH(s)4KO2(s) + 2CO2(g) = 2K2CO3 + 3O2(g)首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页23 金属与氧的作用 （续）p区金属元素中只有Al比较活泼，能在空气中与氧反应，但生成致密的氧化膜。d区元素也比较不活泼，第四周期元素除Cu外可以与氧反应，但Cr、Zn也形成致密的氧化膜。思考思考：副族元素与氧反应的活泼性递变规律同主族元素相比，有何不同？答：同一周期：活泼性递变规律基本一致，但副族元素的变答：同一周期：活泼性递变规律基本一致，但副族元素的变化很小，性质比较类似。化很小，性质比较类似。同一族：主族元素随周期数增加
15、而增加；同一族：主族元素随周期数增加而增加； 副族元素（除副族元素（除Sc副族）随周期数增加而降低。副族）随周期数增加而降低。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页243. 金属的溶解 s区金属与水剧烈反应，置换出水中的氢。区金属与水剧烈反应，置换出水中的氢。 p区金属区金属(除锑除锑、铋外、铋外)和第四周期副族金属和第四周期副族金属( 铜除外铜除外 )的电极的电极电势比氢低，可以与盐酸和稀硫酸反应。电势比氢低，可以与盐酸和稀硫酸反应。 d区第五和第六周期金属的电极电势比氢高，只能与氧化性区第五和第六周期金属的电极电势比氢高，只能与氧化性的酸的酸(浓硫酸、浓硝酸、王水等浓硫酸、浓硝酸、
16、王水等)反应。反应。 铌、钽、钌、铑、锇、铱等不能溶于王水，可以溶于浓硫铌、钽、钌、铑、锇、铱等不能溶于王水，可以溶于浓硫酸和氢氟酸的混合酸。酸和氢氟酸的混合酸。 p区金属中的铝、镓、锡、铅等可以溶解于氢氧化钠。区金属中的铝、镓、锡、铅等可以溶解于氢氧化钠。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页254. 金属的钝化金属在空气中会自动氧化生成具有较强保护作用金属在空气中会自动氧化生成具有较强保护作用的氧化膜，称为金属的钝化。最易产生钝化作用的氧化膜，称为金属的钝化。最易产生钝化作用的有的有Al、Cr、Ni和和Ti以及含有这些金属的合金以及含有这些金属的合金。金属的钝化必须满足两个条件：
17、金属所形成的氧化膜在金属表面必须是连续的，即所生成的氧化物的体积必须大于金属原有的体积。氧化膜的结构致密，而且具有较高的稳定性，氧化膜与金属的热膨胀系数相差不能太大。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页266.2.2 非金属单质的氧化还原性 较活泼的非金属单质如较活泼的非金属单质如F2、O2、Cl2、Br2具有强氧化性，具有强氧化性，常用作氧化剂。常用作氧化剂。5Cl2 + I2 + 6H2O = 10Cl+ 2IO3+ 12H+ 较不活泼的非金属单质如较不活泼的非金属单质如C、H2、Si常用做还原剂，如：常用做还原剂，如：C + 2H2SO4(浓) = CO2(g) + 2SO2(
18、g) + 2H2O3Si + 18HF + 4HNO3 = 3H2SiF6 + 4NO(g) + 8H2OSi + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2(g) 一些不活泼的非金属单质如稀有气体、一些不活泼的非金属单质如稀有气体、N2等通常不与等通常不与其他物质反应，常用做惰性介质保护气体其他物质反应，常用做惰性介质保护气体。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页27值得注意的问题： 歧化反应歧化反应有些非金属单质既具有氧化性又具有还原性，其Cl2、Br2、I2、P4、S8等能发生岐化反应。Cl2 + H2O = HCl + HClOCl2 + 2NaOH = NaCl
19、 + NaClO + H2O溴和碘在氢氧化钠中倾向于生成溴酸钠和碘酸钠：Br2 + 6NaOH = 5NaBr + NaBrO3 +3H2O次氯酸钠次氯酸钠次氯酸钠可以释放出原子氯，后者有极强的杀菌和漂白作用。因此广泛地用作消毒液和漂白剂。次氯酸钠在工业上用作氧化剂，可以将芳酮氧化为羧酸：ArCOCH3 + NaOCl = ArCOONa +CH3Cl 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页282. 离子型氢化物活泼性极强的碱金属和碱土金属可以与氢气发生反应生成离子型氢化物：2Na + H2 = 2NaHCa + H2 = CaH2氢化物可分为共价型（如HCl)，金属型、离子型等。离子
20、型氢化物可以释放原子态氢，在工业上作为强还原剂用于还原醛、酮、酯等羰基化合物。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页296.36.3 无机化合物的物理性质无机化合物的物理性质无机化合物种类繁多， 情况比较复杂。这里依照元素的周期性规律和物质结构，尤其是晶体结构理论为基础，讨论具有代表性的氯化物和氧化物的熔点、沸点等物理性质以及规律。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页306.3.1 氯化物的熔点、沸点和极化理论氯化物是指氯与电负性比氯小的元素所组成的二元化合物。氯化物是指氯与电负性比氯小的元素所组成的二元化合物。氯化物概述氯化物概述NaCl、KCl、BaCl2等离子型氯化物熔
21、点较高、稳定性好的氯化物氯化物在熔融状态可用作高温介质(盐浴剂)，CaF2、NaCl、KCl等可以用作红外光谱仪的棱镜。过渡型的无水氯化物无水氯化物如AlCl3、ZnCl2、FeCl3等可以在极性有机溶剂中溶解，常用作烷基化反应或酰基化反应的催化剂。性质较稳定的无无水氯化物水氯化物如CaCl2等常用作干燥剂。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页311. 氯化物的熔点和沸点氯化物的熔点和沸点大致分为三种情况： 活泼金属的氯化物如NaCl、KCl、BaCl2等是离子晶体,熔点、沸点较高 非金属的氯化物如PCl3、CCl4、SiCl4等是分子晶体，熔点、沸点都很低 位于周期表中部的金属元素
22、的氯化物如AlCl3、FeCl3、CrCl3、ZnCl2等是过渡型氯化物,熔点、沸点介于两者之间首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页32氯化物熔点表6.2 氯化物的熔点 (单位为C)注1：IBVB，IAIVA族价态与族数相同；VIA族为四氯化物，VIB、VA族为三氯化物。VIIB和VIII族为二氯化物。注2：Tl、Pb、Bi分别为+1、+2、+3价。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页33IAHCl-84.9IIAIIIAIVAVAVIALiCl1342BeCl2520BCl312.5CCl476.8NCl31600ScCl3825sTiCl4136.4VCl4148.5C
23、rCl31300sMnCl21190FeCl3315dCoCl21049NiCl2973sCuCl2933dCuCl1490ZnCl2732GaCl3201.3GeCl484AsCl3130.2SeCl4288dRbCl1390SrCl21250YCl31507ZrCl4331sNbCl5254MoCl5268RhCl2800sAgCl1550CdCl2960InCl3600SnCl4114.1SbCl3283TeCl4380CsCl1290BaCl21560LaCl31000HfCl4319sTaCl5242WCl6346.7WCl5275.6ReCl4500AuCl3265sAuCl289
24、.5dHgCl2302TlCl720PbCl4105dPbCl2950BiCl3447表6.3 氯化物的沸点(单位为C)s表示升华; d表示分解；LiCl，ScCl3的数据有一个温度范围，本表取平均值。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页342. 离子极化理论及应用*把组成化合物的原子看作球形的正、负离子，正、负电荷的中心重合于球心。在外电场的作用下，离子中的原子核和电子会发生相对位移，离子就会变形，产生诱导偶极，这种过程叫做离子极化。事实上离子都带电荷，所以离子本身就可以产生电场，使带有异号电荷的相邻离子极化。图6.10 离子极化作用示意图首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页
25、末页35离子极化的结果，使正、负离子之间发生了额外的吸引力，甚至有可能使两个离子的轨道或电子云产生变形而导致轨道的相互重叠，趋向于生成极性较小的键（如下图），即离子键向共价键转变。因而，极性键可以看成是离子键向共价键过渡的一种形式。图6.11 离子键向共价键转变的示意图首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页36影响离子极化作用的重要因素*v 极化力极化力（离子使其他离子极化而发生变形的能力）离子的极化力决定于它的电场强度，主要取决于： 离子的电荷离子的电荷 电荷数越多，极化力越强。 离子的半径离子的半径 半径越小，极化力越强。如 Mg2+ Ba2+ 离子的外层电子构型离子的外层电子构型
26、 8电子构型(稀有气体原子结构)的离子(如Na+、Mg2+)极化力弱，917电子构型的离子(如Cr3、Mn2、Fe2、Fe3+)以及18电子构型的离子(如Ag、Zn2+等)极化力较强。 如 Ag Na+ 首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页37v 离子变形性离子变形性(离子可以被极化的程度)离子变形性大小与离子的结构有关，主要取决于： 离子的电荷离子的电荷: 随正电荷的减少或负电荷的增加，变形性增大。 Si4+Al3+Mg2+Na+F-O2- 离子的半径离子的半径: 随半径的增大，变形性增大。F-Cl-Br-I-； O2-S2- 离子的外层电子构型离子的外层电子构型: 18、917等
27、电子构型的离子变形性较大，具有稀有气体外层电子构型的离子变形性小。K+Ag+ ； Ca2+1的硅酸称为多硅酸。硅酸凝胶就是多硅酸，受热能完全脱水， 转变成SiO2。若将其中大部分水脱去，可得白色透明固体，称为硅胶。硅胶的比表面积非常大(800900m2/g)，可用作吸附剂、干燥剂和催化剂载体。经CoCl2处理可得变色硅胶，是常用的干燥剂。当蓝色变成粉红色时，就要进行再生处理，方可恢复吸湿能力。Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页546.5 配位化合物配位化合物配位化学是无机化学的配位化学是无机化学的一个重要研究方向。由一个
28、重要研究方向。由于配位化学与生命科学于配位化学与生命科学的结合，以及具有特殊的结合，以及具有特殊功能配合物的良好前景功能配合物的良好前景等，使配位化学获得很等，使配位化学获得很大的发展。大的发展。附图6.4 Cu(DABT)Cl2配合物的分子结构(70K以下呈铁磁性质) , 配体DABT为2,2-二氨基-4,4-联噻唑的简称配位化学的研究对象配位化学的研究对象是配位化合物，也称是配位化合物，也称为配合物。为配合物。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页556.5.1 配位化合物的组成和结构配位化合物的组成和结构配合物是由中心离子(或中心原子)通过配位键与配位体形成的化合物。根据配位体的
29、不同，配合物分为简单配合物和特殊配合物两类。 简单配合物简单配合物由单齿配体和中心离子(或中心原子)配位的配合物称为简单配合物。 特殊配合物特殊配合物配位体中至少有一个多齿配体和中心离子(或中心原子)配位形成环状结构的配合物称为螯合物。还有中性金属原子为配合物形成体,CO为配体的羰合物。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页561. 简单配合物简单配合物以Cu(NH3)4 SO4 为例，金属离子 Cu2+为中心离子(又称为配离子的形成体)。在它周围直接配位着四个NH3配位体(能提供配位体的物质称为配位剂)。在配位体中，与中心原子直接相结合的原子叫做配原子(如NH3中N)。与中心离子直接
30、相结合的配位原子的总数是配位数。在Cu(NH3)4 2+中, Cu2+离子的配位数为4。Cu2+NH3NH3H3NH3N附图6.5 Cu(NH3)42+离子的结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页572. 特殊配合物特殊配合物（螯合物和羰合物）每一个配位体只能提供一每一个配位体只能提供一 个配个配位原子的配位体称为单齿配体，位原子的配位体称为单齿配体，而含有两个或两个以上配位原而含有两个或两个以上配位原子的配位体称为多齿配体。能子的配位体称为多齿配体。能提供多齿配体的物质称为螯合提供多齿配体的物质称为螯合剂。由多齿配体形成的环状结剂。由多齿配体形成的环状结构的配合物称为构的配合物称
31、为螯合物螯合物，如，如Cu(en)22+。附图6.6 Cu(en)22+的结构如果配位化合物的形成体是中性原子，如果配位化合物的形成体是中性原子，配位体是配位体是CO分子，这类分子，这类配合物称为配合物称为羰合物羰合物。如。如Ni(CO) 4, Fe(CO) 5 。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页583. 价键理论价键理论v 基本要点基本要点在形成配位化合物时，中心离子所提供的空轨道进行杂化，形成多种具有一定方向的杂化轨道，从而使配合物具有一定空间构型。 中心离子中心离子中心离子（或原子）有空的价电子轨道可接受由配位体的配原子提供的孤对电子而形成配位键。 配位体配位体配位体的配位
32、原子必须有孤对电子可提供，常见的配位原子有C、N、S、O、F、Cl、Br、I等。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页59空间构型空间构型配位数配位数 杂化轨道杂化轨道 空间构型空间构型实例实例2sp 直线形直线形Ag(NH3)2+, AuCl24sp3四面体四面体形形Zn(NH3)42+, Cu(CN)42-, HgI42, Ni(CO)4dsp2平面四边形平面四边形Ni(CN)42-, Cu(NH3)42+, AuCl4, PtCl426d2sp3正八面体正八面体Fe(CN)63, PtCl62, Cr(CN)63sp3d2FeF63, Cr(NH3)63+, Ni(NH3)62+
33、表6.8 配合物的杂化轨道与空间构型首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页606.5.2 配位化合物的命名配位化合物的命名 配离子命名配离子命名配位体名称列在中心离子(或中心原子)之前，用“合”字将二者联在一起。每种配位体前用二、三、四等数字表示配位体数目。对较复杂的配位体则将配位体均写在括号中，以避免混淆。在中心离子之后用带括号的罗马字表示其氧化值。例如：Ag(NH3)2+命名为二氨合银(I)配离子。若配体不止一种，不同配体名称之间以中圆点“”分开。配体列出的顺序按如下规定：o 无机配体先于有机配体o 无机配体中，先负离子后中性分子o 同类配体的名称，按配原子元素符号的英文字母顺序排
34、列首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页61 配合物命名配合物命名服从一般化合物的命名原则。若与配位阳离子结合的负离子是简单酸根,则该配合物叫做“某化某”；若与配合物阳离子结合的负离子是复杂酸根如SO42-、Ac-等叫做“某酸某”。若配合物含有配阴离子（即配离子是负离子），则配阴离子后加“酸”字，也叫做“某酸某”首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页62配合物命名示例配合物命名示例Ag(NH3)2Cl氯化二氨合银(I)Cu(en)2SO4硫酸二(乙二胺)合铜(II)HAuCl4四氯合金(III)酸K3Fe(CN)6六氰合铁(III)酸钾KPtCl3(C2H4)三氯乙烯合铂(II
35、)酸钾CoCl(NH3)3(H2O)2Cl2二氯化一氯三氨二水合钴(III)Co2(CO)8八羰合二钴首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页636.5.3 配合物及配位化学的应用配合物及配位化学的应用配合物及其配位化学在以下几个方面有非常广泛的应用。v 离子的定性鉴定离子的定性鉴定v 电镀工业电镀工业v 冶金工业冶金工业v 生物医学生物医学首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页641. 离子的定性鉴定离子的定性鉴定浓氨水鉴定Cu2 Cu(NH3)42+ （深蓝色） KSCN鉴定Fe3Fe(SCN)2+ （血红色） K3Fe(CN)6鉴定Fe2 Fe3Fe(CN)62（滕氏蓝沉淀
36、） K4Fe(CN)6鉴定Fe3 Fe4Fe(CN)63（普鲁士蓝沉淀）近代通过结构分析普鲁士蓝和滕氏蓝为组成和结构相同的同一种物质，分子式为 KFe Fe(CN)6H2O首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页65 利用螯合剂与某些金属离子生成有色难溶的螯合物，作为检验这些离子的特征反应。例如丁二肟是Ni2的特效试剂，它与Ni作用，生成鲜红色的二(丁二肟)合镍内配盐。附图6.7 二(丁二肟)合镍配合物的结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页662. 电镀工业方面电镀工业方面在电镀铜工艺中，一般不直接用CuSO4溶液作电镀液，而常加入配位剂焦磷酸钾(K2P2O7)，使形成Cu
37、(P2O7)26-配离子。电镀液中存在下列平衡：Cu(P2O7)26 = Cu2+ 2P2O74Cu2+的浓度降低，在镀件(阴极)上Cu的析出电势代数值减小，同时析出速率也可得到控制，从而有利于得到较均匀、较光滑、附着力较好的镀层。在电镀工艺中，为了使金属离子保持恒定的低浓度水平。一般利用配合物的特性使金属离子形成配离子。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页673. 冶金工业方面冶金工业方面用合适的配位体溶液直接把金属从矿物中浸取出来，再用适当的还原剂将配合物还原为金属。也称为湿法冶金。例如镍的提取镍的提取：NiS + 6NH3 Ni(NH3)62+ + S2Ni(NH3)42+ +
38、 H2 Ni(粉) + 2NH4+ + 4NH3加压加压又如废旧材料中金的回收废旧材料中金的回收4Au + 8CN + 2H2O + O2 4Au(CN)2 + 4OH2Au(CN)2 + Zn 2Au + Zn(CN)42首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页684. 生物医学方面生物医学方面例如以Mg2+为中心的大环配合物叶绿素能进行光合作用，将太阳能转变成化学能。以Fe2为中心的卟啉配合物血红素能输送O2，而煤气中毒是因为血红素中的Fe2与CO生成了更稳定的配合物而失去了运输O2的功能。能固定空气中N2的植物固氮酶是铁和钼蛋白质配合物。铅中毒主要损害神经系统、消化系统、造血系统和
39、肾脏。我国儿童铅中毒比例很高。在医药方面，顺铂Pt(NH3)2Cl2具有抗癌的作用，EDTA的钙钠盐是排除人体内Hg、Pb、Cd等有毒金属和U、Th、Pu等放射性元素的高效解毒剂等等。Pb 2+ +Ca(edta) 2- =Pb(edta) 2- +Ca 2+附图6.8 顺铂的结构首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页696.6 无机材料无机材料材料是人类赖以生存和生产的物质基础。材料发展的历史反映了人类社会发展的文明史。新材料的研究和开发已被认为是当今社会发展的三大支柱之一。材料的品种繁多，材料的分类方法主要有两种。根据用途结构材料：以强度为特征，如建筑、构件功能材料：以光、电、磁、
40、热等性能为特征的材料化学组成金属材料无机非金属材料有机高分子材料复合材料首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页706.6.1 金属和合金材料金属和合金材料金属材料的优点：金属材料的优点：良好的导电、传热性、高的机械强度，较为广泛的温度使用范围，良好的机械加工性能等。金属材料的缺点：金属材料的缺点：易被腐蚀和难以满足高新技术更高温度的需要。思考思考：911事件中纽约世贸大厦坍塌的原因？合金钢强度经得起12级台风、各种龙卷风的袭击，也耐得住地震、雷电或爆炸的侵扰。但其优良的导热性，使他经不起高温，整体变软，促成大厦迅速倒塌。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页711 合金的基本结
41、构类型合金的基本结构类型 金属固溶体金属固溶体一种溶质元素（金属或非金属）原子溶解到另一种溶剂金属元素（较大量的）的晶体中形成一种均匀的固态溶液，这类合金称为金属固溶体。金属固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。例如钒、铬、锰、镍和钴等元素与铁都能形成置换固溶体；而氢、硼、碳和氮与许多副族金属元素能形成间隙固溶体。(a)纯金属溶质原子溶剂原子图6.12 金属固溶体晶格示意图(b)置换固溶体(c)间隙固溶体首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页72 金属化合物金属化合物当合金中加入的溶质原子数量超过了溶剂金属的溶解度时，除能形成固溶体外, 同时还会出现新的相，这第二相可以是另一种组分的固溶
42、体，而更常见的是形成金属化合物。金属化合物种类很多，从组成元素来说可以由金属元素与金属元素，也可以由金属元素和非金属元素组成。前者如Mg2Pb、CuZn 等；后者如硼、碳和氮等非金属元素与d区金属元素形成的化合物，分别称为硼化物、碳化物、氮化物等。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页73碳化物碳化物碳能和大多数元素形成化合物。碳与电负性比碳小的元素形碳能和大多数元素形成化合物。碳与电负性比碳小的元素形成的二元化合物，除碳氢化合物外，称为碳化物。成的二元化合物，除碳氢化合物外，称为碳化物。 离子型碳化物离子型碳化物指活泼金属的碳化物，如碳化钙(CaC2)，熔点较高(2300)，工业产品
43、叫电石。 共价型碳化物共价型碳化物非金属硅和硼的碳化物，如碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)。熔点高(分别为2827、2350)、硬度大，为原子晶体。 金属型碳化物金属型碳化物由碳与钛、锆、钒、铌、钽、钼、钨、锰、铁等d区金属形成，例如WC、Fe3C等。这类碳化物的共同特点是具有金属光泽，能导电导热，熔点高，硬度大，但脆性也大。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页742 轻质合金轻质合金轻质合金是由镁、铝、钛、锂等轻金属形成的合金。轻质合金是由镁、铝、钛、锂等轻金属形成的合金。主要优点是密度小，在交通运输、航空航天等领域有重要应用。 铝合金铝合金在铝中加入镁、铜、锌、锰形成铝合金。铝
44、铜镁合金称为硬铝，铝锌镁铜合金称为超强硬铝(其强度远高于钢)。这些铝合金相对密度小、强度高、易成型，广泛用于飞机制造业。 钛合金钛合金钛中加入铝、钒、铬、钼、锰等形成钛合金。钛合金具有密度小、强度高、抗磁性、耐高温、耐海水腐蚀等优点。是制造飞机、火箭发动机，人造卫星外壳，宇宙飞船船舱、潜艇等的重要结构材料。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页753 耐热合金与低熔合金耐热合金与低熔合金耐热合金耐热合金主要是第VVII 副族元素和VIII族高熔点元素形成的合金。应用最多的有铁基、镍基和钴基合金。它们广泛地用来制造涡轮发动机、各种燃气轮机热端部件，涡轮工作叶片、涡轮盘、燃烧室等。低熔合金
45、低熔合金常用的低熔金属及其合金元素有汞、锡、铅和铋等。汞常用做温度计、气压计中的液柱，也可做恒温设备中的电开关接触液。汞容易与很多种金属形成合金。铋的某些合金可应用于自动灭火设备、锅炉安全装置以及信号仪表等，还可用作原子能反应堆的冷却剂。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页764 形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金有一个特殊的转变温度，在转变温度以下，金属晶体结构处于一种不稳定结构状态，在转变温度以上，金属结构是一种稳定结构状态。一旦把它加热到转变温度以上，不稳定结构就转变为稳定结构，合金就恢复了原来的形状。用镍钛形状记忆合金制成管接口，在使用温度下加工的管接口内径比外管径略小，安
46、装时在低温下将其机械扩张，套接完毕在室温下放置，由于接口恢复原状而使接口非常紧密。这种管子固定法在F14型战斗机油压系统的接头及在海底输送管的接口固接均有很成功的实例。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页775 非晶态合金非晶态合金熔融状态的合金缓慢冷却得到的是晶态合金，从熔融的液态到晶态需要时间使原子排列有序化。如果将熔融状态的合金以超高速急冷的方法使其凝固，不给原子有序化排列的时间，瞬间冷冻后其内部原子仍然保持着液态时的那种基本无序的状态，称为非晶态合金，也称金属玻璃。高强度、高硬度和高韧性可以在非晶态合金身上达到较好的统一，因为组成非晶态合金的两种原子间有很强的化学键，使得合金
47、的强度很大。同时合金中原子犬牙交错不规则排列使得它具有较好的韧性。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页786.6.2 无机非金属材料无机非金属材料 无机非金属材料的分类和特点无机非金属材料的分类和特点主要有传统的硅酸盐材料和新型无机材料等。前者主要指陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、砖瓦、搪瓷等以天然硅酸盐为原料的制品 (这些制品称为传统陶瓷)。新型无机材料是用人工合成方法制得的材料，包括氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物等化合物(这些材料又称为精细陶瓷或特种陶瓷)以及一些非金属单质如碳、硅等。无机材料的主要特点是耐高温、抗氧化、耐磨、耐腐蚀和硬度大，而脆性是其不足。首页首页 上一页上
48、一页 下一页下一页 末页末页791 耐热高温结构材料耐热高温结构材料 氮化硅氮化硅 Si3N4组成氮化硅的两种元素的电负性相近，属强共价键结合的原子晶体，所以氮化硅的硬度高（耐磨损）、熔点高（耐高温）、结构稳定、绝缘性能好，故是制造高温燃气轮机的理想材料。缺陷是抗机械冲击强度偏低，容易发生脆性断裂。 氮化硼氮化硼 BN氮化硼（金刚石型）属强共价键结合，兼有许多优良性能，不但耐高温，耐腐蚀、高导热、高绝缘，还可以很容易地进行机械加工，是一种理想的高温导热绝缘材料，也是既硬又韧的超硬材料。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页802 半导体材料半导体材料 半导体材料的分类半导体材料的分类按
49、化学组成，半导体可以分为单质半导体和化合物半导体，按半导体是否含有杂质又可分为本征半导体和杂质半导体。电子 空穴(一个电子从价带激发到导带，从而在价带中留下一个空穴)图6.13 半导体两类载流子示意图由于半导体禁带较窄，不要太多的能量就可以使满带中的电子激发跃迁到空带，并在满带留下空穴。满带中的其它电子移动到空穴又产生新的空穴。在外电场作用下，电子和空穴都可以定向地移动。首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页813 超导材料超导材料有些物质在某特定的温度以下，其导电率将突然增至无穷大，这种现象称为超导电性。Bednorz和Mller因发现La-Ba-Cu-O氧化物（Tc=30K)超导体
50、，荣获1987年诺贝尔物理学奖。J. G. 贝德诺兹Johannes G.BednorzK. A. 穆勒Karl A.Mller目前已发现30种单质，8000余种金属、合金、化合物具有超导性。20世纪80年代以来，我国高温超导材料的研究和应用方面一直居世界前列。附图6.9 首先报道超导材料的科学家首页首页 上一页上一页 下一页下一页 末页末页821987年 赵忠贤等发现了组成为YBa2Cu3O7-的超导材料，相变温度Tc=93K。1993年，中-瑞合作开发得到Hg-Ba-Cu-O，其相变温度达到133.5K。附图6.10 YBa2Cu3O7-的晶体结构人们发现C60分子与碱金属K、Rb、Cs等