杂化轨道理论相关知识介绍如何推导?

  一、无机及分析化学考查目标  该门学科在考查要求考生比较系统地理解和掌握无机化学、分析化学的基础

  一、无机及分析化学考查目标

  该门学科在考查要求考生比较系统地理解和掌握无机化学、分析化学的基础知识、基本理论、基本方法和基本技能,能够分析、判断和解决有关理论和实际问题。

  二、无机及分析化学考点解析

  大纲中明确的考试内容主要包括化学反应的一般原理、近代物质的结构理论、溶液化学平衡、电化学等的基础知识;分析误差和数据处理的基本概念,滴定分析、分光光度分析和电势分析等常用的分析方法。要求考生掌握无机及分析化学的基础知识和基础理论,具有独立分析和解决有关化学问题的能力。

  本学科知识体系分为十一个章节,对大纲中各章节内容考点的总结归纳为七项,解析如下:

  考试内容:溶液浓度的表示方法、稀溶液的通性、胶体溶液。

  考点解析及复习建议:该部分内容属于基础概念,要求掌握物质的量浓度等基本内容,考查多以概念性描述的选择题为主,要求准确理解和描述。

  2、化学热力学基础

  考试内容:热力学基本概念、热化学及化学反应热的计算、化学反应方向的判断。

  考试考点解析及复习建议:对热化学及化学反应热的计算,反应方向判断等是每年必考内容,也是重点,是化学平衡分析的基础。该部分要求了解热力学能等名词概念,学会根据热力学定律分析化学反应过程中的热变化,及根据热变化分析化学反应方向等。

  3、化学反应速率和化学平衡

  考试内容:化学反应速率基本概念及速率方程式、反应速率理论、化学平衡及移动。

  考试考点解析及复习建议:在名词概念理解的基础上,强调掌握计算、分析和判断。分析计算题中要求正确书写化学反应速率方程式和化学平衡常数,判断浓度、温度等对化学平衡的影响,侧重分析,在单选、填空、计算题中均会出现。

  考试内容:核外电子运动状态、多电子原子核外电子排布、元素周期律及元素性质的周期性变化、离子键和共价键理论、杂化轨道理论、分子间力。

  考试考点解析及复习建议:该部分内容概念性较强,较多,易混淆。多以了解、理解为主,考查时以单选和填空为主,对此部分内容要求对名词概念的内容正确了解、理解物质组合结构规律,并根据规律学会分析判断杂化轨道、分子极性。

  考试内容:定量分析中的误差、有效数字及运算规则、滴定分析法概述

  考试考点解析及复习建议:该部分是对实验原理及结果分析方法的考查,属于应用知识部分,要求较高,不仅有概念原理的理解,更有在此基础上的计算应用,多以计算等大题形式考查,考生应重点分析练习。

  6、四大平衡和滴定法(酸碱平衡和酸碱滴定法、沉淀溶解平衡和沉淀滴定法、氧化还原反应和氧化还原滴定法)

  考试内容:酸碱质子理论、酸碱平衡、缓冲溶液、酸碱滴定法;沉淀溶解平衡、溶度积原理、沉淀滴定法;氧化还原反应、电极电势及其应用、元素电势图及其应用、氧化还原滴定法;配合物基本概念、配合物化学键理论、配位平衡、配位滴定法。

  考试考点解析及复习建议:该部分是该学科的重中之重、难中之难,不仅知识点多、考试分数比重大、考试形式多样,而且考查深度有潜有深,有对基础概念的了解,名词概念的考查,同时还有基本原理的应用及实验技能的考查。针对此,首先要准确理解名词概念及基本原理,掌握反应原理,学会根据不同的平衡原理分析反应变化过程,同时还要根据原理设计分析实验。在准确理解的基础上,灵活应用,重在分析。

  7、分光光度法和电势分析法

  考试内容:分光光度法概述、吸收定律、显色反应、分光光度计及测定方法;电势分析法基本原理、离子选择性电极。

  考试考点解析及复习建议:该部分属于分析方法的学习应用,以了解、理解为主,在了解基本原理的基础上,学会分析化学变化,掌握实验分析测定方法。

  对以上各章节考点进行进一步分析,提炼出其中的重点,总结概况如下:

  无机及分析化学的各部分考点相互联系,前后形成统一的知识整体。其中,基础是热化学、物质结构概念,重点为四大平衡原理(酸碱平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原平衡和配位离解平衡),溶液分析可以作为贯穿知识点掌握和应用的连接主线,结合滴定分析、分光光度法、电势分析法等基础实验分析方法。

  结合以上各章节知识点详细解析及重难点归纳,对该学科在考试内容及考试要求总结归纳为三个大框架:以对基础概念、公式、原理、理论的理解掌握为基础;理解性重点领悟化学平衡思想及其应用,同时掌握对热力学化学反应方向的判断、物质的结构特点、空间构型、化学反应速率、电极反应及其应用、分析化学三大平衡等基本知识点;使用物质、能量平衡的思想对分析化学原理进行应用和计算。

  框架1:基本名词概念、基本反应原理、基础理论

  1、热化学及化学反应速率

  无机化学部分的基本名词较多,热化学、化学反应速率、化学反应平衡常数等基本概念及其计算公式是基础,在此基础上的反应平衡变化是重要的考查内容。

  2、原子结构与元素周期律

  核外电子运动的波粒二象性;用四个量子数对核外电子运动状态进行完整描述;多电子原子的能级以及能级交错的概念(造成能级交错现象的原因不作要求); 多电子原子的核外电子的排布的三个规则。

  3、化学键与分子结构

  价键理论,杂化轨道理论。价层电子对互斥理论以及理论的要点;分子几何构型的判断。共价键的极性和分子极性的联系与区别;分子间力和氢键的概念以及三种分子间力的类型。离子的极化概念以及对化合物性质的影响。

  框架2:化学平衡思想的应用

  酸碱质子理论,酸碱平衡中有关浓度的计算。分布系数、分布曲线的概念以及有关的计算。物料平衡、电荷平衡、质子条件的概念以及各种体系PBE的正确写法。两性物质的概念及其pH值的计算方法。缓冲溶液、缓冲容量、缓冲范围的概念及其缓冲溶液pH值的计算方法。

  电解质的概念以及电解质强弱的概念;可溶、微溶、难溶电解质的概念;溶解度、溶度积的概念极其表示方法、相互之间的联系与区别和相关计算;同离子效应与盐效应的概念以及对沉淀溶解的影响和相关计算;分步沉淀原理、沉淀的溶解与转化以及相关计算。

  配位化合物的基本概念、配位化合物的基本组成以及与之相关的各种名词;配位化合物的命名和书写规则;配位化合物的价键理论。螯合物的概念、EDTA与金属离子形成的螯合物的特征;配位化合物的稳定常数的概念;配位反应的副反应系数、条件稳定常数的概念及其计算。

  氧化还原反应方程式的配平、原电池和电极反应、氧化还原反应的方向、速度与程度、元素的电位图及用途。利用能斯特方程式进行相关的计算;氧化还原反应的方向以及各种影响因素对之的影响;氧化还原反应进行的程度判断;氧化还原反应的速度以及各种影响因素对之的影响;元素电位图及其用途。

  框架3:分析化学原理及应用

  定量分析过程和分析结果的表示、定量分析的误差、有效数字及计算规则。分析结果的统计处理;可疑值的取舍(要求Q检验法)。

  对于不同强度的酸碱的滴定曲线,着重在计量点附近的pH突跃和根据pH突跃选择适应的指示剂;络合滴定法中主要以介绍EDTA滴定法为主,重点为络合平衡和络合滴定;氧化还原滴定法,根据氧化还原反应的这些特点,在讲解中应把重点放在滴定条件(溶液酸度、反应温度、试剂浓度和滴定速度)的选择上。

  弱酸、弱碱(包括电离学说的弱酸、弱碱、弱酸盐和弱碱盐)被滴定的可能性,是酸碱滴定的难点,考生易混淆;氧化还原滴定结果的计算中,难点在于间接测定中氧化还原反应中各反应物间化学计量关系的确定。

  3、分光光度分析法

  朗伯—比耳定律是光吸收的基本定律,从物质对光的选择性吸收的基本原理出发,推导朗伯—比耳定律,同时讲解偏离朗伯—比耳定律的基本原因。显色条件及测量条件的选择,影响显色反应的条件因素,重要的显色剂,入射光波波长和参比溶液的选择,掌握仪器测量误差对分析结果的影响,控制适宜吸光度范围。

  重点结合副反应理论讲清条件电极电位及其在分析化学中的应用,氧化还原滴定曲线主要是掌握滴定过程中电极电位的变化规律。氧化还原反应速度是该氧化还原反应能否用于滴定分析的关键之一,要求了解影响氧化还原反应速度的因素,特别要掌握催化反应和诱导反应的内容及作用。氧化还原滴定法的应用,主要讲明KMnO4法、K2Cr2O7法和碘量法,掌握他们各自的特点、原理、结果计算等。

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适用专业:0856材料与化工

一、考试形式与试卷结构

1)试卷成绩及考试时间

本试卷满分150分,考试时间180分钟。

2)答题方式:闭卷、笔试。

(一)元素性质部分 20% 30

(二)无机化学理论 80% 120

二、考试内容与考试要求

(一)无机理论考试内容

1、原子结构与元素周期系  

考试内容:微观粒子运动的特点,波粒二象性与测不准原理,四个量子数的物理意义与取值范围。鲍林的多电子原子近似能级图,屏蔽与钻穿效应,斯莱特规则,核外电子排布的原则,原子的电子层结构与元素周期系、元素周期律和元素周期表,电子层结构与周期、族、分区的关系。原子半径、电离能、电子亲合能、电负性和氧化态。

考试内容:路易斯结构式;单键、双键和叁键;价层电子对互斥理论;共价键的类型——s键和p键,共价键的饱和性与方向性,价层电子对互斥理论与判断分子空间构型的方法。杂化轨道理论的要点、杂化类型与空间构型的关系,等性杂化与不等性杂化的概念,共轭大p键。分子轨道理论的要点、组合原则和类型,分子轨道能级图和分子轨道表示式。等电子体原理,路易斯结构式。键参数,键的极性与分子的极性;偶极矩,分子间作用力的成因、类型及与分子晶体物理性质的关系,氢键的类型、特点及与物质物理性质的关系。

考试内容:晶体的宏观特征与微观特征,晶胞的基本特征,晶胞中原子的坐标与计数,体心晶胞、面心晶胞与底心晶胞,布拉维点阵型式,晶面和晶面指标。金属键的形成与特征,电子气理论与能带理论,半导体、绝缘体与导体的解释,金属晶体的紧密堆积模型。离子键的形成与本质、特征与类型,离子半径比与晶体构型的关系,晶格能及其计算方法(波恩-哈伯循环),离子晶体结构模型。分子晶体的本质与特征,原子晶体的本质与特征。

考试内容:配合物的定义,复盐与配合物的区别,配合物的命名。配合物的立体异构,配合物的几何异构与配合物中的对映异构现象。配位键的形成与本质特征,形成体的杂化类型,配合物的空间构型的判断。中心原子d轨道在配体场中的分裂情况,分裂能与光谱化学序列,分裂能与成对能的比较,高自旋配合物与低自旋配合物的形成,配体场稳定化能。有关配离子稳定性的比较,有关配合物稳定常数的计算。配合物的相互转化与沉淀-配合物的相互转化。

考试内容:化学热力学的研究对象,系统与环境,物质的量,浓度,气体,相,热力学温度,热与功,状态与过程,热力学标准态,状态函数。热力学能(内能),焓,自由能,熵。盖斯定律及其应用,生成焓与生成自由能及其应用,利用焓变与熵变计算化学反应的标准摩尔自由能,吉布斯-亥姆霍兹方程对化学反应的分类,热力学分解温度。

考试内容:化学平衡的建立,化学平衡的移动——勒沙特列原理。标准平衡常数,实验平衡常数,偶联反应的平衡常数,有关平衡常数的计算。浓度对化学平衡的影响;压力对化学平衡的影响;温度对化学平衡的影响。

考试内容:化学反应速率的定义,平均速率与瞬时速率,反应进度。速率方程,反应级数,速率常数,用实验数据建立速率方程,利用速率方程进行计算。温度对反应速率的影响,阿仑尼乌斯公式及其应用,催化剂对化学反应速率的影响。基元反应与反应分子数,由反应机理推导实验速率方程,碰撞理论与过渡态理论。

考试内容:酸碱质子理论,水的离子积和溶液的pH值,酸、碱、盐溶液中的电离平衡,强电解质与弱电解质,拉平效应与区分效应。一元弱酸与一元弱碱溶液的pH值计算,同离子效应对电离平衡的影响,多元酸、多元碱溶液的pH值计算,酸碱两性物质的电离。缓冲溶液的定义,构成条件,缓冲容量,缓冲溶液的pH值计算,酸碱指示剂的类型与适用范围。

考试内容:溶度积常数的定义,溶度积原理,溶度积与溶解度的关系,同离子效应,影响难溶物溶解度的其它因素。金属氢氧化物沉淀的生成-溶解平衡,金属离子的分离,难溶硫化物沉淀的生成-溶解平衡,硫化物沉淀的溶解,沉淀的转化与沉淀-配合物的相互转化。

考试内容:氧化值和氧化态,氧化还原半反应,氧化还原反应方程式的配平。珈伐尼电池、伏打电池和丹尼尔电池,半电池,原电池符号,电极的分类,电动势,标准氢电极,标准电极电势,能斯特方程及有关计算和应用,有关电极电势的计算。酸性锌锰电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池,燃料电池。

(二)无机理论考试要求

1、通过本课程的学习,要求学生正确理解化学学科对经济建设的重要作用,培养学生正确的学习目的和人生观,注意培养学生理论联系实际、科学创新的能力。

  1. 通过对原子结构理论的学习,要求学生掌握微观粒子——电子运动的特点,原子核外电子排布的规律和元素周期系的关系。

    3、通过化学键理论学习,要求学生掌握离子键、共价键和金属键的本质、特征及其对物质性质的决定作用,能运用杂化轨道理论和价层电子对互斥理论分析说明分子空间结构。

    4、通过对化学热力学的学习,要求学生初步掌握热力学的一些基本概念,初步掌握热化学的计算,能用热力学知识分析化学反应进行的方向与限度。

  2. 要求学生掌握化学反应速率与化学平衡的基本原理,能够初步运用热力学和动力学原理对具体的化学反应过程进行具体的分析和提出可能完成反应的条件。

    6、较熟练地掌握非电解质稀溶液和电解质溶液的基本理论,并运用这些理论解决溶液体系中的一些实际问题。掌握有关浓度的计算,有关弱电解质平衡的计算以及沉淀-溶解平衡的一些计算及相互转化条件的分析。

    7、了解电极电势产生的原因,掌握氧化还原反应的基本原理,理解氧化还原反应电动势和自由能之间的关系,并通过反应的电动势和平衡常数来判断氧化还原反应进行方向。

  3. 了解并掌握配位化学的一些基本概念,初步了解配位化学中化学键的一些理论及配位化学的一些应用,掌握配合物的稳定性、配位平衡的移动、有关配位化合物计算等知识。

    9、掌握元素周期系各类元素的通性和典型元素及其化合物的结构、性质及用途等基本知识。学会运用元素周期系、原子结构、分子结构、热力学、化学平衡、配位化学和氧化还原反应等原理来说明无机化合物的变化现象和规律,结合实验的训练,逐步培养学生科学思维的能力和实事求是的精神。

    10、使学生掌握元素的学习方法,掌握周期表中各元素的主要氧化态及其理化性质,掌握单质、氢化物、卤化物、氧化物、氢氧化物、酸碱盐的化学性质和反应规律。

    (三)性质部分考试内容

    考试内容:氢的存在和物理性质,氢的化学性质和氢化物。稀有气体的存在、性质、制备和应用,稀有气体的化合物。

    考试内容:卤素原子的物理性质,卤素的存在,卤素的电势图。卤素单质的物理性质,卤素单质的化学性质,卤素的制备和用途。卤化氢和氢卤酸,卤化物和卤素的互化物、多卤化物,拟卤素,卤素的氧化物、含氧酸及其盐的性质。

    考试内容:氧族元素的存在,氧族元素的基本性质,氧族元素的电势图。氧气单质的性质和用途,氧化物的类型、性质、制备和用途,臭氧的性质与环境保护,过氧化氢的性质、制备和用途。硫的同素异形体,硫化物和多硫化物的生成、性质及用途,金属离子的分组,硫的氧化物、含氧酸及其盐的性质,硫的其它化合物。

    考试内容:氮元素的基本性质,磷元素的基本性质,砷元素的基本性质。氮气的存在、分离与性质,化学模拟生物固氮,氮的氢化物的性质与用途,氮的氧化物、含氧酸及其盐的性质,氮的其它化合物。单质磷的同素异形体的结构、性质与用途,磷的氢化物、卤化物和硫化物的性质和用途,磷的氧化物、含氧酸及其盐的性质。砷单质的性质,砷的主要化合物的性质和用途。

    考试内容:碳元素的基本性质,硅元素的基本性质,硼元素的基本性质,碳、硅、硼的电子构型与成键性质。碳的同素异形体的结构、性质与用途,碳的氧化物、含氧酸及其盐的性质,碳的硫化物和卤化物的性质和用途。单质硅的制备、性质与用途,硅烷的性质、硅的卤化物和氟硅酸盐的性质和用途,硅的氧化物、含氧酸及其盐的性质和用途。硼原子的成键特征,单质硼的制备、性质与用途,硼烷和硼氢配合物的性质和用途,硼的卤化物和氟硼酸,硼的氧化物、含氧酸及其盐的性质和用途。

    考试内容:p区金属的通性与性质递变规律,p区金属6s2电子的稳定性。铝单质及铝的化合物的物理性质、化学性质、制备和用途,周期表中的对角线关系,镓分族元素的性质和用途。锗、锡、铅的存在和冶炼,锗、锡、铅单质的性质和用途,锗、锡、铅的重要化合物的制备、性质和用途。锑、铋和钋单质的性质和用途,锑、铋和钋重要化合物的性质和用途。

    考试内容:铜族元素的通性,铜族元素单质的性质和用途,铜族元素重要化合物的性质和用途,IA族元素与IB族元素性质的比较。锌族元素的通性,锌族元素单质的性质和用途,锌族元素重要化合物的性质和用途,IIA族元素与IIB族元素性质的比较,锌的生物作用和含镉、汞废水的处理。

    考试内容:d区金属的分类,第一过渡系元素的性质,第一过渡系元素的氧化态,第一过渡系元素最高氧化态氧化物及其水合物的酸碱性,第一过渡系元素的氧化还原稳定性,第一过渡系元素的配位性,第一过渡系元素金属离子的颜色和含氧酸根的颜色,第一过渡系元素的磁性和催化性。钪及其化合物的物理性质、化学性质、制备和用途,钛及其化合物的物理性质、化学性质、制备和用途。钒及其化合物的物理性质、化学性质、制备和用途,铬及其化合物的物理性质、化学性质、制备和用途,含铬废水的处理,锰及其化合物的物理性质、化学性质、制备和用途。铁系元素的基本性质,铁及其化合物的物理性质、化学性质、制备和用途,钴及其化合物的物理性质、化学性质、制备和用途,镍及其化合物的物理性质、化学性质、制备和用途。铂系元素的通性,铂系金属单质的性质和用途,铂系金属的氧化物与含氧酸盐的性质和用途,铂系元素卤化物的性质和用途,铂系元素配合物的生成与性质。

    (四)性质部分考试要求

    掌握重要元素及其化合物的结构、性质、制备方法以及用途。

《无机化学(第四版)上、下册》,吉林大学,武汉大学,南开大学,宋天佑,徐鹏,徐佳宁,张丽荣编,高等教育出版社,2019

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