无机化学(化学检验员拓展学习教材)
内容介绍
《无机化学》是高等卫生职业院校课程改革规划教材之一。课程包括理论讲授和实践操作两部分。理论部分主要是按溶液理论、化学反应、速率理论、化学平衡(电离、沉淀溶解、氧化还原和配平平衡)理论、热力学基础知识、物质结构(原子、分子、配合物结构的顺序编写,主要讨论四大平衡及其变化规律;元素化学部分则以元素周期系为依据,结合检验专业特点,着重介绍各分区的重要元素及化合物的重要性质。
目录
目录
绪论(1)
第1节无机化学的研究内容和发展过程(1)
第2节化学与医学检验(2)
第2节无机化学的学习方法(2)
第1章溶液和胶体溶液(4)
第1节溶液(4)
第2节稀溶液的依数性(7)
第3节胶体溶液(15)
第4节表面现象(21)
第2章原子结构(27)
第1节原子核外电子的运动状态(27)
第2节原子核外电子排布(32)
第3节原子的电子层结构和元素周期律(35)
第3章分子结构(41)
第1节离子键(41)
第2节共价键和共价化合物(44)
第3节分子间作用力和氢键(52)
第4章化学反应速率和化学平衡(56)
第1节化学反应速率(56)
第2节影响化学反应速率的因素(59)
第3节化学平衡和平衡常数(64)
第4节影响化学平衡的因素(68)
第5章化学热力学基础(73)
第1节热力学diyi定律(73)
第2节化学反应的热效应(76)
第3节热力学第二定律(79)
第6章电解质溶液(85)
第1节强电解质理论(85)
第2节弱电解质的解离(87)
第3节酸碱质子理论(89)
第4节水溶液中的酸碱解离平衡(92)
第5节酸碱溶液pH的计算(97)
第6节缓冲溶液(99)
第7节难溶电解质的沉淀溶解平衡(105)
第7章氧化还原反应与电极电势(114)
第1节氧化还原反应(114)
第2节原电池与电极电势(118)
第3节电极电势的应用(125)
第4节电势法应用(126)
第8章配位化合物(129)
第1节配位化合物概述(129)
第2节配合物的价键理论(134)
第3节配位平衡(138)
第4节配合物在医药中的应用(144)
第9章常见非金属元素及其化合物(148)
第1节卤族元素(148)
第2节氧族元素(152)
第3节氮族元素(154)
第4节碳、硅、硼(156)
第10章常见金属元素及其化合物(161)
第1节金属通论(161)
第2节碱金属(161)
第3节碱土金属(163)
第4节铝(164)
第5节铁、铬、锰(166)
第6节铜、银、汞、锌(169)
实践(173)
实践1医用氯化钠的制备(173)
实践2溶液的配制和稀释(174)
实践3胶体溶液胶和高分子化合物溶液(175)
实践4化学反应速率和化学平衡(177)
实践5乙酸解离常数的测定(181)
实践6解离平衡和沉淀反应(183)
实践7氧化还原反应与电极电势(185)
实践8配合物的生成和性质(187)
实践9硫酸亚铁铵的制备(189)
实践10非金属元素(氮族、硅、硼)(190)
实践11常见几种金属离子的分离与鉴定(192)
参考文献(193)
附录(194)
附录1相对原子质量与常见化合物的相对分子质量(194)
附录2常见弱酸、弱碱的解离常数(298K)(199)
附录3一些难溶电解质的溶度积常数(298K)(200)
附录4一些有机化合物的热力学数据(298K)(201)
附录5一些物质的热力学数据(298K)(202)
附录6标准电极电势(298.15K)(208)
教学大纲(212)
目标检测参考答案(218)
在线试读
绪论
1.掌握:无机化学的基本概念及研究内容。
2.熟悉:无机化学的发展趋势和学习方法。
3.了解:化学各分支学科间的关系,了解化学与医学检验的关系。
自然界是由物质构成的,物质世界是人类生存和生活的基础。化学是一门重要的自然学科,它主要研究物质的组成、结构、性质和变化规律。它是人类认识自然、改造自然的基础。随着整个社会的不断发展,化学现在已经深入到人类生活的各个领域,并在国民经济中起着极其重要的作用。
化学在发展和应用过程中,依照其研究对象和研究内容的不同,产生出许多分支。传统上分为无机化学、有机化学、分析化学和物理化学四大分支。随着科学的不断发展,化学与其他学科的延伸和交叉,形成了许多新的学科,如生物化学、临床化学检验、药物化学、放射化学、环境化学等。
同时,化学与医学检验密切相关。根据检验目的不同,形成了临床检验基础、血液学检验、临床生化检验、微生物学检验及临床免疫学检验等学科。无机化学是医学检验类各专业课程的重要基础学科之一。
第1节无机化学的研究内容和发展过程
diyi节无机化学的研究内容和发展过程无机化学是研究无机物的组成、结构、性质、变化规律和变化过程中能量关系的学科,包括溶液化学、原子和分子结构、化学平衡、化学热力学、化学动力学、配合物化学、电化学、元素化学等基本理论知识内容。
无机化学是随着元素的发现而逐步发展起来的。从19世纪30年代起,无机化学家发现了多种新元素,合成了大量的已知元素的各种化合物。1893年,瑞士化学家A.Werner(维尔纳)奠定了配位化学的基础。20世纪50年代,无机化学研究进入了一个集中研究原子能量的崭新时代。20世纪50~60年代,配位化学是无机化学zui活跃的领域,在有机化学、分析化学、生物化学、药物化学、化学工业等领域应用广泛。自20世纪70年代以来,由于蛋白质和其他生物分子高分辨率结构的迅速测定,以及分子生物学技术的应用,生物无机化学已成为化学与生物学交叉而形成的一个重要的分支。
无机化学是一门重要的化学学科,其各个前沿领域内容十分丰富,在化学科学的基础研究中占有重要地位。例如,稀有元素占元素总数的2/3,呈现出各种优良特性,在尖端技术的发展过程中起着重要的推动作用;配位化学理论在化工分析中日益广泛地被用作分离和提纯方法的理论基础,已成为无机化学的重要内容。目前,化学已渗入到人的生活、能源、信息、材料、国防、环境及医药卫生等领域中。它的研究范围极其广泛,可以说,化学是一门中心性的科学。
第2节化学与医学检验
医学检验是在研究人在健康和疾病时,通过检测人的血液、尿液和体液等标本中的化学物质,为临床医生提供疾病诊断、病情检测、药物疗效观察和判断预后等信息的专业。
化学是医学检验的基础,研究和学习医学检验shou先是从化学开始的,用化学的概念和方法研究和检测人的血液、尿液等标本中的各种生物化学物质,zui终判断被检者是否患有或者排除某些疾病;揭示疾病变化及药物治疗对机体生物化学过程的影响。
知识链接医学检验简介
医学检验的研究内容是寻找疾病发生发展过程中产生的特异性物质的检测方法,为诊断和治疗疾病提供zui有力的证据;研究和改进检测方法,使检测技术操作更加简单、标本用量少,特异性强、灵敏度高、精密度和准确度好;持续改进实验室工作流程及与之配套的计算机管理系统,建立行之有效的实验室质量管理体系,加强流程化、过程化质量管理,保证监测结果准确、快速;向临床提供科学、合理、满意的解释服务,使检验资源得到充分利用。
无机化学与医学检验是相互关联的。目前以无机物为主的试剂也大量出现;人体内的20多种生命元素在体内各司其职,维持着生命体的正常活动和推动生命体的发展;金属及其配合物在生命体和药物中占有极为重要的地位。
第3节无机化学的学习方法
无机化学是高职高专卫生职业教育医学检验类专业的一门重要的基础课程。本课程的任务是为学生今后学习相关专业知识和职业技能奠定基础,培养学生基本操作技能和良好的科学思维方式,从而使学生具备从事医学检验等必需的基本知识和技能。
后续的许多课与化学有着不可分割的联系。例如,学习生物化学、药物分析、药理学时,要了解药物在生物体内的代谢过程,涉及生命体内的酸碱平衡及各种代谢平衡,这些平衡均以化学平衡理论为基础;各种蛋白酶的作用则是催化剂原理的具体体现。学习无机化学应做到以下几点:
1.课前预习在每一章的教学之前,要浏览整章的教学内容,要求对本章内容的重点和知识的难点有一定的了解。争取主动,有的放矢地安排好学习计划,提高学习效率。
2.认真听课上课听讲十分关键,听课时要紧跟教师的思路,勤于思考,积极地参与教学活动,主动回答课堂教师提问;及时做笔记,记下重点、难点内容,以备课后复习。
3.课后复习复习是掌握所学新知识的重要过程。理论性强是无机化学课程的特点之一,有些概念比较抽象,需要经过反复思考并应用一些原理来说明或解决一些问题后,才能逐渐加深理解和掌握。在理解的基础上,强化记忆重要基本概念、基本原理和计算公式,做到熟练掌握,灵活运用,融会贯通,将知识系统化。学会善于运用分析对比和联系归纳的方法,分析相关概念、原理和方法的含义,归纳特点、联系和区别。
4.重视实践能力的培养无机化学是一门实践性强的学科,因此既要重视理论的掌握,更要重视实践技能的训练,对于在实践中观察到的各种化学现象,还要进行归纳,对实践结果进行科学分析。把应试学习变为创新、探索性学习,通过实践培养实事求是、严谨的科学态度。
5.培养自学能力提倡学生自主学习,培养自学能力。知识的创造速度非常快,仅在学校学习期间所获是远不能满足的。当今提倡终身教育理念,需要不断地学习、更新知识来适应社会的发展,创造性地解决实际问题,因此,培养自学能力是非常重要的。
对于无机化学的学习,不仅要学习基本知识、原理和方法,更主要的是培养科学的思维方式,提高分析问题、解决问题的能力与创新能力,为以后学习、工作打下牢固的基础。
第1章溶液和胶体溶液
学习目标
1.掌握:溶液组成标度的表示方法及换算、渗透压的基本概念;溶胶和高分子化合物溶液的组成。
2.熟悉:溶胶的形成及胶粒带电的原因、溶胶的稳定性和聚沉、高分子化合物溶液和凝胶的基本性质。
3.了解:稀溶液的依数性的基本内容及其计算。
溶液和胶体溶液是常见的物质形态,普遍存在于自然界中。在人体内,各种复杂的化学反应和酶促反应都在溶液中进行。例如,血液酸碱平衡的维持及糖类的代谢等。在日常生活中,有很多物质以溶液或胶体溶液的形式存在,而且在药物的研究生产领域和使用过程中,也有许多化学反应是在溶液和胶体溶液中进行。溶液和胶体溶液与人类的生活、医药科研及生命过程密切相关。本章主要介绍溶液组成标度的表示方法和胶体溶液的基本性质。
第1节溶液
溶液是指一种或几种物质以分子或离子状态均匀地分布在另一种物质中所形成的均匀的、稳定的、澄清的体系。其中被溶解的物质称为溶质,容纳溶质的物质称为溶剂。溶质和溶剂组成溶液。通常所说的溶液是指液态溶液,水溶液是zui常见的溶液。人体内的水溶液称为体液,包括血液、尿液、细胞内液和组织间液等。
一、溶解
溶解(dissolve)是指一种或几种物质以分子、原子或离子状态均匀地分散于另一种物质中的过程。溶解过程总是伴随能量、体积及颜色的变化。溶液和溶解过程与溶质和溶剂的性质有关。
溶质在溶剂中的溶解包括两个过程:一是溶质的微粒在溶剂分子的作用下,克服相互之间的作用力,向溶剂中扩散的过程。这一需要吸收热量以克服原有质点间的吸引力的过程属于物理变化;二是溶质的微粒和溶剂分子作用形成溶剂化分子或溶剂化离子的过程,即溶剂分子与溶质质点发生溶剂化作用,当溶剂为水时称为水合作用(hydratedeffect),这一过程释放出热量,属于化学变化。水合作用不仅限于离子化合物,而且许多共价化合物也能与水发生水合作用。
通过大量实验验证,能为生成氢键所提供氢离子或接受氢离子的溶质分子,均与溶剂水“结构相似”,即指溶质与溶剂在结构上相似,溶质与溶剂彼此相溶称为相似相溶原理(likedissolveslike)。例如,乙醇(CH3CH2OH)和水(HOH)都可看做是羟基(—OH)与另一个基团连接而成的分子,它们之间结构相似因此可以彼此无限互溶。
二、溶液组成标度的表示方法
溶液的组成标度通常是指一定量的溶液或溶剂中所含溶质的量。习惯上称为溶液的浓度,将几种常用的表示方法介绍如下。
(一)物质的量浓度
溶质B的物质的量(nB)除以溶液的体积(V),称为溶质B的物质的量浓度(amount-of-substance concentration),用符号cB表示。即:
(1-1)
物质的量浓度的SI单位为mol/m3,化学和医学上常用的单位是mol/L、mmol/L或μmol/L。
例1-1正常人100ml血浆中含Ca2+10mg,试计算正常人血浆中Ca2+的物质的量浓度。
解:已知M(Ca2+)=40.00g/mol
根据,得
(二)质量浓度
溶质B的质量(mB)除以溶液的体积(V),称为溶质B的质量浓度(mass concentration),用符号ρB表示。即:
(1-2)
质量浓度的SI单位为kg/m3,实际常用单位是g/L、mg/L和μg/L等。
(三)质量分数
溶液中溶质B的质量(mB)与溶液的质量(m)之比,称为溶质B的质量分数(mass fraction),用符号ωB表示,即:
(1-3)
(四)体积分数
溶液中溶质B的体积(VB)与溶液的体积V之比,称为溶质B的体积分数(volume fraction),用符号φB表示,即:
(1-4)
(五)质量摩尔浓度
溶质B的物质的量(nB)除以溶剂A的质量(mA),称为B的质量摩尔浓度(molality),用符号bB表示。即:
(1-5)
质量摩尔浓度SI单位为mol/kg,对于较稀的水溶液来说,当质量摩尔浓度的单位为mol/kg,物质的量浓度的单位为mol/L时,bB≈cB。
例1-2将7.00g结晶草酸(H2C2O4·H2O)溶于93.00g水中,求草酸的质量摩尔浓度b(H2C2O4)。
解:已知结晶草酸的摩尔质量M(H2C2O4·H2O)=126.0g/mol,而M(H2C2O4)=90.00g/mol,故7.00g结晶草酸中草酸的质量为:
溶液中水的质量为:
则
(六)摩尔分数
溶质B的物质的量(nB)与溶液的总物质的量(n)之比,称为B的摩尔分数(mole fraction),用符号xB表示,即:
(1-6)
三、溶液组成标度之间的换算
根据实际工作的需要,可选择不同的方法来表示同一溶液的组成,所以经常涉及溶液组成标度的换算。因此,掌握本节内容可以为以后学习生物化学检验中一些常用分析方法如电泳分析、电化学分析、光谱分析奠定基础。
1.物质的量浓度(cB)与质量浓度(ρB)之间的关系
(1-7)
式中,MB为B的摩尔质量。
例1-3生理盐水(NaCl)注射液的ρB=9.0g/L,求该注射液的物质的量浓度。
解:已知
2.物质的量浓度cB与质量分数ωB之间的关系
(1-8)