无机合成化学期末复习总结可缩印.docx

1、无机合成化学期末复习总结可缩印化学的核心任务是研究化学反应与创造新物质。无机合成化学研究的目标是为创造新物 质和新材料提供高效、对环境友好的定向合成与制备手段，并在此基础上逐步发展无机材料的分子工程学； 无机合成化学与国民经济的发展息息相关，并且在国民经济中占有重要的地 位。工业中广泛使用的“三酸两碱”，农业生产中必不可少的化肥、农药，基础建设中使用的水泥、玻璃、陶瓷，涂料工业中使用的大量无机颜料等无一不与无机合成有关。这些产品的产量和质量几乎代表着一个国家的工业水平。热点领域：特种结构无机材料的制备；软化学和绿色合成方法；极端条件下的合成；无机功能材料的制备；特殊聚集态材料的制备；特种功能材

2、料的分子设计；仿生合成等。软化学与绿色合成方法：依赖于硬环境的硬化学方法必须有高精尖的设备和巨大的资金投入而软化学提供的方法依赖的则是人的知识、智慧、技能和创造力。因而可以说软化学是一个具有智力密集型特点的研究领域。绿色化学的核心是：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。按照绿色化学的原则、在理想的化工生产方式是反应物的原子全部转化为期望的最终产物。绿色化学的主要特点是：充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；在无毒、无害的条件下进行反应，以减少向环境排放废物；提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环

3、境友好的产品。所谓极端条件是指极限情况即超高压、超高温、超真空及接近绝对零度、强磁场与电场、激光、等离子体等。如在模拟宇宙空间的情况下，可能合成没有位错的高纯度晶体。 第二章气体和溶剂气体除杂净化方法：a.化学除杂（设计原则：特效性，灵敏性，高的选择性）b.气体的分级分离净化（包括：低温下的分级冷凝、低温下的分级蒸发、应用分馏柱进行分级蒸发、气体色谱法）c.吸附分离和净化（根据吸附剂对气体混合物中各组分的吸附能力差异）除杂净化的对象：液雾，固体微粒，水和杂质。 a.除液雾和固体微粒：让气体通过玻璃纤维、碎玻璃管或多空性滤纸。b.干燥：让气体通过低温阱，使水分被冷冻；让气体通过干燥剂。c.除氧：

4、粗除(铜屑、氨水和氯化铵的饱和溶液；灼热的铜；焦性没食子酸溶液），细除（活性铜）：d.除氮：各种碱金属、碱土金属及其合金可直接吸附氮气。气体干燥剂的类型：一、同气体中的水分发生化学反应；二、吸附气体中的水分。选择干燥剂应考虑的因素：吸附容量越大越好；吸附速率越快越好；吸附后残留水蒸汽压越小越好；再生能力，越易再生越好。无水无氧实验操作：无水无氧操作室（手套箱）；保护气体及其净化；实际的储存和转移（避免与空气接触；反应、过滤和离心分离及升华提纯；样品的保存和转移。溶剂的类型：质子溶剂、质子惰性溶剂和固态高温溶剂。质子溶剂：能接受或提供质子的溶剂。特点：能自电离。包括：液氮、液体氟化氢、硫酸，超酸

5、溶剂。 质子惰性溶剂：惰性溶剂，基本不容计划不自电离。如四氯化碳，环己烷等；偶极质子惰性溶剂，即极性高但电离程度不大的溶剂。乙腈，二甲基亚砜等；两性溶剂，三氟化溴；无机分子溶剂，二氧化硫，四氧化二氮。 固态高温溶剂：熔盐（以离子间力成键的化合物；以共价键为主的化合物）、金属（高温高压合成）。溶剂的选择应考虑：反应物的性质、生成物的性质、溶剂的性质。 溶剂选择原则：a.反应物充分溶解；b.反应物不与溶剂作用；c.使副反应最少；d.易与反应物分离。a相似相溶原理：具有相似结构液体可按任意比例相溶；固体离其熔点越近的温度，越易溶于液体。规则溶液理论：两种物质的溶解度参数越接近相等，溶液越理想化，相互

6、溶解度越大。该理论只适用于混合物，混合物中没有化学反应和溶剂化效应。溶剂的提纯：无机溶剂的提纯：蒸馏，精馏，吸附。 市售有机溶剂的提纯：一般需预先加干燥剂，除去所含的大部分水，然后进行蒸馏，即可使用。 第三章经典合成法化学气相沉积法（CVD），是利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上发生化学反应，生成固态沉积物的技术。 对所用原料以及产物和反应类型的要求：反应物在室温下最好是气态，或在不太高温度就有相当的蒸汽压，且易获得高纯品；能形成所需的沉积层，反应副产物均易挥发；沉积装置简单，操作方便，适于批量生产，成本低廉。化学气相沉积法反应类型：热分解反应、化学合成反应、化学输运反应。在热解反应中用

7、金属烷基化物和金属烷基氧化物作为源物质：金属的烷基化物，其M-C键能一般小于C-C键能，可广泛用于沉积高附着性的金属膜。若元素的烷氧基配合物，由于M-O键能大于C-O键能，所以可用来沉积氧化物。化学输运反应：把所需要的沉积物质作为源物质，用适当的气体介质与之反应，形成一种气态化合物，这种气态化合物借助载气运输到与源区温度不用的沉积区，在发生逆反应，使反应源物质重新沉积出来。这样的反应过程叫做化学输运反应。高温的获得：a.电阻炉（优点：设备简单，操作方便，温度可精确控制在小范围）。电阻炉的几种发热体：金属发热体；碳素材料发热体；碳化硅发热体。b.感应炉（优点：操作方便，十分清洁，升温速度快。缺点

8、：设备费用大。）c.电弧炉：常用于熔炼金属和制备高熔点化合物。高温的测量：接触式（热电偶）、非接触式（光学高温计）热电偶的优点：体积小,质量轻,结构简单,易于装配维护,使用方便;主要作用点是由两根导线连成的很小的热接点，两根导线也较细，所以热惰性小，有良好的热感度；能直接与被测物体接触，不收环境介质的影响而引起误差，具有较高的准确度可保证在预计的误差以内。测温范围广，一般可在室温至2000度之内应用；可远距离传送，测量信号由仪表迅速显示或自动记录，便于集中管理。光学高温计：利用受热物体的单波辐射强度，随温度升高而增长的原理来进行高温测量。优势：(1)不需与被测物接触，同时不影响被测物的温度场；

9、(2)测量温度较高，范围较大，可测量700-6000；(3)精度较高，正确使用，误差可小到10，使用简便、迅速。高温固相合成反应速度的影响因素：反应物固体的表面积和反应物间的接触面积；生物相的成核速度；相界面间特别是通过生成物相层的离子扩散速度。 固相反应的缺点：反应以固态形式发生，反应物的扩散随反应的进行途径越来越长，反应速度越来越慢；反应的进程无法控制，反应结束时往往得到反应和产物的混合物；难以得到组成上均匀的产物。高温还原反应：氢还原法、金属还原法。氢还原法的特点：氢的利用率不可能达到完全；在还原金属高价氧化物的过程中会有一系列含氧不同的较低价态的金属氧化物出现；在不同反应温度下还原制得

10、的金属的物理性质和化学性质不同。金属还原法（条件：这种金属对非金属的亲和力比还原的金属大）。还原剂的选择应考虑因素：还原能力强；不与被还原的金属生成合金；得到的金属纯度高；易分离；成本低。加助熔剂的目的：改变反应热降低渣的熔点，使熔渣易与被还原金属分离低温合成和分离 将局部的温度降低到低于环境温度的操作，成为制冷。低温源 a制冷浴(冰盐低共熔体系,干冰浴,液氮)b相变制冷浴c液化气体的使用和贮存。低温度计的测量原理：利用物质的物理参量与温度之间的定量关系，通过测定物质的物理参量就可转换为对应的温度值。低温温度计包括低温热电偶、电阻温度计和蒸气温度计。低温的控制：恒温冷浴。可用沸腾的纯液体也可用

11、纯物质液体和其固相的平衡混合物来获得。借助于低温恒温器。低温恒温器是能够将一个低温状态保持一段时间的装置。低温分离：低温下的分级冷凝；低温下分级减压蒸发；低温吸附分离；低温下化学合成。高压合成指在高压（高温）下合成常态时不能或难以生成的物质的过程。静高压是指利用外界机械加载方式，通过缓慢逐渐施加负荷，挤压被研究的物体和试样，当其体积缩小时在物体或试样内部产生的高压。动高压是指利用爆炸、强放电等产生的冲击波在sps的瞬间以很高的速度作用到物体上，可使物体内部压力达到几十GPa甚至上千GPa，同时伴随着骤然升温。高压下的无机合成：1、伴随相变的合成反应；2、非相变型高压合成。在高压下某些无机化合物

12、或材料往往由于以下原因导致相变生成新结构的化合物或物相：结构中阳离子配位数的变化；结构中电子结构的变化和电荷的转移；阳离子配位数不变下的结构排列变化。为什么高压合成时常常需要高温？因为单单的高压合成就是利用外加的高压力，使物质产生多型相转变或发生不同物质间的 化合，而得到新物相、新化合物或新材料。但是，当施加的外高压卸掉之后，大多数物质 的结构和行为会产生可逆变化，又失去高压状态的结构和性质。因此，通常的高压合成都 采用高压和高温两种条件交加，目的是寻求经卸压降温以后的高压高温合成产物能够在常 压常温下保持其高压高温状态时的特殊结构和性能。低压合成真空泵的类型：机械真空泵、蒸气流泵、吸气剂泵、

13、离子泵、低温泵。真空测量：麦氏真空规、热偶真空规、热阴极电离真空规、冷阴极磁控规。阱的主要类型：机械阱、冷凝阱、热电阱、离子阱、吸附阱等。其作用是减少油蒸气、水蒸气、汞蒸气及其它腐蚀性气体对系统的影响，也用于物质的分离和提高系统的真空度。实验室常用的真空装置包括三个部分：真空泵、真空测量装置和按照具体实验的要求而设计的管路和仪器。旋塞是在真空系统中调节气体流量和切段气流通路的原件，必不可少。低压化学气相淀积与常压化学气相淀积法相比，优点有：晶体生长或成膜的质量好；淀积温度低，便于控制；可使淀积衬底的表面积扩大，提高淀积效率。 第四章 软化学和绿色合成方法1、软化学：在温和条件下进行的反应。如先

14、驱物法，水热法，溶胶-凝胶法，局部化学反应，流变相反应，低热固相反应等。 2、绿色化学的主要特点是原子经济性，即在获取新物质的转换过程中充分利用原料的每个原子，实现化学反应中废物的“零排放”。软化学和绿色化学的关系：关系密切，但又有区别。软化学强调的是反应条件的温和与反应设备的简单，从而达到节能、高效的目的，在某些情况下这也是经济、洁净的，是和绿色化学一致的。而在有些情况下，它并没有解决经济、洁净的问题。绿色化学是全方位的要求达到高效、节能、经济、洁净。 可以预见，软化学和绿色化学将会逐渐趋于统一。3、先驱物法是解决高温固相反应法中产物的组成均匀性和反应物的传质扩散所发展起来的节能合成方法。

15、基本思路：首先通过准确的分子设计，合成出具有预期组分，结构和化学性质的先驱物，再在软环境下对先驱物进行处理，进而得到预期的材料。 其关键在于先驱物的分子设计与制备。 其克服了高温固相反应法中反应物间均匀混合的问题，达到了原子和分子尺度的混合。 高温固相反应法是直接用固体原料在高温下反应，而先驱物法师用原料通过化学反应制成先驱物，然后被烧即得产物。4、先驱物法的特点：混合的均一化程度高；阳离子摩尔比准确；反应温度低5、先驱物法不适用于以下情况：两种反应物在水溶液中的溶解度相差很大；生成物不是以相同速度产生结晶；常生成过饱和溶液。胶体是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之

16、间的相互作用主要是短程作用力。 溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1-1000nm之间。 凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1%-3%之间。 在溶胶体系中加入电解质或者两种带相反电荷的胶体溶液相互作用，胶体溶液就会发生聚沉，成为凝胶。溶胶-凝胶法：是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化过程胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶