无机合成化学概述
第一章无机合成化学概述
无机合成化学是无机化学的一个重要组成部分。涉及到化学方面的全部内容，这里着重
介绍有代表性的无机新材料的合成技术。
所涉及的内容主要包括：
1．无机合成化学概述
2．特种条件下无机合成反应
3．水热-溶剂热合成技术
4．几类重要的无机功能材料的制备
第一章无机合成化学概述
§1-1 无机合成化学的意义
化学已经成为一门满足社会需要的中心科学，因为它与人类的日常生活如：食物、能源、材料、资源、环境及健康等密切相关。其中尤以合成化学为技术基础的各种物质起着至关重要的作用。
作为化学学科中当之无愧的核心，合成化学已成为化学家改造世界创造未来最有力的工具。合成化学领域的每一次进步都会带动产业的一次革命，如19世纪染料工业的开创；
20世纪中叶因高分子的合成，推动了非金属合成材料工业的建立；
上个世纪的50年代，无机固体造孔合成技术的进步直接导致了系列分子筛催化材料的
开发，大大促进了石油加工和石化工业的革命性发展；本世纪初正在蓬勃发展的纳米材料的合成和组装技术也必将加快高新技术材料和相关产业的发展。
发展合成化学，不断创造和开发新的物种，不仅是研究结构、性能及其相互关系，揭示
新的规律与原理的基础，也成为推动化学学科与相关学科发展的主要动力。随着新兴学科和高技术的蓬勃发展，作为合成化学中不可忽缺的组成部分，无机合成化学不仅是无机化学学科的一个重要分支，其与新材料的结合也成为当前无机化学领域最新的发展方向之一。无机合成化学的目标是获得不同用途的无机材料，而无机材料的使用自古以来就是人类文明进步和时代划分的标志。
如果说石器、青铜器、铁器的使用是古代社会人类文明进步的见证，那么采用化学方法
合成的新型无机材料的使用则是近代文明发展的标志。
高纯度半导体→计算机和现代通信；
高强度、耐高温结构材料→航空航天工业
不论是炼丹术，火药、陶瓷的发明、金属的冶炼，还是高温超导材料、生物陶瓷、超硬
材料以及信息与能源转换材料的合成及其应用都是无机合成化学的重要成就。
毫无疑问，无机合成化学对人类社会的发展起着重要的促进作用，还将继续为人类社会
的可持续发展发挥出卓越的贡献。如：
(1)新能源开发
人类社会的存在和发展是与能源密不可分的。然而地球上储存的矿物能源已越来越少，
尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供开采时间≤95年。在2050年前，世界经济的
发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供
应枯竭。
面对能源危机，采取开源节流战略，即一方面节约能源，提高现有能源的利用率；另一
方面开发新能源。这两方面都对材料提出了要求。如为了提高热效率需要有耐高温、机械性能良好的结构材料和隔热性好的保温材料。目前正在研究开发的新能源有磁流体发电、地热、
潮汐发电、风力发电、太阳能和核能的利用、燃料电池等。
这些新的发电和能量转换技术需要解决一系列的材料问题：如磁流体发电需有特殊的导
体材料作电极；地热、潮汐发电需要有耐冲刷、抗腐蚀性良好的结构材料；把太阳能转换成有用的电能、热能，不仅需要有廉价的转换效率高的光电或光热转化材料，还需要有制取太阳能电池和经久耐用、便于制造、性能稳定的反射材料和选择性涂层材料，以便有效地集聚光能；核能需要有好的控制核反应的控制材料和防止核辐射的结构材料；燃料电池需要解决固体电解质材料问题。为有效地储存能源还要有性能良好的电池材料和储氢材料等。
(2)空间科技
一门新兴的综合性尖端科学技术。包括航天器的设计、制造、发射和应用。空间科技的
发展，创造了巨大的物质和精神财富。如卫星作为传递信息的枢纽，联结世界各地，引起了通信体制的根本改变。2/3的国际电话业务和几乎全部洲际电视转播业务，均由国际通信卫
星承担，每年营业额高达20亿美元。通过各类应用卫星进行侦察、预警、导航、广播、考察、预报、测绘等，可以获得巨大的军事价值和经济效益。
空间科技的发展离不开火箭、人造卫星、飞船等航天器。这些航天器又是由各种功能材
料建造的。由于航天航空的特殊环境，制造航天器用的材料，常需要有各种特殊的性能。如火箭燃料燃烧时，其喷嘴温度超过4000℃，并有腐蚀性。燃烧室内的压力高达20MPa，因
此燃烧喷嘴要用隔热性好，比热容、潜热大的耐高温烧蚀材料制成；又如，宇宙飞船或航天飞机在返回地球时，大气层与航天器间的摩擦作用使航天器表面温度达到2000℃左右。一
般的高温材料已不能承受，因此常用隔热陶瓷片加以保护。总之，各种耐高温材料、高温结构材料、烧蚀材料和涂层材料的研制成功，对空间技术的发展起了巨大的推动作用。
可以相信，随着现代无机合成化学的向前发展，空间科技将会因更多优异性能的特种材
料出现而有更大的发展。
(3)微电子、光电子技术
20世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工
业革命；随后的70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术
的迅速发展，使人类进入了信息时代。现在以半导体材料和器件为基础的微电子技术，不仅对现代工业、国防、科学技术等产生巨大的影响，而且对人类日常生活的方方面面都有着深远的影响。
微电子技术的基础：无机半导体材料按其化学成分和内部结构，可分为：元素半导体(如Ge、Si、Se、B、Te、Sb)；化合物半导体(如GaAs、InP、InSb、SiC、CdS等)；无定形半导
体材料(如氧化物玻璃和非氧化物玻璃)等三类。是无机合成化学的研究内容之一。
微电子技术还需要高频绝缘材料、荧光材料、场致发光材料和衬底用材料等，几乎都属
于新型无机材料之类，也是无机合成化学的研究对象。
固体电子器件向小型化、高速化、复合化和高可靠性发展，及满足大规模集成电路的要求，对材料的无机合成技术也提出了更高的要求。迅猛发展的纳米材料合成技术会对微电子技术的发展起着巨大的促进作用。
微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展。随
着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。“全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁
就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁”。
------美国商务部，上世纪90年代
光电子技术已成为国防、航天航空、光学加工、电子、通讯、显示、测试仪器等领域发
展的基础，预期还会在未来的光计算中发挥重要作用。同微电子技术一样，各种电子与光电子功能材料是发展电子学与光电子学的基础与先导。半导体单晶和石英光纤对于电子学和通
讯，以至经济和社会发展所带来的影响和冲击，清楚地说明了这种基础和先导作用。
以半导体单晶为例：
20世纪60年代初出现的硅单晶给电子学带来了划时代的变革，使电子技术从真空电子
时代进入固体微电子时代。
集成电路改变了以计算机和通讯为代表的整个电子技术，甚至改变了人类的生活和工作方式。硅单晶所带来的变革和冲击仍在迅速扩展，并有可能延续很长一段时间。GaAs单晶
的出现，使电子器件的工作频率扩展到了微波和毫米波段，促进了现代通讯技术的发展，并以其优良的光电特性开创了光电子时代。InP材料的出现以其高的电子迁移率和高的响应频
率使得在同一芯片上实现光电集成成为可能，为光电子技术打下了基础。以HgCdTe为代表
的第四代半导体材料，则使器件的工作频率从毫米波扩展到红外波段，使得信息的处理由电发展到光，为光子技术的发展准备了条件。
当然，除了半导体材料外，电子与光电子功能材料还包括介电材料、磁性材料和光学与非线性光学材料等。由此可见，在国民经济和国防建设中，高新技术的发展将越来越依赖于在材料方面所取得的发展和突破。而上述各类材料的制备和性能研究正是无机合成化学研究的内容。
(4)激光技术
激光是一种受激发射而放大的特殊光源，具有亮度高、单色性、聚能与方向性强等特点。1960年7月美国T. H.梅曼研制成功红宝石固体激光器，标志了激光技术的创立。接着又用
气体、半导体、染料等为工作物质实现了激光振荡，促进了激光技术的发展。激光技术被认为是20世纪继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后
的又一重大科学技术新成就。目前，激光技术已广泛运用于工业、农业、医学、军事乃至社会生活的方方面面，对人类社会的进步正起着越来越重要的作用。如：
1、激光在信息领域的应用：半导体激光器和光纤放大器是光纤通信的两项关键技术。
利用激光技术进行光存储，使信息的存储发生了革命性的飞跃。此外，激光打印机、激光传真机、激光照排、激光大屏幕彩色电视、光纤有线电视以及大气激光通讯等均已得到广泛应用。
2、激光在全息术领域的应用：采用激光进行全息摄影，被拍物体的全部信息都被记录
在底片上，通过光的衍射，就能复现被摄取物体栩栩如生的立体形象。
激光技术的出现，从一开始就与材料有着密切的联系。在红宝石固体激光器件研制成功之后，为寻找性能更好的固体激光工作物质进行了大量的探索工作。其中稀土激光材料因其特殊的电子组态、众多可利用的电子能级和光谱特性，成为国内外研究、开发和应用最活跃的体系。相继研制出了掺钕的钨酸钙、钇铝石榴石、铝酸钇、过磷酸钕和各种氟化物晶体，然而到目前为止，有实用价值的仅有红宝石、钇铝石榴石和钕玻璃等少数几种。其原因主要是其他工作物质的转换效率低，又难以得到尺寸大且质量均匀的晶体。所以，探索质量更好的工作物质仍然是从事无机材料合成工作的科研工作者面临的一项重要任务。
(5) 红外技术
是研究红外辐射的产生、传播、转化和测量及应用的一门新兴技术。在军事和国民经济各部门有巨大的应用价值。红外技术的发展取决于红外探测器的发展。1940年以前研制成
热敏型红外探测器；20世纪50年代半导体物理学的发展，推进了以PbS为开端的光电型红
外探测器的发展；60年代中叶起，红外探测器向两个方向发展：
①在1～14微米范围内，由单元向多元发展。碲镉汞材料是发展多元探测器的基础材料。根据不同的配比，可制成响应不同波段的各种探测器。它还具有若干特别符合红外探测器要求的特性，用它制成的探测器，堪与过去在1～14微米范围的各种光电探测器相比。
②响应波段向长波延伸，从几十微米到几百微米以至几千微米。60年代，激光的出现极
大地影响了红外技术的发展。很多重要的激光都在红外波段，其探测性能比功率探测提高好几个数量级。雷达和通信等都有可能在红外波段实现，而且可以得到更高的分辨率和更大的信息容量。由于这类应用的需要，出现了新的探测器件和新的辐射传输方式。红外光是波长介于可见光与微波之间的电磁波(但目前能利用的波段仅仅是0.75～13微米的近红外和中红外波段)。对这一波段敏感、具有透过和反射性能的各种材料，是制造红外装置的核心。
已研制和大量使用的有PbS、HgCdTe、InSb、InSbAs、PbTe、PbEuTe、ZnS、ZnSe等
半导体材料和Ag2TaO4、PbGeO3、PbTiO3等铁电晶体或多晶体。透过红外的窗口材料也是
红外装置上需要的一种重要材料，有Ge、Si、Se、Mg3N2、Ca3N2、ZnS等各种无机单晶、
多晶材料。制造红外光谱仪的分光棱镜也需要用到各种红外分光晶体。依波长不同，使用的材料主要有水晶和Ca3N2、NaCl、KBr等碱金属、碱土金属的化合物晶体。这些无机红外
功能材料都是通过无机合成化学制备出来的。
综上所述，现代科学技术的发展需要各种各样的无机功能材料，它们相互依存，又相互促进，彼此密切相关。而各种无机功能材料均需依靠近代无机合成技术把它们一个个制备
出来，以满足科学技术发展的需要。
§1-2 无机合成化学的研究内容
随着合成化学、特种合成实验技术和结构化学、理论化学等的发展，生命、材料、计算
机等相邻学科的交叉、渗透，以及实际应用上的需求，无机合成化学的内涵已被大大扩充。不只局限于传统的常规合成，开始进入到大量特种实验技术与方法下的合成(包括了制备和组装科学)，研究具有特定结构和性能的无机材料的定向设计合成与仿生合成等。同时与其它学科领域的关系也日益密切，从而使其涉及的内容更广。
一、特定结构或特殊凝聚态的无机材料的合成及相关技术路线与规律的研究
材料的性能与物质的结构密切相关，结构不同，即使由相同的元素组成的物质其性质也
会有明显的不同，如石墨和金刚石；α-Fe2O3和γ-Fe2O3等。
物质的性质也受聚集状态调控，如体材料与纳米级材料；多晶和单晶材料；球形纳米粒
子与纳米棒、纳米线、纳米管等。
此外，通过材料之间的复合、组装与杂化而形成的各种无机功能材料，因其独特的性能
和广泛的应用前景而成为现代无机合成研究的对象之一。
无机合成和有机合成的区别：
有机合成主要是分子层次上反应和加工，无机合成主要注重晶体或其他凝聚态结构上的精雕细琢。因此，围绕开发新合成反应、制备路线与技术，把这类材料精雕细琢成具有特定结构与聚集态的无机物或其相关材料，了解和掌握其相关的合成规律与基础理论，并进一步用来指导具有特定结构或聚集态的无机材料的合成，是广大从事无机合成与制备工作者的一个重要任务。
二、极端条件下无机材料的合成和相关技术路线的基础性研究
许多物质需要在极端条件下(如超高压、超高温、超高真空、超低温、强磁场或电场、失重、激光、等离子体等)才能被合成。
极端条件下合成的物质在性质上往往表现出明显不同于温和条件下合成的物质。如，在太空中的高真空、无重力的情况下，可以合成出没有位错的高纯度晶体；在超高压下，许多物质的禁带宽度及内外层轨道的距离均会发生变化，从而使元素的稳定价态与通常条件下有所差别。因而有人认为在超高压下，整个元素周期表要被改写；而在中温中压水热条件下，可以合成出具有特定价态、特殊构型与形貌的晶体，从而替代或弥补目前大量无机功能材料的高温固相反应的不足。
开拓极端条件下合成新化合物、新物相与新物态的方法与路线，对材料科学的发展具有
重大的促进作用和现实意义。
我国已积极开展极端条件下的无机功能材料的合成和性能研究，如在神舟系列宇宙飞船上从事高真空、无重力条件下的材料合成等，已取得一些丰富的成果，但由于开展极端条件下无机合成的时间较短，基础薄弱，总体上仍落后于世界发达国家。积极开展极端条件下无机功能材料的合成研究、探索其合成与制备化学的基本规律，开发新的合成路线与实验技术是摆在我国无机合成化学工作者面前的一项迫切的任务。
三、生物矿化与仿生合成技术及其在无机材料合成中的应用研究
从分子层次上实现对化学反应的控制是化学家长期以来不断追求的目标，生物体具有这样的能力。且在生物体内形成的无机矿物在结构与功能上也明显优于普通化学沉淀法生成的矿物。
如，鲍鱼壳是由1-5%的有机组分与无机文石型碳酸钙组成的复合材料，硬度比纯粹文
石高约3000倍；细菌能在体内合成只有40-120 nm大小的磁铁纳米粒子，在这种尺寸下的
磁铁粒子将具有单磁畴以实现最高的磁性能；乌贼鱼骨是一种目前尚不能用人工合成制得的具有均匀孔度的多孔晶体；动物的牙齿是一种具有极其精密结构的陶瓷等。
生物矿化作用广泛存在于生物界，所生成的矿物在生物体中承担了听觉感受、重力感受、利用地球磁场导航、临时储存离子、硬化和强化特定生物组织等多种作用。
生物矿化的奇特之处在于其过程是一个天然存在的高度控制过程，受生物机体内在机制调制，可以实现从分子水平到介观水平上对晶体形状、大小、结构、取向和排列的精确控制和组装，从而形成复杂的分级结构，具备特殊的光、磁和力学性能。
表1-1 生物体内主要的无机矿物的种类及其功能
矿物化学组成生物体/功能
碳酸钙（方解石） CaCO3 海藻/外骨骼；软体动物/视网膜
碳酸钙（方石） CaCO3 鱼类/鱼耳石；软体动物/壳
碳酸钙（球霰石） CaCO3 海鞘骨
碳酸钙 (无定形) CaCO3?nH2O 高等植物/存储Ca
羟磷灰石 Ca10(PO4)6(OH)2 牙齿、骨骼、鱼鳞/存储Ca
氟磷灰石 Ca10(PO4)6F2 牙齿、软体动物壳
磷酸八钙Ca8H2(PO4)6·5H2O 牙齿
草酸钙石CaC2O4·H2O 高等植物/存储Ca
水草酸钙石CaC2O4·2H2O 高等植物/存储Ca
石膏 CaSO4 水母/鱼耳石
重晶石 BaSO4 海藻、蛤壳
天青石 SrSO4 棘刺虫
无定形二氧化硅SiO2·nH2O 海绵骨骼、硅藻细胞壁
磁铁矿 Fe3O4 细菌、石鳖牙、牙齿
针铁矿α-FeO(OH) 砺牙
纤铁矿γ-FeO(OH) 裸藻、细篦
水铁矿5Fe2O3·9H2O 动物、高等植物/铁蛋白
黄铁矿 FeS2 细菌
磁复铁矿 Fe3S4 细菌
黑锰矿 Mn3O4 细菌
冰 H2O 细菌
氯铜矿 Cu2(OH)3Cl 虫嘴
金属单质 Ag/Au 细菌
硫化镉 CdS 细菌
近年来，生物矿化的这种自装配、分级结构、纳米尺度的特征受到了来自化学、物理、
材料和生物等多个领域科学家的关注，使以模拟生物矿化来制备精密、复杂无机材料的仿生合成成为21世纪合成化学中的前沿领域之一。仿生合成技术展现了非常诱人的前景。
生物矿化过程一般分为4个阶段：
1.有机大分子预组织：在矿物沉积前构成一个有组织的反应环境，以决定无机物成核的位置；
2.界面分子识别：在已形成的有机大分子组装体的控制下，无机物从溶液中有机/无机界面处成核。分子识别表现为有机大分子在界面处通过晶格几何特征、静电势相互作用、极性、立体化学因素、空间对称性和基质形貌等方面影响与控制无机物成核的部位、结晶物质的选择、晶型、取向及形貌；
3.生长调制：无机相通过晶体生长进行组装得到亚单元，同时形态、大小、取向和结构受到有机分子组装体的控制；
4.细胞加工：在细胞参与下亚单元组装成高级结构。
这是造成天然生物矿化材料与人工材料差别的主要原因。
自组装技术的发展就是借鉴于上述生物矿化现象及其原理进行无机功能材料合成的直接结果。其一般过程是：
先形成有机物的自组装体，无机前驱物在自组装体与溶液相的界面处发生化学反应，在自组装体的模板作用下，形成无机/有机复合体，最后将有机模板除去即得到有组织的具有
一定形状的无机材料。
表面活性剂在溶液中可以形成胶束、液晶、囊泡及微乳液等自组装体，在现代无机材料
的合成过程中被大量用作模板。此外，一些生物大分子和生物中的有机质也可用作模板。迄今为止，利用仿生合成方法已合成了包括纳米微粒、薄膜、多孔材料、涂层及与天然生物矿物相似的复杂形貌的无机材料。
四、组合化学在无机材料的制备领域的应用研究
组合化学也称组合合成，组合库和自动合成法。是一门集合成化学、组合数学和计算机
辅助设计等多学科交叉形成的一门边缘学科。因此，组合化学可定义为利用组合论的思想和理论，将构建单元通过有机/无机合成或化学法修饰，产生分子多样性的群体库，并进行优
化选择的科学。
无机功能材料的制备，除固相反应、熔盐合金反应、配位化学、电化学等常用的制备方
法外，还包括离子溅射、激光沉积、金属有机化合物气相沉积等物理方法。所制材料本身也发生了较大的变化，如尺寸从体相深化到纳米相，且更注重材料的形貌及表面/界面特性，
组成也更趋复杂；此外，还包括复合材料、杂化材料的制备研究。如何高效地设计和制备需要的材料体系，并调控体系的组成、相态和形貌，确定其功能特性，从中筛选出所需的功能材料，一直是材料科学工作者追求的目标。而组合化学在无机功能材料的设计、制备和功能筛选上恰好满足上述要求。
与传统的制备方法相比，组合合成法具有可大范围调控材料的组分，利用最少的步骤同
时合成和筛选大量材料，降低材料制备过程的环境污染等方面的优点。现己开始应用于高技术功能材料的研究和开发，并显露出十分巨大的发展潜力。由于材料领域的科学家更多关注组合化学在具有特殊光、电、磁和催化等性质的化合物及合金化合物等领域的研究，因此其在无机合成领域的范围更加宽广。目前国内利用组合化学在无机功能材料的合成与表征方面做了一些工作，特别是在数据库与化学合成相结合方面有很多经验积累。
其进展主要包括：
1. 固体材料领域，如超导材料、巨磁阻材料、介电及铁电材料、发光材料、分子筛、有机
固体及高聚物。
2. 无机催化剂，包括电致氧化、催化、合金化合物的组合化学合成，作为均相催化剂的无
机多核阴离子簇组合库的建立等。
但相比国外在相关领域的研究工作，我国还有较大的差距。我国应在现有的工作基础上，结合组合制备和性能测定方法的特长，集中精力选择以下几个方面有潜力的方向开展研究：1. 无机结构基元或虚拟结构基元的组合化学。以无机微孔材料、无机/有机杂化材料中存在的基本结构单元为基础，组合合成具有设计结构单元的化合物。功能材料组合库的合成与表征，包括无机功能材料，如发光材料，铁电、介电材料，巨磁阻材料等。
2. 分子工程学研究中的组合化学。包括结构化学组合库的建立，特殊结构基元的组合化学，结构的多级调控和生物矿化过程模拟以及水热与溶剂热合成化学规律等。
3. 特殊技术和特定结构组合化学。如激光喷涂组合化学研究，主客体组装组合化学等。
4. 无机材料组合合成技术与表征方法的基础研究。
5. 固体氧化物燃料电池中新型中、低温(600-800℃)区工作的固体复合氧化物电解质材料的
探索和筛选。
6. 从热力学平衡角度研究材料的相态、结构及稳定性，获得所述材料体系的相图，同时进
行性能测定，由此全面掌握不同组成、结构和工作温度下的材料特性。
7. 无机材料组合化学基础理论研究。包括组合化学自身的理论研究。
综上所述，针对制备具有高效光、电、磁等性质的无机功能材料，发展组合化学的设计
原理和方法，研究材料性质与微结构、形貌和形态、制备条件等因素间的关系和规律，必将为无机功能材料的研究和开发提供新的方法和技术。
五、节能、洁净、经济等绿色合成反应与工艺的基础性研究
20世纪90年代初，化学家们提出了与传统的治理污染不同的绿色化学的概念。近十几
年来，绿色化学、环境温和化学、洁净技术、环境友好过程等不仅成为众多化学家关心的研究领域，甚至已开始为普通的大众所接受。合理选择使用无毒性化学品、具有生态相容性的溶剂和可再生材料成为绿色化学研究的重要组成部分。关于绿色化学的概念、目标和基本原理等也都逐步明确，初步形成了一个多学科交叉的新的研究领域。
1996年美国的Wender教授在国际著名期刊Chem. Rev.上撰文指出：
一种理想的(最终是实效的)合成是指用简单的、安全的、环境友好的、资源有效的操作，快速、定量地把价廉、易得的起始原料转化为天然或设计的目标分子。
给出了绿色合成的目标，指明了实现这一目标的主要途径。目前，一些基础性的研究方向如：环境友好催化反应与催化剂的开发研究、电化学合成与其他软化学合成反应的开发，经济、无毒、不危害环境的反应介质的研究与开发，以及从理论上研究“理想合成”与高选择性定向合成反应的实现等，已成为合成化学家们关注的研究热点。随着学科交叉渗透的不断深入和人类对生存环境的要求日益提高，材料合成中的绿色化学将发挥着重要的作用。
§1-3 无机合成化学中的若干问题
一、无机合成化学与反应规律问题
由周期表中100多种元素组成的1300多万种化合物(其中很多并不在自然界中存在，而
是通过人工方法合成的)，其性质不尽相同，合成方法也因原料、产物性质、对产品性能的
要求不同而异，同种化合物又有多种制备方法。因此不可能逐一讨论每种化合物的合成方法，而应该在掌握无机元素化学及化学热力学、动力学等知识的基础上，归纳总结合成各类无机化合物的一般原理、反应规律，特别是对主要类型的无机化合物或无机材料如酸、碱、盐、氧化物、氢化物、精细陶瓷二元化合物(C、N、B、Si化合物)、经典配位化合物等的一般合
成规律，了解其合成路线的基本模式，才有可能减少工作中的盲目性；才有可能设计合理或选择最优的路线合成出具有一定结构和性能的新型无机化合物或无机材料；才有可能改进或
创新现有无机化合物或材料的合成途径和方法。
二、无机合成中的实验技术和方法问题
无机化合物或材料种类繁多，合成方法也有许多，大体包括以下六种方法：
1.电解合成法。如水溶液电解和熔融盐电解；
2.以强制弱法。包括氧化还原的强氧化剂、强还原剂制弱氧化剂、弱还原剂和强酸强碱制弱酸弱碱；
3.水溶液中的离子反应法。如气体的生成、酸碱中和、沉淀的生成与转化、配合物的生成与转化等；
4.非水溶剂合成法；
5.高温热解法；
6.光化学合成法等。
现代无机合成中，为了合成特殊结构或聚集态(如膜、超微粒、非晶态……)及具有特殊
性能的无机功能化合物或材料，愈来愈广泛地应用各种特殊实验技术和方法：高温和低温合成、水热溶剂热合成、高压和超高压合成、放电和光化学合成、电氧化还原合成、无氧无水实验技术、各类CVD技术、sol-gel技术、单晶的合成与晶体生长、放射性同位素的合成与
制备以及各类重要的分离技术等。如，大量由固相反应或界面反应合成的无机材料只能在高温或高温、高压下进行；具有特种结构和性能的表面或界面的材料如新型无机半导体超薄膜，具有特种表面结构的固体催化材料和电极材料等需要在超高真空下合成；大量低价态化合物和配合物只能在无氧无水的实验条件下合成；晶态物质的造孔反应需要在中压水热合成条件下完成；大量非金属间化合物的合成和提纯需要在低温真空下进行等等。
三、无机合成中的分离问题
产品的分离、提纯是合成化学的重要组成部分。合成过程中常伴有副反应发生，很多情
况下合成一个化合物并不困难，困难的是从混合物中将产品分离出来。另一方面，通过化学反应制得的产物常含有杂质，纯度不符合要求，随着近代技术的发展，对无机材料纯度的要求越来越高，如超纯试剂、半导体材料、光学材料、磁性材料、用于航天航海的超纯金属等。因此，对合成产物必须进行分离提纯，以满足现代技术发展的需要。同时，合成和分离是两个紧密相连的问题，解决不好分离问题就无法获得满意的合成结果。无机材料既对组成(包
括微量掺杂)又对结构有特定要求，因而，使用的分离方法会更多更复杂一些。
在无机合成中一方面要特别注重反应的定向性和原子经济性，尽力减少副产物与废料，
使反应产物的组成、结构符合合成的要求；另一方面，要充分重视分离方法和技术的改进和建立，除去传统的重结晶、分级结晶和分级沉淀、升华、分馏、离子交换和色谱分离、萃取分离等方法之外，尚需采用一系列特种的分离方法，如低温分馏、低温分级蒸发冷凝、低温吸附分离、高温区域熔炼、晶体生长中的分离技术、特殊的色谱分离、电化学分离、渗析、扩散分离、膜分离技术和超临界萃取分离技术等，以及利用性质的差异充分运用化学分离方法等等。遇到特殊的分离问题时必须设计特殊的方法。
四、无机合成中的结构鉴定和表征问题
无机材料和化合物的合成对组成和结构有严格的要求，因而结构的鉴定和表征在无机合
成中具有重要的指导作用。它既包括了对合成产物的结构确证，又包括特殊材料结构中非主要组分的结构状态和物化性能的测定。为了进一步指导合成反应的定向性和选择性，有时还需对合成反应过程的中间产物的结构进行检测，但由于无机反应的特殊性，这类问题的解决往往相当困难。目前常用的结构鉴定和表征方法除各种常规的化学分析外，还需要使用一些结构分析仪器和实验技术，如X射线粉末衍射，差热、热重分析，及各类光谱如可见、紫
外、红外、拉曼、顺磁、核磁等。
针对不同材料的要求，为检测其相应的性能常常还需应用一些特种的现代检测手段。如
对新材料尤其是复合材料进行无损检测时常使用红外热波无损检测技术；当制备一定结构性
能的固体表面或界面材料如电极材料、特种催化材料、半导体材料等，为了检测其表面结构，
包括其中个体的化学组成、电子状态以及在表面进行反应时的结构，需要使用能量散射谱
(Energy dispersed spectrum, EDS)、低能电子衍射(Low energy electron diffraction, LEED)、
俄
歇电子能谱(Augur electron spectrum, AES)、X-射线光电子能谱(X-rays photoelectron spectrum, XPS)、离子散射光谱(Ion scattering spectrum, ISS)等等，且测定需要在超高真空下进行。此外，各种电子显微镜如透射电子显微镜(普通或高分辨，TEM and HRTEM)、扫描电子显微
镜(SEM)、扫描隧道电子显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)等，也已广泛应用于物质结构
的精细分析上，并且获得了很好的效果。
五、无机合成化学中的文献资料问题
查阅和分析有关的文献资料是每一个科研工作者必备的能力，是科研工作者获取科学思
想的重要途径。就无机合成来说，在每次合成工作开始进行之前，须根据合成工作的具体要
求，查阅一定量相关的文献资料(若预备对某一类型的化合物或无机材料进行系统的合成或
开拓新领域的合成以至新合成方法的系统研究，则文献工作应尽量作得充分些)。同时，即
使需要合成的是一个已知化合物，也须细致地分析研究有关的相应文献，在反应条件、试剂
用量等方面进行适当的调整或改变，设计出合理的研究思路。这对没有从事合成研究经验的
新手尤其显得重要。
一般地，一个刚刚开始从事化学合成的科研人员可能对想合成的化合物或有关材料的性
能、合成途径和方法均不太了解，此时，作为第一步，他应当系统地阅读一些有关它们化学
方面的书籍或文献资料，并进一步查阅专门的合成文献，对文献中提出的合成方法和条件以
及使用的仪器设备等等进行深入地分析和理解，做好相应的知识准备。接着，查阅和分析最
新的相关文献，从中获取思想形成自己的合成思路。最后，经过不断的实验修正设计的合成
路线，逐步使自己从一个新手转变成合格的科研工作者。
表1-2 一些与无机合成化学相关的国际、国内著名的期刊杂志
杂志名称国家/出版社
1. Nature Materials
2. Angwe. Chem. Int. Ed.
3. J. Am. Chem. Soc.
4. Adv. Mater.
5. Adv. Funct. Mater.
6. Chem. Mater.
7. Chem. Commun.
8. J. Mater. Chem.
9. Chem. J. Europ.
10. Europ. Inorg. Chem.
11. Inorg. Chem.
12. Inorg. Chem. Commun.
13. Cryst. Growth & Design
14. J. organometallic Chem.
15. J. Cryst. Growth
16. Cryst. Res. Technol.
17. 高等学校化学学报
18. 无机化学学报
19. 无机材料学报英国
德国
美国
德国
德国
美国
英国
英国
Wiley公司Wiley公司
美国Elsevier公司美国
美国Elsevier公司Wiley公司
中国
中国
中国
第二章特种条件下无机合成反应
§2-1 高温合成
2-1-1 高温的获得和测量
许多化学反应都必须在高温下才能进行，特别是一些新型高温材料的合成，所需的合成温度甚至高达几千度。此外，高熔点金属粉末的烧结、难熔化合物的熔化和再结晶、陶瓷体的烧成等都需要很高的温度。
表2-1 几种获得高温的方法及其能达到的温度范围
获得高温的方法温度范围/K 获得高温的方法温度范围/K
各种高温电阻炉聚焦炉闪光放电炉1273 – 3273
4273 – 6273
> 4273
等离子体电炉
激光
原子核分裂和聚变
高温粒子
> 20000
105 - 106
106 - 109
1010 - 1014
一、高温电阻炉
实验室和工业中最常用的加热炉。
优点：设备简单，使用方便，可以精确地控制温度。
应用不同的电阻发热材料可以达到不同的高温限度。实际工作时，炉内工作室的温度稍低于这个温度。同时，为了延长电阻材料的使用寿命，实际使用温度要低于电阻材料所能得到的最高温度。
表2-2 不同电阻材料的最高工作温度
名称最高工作温度/°C 备注
镍铬铁丝(60%Ni，16%Cr，24%Fe) 镍铬丝(80%Ni，20%Cr)
铬铝铁丝(37%Cr，7.5%Al，55.5%Fe)
硅碳棒
铂丝
铂铑合金丝(90%Pt，10%Rh)
钼丝
硅化钼棒
钨丝
ThO2(85%)-CeO2(15%)
ThO2(95%)-La2O3 (5%)
钽丝
ZrO2
石墨棒
碳管
钨管
950
1060
1250-1300
1400
1400
1540
1650
1700
1700
1850
1950
2000
2400
2500
2500
3000
真空
真空
真空
真空
真空
电阻发热材料的分类
1.金属发热体高真空及还原气氛下，金属发热材料如钽、钨、钼等，较为适用。
2.石墨发热体石墨作电阻材料在真空中可达到较高的温度，如在氧化或还原气氛下，石墨本身在使用过程中将逐渐损耗，故常采用低电压强电流的加热方式。
3.氧化物发热体在氧化气氛中，氧化物的电阻发热体则是最为理想的材料。
此外，工作温度在1100℃以下时，常采用Ni-Cr合金电阻线，优点是电阻率高，抗氧化
能力强，寿命长(不过热使用)。但这类电阻线应尽量避免接触硅藻土等能损害其表面氧化膜的物质，平时可在Ni-Cr线上涂一层铝土水泥作保护。若工作温度在700-1500oC范围内，
也可以用硅碳棒作电阻材料，一般采用低压强电流。
常用于研究高温反应的电阻炉主要有三种：
1.马福炉又称箱形电阻炉，是一种简单的高温炉。通常用硅碳棒作为发热元件，主要用于不需要控制气氛的高温反应。电炉装有温度控制器和热电偶高温计，可以控制和调节反应温度。
2.管式电炉包括碳化硅电炉、碳管炉和钨管炉三类，适用于高温相平衡研究。由于这些电阻炉均在低电压大电流下工作(十几伏的电压，几百或上千安培的电流)，因此常需配备大功率的可调变压器。
3.坩锅炉常用于控制气氛下加热物质，也需外加温度控制器。
表2-3 三类管式电炉的比较
管式炉名称加热元件/发热体加热温度/oC 使用气氛
碳化硅电炉碳管炉钨管炉碳化硅/硅碳棒(管)
碳管
钨管
1350/1500(短时)
2000
3000
还原性
真空，
也可为惰性气氛
或氢气氛
二、感应炉和电弧炉
1.感应炉
主要部件是一个载有交流电的螺旋线圈。如同一个变压器的初级线圈，放在线圈内的被
加热的导体(被加热物为非导体时应放在导体容器内)则像变压器的次级线圈，两者之间没有
电路连接。当交流电通过螺旋线圈时，被加热体内就会产生闭合的感应电流，称为涡流。由
于导体电阻小，所以涡流很大；又由于交流电的方向不断改变，导致螺旋线圈产生的磁力线
方向不断改变，因此感应的涡流方向也不断改变。新感应产生的涡流受到反向涡流的阻滞，
就导致电能转变为热能，使被加热的导体很快发热并达到高温。这个加热效应主要发生在被
加热导体的表面层内，交流电的频率越高，则磁场的穿透深度越低，而被加热物体受热部分
的深度也越低。
实验时，可以将坩埚密封在一根冷却的石英管中，管内保持高真空或充入惰性气体，
再通过感应使被加热体加热，因此，感应炉不仅使用十分方便而且很清洁，同时升温速率快，可在很短的时间内(如几秒)加热到3000oC的高温。在无机合成领域中，感应加热主要用于
粉末热压、烧结及真空熔炼等。
2.电弧炉
一般采用钨电极作阴极，金属熔池为阳极，常用于钛、锆等金属的熔炼，也可用于高熔
点碳化物、硼化物及低价氧化物的制备。电流可由直流发电机或整流器供应。起弧熔炼之前
可先将系统抽至真空后再通入惰性气体(氩、氦或其混合气体)，炉内应保持少许正压，以免
空气渗入炉内。当然，需要其他气氛时可通入相应的气体。
在熔炼金属时，为使金属完全熔化得到均匀无孔的金属锭，须注意调节电极的下降速度
和电流、电压等因素，尽可能使电极底部和金属锭的上部保持较短的距离，以减少能量的损失。但应注意维持一定的电弧长度，以免电极与金属锭之间发生短路。
三、高温的测量
测温仪表：接触式和非接触式。接触式包括膨胀式温度计、压力表式温度计、热电阻式
温度计、热电偶。膨胀式温度计包括液体膨胀式温度计、固体膨胀式温度计(-200 ~ 600oC)。
压力表式温度计包括充液体型、充气体型、充蒸气型(-200 ~ 600oC)。
热电阻式温度计包括金属热电阻：铂热、铜热、镍热，(氧化物)热敏电阻(-258 ~ 900oC)，
半导体热电阻：锗、碳电阻。
热电偶包括铂铑-铂热电偶、镍铬-镍硅/镍铝热电偶、镍铬-康铜热电偶 (-200 ~ 1800oC)、特殊热电偶：如非金属系、钨钼系、钨铼系等(~2800oC)。
上述测量的是真实温度。
非接触式包括辐射高温计(辐射法：400 - 2000oC；部分辐射：0 -3000oC)、光学高温计(亮度高温计800 -3200oC)、比色高温计(50 -3200oC)。
测量的是表观温度
1. 热电偶高温计
应用比较广泛的一类精密测量温度的高温计。
具有以下一些优点：
A.体小、质轻，结构简单，易于装配、维护，使用方便。
B.热惰性小，热感度好。因其主要作用点是由两根较细的导线连成的热接点。
C.准确度较高。能直接与被测物体相接触，且不受水蒸气、CO2、烟雾、尘埃等环境介质的
影响，可保证测量温度在预期的范围内。
D.测温范围广。一般可在室温至2000oC之间应用，某些甚至可达3000oC。
E.测量讯号可远距离传送，并由仪表迅速显示或自动记录。这样便于集中管理。
主要缺点是下限灵敏度较低，输出信号和示值温度不成线性关系。
制作热电偶的材料有纯金属、合金和非金属半导体等。
纯金属的均质性、稳定性和加工性一般都比较好，但热电势不太大；某些特殊合金制成的热
电偶有较大的热电势，非常适合特定温度范围的测量，但均质性、稳定性通常又都次于纯金属。常用的纯金属类高温热电偶材料有Pt, Rh, Ir, W等；
合金类有含Rh较高的Pt-Rh合金、Ir-Rh合金和W-Re合金等。一般可用于室温至2000oC
左右的温度测量，某些合金的应用范围甚至高达3000oC。非金属半导体材料一般都具有较
大的热电势，但因这类热电偶制作较为困难，使其应用受到限制。
此外，热电偶在使用时还须注意避免受到侵蚀、污染和电磁干扰，同时要求有一个不影
响其热稳定性的环境。如有些热电偶不宜在氧化性气氛中使用，有些又需避免还原性气氛。
在不合适的气氛中，应以耐热材料制成的套管将其密封，并用惰性气体加以保护。但此时热
电偶的灵敏度将会下降，尤其当温度变动较快时，将会出现热感滞后现象。热电偶测量温度
简便可靠，但必须与测量的介质接触、不能长时间用于较高温度的测量等。
2.光学高温计
光学高温计是利用受热物体的单波辐射强度(即物体的单色亮度)随温度升高而增加的原
理来进行高温测量的。光学高温计的设计原理和具体的使用方法、影响因素可参阅张智敏等
编著的《无机合成化学与技术》一书。
光学高温计通常具有下列一些优点：
(1)不同被测物质接触，也不影响被测物质的温度场；
(2)测量范围大，温度高。可测量700 - 6000oC；
(3)精确度较高，正确使用时误差可小到±10oC；
(4)使用简便、测量迅速。
2-1-2 高温合成反应类型
固相合成：如高温下C, N, B, Si等与一些电负性小的元素形成的碳化物、氮化物、硼化物和
硅化物等二元陶瓷，多种类型的复合氧化物、陶瓷与玻璃态物质的反应等。
固-气合成：金属化合物借助H2、CO或碱金属蒸气在高温下的还原反应，金属或非金属的
高温氧化、氯化反应等。其它还有高温下的化学转移反应、高温熔炼和合金制备、高温相变
合成、高温熔盐电解、等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成、高温下的单晶生长和区
域熔融提纯。
一、高温固相合成
现代无机合成中常用的一种制备无机功能材料或化合物的方法，许多复合氧化物、含氧
酸盐、二元或多元金属陶瓷材料(如C、N、Si、P和硫族化合物)等，通常都是在高温下通过
反应物之间直接合成而得。
高温固相合成与一般温度下物质间发生的化学反应不同，它并不精确地遵循定比定律和
其他基本定律。这是因为在高温下的凝聚态体系中，物质内部的分子或原子的转动和振动以及电子态的相对布局数得到了大大的提高，使高温条件下的化学行为表现出一些新的特征。
高温固相反应发生的机制和特点:
镁尖晶石的合成反应：
MgO(s) + Al2O3(s) = MgAl2O4(s)
在热力学上是完全可行的。然而即使在1200°C的高温下，仍然看不到明显的反应进行，1500°C下反应也需数天才能完成。为什么这类反应对温度的要求如此高？
固相反应不能忽略动力学因素
在MgO/MgAl2O4界面：
2Al3+ + 4MgO = MgAl2O4 + 3Mg2+ (a)
在Al2O3/MgAl2O4界面：
3Mg2++ 4Al2O3 = 3MgAl2O4 + 2Al3+ (b)
总反应为：MgO(s) + Al2O3(s) = MgAl2O4(s)
研究显示，晶格中Mg2+和Al3+离子的扩散是MgAl2O4合成反应的速率控制步骤。因升
高温度有利于晶格中的离子扩散，故能明显促进反应。此外，随着生成物层厚度的增加，反应速率将随之降低。进一步的研究还显示，反应物的晶粒尺寸、反应物间的接触面积等对反应的速率有较大的影响，反应物尺寸越细小、接触面积越大反应的速率越大。在实际操作时，为加快化学反应的速率，常采取充分粉碎和研磨，或通过各种化学手段如共沉淀等来制备粒度细、比表面积大、表面活性高的反应物原料，再经过加压成片或热压成型使反应物颗粒充分均匀接触。
L. An等以Al2O3和BN为原料，在空气中采用高温固相反应成功地获得了单晶硼酸铝微
管。为了使实验顺利进行，他们把原料充分混合并用球磨机球磨12小时后，放入管式炉中
先以10°C/min升温到1200°C，再以3°C/min升温到1700°C并维持2-4小时。和MgAl2O4
的生成机制不同的是作者认为单晶硼酸铝微管的形成经历了一个固-液-固(SLS)机理：首先，彼此接触的反应物反应生成了硼酸铝，接着未反应的Al2O3和BN溶解在融化的硼酸铝里形
成过饱和溶液，最后以微管的形式沉淀出来。有关的反应为：
4BN + 3O2 → 2B2O3 + 2N2
2Al2O3 + B2O3 → 2Al2O3 · B2O3
9Al2O3 + 2B2O3 → 9Al2O3 ·2B2O3
9(2Al2O3 · B2O3) → 2(9Al2O3 ·2B2O3) + 5B2O3
影响高温固相合成反应速率的主要因素有：
1.反应物固体的表面积和反应物间的接触面积；
2.生成物相的成核速率；
3.相界面间特别是通过生成物相层的离子扩散速率。
此外，提高原料的反应性也是促进固相合成反应速率的一个有效手段。实验时，尽可能
选择和生成物具有相同或相似结构的物质作起始反应物；同时从制备方法、反应条件和反应物来源的选取等方面着眼，以提高原料的反应性。如在固相合成反应之前制取粒度细、比表面大、非晶态或介稳态的物质作原料，或用新制备的反应物作为原料，将因结构的不稳定性
而呈现较高的反应活性。
二、高温还原反应
一类极具实际应用价值的合成反应。几乎所有的金属和部分非金属均是通过高温下热还
原反应来制备的。
基于化学热力学知识可知，一个化学反应能否进行可通过反应的Gibbs自由能变化来判
断。由于高温无机合成通常是在常压下进行，因此当某温度T时反应的?rGm < 0，反应将自
发进行。但根据公式?rGm = ?rHm -T?rSm计算比较繁琐。考虑到在一定温度范围内，?rGm 基本上是温度T的线性函数，若将有关反应的自由能变化对温度作图，由图将容易地判断
出某一金属从其化合物中还原出来的难易程度以及选择什么还原剂。
Ellingham在1944年首先提出了这一思想，并作出了各种金属氧化物的自由能变化对温
度关系图，对金属的制备和冶炼做出了重要贡献。后来又有许多人作了卤化物、硫化物的图。这些图在金属的制备中有重要作用。下面以氧化物为例来分析其Gibbs自由能变化与温度的
关系。
对反应：金属(s) + O2(g) → 氧化物(s)来说，消耗1mol氧气生成氧化物过程的Gibbs自
由能变化对温度的关系
由图中可以看出：
1) 这些直线有近似相等的斜率，且斜率为正。因为由金属和O2反应生成氧化物的熵变不仅
相近，而且是减小的。从图中可得出结论：随温度升高?Gm°增大，氧化物稳定性减小。
2) C(s) + O2(g) = CO2(g)的直线几乎是水平的，其斜率约等于0，反应发生前后气体分子数不变，实际上没有熵变(固体熵变可忽略) 。
3) ?Gm° < 0的区域内，所有金属都能自动被氧气氧化。
4) 某些金属随着温度的升高，?Gm°逐渐增大，当直线越过或相交于?Gm° = 0这一直线时，标志着?Gm° ≥ 0。此时表明氧化反应不能发生，相反氧化物会自发分解。如：Ag2O、HgO
分解。
5) 稳定性小的氧化物，其?Gm°较高，直线位于图的上方；反之，稳定性高的氧化物，其
?Gm°较小，直线位于图的下方。位于上方的氧化物能被其下方的金属还原，如：1073K时，Cr2O3能被Al还原，而Al2O3则不能被Cr还原。
6)某氧化物在低温时其?Gm°值可能比另一氧化物的?Gm°值小，但高温时，其?Gm°值可能比另一氧化物的?Gm°值大。如：在493K以下MnO能被Na还原，但在493K以上Na2O能
被Mn还原。
7)反应2C(s) + O2(g) = 2CO(g)的直线向下倾斜，即其斜率为负。因为反应前后气体的分子数增大，是个熵增加反应。由公式?rGm = ?rHm -T?rSm可知，温度升高?Gm°值将变得更负。这个反应在实际应用上有很大的实际意义，因为几乎所有的金属-金属氧化物直线在高温下
都能与C-CO直线相遇，表明在高温下许多金属氧化物都能被碳还原。
8)CO能还原所有位于CO-CO2直线以上的氧化物。如，973K时NiO能被CO还原；低于
973K时CO在热力学上是比碳更好的还原剂。
9) 所有在H2-H2O直线以上的氧化物能被氢还原。但和碳相比，氢气作为还原剂应用范围较
小，这是因为H2生成水的直线位置较高，且随温度升高直线向上倾斜，而与其它直线相交
的可能性减小；同时出于安全和高温生成氢化物的考虑。
1. 氢还原法
少数非挥发性金属的制备可用氢气还原：
当反应达平衡时，其平衡常数为：K = P(H2O)/P(H2)。用氢气还原氧化物有以下一些特点：
(1) 还原剂的利用率不可能为100%；最大利用率为：K/(1 + K)。
(2) 还原高价氧化物时常得到一系列含氧较少的低价金属氧化物。
(3) 制得的金属的理、化性质决定于还原温度，低温下制得的金属具有较大的表面积和强的
反应能力，升高温度会使金属聚集，化学活性降低。
(4) 氢还原法制备的粉状金属在空气中放置以后，要加热到略高于熔点的温度才能将其熔
化。这是因颗粒表面形成了氧化膜之故。
运用氢还原法制备金属最典型的例子是钨的制备。反应通常在管式炉中进行，大体上可
分为三个阶段：
1) 2WO3 + H2 = W2O5 + H2O；
2) W2O5 + H2 = 2WO2 + H2O；
3) WO2 + 2H2 = W + 2H2O。
2.金属还原法(又名金属热还原法)
是用一种金属还原金属化合物(氧化物、卤化物)的方法。还原的条件是这种金属对非金
属的亲和力要比被还原的金属大。
常用作还原剂的金属有：Ca、Mg、Al、Na、K等。
可制得的金属有：Li、Rb、Cs、Na、K、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、B、Al、In、Tl、稀土元素、Ge、Ti、Zr、Hf、Tb、V、Nb、Ta、Cr、U、Mn、Fe、Co、Ni等。
(1)还原剂的选择原则
由Ellingham图可知，比较生成自由能的大小可以作为选择还原剂的依据。但此时常会
出现两种或两种以上的金属都可用作还原剂的情况，又该如何选择？一般地，选择理想的还
原剂需考虑如下几点：
a. 还原能力强；
b. 易处理；
c. 不和生成的金属形成合金；
d. 可以制得高纯度的金属；
e. 主产物和副产物易于分离；
f. 成本应尽可能低。
如Na、Ca、Cs、Mg、Al等都是常用的金属还原剂，其还原能力的强弱顺序常因被还原
物质的种类(氯化物、氟化物、氧化物等)不同而不同。
还原氯化物时，Na、Ca、Cs的还原能力相近，Mg、Al稍差。还原剂应在前三者中来选。
Na不易与产物生成合金，处理也比较容易而被广泛使用；此外，氯化物的熔、沸点相对较
低，选择熔点低的金属Na作还原剂，比用Cs和Ca时还原反应进行得更顺利些。
还原氟化物时，还原能力顺序为：Ca, Cs > Na > Mg > Al。氟化物比氯化物难还原，实
际工作中常采用K2TiF6、Na2BeF4等复盐为原料，多以Na作还原剂。但因复盐分解是吸
热反应，会导致还原的金属粉末在洗涤提纯时易被氧化。此外，若以Ca、Mg、Cs、Al作
还原剂时，所生成的副产物为上述金属的氟化物，都难溶于水，从易分离的角度考虑，也是
用Na作还原剂比较合适。但Na有发热量少的缺点，只适于实验室研究。对工业生产来说，
用发热量大的Ca作还原剂比较有利。因为还原的金属熔融后，沉在下层，而CaF2炉渣浮
在上层，用简单方法就使两层分离。
而还原氧化物时，其他四种金属还原能力相近，Na相对较弱，此时一般采用廉价Al。
铝亲氧，高温下不易挥发，是优良的还原剂。缺点是易生成合金。一般采用调节反应物混合
比的方法，尽可能减少Al在终产物中的含量，但一般难以降到0.5%以下。Ca、Mg不与各
种金属生成合金，可用作还原Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、U等氧化物的还原剂，可单独使用
也可与Na及氯化钙、氯化钡、氯化钠等混合使用。Na和Ca、Mg生成熔点低的合金有利
于氧化物和还原剂充分接触；而氯化物起助熔剂的作用，能促进氧化物在较低的温度下熔融。硅也可用作还原剂，能力位于Al和Na之间。其挥发性小，可用于能用蒸馏法或升华法提
纯的金属的还原，但缺点和Al类似，易形成合金。
(2)还原剂的存放和提纯
金属还原剂常都非常活泼，空气中会被氧化，尤其是Na、Ca等，需浸在石油醚或煤油中；Mg、Al等易在金属表面形成氧化物保护膜而可以直接密封保存。此外，金属还原剂中
常含有杂质，能玷污所制备的金属，使用时应尽可能用高纯的金属，必要时可提纯。常用的提纯方法有真空蒸馏法或真空升华法，如使用上述方法可将Na、Ca、Mg中绝大部分的铁、铝、硅、氮、卤素等杂质除去。而铝和铯很难提纯，使用时应购买最纯的市售品。
(3)熔剂和助熔剂
还原金属时加入熔剂有两个目的：改变反应热和使熔渣易于分离。若熔渣的粘度太大而缺乏流动性时，生成的金属多呈小球状分散在熔渣中，尤其是制备高熔点金属时，如果生成的金属颗粒能部分地凝集烧结，就足以让人满意了。实际工作中，不论何种情况都应力求熔渣有良好的流动性。此外，当用Ca、Mg、Al作还原剂时，生成的CaO (m.p. 2570℃)，MgO (m.p.2800℃)，Al2O3(m.p.2050℃)等都是高熔点的化合物，单靠反应热是不能将其熔融的。此时，须向反应体系中加入助熔剂以降低熔体的熔点，并使金属易于凝集。
常用的助熔剂有：氟化物、氯化物或氧化物。其它如冰晶石，石灰石等也是被用作熔剂(或助熔剂)。通常氧化物、氟化物的还原常使用助熔剂，氯化物的熔点低，一般不需要助熔剂。
(4) 反应生成物的后处理
当有难熔合金生成时，生成的金属往往为分散的细小颗粒。此时需将金属与熔渣的混合物取出捣碎，并根据生成金属和熔渣的不同化学性质，用乙醇、水、酸或碱加以处理，以使两者分离。如用Na还原K2TiF6时，产物为NaCl、KF、NaF、金属Ti、K-Na合金、未反应
的K2TiF6等混合物，此时可先用乙醇将Na-K合金溶出，其次用水反复溶出各种可溶性的盐，最后剩下金属Ti的粉末。将其进行低温干燥。
一般金属粉末表面容易被氧化，因此烧结或熔融后所得的金属多数是纯度不高。因此，要想得到纯金属，必须以淘选法或倾析法收集粉末中较大颗粒。将金属粉末制成金属块的方法有：熔融法或加压成型后进行烧结等。
2-1-3 化学转移反应
某温度下，在反应炉的M处，物质A(固体或液体)与气体B反应生成某气相产物C和D，
接着在反应炉的N处，因温度的变化C和D又发生逆反应重新得到A的过程称为化学转移
反应。化学转移反应有着广泛的应用，如可用来合成新化合物，分离提纯物质，生长大而完美的单晶和测定热力学数据等。
一、化学转移反应的装置
图2-5 在温度梯度下固体物质转移的理想化的流动装置
实际操作中，反应往往需要在真空条件下完成，因为作为转移反应中的传输剂气体在与原料反应之后生成的是气体化合物，并要充分满足一定的蒸气压使之向生长端转移，而且传输剂要在封闭的管子中往返转移，因此真空条件是必不可少的。此外，适当的真空条件还有利于获得高纯度的晶体。
二、化学转移反应条件的选择
温度和浓度通常是影响化学反应的两个重要因素。对一个适当的化学转移反应而言，选
择合适的反应温度和浓度对转移反应能否顺利进行至关重要。
对任一个可逆的多相化学反应：
A(s) + B(g) = C(g)
当达到平衡时，其平衡常数为：Kp = PC/PB，式中PB、PC分别表示气体B、C的平衡
分压。在原料放置区(T1)，希望A和B尽可能多地反应生成中间相C并向沉积区转移；而
在沉积区(T2)则希望中间相C尽可能多地分解，而沉积出A。为了使上述可逆反应易于随温
度的变化而改向，原料放置区和沉积区的温度差不能太大(即?T＝T1 – T2不太大)，平衡常数值Kp尽可能接近1，即：平衡时气体分压应近似相等。
三、化学转移反应举例
许多金属通过和它的高价态化合物反应生成中间价态化合物而发生转移。如：
利用HCl或易挥发的氯化物为转移试剂也是金属转移的一种常用的方式。如：
利用其它的一些物质作为转移试剂还有：
从上述相关的例子可以看出，通过对转移反应过程中温度等条件的适当控制，可以制备一些具有特定组成和结构的中间价态化合物。此外，需要注意的是：选择合适的转移试剂对转移反应能否顺利进行和控制终产物的质量至关重要。如制备钨酸铁完美晶体的反应为：FeO + WO3 = FeWO4
在通常条件下这一反应却因FeO和WO3不易挥发而难以进行，当用HCl作为转移试剂时，
将发生下面两个反应：
FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O
WO3 + 4HCl = WOCl4 + 2H2O
此时生成的FeCl2、WOCl4和H2O都是挥发性强的化合物，从而使上述生成晶体的反应
得以顺利进行，最终获得了完美的钨酸铁晶体。
在化学转移反应中单质碘也是常用的转移试剂。碘是一种活泼的卤族元素，单质本身易
于升华，其与金属等物质反应生成的碘化物也具有较低的熔沸点而易于挥发，这些特性使碘
在实际生产中有较大的应用价值，可用于高熔点金属如Ti、Zr、Hf等的提纯。但前提是：
金属本身在高温下要难挥发，并在低温时可与碘形成碘化物，高温时碘化物又容易分解。如
金属钛的提纯过程：
TiI4是一种黑色晶体，熔点150°C，沸点377°C；在空气中不稳定，易吸收水分而分解。
故金属钛的提纯实验必须在真空条件下进行：首先使粗钛与I2在一定温度下反应生成TiI4
蒸气，接着TiI4蒸气在热丝上发生热分解生成钛和I2。钛因熔点高而在热丝上沉积下来，碘
则被循环使用。
2-1-4 气相沉积技术PVD和CVD技术
一、PVD技术(Physical Vapor Deposition)
PVD原理是用蒸发或升华的方式使源材料变成气体，然后在载气的辅助下使源材料的蒸
气向位于低温区的基底输运，最后在基底上沉积、核化、生长而形成粒子或膜层。
通常使源材料蒸发或升华的方法有：电子束(electron beam)轰击、加热、溅射(sputtering)、阴极弧光等离子体(Cathodic arc plasma)及脉冲激光(pulse laser)等。不过使用PVD技术需消
耗非常大的能量，限制了它的应用。2001年，美国佐治亚大学著名的纳米材料科学家王仲
林教授领导的课题组在国际顶级期刊Science上发表一篇名叫《Nanobelts of Semiconducting Oxides》科技论文后，PVD技术重新吸引了人们的关注。
他们采用简单热蒸发技术以氧化物粉末为源材料，在水平管式炉中严格控制了各种实验
参数如反应时间为2h，反应室内压强为300 torr(1torr = 133 Pa)，Ar气流速为50 sccm；而加
热的温度则因具体的氧化物源材料的熔点不同各异。在没有任何催化剂存在的条件下成功地
获得了ZnO、CdO、SnO2、In2O3等半导体氧化物单晶纳米带。
C. R. Wang等采用上述相同的方法，以ZnSe粉末为源材料、Si为基底，含5% H2的Ar
气作为保护气和载气，控制流速50sccm，气压300 torr，在1250°C下加热管式炉2小时，
成功地制备了ZnSe/Si二元同轴纳米线异质结构。
Y. Jiang等以ZnS粉末为源材料、包覆金膜的Si片为基底，采用间隙激光烧灼催化法制
备了线状多型调节纳米结构(polytype modulated nanostructure)。实验如下：含5% H2的Ar
气作为保护气和载气，控制流速50sccm，气压200 torr，在1250°C下加热管式炉2小时。
HRTEM照片清楚地显示了同一根纳米线中存在着不同的结构。线的主体结构(标记为A)生
长方向为[001]，而靠近线的球形顶部区域(标记为B)的生长方向为[111]。
二、CVD技术
CVD是Chemical Vapor Deposition的简称，是利用气态或蒸气态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。上世纪60年代美国科学家J. M. Blocher Jr等在
《Vapor Deposition》一书中首先提出，鉴于Blocher在CVD技术推广方面所做的重要贡献，
人们尊敬他为CVD先生。
CVD技术经过近四十年的发展，目前已成为制备无机材料的重要技术之一。但实际上
CVD技术的历史却非常悠久，可以追溯到远古时代。人类在山洞中生火取暖或烧烤食物时，
由于木材或食物在加热过程中释放的有机气体经燃烧、分解等反应而在岩石或洞壁上沉积出黑色的炭层，就是最古老的CVD技术。可以说考古学家发现的古人类烧烤遗址也是原始化
学气相沉积最古老的遗迹。
作为无机合成化学的一个新领域，CVD正被广泛用于物质提纯、研制新晶体、沉积各
种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是单质、氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，或其他二元(如GaAs)或多元(如GaAs1-xPx)化合物，且其物理功能可通过气相掺杂的
沉积过程而得到精确地控制。
CVD技术的优点：
(1) 具有保形性。反应在气-固界面发生时，沉积物按衬底形状形成一层薄膜，即沉积物具有衬底的形状。这决定了CVD技术在涂层刀具、集成电路和其它半导体器件制造中的应用，
尤其在超大规模集成电路制造工艺中特别重要。能否在当今0.28 μm线条宽度和1-2 μm深
度的图形上得到令人满意的保形特性，对集成电路产品特性有至关重要的影响。目前集成电路制造中广泛采用CVD技术，是无机合成和材料制备中一项极为精细的工艺技术。它不仅
能得到所希望合成的无机物质，而且能使得到的无机材料按严格要求的几何形貌来分布。(2) 可得到单一的无机合成物质，并可以作为原材料来进一步制备单晶。如：气相分解硅烷(四氢化硅SiH4)或者采用三氯硅烷(SiHCl3)氢还原时都可以得到锭块状的半导体纯度的超纯多晶硅。这时通常采用和沉积物相同物质作为最初的基底材料，经过长时期的一再包覆，在气体中长成粗大的锭条或锭块。这样得到的通常是多晶材料，提供进一步拉制单晶或直接作为多晶材料来使用。
(3) 可得到各种特定形状的游离沉积物器具。如碳化硅器皿和金刚石膜部件均可以用这种方式制造。此时选择适当的衬底材料非常重要，因为要使沉积物沉积到一定厚度后既易与衬底分离，又要保持衬底的形状，这样才可以得到各种特定形状的游离沉积物器具。
(4)CVD技术也可以获得纳米材料。这是一项新兴的技术。例如使沉积反应发生在气相中而
不是在基底的表面上，这样得到的无机合成物质可以是很细的粉末，甚至是纳米尺度的微粒。纳米尺度的材料往往具有一些新颖的特性或优点。如生成比表面极大的二氧化硅(俗称白碳黑)用于硅橡胶作为优质的增强填料；或者生成比表面大、具有光催化特性的二氧化钛超细
粉末等；现在科学上又用它制备各种纳米管、线(棒)或带等。
整个CVD过程通常包括三个部分：首先，反应物通过边界层扩散向生长区输运；接着，
在生长区反应物发生反应；最后，移走生长区产生的气体副产物，而获得纯净的产物。一般地，气态产物在气相中是均匀成核，而在底物上的成核是不均匀的。此外，在CVD技术中
还常使用过渡金属如Fe, Co, Ni等作为催化剂。
为了适应CVD技术的需要，化学气相沉积所用的反应体系要符合下述基本要求：
(1)反应物在室温下是气体，或易于挥发成蒸气的液态或固态物质，且容易获得高纯品；
(2)反应能够形成所需要的材料沉积层，其它副产物保留在气相排出或易于分离；
(3)沉积装置简单，操作方便且易与控制。工艺上具有重现性，适于批量生产。
通常，用于化学气相沉积的反应有热分解法、化学合成法和化学气相输运技术三种方法。1.热分解法
最简单的CVD反应是化合物的热分解。热分解法一般在简单的单温区炉中进行，于真
空或惰性气氛下加热基底至所需温度后，导入反应气体使之发生热分解反应，最后在基底上沉积出固体材料层。这类反应体系的主要问题是反应物和热解温度的选择。热解温度可以根据化学热力学原理估算并通过实验确定。选择反应物时，既要考虑其蒸气压与温度的关系，
又要注意在不同热分解温度下的分解产物，以保证固相仅仅为所需要的沉积物质而没有其它
杂质。比如，用有机金属化合物沉积半导体材料时，就不应夹杂碳的沉积。因此需要考虑化
合物中各元素间有关键强度(键能)的数据。热分解法的反应物一般选用氢化物、金属烷基化
合物或金属碳基化合物。
(1)氢化物
氢化物中M—H键的离解能较小，热解温度低，唯一的副产物是没有腐蚀性的H2，非
常适合作为CVD技术中的原料气。例如在半导体生产中制备单晶硅薄膜，就是使SiH4热
解，从而在多晶硅基底上沉积出一层完整的、无缺陷的单晶硅薄膜；在制镜工业中，于真空
或惰性气氛下使AlH3热解，在玻璃基板上可以沉积一层铝膜；以及碳纳米管和合金的制备
等。
采用等离子体增强的热丝CVD技术，以多晶镍为催化剂热解乙炔气体后，所得的碳纳
米管阵列。扫描电镜照片显示绝大多数管的直径为250nm左右，而通过调节实验的参数可
以获得不同直径和长度的碳管。
(2)金属有机化合物
金属有机化合物尤其是金属烷基化合物，通常为气体或易挥发的物质。在CVD技术中常
被用作制备金属或金属化合物薄膜时的前驱体，从而相应地形成了一类专门技术金属有
机化学气相沉积技术，简称MOCVD。另外，金属烷氧基化合物在高温时不稳定，易发生热
解，也被广泛用于金属氧化物膜的制备，例如：
上述单源前驱体中含有S、Se等元素时，也可制备硫属化合物半导体材料。
如D. Barreca等以M[S2COCH(CH3)2]2 (M = Zn, Cd)为原料，在473-723K温度下热解，
分别合成了ZnS和CdS膜。而同时使用两种或多种金属有机化合物作前驱体还可获得复杂
化合物。如M. K. Song等用Hf[N(C2H5)2]4和Al(OiC3H7)3的混合物为前驱体，采用直接液体
注射有机金属化学气相沉积(direct liquid injection metallorganic CVD)技术合成了铝酸铪(HfAlxOy)膜。使用金属有机化合物作前驱体也可获得单质。如Y. Chen等以经过球磨机处理100 h后的酞菁铁(Iron phthalocyanine)为源材料，在含5% H2的Ar气保护下于管式炉中热解，成功地制备整齐排列的碳纳米管。用球磨机处理可有效降低前驱体的蒸发温度，而前驱体热
解产生的铁作催化剂。
(3) 金属羰基化合物
金属羰基化合物是一类气态或特别容易挥发成蒸气的化合物，热解后可沉积出金属并放
出CO，很适合CVD技术使用。常用于提纯金属，现也用于金属纳米材料的制备。如G. H.
Lee等用Fe(CO)5/Co2(CO)8、Fe(CO)5/Cr(CO)6混合蒸气为起始原料，在外加磁场的作用下，
于300-400°C下合成了FeCo、FeCr合金纳米线阵列。
其他的一些反应还有：
北京中医药大学远程教育《无机化学Z》作业1答案
A型题： 1. A.使更多的AgCl沉淀 B. C. D. E.以上都不是。 2. 沉淀完全的标准一般认为是 A. B. C. D. E.以上均非 3. A. B. C. D. E. 4. A. B. C. D. E. 5. 下列溶液哪个是缓冲溶液 A. B. C.
D. E. 6. 对于缓冲能力较大的缓冲溶液，它们的pH值最主要是由下列哪一种因素决定 A.缓冲（共轭）对之间的电离常数 B.缓冲对的浓度比 C.溶液的温度 D.溶液的总浓度 E.溶液的活度 7. 盐效应能使难溶电解质的电离度 A.增大 B.减小 C.无影响 D.先增大，后减小 E.先减小，后增大 8. A. B. C. D. E. 9. A.先产生AgCl沉淀 B. C.两者同时产生沉淀 D.两者都不产生沉淀 E.两者同时水解 10. 在HAc溶液中加入NaCl，使HAc电离度增大，这种现象称为 A.酸效应 B.水解作用 C.盐效应 D.同离子效应 E.缓冲作用 11. 可以作为衡量缓冲溶液能力大小的是 A.缓冲对 B.缓冲比 C.缓冲溶液浓度 D.缓冲容量 E.缓冲溶液总量 12. 沉淀溶解的条件 A. B.
C. D. E.以上均非 13. A. B. C. D. E. 14. A.略有减少 B.略有增大 C.相等 D.小 E.无法判断 15. A. B. C. D. E. 16. HAc的电离常数为Kaθ，在HAc溶液中加入NaAc固体，将使 A.Kaθ变大 B.Kaθ变小 C.pH值升高 D.pH值降低 E.HAc的电离度增大 17. 一元弱酸强碱盐的水解常数可以表示为 A. B. C. D. E. 18. 在HAc溶液中加入固体NaCl，使其溶解，可使 A.溶液酸性降低 B.HAc电离度增大 C.HAc电离度减小 D.醋酸溶解度增大 E.没有影响 19. A. B.
大学无机化学期末试卷及答案
《无机化学》试题 学号： 姓名： 座号： 系别： 年级： 专业： 总分合计人： 复核人： 一、单项选择题 （在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请选出正确选项并在“答题卡”的相应位置上涂黑。多涂、少涂、错误均无分。每小题1分，共40分） 1、对于Zn 2＋ /Zn 电对，增大Zn 2＋ 的浓度，则其标准电极电势将 （ ） A 增大 B 减小 C 不变 D 无法判断 2 、 Cu 2 ＋ 离子的外层电子构型为 （ ） A 8e B 18e 型 C 18＋2e D 9～17e 型 3、设氨水的解离平衡常数为θb K 。浓度为m mol·L －1 的氨水溶液,若将其用水稀释一倍,则溶液中OH －的浓度（mol·L －1 ）为 （ ） A m 2 1 B θ b K m ?2 1 C 2/m K b ?θ D 2m
4、已知θ K(Ag3PO4) = ×10-16，其溶解度为 sp ( ) A ×10-4mol?L-1； B ×10-5mol?L-1； C ×10-8mol?L-1； D ×10-5mol?L-1 5、下列各组物质，能自发发生反应的是（） A Cu、Cu2+； B Cr2O72-、Cr3+； C MnO2、Mn2+； D SnCl4、Sn 6、3d轨道的磁量子数可能是（） A 1,2,3 B 0,1,2 C 0,±1 D 0, ±1, ±2 7、下列各分子中,以sp3不等性杂化轨道成键的是（） A BeCl2 B PCl3 C BF3 D SiH4 8、熔化下列晶体时,只需克服色散力的是（） A HF B Ag C KF D CO2 9.已知V E A/θ：Cr2O72- + Cr3+ Cr2+ Cr，则判断发生歧化反应的是（） A 都不能 B Cr2O72- C Cr3+ D Cr2+ 10.下列各物质中,熔点最高的是
无机合成化学
第一章 无机合成定义：研究无机物及其不同物态的合成原理，合成技术，合成方法及对合成产物进行分离、提纯、鉴定、表征的一门学科。 合成方法：包括常规的经典合成方法、极端条件下（超高温、超高压、等离子体、溅射、激光等）的合成方法和特殊合成方法（含电化学合成、光化学合成、微波合成、生物合成等）以及软化学和绿色合成方法。 无机合成VS有机合成方法技术——不同点：（1）无机合成经常采用独特的方法和技术，（2）有机合成主要是分子层次上反应和加工；无机合成主要注重晶体或其他凝聚态结构上的精雕细琢。相同点：方法和技术。 合成对象：典型无机化合物的合成，典型材料的合成，晶体生长等。 第二章气体和溶剂 溶剂效应是指因溶剂而使化学反应速度和化学平衡发生改变的效应 气体除杂净化的方法 1化学除杂—设计原则要求特效型、灵敏性和高的选择性。2气体的分级分离净化—原则是基于气体的沸点、蒸气压等性能的不同。3吸附分离和净化—基于吸附剂对气体混合物中各组分的吸附能力的差异，甚至只有微小的差别，在恒温或恒压条件下，进行快速的吸附-脱附循环，达到分离提纯气体的目的 气体干燥剂分两类：一类是同气体中的水分发生化学反应的干燥剂（P2O5），另一类是可吸附气体中的水分的干燥剂（硅胶、分子筛） 选吸附剂作干燥剂时应考虑的因素 1干燥剂的吸附容量，越大越好；2吸附效率，越快越好；3残留水的蒸汽压，吸附平衡后残留水的蒸汽压越小越好；4干燥剂的再生，越易再生成本越低越好 使用气体要注意安全，即要防毒、防火、防爆 一般说来溶剂分为质子溶剂、质子惰性溶剂、固态高温溶剂。 质子溶剂是能接受或提供质子的溶剂。显著特点是都能自电离，这种自电离是溶剂分子之间的质子传递，也称自递 水是使用最为广泛和廉价的一种质子溶剂。高的介电常数使它成为离子化合物和极性化合物的一种良好溶剂。 质子溶剂的种类：A 液氨B液体氟化C 硫酸D “超酸”溶剂 质子惰性溶剂可简单的分为四类 第一类称惰性溶剂，其基本上不溶剂化不自电离。如Ccl4。第二类称偶极质子惰性溶剂（配位溶剂），即极性高但自电离程度不大的溶剂。如乙腈，二甲基亚砜等。第三类称为两性溶剂。包括那些极性强和能自电离的溶剂。如Brcl3。第四类称无机分子溶剂，不含氢，也不接受质子，几乎不自电离。如SO2,N2O4 固态高温溶剂 a.熔盐第一类为以离子间力成键的化合物，包括像碱金属卤化物这类化合物。第二类包括以共价键为主的化合物 b.金属 选择溶剂的根据反应物的性质；生成物的性质和溶剂的性质。
无机化学课后习题答案2-8
第二章物质的状态 习题 2.1 什么是理想气体？实际气体在什么条件下可用理想气体模型处理？ 2.2 为什么家用加湿器都是在冬天使用，而不在夏天使用？ 2.3 常温常压下，以气体形式存在的单质、以液体形式存在的金属和以液体形式存在的 非金属单质各有哪些？ 2.4 平均动能相同而密度不同的两种气体，温度是否相同？压力是否相同？为什么？ 2.5 同温同压下，N2和O2分子的平均速度是否相同？平均动能是否相同？ 2.6试验测得683K、100kPa时气态单质磷的密度是2.64g·dm－3。求单质磷的分子量。2.71868年Soret用气体扩散法测定了臭氧的分子式。测定结果显示，臭氧对氯气的扩散速 度之比为1.193。试推算臭氧的分子量和分子式。 2.8常压298K时，一敞口烧瓶盛满某种气体，若通过加热使其中的气体逸出二分之一，则 所需温度为多少？ 2.9氟化氙的通式为XeF x（x＝2、4、6…），在353K、1.56×104Pa时，实验测得某气态氟 化氙的密度为0.899g·dm－3。试确定该氟化氙的分子式。 温度为300K、压强为3.0×1.01×105Pa时，某容器含，每升空气中水汽的质量。 （2）323K、空气的相对湿度为80％时，每升空气中水汽的质量。 已知303K时，水的饱和蒸气压为4.23×103Pa； 323K时，水的饱和蒸气压为1.23×104Pa。 2.10在303K，1.01×105Pa时由排水集气法收集到氧气1.00dm3。问有多少克氯酸钾按 下式分解？ 2KClO3 === 2KCl ＋3O2 已知303K时水的饱和蒸气压为4.23×103Pa。 2.11298K，1.23×105Pa气压下，在体积为0.50dm3的烧瓶中充满NO和O2气。下列反 应进行一段时间后，瓶内总压变为8.3×104Pa，求生成NO2的质量。 2NO ＋O2 === 2NO2 2.12一高压氧气钢瓶，容积为45.0dm3，能承受压强为3×107Pa，问在298K时最多可 装入多少千克氧气而不致发生危险？
无机化学总结
无机化学总结 在学习方法上要求： 一、要掌握基本概念、基础知识 1 基础知识，例如元素名称，符号，周期表，重要的方程式，重要单质的制备、 性质及用途，重要化合物的制备、性质及用途； 例如：重要的氧化剂：KMnO4、K2Cr2O7、PbO2、H2O2、Cl2、NaClO、KClO3等 还原剂：SnCl2、H2C2O4、Na2SO3、H2S、KI、 沉淀剂：C2O42-、CrO42-、S2-、CO32-、OH- 配合剂：NH3、H2O 、CN-、SCN-、S2O32- 显色剂等； 2、一些重要的基本理论：如：化学键理论： ①VBT：经典的价键理论、价层电子对互斥理论、杂化理论、 ②CFT： ③MOT： 原子结构理论 酸碱理论 氧化还原理论 3、各种概念的具体定义，来源，使用范围；各种定律、定理、规则及使用条件 等；例如：PV=nRT 使用条件为高温低压；配合物的定义、K稳的定义等。 镧系收缩、 4、一些伟大科学家的重要贡献； 例如：1893年瑞士年仅26岁的化学家维尔纳（Wrener,A）提出PV=nRT 使用条件为高温低压理论，成为化学的奠基人。 Pauling 阿累尼乌斯（Arrhenius,S.） 5、一些科学方法，例如测定分子量的方法（四种）、测定原子量的方法；使自己 在科学思维能力，科学方法上得到提高。特别是实验方法，动手操作能力上得到提高。 6、掌握学习方法。例如：演绎法，归纳法。 按照自己的习惯，建立一套适应自己的学习方法。 二、要系统总结所学过的知识 1、整个无机化学：一个气体定律（四个定律）两个基础知识（热力学、动力学）三个结构（原子结构、分子结构和晶体结构）四大平衡（酸碱平衡、沉淀溶解平衡、氧化还原平衡和配合平衡）及各种元素的性质。
无机合成化学复习资料
1.使用气体应注意哪些安全问题 答：防毒 防火防爆 2.试述气体的来源和净化步骤，如何除去气体中的水分 答：来源 1.工业制备 2.实验室制备 净化步骤： 1.除去液雾和固体颗粒 2.干燥 3.除氧 4.除氮 去除气体中水分有两条途径： 1.让气体通过低温冷降，使气体中的水分冷冻下来 2.让气体通过干燥剂，将水分除去 3.干燥气体的干燥剂有哪些选择干燥剂应考虑哪些因素 答：干燥剂有两类： 1.可同气体中的水分发生化学反应的干燥剂 2.可吸附气体中水分的干燥剂 应从以下方面考虑： 干燥剂的吸附容量，干燥剂的吸附容量越大越好 吸附速率，吸附速率越快越好 残留水的蒸汽压，吸附平衡后蒸汽压越小越好 干燥剂的再生 4.如何进行无氧实验操作 1.无水无氧操作室 2保护气体及其净化 3 试剂的储存和转移 4 反应、过滤和离心分离及升华提纯 5 样品的保存和转移 5.溶剂有哪些类型质子溶剂有什么特点质子惰性溶剂分为几类举例说明溶剂类型：质子溶剂，质子惰性溶剂，固态高温溶剂 质子溶剂的特点：自电离 质子惰性溶剂分类： a惰性溶剂四氯化碳，环己烷等 b偶极质子惰性溶剂。乙腈，二甲基亚砜等 c两性溶剂三氟化溴 d无机分子溶剂二氧化硫，四氧化二氮。 6. 使用溶剂时应考虑哪些因素依据哪些原则 答：因素：反应物的性质,生成物的性质,溶剂的性质 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易于使产物分离。 7.规则溶液理论的是用范围是什么 答：规则溶液理论只能适用于混合物，在这个混合物中没有化学反应和溶剂化效应。 8.下列反应在水和液氨中进行效果有什么不同 答：在水中进行时，反应产物为氯化银有白色沉淀。在液氨进行时，溶液为无色透明，发生了络合效应。 9.什么叫拉平效应和区分效应 答：拉平效应：将各种不同强度的酸拉平到溶剂化质子的水平的效应区分效应：能区分酸（或碱）强弱的作用为区分效应。 10.举例说明非水溶剂在无机合成中的应用。 答：a水溶液中难以生成化合物的制备。 b无水盐的制备 c异常氧化态特殊配位化合物的制备 d控制制备反应的速度 e提高制备反应的产率。 第三章经典合成方法 1. 化学气相沉积法有哪些反应类型该法对反应体系有什么要求在热解反应中用金属烷基化物和金属烷基氧化物作为源物质时，得到的沉积层分别为什么物质如何解释 答1、反应类型：热分解反应；化学合成反应；化学输运反应。 2、要求： 1）反应物在气温下最好是气态，或在不太高的温度下就有相当的蒸气压，且容易获得高纯产品。 2）能够形成所需要的材料沉积层，反应副产物均易挥发 3）沉积装置简单操作方便。 3、金属烷基化物，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C-键能，所以可用来沉积氧化物。 2.写出制备光导纤维预制棒的主要反应和方法。反应体系的尾气如何处理在管内沉积法和管外沉积法中加入添加剂的顺序有什么不同 答：方法：管内沉积法，管外沉积法，轴向沉积法，等离子体激活化学气相沉积法。 和HCl，除去的方法是用碱液吸收。 尾气:SO 2
考研无机化学_知识点总结
第一章物质存在的状态………………………………………………………………2 一、气体 .......................................................................................................... 2 二、液体 .......................................................................................................... 3 ①溶液与蒸汽压 ................................................................................................ 3 ②溶液的沸点升高和凝固点的下降 ................................................................... 3 ③渗透压 .......................................................................................................... 4 ④非电解质稀溶液的依数性 .............................................................................. 4 三、胶体 .......................................................................................................... 4 第二章 化学动力学初步……………………………………………………………5 一、化学反应速率 ............................................................................................ 5 二、化学反应速率理论 ..................................................................................... 6 三、影响化学反应速率的因素 .......................................................................... 6 2、温度 ............................................................................................................ 7 第三章 化学热力学初步……………………………………………………………8 一、热力学定律及基本定律 .............................................................................. 8 二、化学热力学四个重要的状态函数 ................................................................ 9 4、自由能 ....................................................................................................... 10 ①吉布斯自由能 .............................................................................................. 10 ②自由能G ——反应自发性的判据 .................................................................. 11 ③标准摩尔生成自由能θ m f G ? (11)
无机合成化学
无机合成化学复习资料
第二章气体和溶剂 P45 1.使用气体应注意哪些安全问题？ 答：防毒 防火防爆 2.试述气体的来源和净化步骤，如何除去气体中的水分？ 答：来源 1.工业制备 2.实验室制备 净化步骤： 1.除去液雾和固体颗粒 2.干燥 3.除氧 4.除氮 去除气体中水分有两条途径： 1.让气体通过低温冷降，使气体中的水分冷冻下来 2.让气体通过干燥剂，将水分除去 3.干燥气体的干燥剂有哪些？选择干燥剂应考虑哪些因素？ 答：干燥剂有两类： 1.可同气体中的水分发生化学反应的干燥剂 2.可吸附气体中水分的干燥剂 应从以下方面考虑： 干燥剂的吸附容量，干燥剂的吸附容量越大越好 吸附速率，吸附速率越快越好 残留水的蒸汽压，吸附平衡后蒸汽压越小越好 干燥剂的再生 4.如何进行无氧实验操作？ 1.无水无氧操作室 2保护气体及其净化 3 试剂的储存和转移 4 反应、过滤和离心分离及升华提纯 5 样品的保存和转移 5.溶剂有哪些类型？质子溶剂有什么特点？质子惰性溶剂分为几类？举例说明溶剂类型：质子溶剂，质子惰性溶剂，固态高温溶剂 质子溶剂的特点：自电离 质子惰性溶剂分类： a惰性溶剂四氯化碳，环己烷等 b偶极质子惰性溶剂。乙腈，二甲基亚砜等 c两性溶剂三氟化溴 d无机分子溶剂二氧化硫，四氧化二氮。 6. 使用溶剂时应考虑哪些因素？依据哪些原则？ 答：因素：反应物的性质,生成物的性质,溶剂的性质
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易于使产物分离。 7.规则溶液理论的是用范围是什么？ 答：规则溶液理论只能适用于混合物，在这个混合物中没有化学反应和溶剂化效应。 8.下列反应在水和液氨中进行效果有什么不同？ 答：在水中进行时，反应产物为氯化银有白色沉淀。在液氨进行时，溶液为无色透明，发生了络合效应。 9.什么叫拉平效应和区分效应？ 答：拉平效应：将各种不同强度的酸拉平到溶剂化质子的水平的效应区分效应：能区分酸（或碱）强弱的作用为区分效应。 10.举例说明非水溶剂在无机合成中的应用。 答：a水溶液中难以生成化合物的制备。 b无水盐的制备 c异常氧化态特殊配位化合物的制备 d控制制备反应的速度 e提高制备反应的产率。 第三章经典合成方法 1. 化学气相沉积法有哪些反应类型？该法对反应体系有什么要求？在热解反应中用金属烷基化物和金属烷基氧化物作为源物质时，得到的沉积层分别为什么物质?如何解释？ 答1、反应类型：热分解反应；化学合成反应；化学输运反应。 2、要求： 1）反应物在气温下最好是气态，或在不太高的温度下就有相当的蒸气压，且容易获得高纯产品。 2）能够形成所需要的材料沉积层，反应副产物均易挥发 3）沉积装置简单操作方便。 3、金属烷基化物，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C-键能，所以可用来沉积氧化物。 2.写出制备光导纤维预制棒的主要反应和方法。反应体系的尾气如何处理？在管内沉积法和管外沉积法中加入添加剂的顺序有什么不同? 答：方法：管内沉积法，管外沉积法，轴向沉积法，等离子体激活化学气相沉
无机合成化学课后习题
无机合成化学课后习题 第一章 1.现代无机合成的内容和方法与旧时代相比有哪些变化？ 2. 为什么说无机合成化学往往是一个国家工业发展水平的 标志？ 3. 为什么说合成化学是化学学科的核心，是化学家改造世界、创造社会财富的最有力的手段？ 4.您能举出几种由p区元素合成的无机材料吗？ 5.为什么从某种意义上讲,合成化学的发展史就是化学的发 展史？ 6.您或您的朋友的研究课题属于无机合成领域吗？如果是，属于哪个热点领域？举例说明。 7. 什么是极端条件下的合成？能否举一例说明。 8. 查阅文献，找出一例绿色合成原理在无机合成化学中的应用。 9. 何谓软化学合成方法？与所谓的“硬化学法”相比有什么 特点？ 10.在研究工作中，您最喜欢利用哪种工具查阅化合物的合成方法 第二章 1. 化学热力学在无机合成中的起着什么样的重要的作用？
2. Bartlett是怎样从吉布斯-亥姆霍兹方程分析，确立稀有气体第一个化合物制备的热力学根据？ 3. Ellingham 图建立的依据是什么？ 4. 查阅Ellingham 图，看MnO被C还原为金属的最低温度是多少？写出该温度下的总反应方程式。 5. 偶合反应在无机合成中应用的原理何在？请举例说明。 6. 10.Pourbaix图(pH-E)的实质是什么？它都有哪些方面的应用？ 第三章 1.温度与物性有怎样的关系？什么是物质的第五态？ 2.实验室中，获得低温的方法或低温源装置有哪几种？各举 一例。 3.为什么任何碱金属与液氨反应后溶液都具有同一吸收波长 的蓝光？核心物种是什么？如何证明？ 4. 什么是金属陶瓷？有什么特殊性质？用在哪些方面？它们是如何在高温下制备的？ 5. 获得高温有哪些手段？高温合成技术有哪些广泛应用？ 6.何谓高温下的化学转移反应？它主要应用在无机合成的哪些方面？ 7.什么是等离子体超高温合成？它主要有哪些方面的用途？ 8.什么是自蔓延高温合成？该法有什么特点？其关键技术是什么？
无机化学_知识点总结
无机化学（上） 知识点总结 第一章 物质存在的状态 一、气体 1、气体分子运动论的基本理论 ①气体由分子组成，分子之间的距离>>分子直径； ②气体分子处于永恒无规则运动状态； ③气体分子之间相互作用可忽略，除相互碰撞时； ④气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是弹性碰撞。碰撞时总动能保持不变，没有能量损失。 ⑤分子的平均动能与热力学温度成正比。 2、理想气体状态方程 ①假定前提：a 、分子不占体积；b 、分子间作用力忽略 ②表达式：pV=nRT ；R ≈8.314kPa 2L 2mol 1-2K 1- ③适用条件：温度较高、压力较低使得稀薄气体 ④具体应用：a 、已知三个量，可求第四个； b 、测量气体的分子量：pV=M W RT （n=M W ） c 、已知气体的状态求其密度ρ：pV=M W RT →p=MV WRT →ρMV RT =p 3、混合气体的分压定律 ①混合气体的四个概念 a 、分压：相同温度下，某组分气体与混合气体具有相同体积时的压力； b 、分体积：相同温度下，某组分气体与混合气体具有相同压力时的体积 c 、体积分数：φ= 2 1 v v d 、摩尔分数：xi= 总 n n i ②混合气体的分压定律 a 、定律：混合气体总压力等于组分气体压力之和； 某组分气体压力的大小和它在混合气体中体积分数或摩尔数成正比 b 、适用范围：理想气体及可以看作理想气体的实际气体 c 、应用：已知分压求总压或由总压和体积分数或摩尔分数求分压、 4、气体扩散定律 ①定律：T 、p 相同时，各种不同气体的扩散速率与气体密度的平方根成反比： 2 1 u u =21p p =2 1 M M (p 表示密度) ②用途：a 、测定气体的相对分子质量；b 、同位素分离 二、液体
无机化学知识点归纳
无机化学知识点归纳 一、常见物质的组成和结构 1、常见分子（或物质）的形状及键角 （1）形状：V型：H2O、H2S 直线型：CO2、CS2 、C2H2平面三角型：BF3、SO3 三角锥型：NH3正四面体型：CH4、CCl4、白磷、NH4+ 平面结构：C2H4、C6H6 （2）键角：H2O：104.5°；BF3、C2H4、C6H6、石墨：120°白磷：60° NH3：107°18′CH4、CCl4、NH4+、金刚石：109°28′ CO2、CS2、C2H2：180° 2、常见粒子的饱和结构： ①具有氦结构的粒子（2）：H－、He、Li+、Be2+； ②具有氖结构的粒子（2、8）：N3－、O2－、F－、Ne、Na+、Mg2+、Al3+； ③具有氩结构的粒子（2、8、8）：S2－、Cl－、Ar、K+、Ca2+； ④核外电子总数为10的粒子： 阳离子：Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、H3O+； 阴离子：N3－、O2－、F－、OH－、NH2－； 分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4 ⑤核外电子总数为18的粒子： 阳离子：K+、Ca 2+； 阴离子：P3－、S2－、HS－、Cl－； 分子：Ar、HCl、H2S、PH3、SiH4、F2、H2O2、C2H6、CH3OH、N2H4。 3、常见物质的构型： AB2型的化合物（化合价一般为＋2、－1或＋4、－2）：CO2、NO2、SO2、SiO2、CS2、ClO2、CaC2、MgX2、CaX2、BeCl2、BaX2、KO2等 A2B2型的化合物：H2O2、Na2O2、C2H2等 A2B型的化合物：H2O、H2S、Na2O、Na2S、Li2O等 AB型的化合物：CO、NO、HX、NaX、MgO、CaO、MgS、CaS、SiC等 能形成A2B和A2B2型化合物的元素：H、Na与O，其中属于共价化合物（液体）的是H 和O［H2O和H2O2］；属于离子化合物（固体）的是Na和O［Na2O和Na2O2］。 4、常见分子的极性： 常见的非极性分子：CO2、CS2、BF3、CH4、CCl4、、SF6、C2H4、C2H2、C6H6等 常见的极性分子：双原子化合物分子、H2O、H2S、NH3、H2O2、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3等5、一些物质的组成特征： （1）不含金属元素的离子化合物：铵盐 （2）含有金属元素的阴离子：MnO4－、AlO2－、Cr2O72－ （3）只含阳离子不含阴离子的物质：金属晶体 二、物质的溶解性规律 1、常见酸、碱、盐的溶解性规律：（限于中学常见范围内，不全面） ①酸：只有硅酸（H2SiO3或原硅酸H4SiO4）难溶，其他均可溶； ②碱：只有NaOH、KOH、Ba(OH)2可溶，Ca(OH)2微溶，其它均难溶。 ③盐：钠盐、钾盐、铵盐、硝酸盐均可溶； 硫酸盐：仅硫酸钡、硫酸铅难溶、硫酸钙、硫酸银微溶，其它均可溶；
无机化学期末考试试卷 (2)
李生晓梦晓李飞刀制作双击可修改,再上传必究 再上传必究 2018级 无机化学期末考试 所有答案请作答到“答题卡”，否则无效！ 一、选择题（单选，1.5分/题，共计30分） 1、质量浓度为11.1g ·L －1的CaCl 2（M ＝111.0g ·L －1 ）溶液的渗透浓度是（ ）。 （A ）100mmol ·L －1 （B ）200mmol ·L －1 （C ）300mmol ·L －1 （D ）400mmol ·L －1 2、在多电子原子中，具有下列各组量子数的电子中能量最高的是（ ）。 （A ）3，2，＋1，＋ 12 （B ）3，1，0，－12 （C ）3，1，－1，－12 （D ）4，2，0，＋1 2 3、HAC 的解离度和溶液pH 均减小，可向HAC 溶液中加入（ ） （A ） NaOH （B ） HCl （C ） H 2O （D ） NaAc 4、下列电池中，电动势最大的是( ) （A ）(－)Zn|Zn 2+(c ?)‖Cu 2+ (c ?)|Cu( ＋) （B ）(－)Zn|Zn 2+(0.1 mol·L -1)‖Cu 2+ (c ?)|Cu( ＋) （C ）(－)Zn|Zn 2+(c ?)‖Cu 2+(0.1 mol·L -1 )|Cu( ＋) （D ）(－)Zn|Zn 2+(0.1 mol·L -1)‖ Cu 2+(0.1 mol·L -1 )| Cu( ＋) 5、下列物质不属于共轭酸碱对的是：（ ）。 （A ）43NH NH +- （B ）3H O OH +-- （C ）244HSO SO --- （D ）322625[Al(H O)][Al(H O)OH]++- 6、角量子数l=2的某一电子，其磁量子数m ( ) （A ）只有一个数值 （B ）可以是三个数值中的任一个 （C ）可以是五个数值中的任一个（D ）可以有无限多少数值 7、某元素的原子在基态时有6个电子处于n=3,l=2的能级上，其未成对的电子数为（ ） （A ）4 （B ）5 （C ）3 （D ）2 8、下列各组量子数，不正确的是 （ ） （A ）n=2,l=1,m=0,s=-1/2（B ）n=3,l=0,m=1,s=1/2 （C ）n=2,l=1,m=-1,s=1/2 （D ）n=3,l=2,m=-2,s=-1/2 9、下列叙述正确的是 ( ) (A) 同离子效应与盐效应的效果是相同的 (B) 同离子效应与盐效应的效果是相反的 (C) 盐效应与同离子效应相比影响要大的多 (D) 以上说法都不正确 10、欲配制pH = 6.50的缓冲溶液，用下列何种酸最好 ( ) (A) (CH 3)2AsO 2H (K a = 6.40×10－7) (B) ClCH 2COOH (K a = 1.40×10－3 ) (C) CH 3COOH (K a = 1.76×10－5) (D) HCOOH (K a = 1.77×10－4 ) 11、已知E θ（Cl 2/ Cl -）= +1.36V ，在下列电极反应中标准电极电势为+1.36V 的电极反应是： （A ） Cl 2+2e- = 2Cl - （B ） 2Cl - - 2e- = Cl 2 （C ） 1/2 Cl 2+e- = Cl - （D ） 都是 12、下列化合物中，氧呈现+2价氧化态的是 ( ) (A) Cl 2O 5 (B) BrO 2 (C) HClO 2 (D) F 2O 13、 电极电势与pH 无关的电对是 ( ) (A) H 2O 2/H 2O (B) IO 3－/I － (C) MnO 2/Mn 2+ (D) MnO 4－/MnO 42－ 14、有关标准氢电极的叙述中不正确的是 ( ) (A) 标准氢电极是指将吸附纯氢气（分压101.325kPa ）达饱和的镀铂黑的铂片浸在H +离子活度为1 mol·L －1 的酸溶液中组成的电极 (B) 温度指定为298K (C) 任何一个电极的电势绝对值均无法测得，电极电势是指定标准氢电极的电势为零而得到的相对电势 (D) 使用标准氢电极可以测定所有金属的标准电极电势 15、下列有关分步沉淀的叙述中正确的是( ) （A ）.溶度积小者一定先沉淀出来 （B ）.沉淀时所需沉淀试剂浓度小者先沉淀出来 （C ）.溶解度小的物质先沉淀出来 （D ）.被沉淀离子浓度大的先沉淀 16、向饱和AgCl 溶液中加水，下列叙述中正确的是 ( ) （A ）AgCl 的溶解度增大（B ）AgCl 的溶解度、K sp 均不变 （C ）AgCl 的K sp 增大（D ）AgCl 溶解度增大 17、将红细胞置于体积比1:2的生理盐水和50g/L 葡萄糖溶液的混合溶液中，红细胞将（ ） （A ）皱缩 （B ） 膨胀 （C ）不受影响 （D ）无法判断 18、外加直流电场于胶体溶液时，向某一电极方向运动的只是（ ） （A ） 胶核 （B ） 紧密层 （C ）胶团 （D ） 胶粒 19、化合物[Co(NH 3)4Cl 2]Br 的名称是（ ） （A ）溴化二氯四氨钴酸盐（Ⅱ） （B ）溴化二氯四氨钴酸盐（Ⅲ） （C ）溴化二氯四氨合钴（Ⅱ） （D ）溴化二氯四氨合钴（Ⅲ） 20、下列原子轨道沿x 键轴重叠时，能形成σ键的是（ ） （A ）p x -p x （B ）p y -p y （C ）p x -p z （D ）s-d z 2 二、 判断题 （2分/题，共计20分） 1、把红细胞放入高渗溶液中，会发生溶血现象。 2、当一种氧化剂与几种还原剂反应时，通常优先与较强的还原剂反应。 3、在配位个体中，中心原子的配位数等于配体的数目。 4、电池电动势E>0时，氧化还原反应自发进行。 5、在一定温度下，向含有大量AgI 固体的溶液中假如适量水时，AgI 的标准溶度积常数和溶解度均不发生变化。 6、非极性分子中的化学键不一定是非极性共价键。 7、电子通过晶体时能产生衍射现象，说明它具有波动性。 8、若两种溶液的渗透压力相等，则它们的物质的量浓度也相等。 9、只有电子才有波粒二象性。 10、杂化轨道的成键能力大于参与杂化的各原子轨道的成键能力。 三、名词解释 （2分/题，共计20分） 1、semipermeable membrane 2、primary battery 3、hypertonic solution 4、wave function 5、covalent bond 6、reducting agent 7、coordination compound 8、inorganic chemistry 9、osmotic pressure 10、dispersed system 四、 问答题（10分/题，共计30分） 1、写出K 、Cr 和S 元素的核外电子排布。 2、将相同体积的0.008mol·L -1 AgNO 3溶液与0.006mol·L -1 KBr 溶液混合，制备AgBr 溶胶，该胶团的结构式是什
无机合成化学复习资料
第二章气体和溶剂 P45 1.使用气体应注意哪些安全问题？ 答：防毒 防火防爆 2.试述气体的来源和净化步骤，如何除去气体中的水分？ 答：来源 1.工业制备 2.实验室制备 净化步骤： 1.除去液雾和固体颗粒 2.干燥 3.除氧 4.除氮 去除气体中水分有两条途径： 1.让气体通过低温冷降，使气体中的水分冷冻下来 2.让气体通过干燥剂，将水分除去 3.干燥气体的干燥剂有哪些？选择干燥剂应考虑哪些因素？ 答：干燥剂有两类： 1.可同气体中的水分发生化学反应的干燥剂 2.可吸附气体中水分的干燥剂 应从以下方面考虑： 干燥剂的吸附容量，干燥剂的吸附容量越大越好 吸附速率，吸附速率越快越好 残留水的蒸汽压，吸附平衡后蒸汽压越小越好 干燥剂的再生 4.如何进行无氧实验操作？ 1.无水无氧操作室 2保护气体及其净化 3 试剂的储存和转移 4 反应、过滤和离心分离及升华提纯 5 样品的保存和转移 5.溶剂有哪些类型？质子溶剂有什么特点？质子惰性溶剂分为几类？举例说明溶剂类型：质子溶剂，质子惰性溶剂，固态高温溶剂 质子溶剂的特点：自电离 质子惰性溶剂分类： a惰性溶剂四氯化碳，环己烷等 b偶极质子惰性溶剂。乙腈，二甲基亚砜等 c两性溶剂三氟化溴 d无机分子溶剂二氧化硫，四氧化二氮。 6. 使用溶剂时应考虑哪些因素？依据哪些原则？ 答：因素：反应物的性质,生成物的性质,溶剂的性质
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易于使产物分离。 7.规则溶液理论的是用范围是什么？ 答：规则溶液理论只能适用于混合物，在这个混合物中没有化学反应和溶剂化效应。 8.下列反应在水和液氨中进行效果有什么不同？ 答：在水中进行时，反应产物为氯化银有白色沉淀。在液氨进行时，溶液为无色透明，发生了络合效应。 9.什么叫拉平效应和区分效应？ 答：拉平效应：将各种不同强度的酸拉平到溶剂化质子的水平的效应区分效应：能区分酸（或碱）强弱的作用为区分效应。 10.举例说明非水溶剂在无机合成中的应用。 答：a水溶液中难以生成化合物的制备。 b无水盐的制备 c异常氧化态特殊配位化合物的制备 d控制制备反应的速度 e提高制备反应的产率。 第三章经典合成方法 1. 化学气相沉积法有哪些反应类型？该法对反应体系有什么要求？在热解反应中用金属烷基化物和金属烷基氧化物作为源物质时，得到的沉积层分别为什么物质?如何解释？ 答1、反应类型：热分解反应；化学合成反应；化学输运反应。 2、要求： 1）反应物在气温下最好是气态，或在不太高的温度下就有相当的蒸气压，且容易获得高纯产品。 2）能够形成所需要的材料沉积层，反应副产物均易挥发 3）沉积装置简单操作方便。 3、金属烷基化物，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C-键能，所以可用来沉积氧化物。 2.写出制备光导纤维预制棒的主要反应和方法。反应体系的尾气如何处理？在管内沉积法和管外沉积法中加入添加剂的顺序有什么不同? 答：方法：管内沉积法，管外沉积法，轴向沉积法，等离子体激活化学气相沉
2018考研专业介绍：无机化学专业院校排名及研究方向
2018考研专业介绍：无机化学专业院校 排名及研究方向 一、专业介绍 1、概述： 无机化学是化学下属的二级学科，是以实验为基础的一门基础性学科，是研究无机物质的组成、性质、结构和反应的科学，是化学中最古老的分支学科。近年来，无机化学的研究与发展越来越受到化学界的重视，现已从最早的理论性研究逐步地进入到人类社会的现代化建设中。无机化学是我国最早设置的化学专业之一。 2、研究方向： 无机化学的研究方向主要有 01无机合成化学 02能源材料化学 03无机纳米材料 04化学电源 05功能性配合物化学 06生物无机化学 (注：各大院校的研究方向有所不同，以南开大学为例) 3、培养目标： 本专业硕士学位获得者应具有较深厚的近代无机化学和结构化学等基础理论知识;熟悉并掌握近代无机合成技术以及对化合物进行表征的常用近代物理研究方法、现代化学实验技术;了解相关领域在国内外的现状和发展趋势，能够适应我国经济、科技、教育发展需要;具有较好的实验技能和总结归纳分析问题的能力，能独立进行科研工作;有严谨的学风;至少掌握一门外国语，具有较熟练的阅读能力以及一定的写作和听说能力。毕业后可胜任高校、科研院所和企业单位的教育、科研和应用开发或管理工作。 4、研究生入学考试科目： ①101思想政治理论 ②201英语一 ③708综合化学 ④820无机化学 (注：各大院校的考试科目有所不同，以南开大学为例) 5、相关专业 与无机化学专业相关的二级学科有：分析化学、有机化学、物理化学、高分子化学与物理 二、专业素质要求及就业 无机化学是化学科学中发展最早的一个分支学科。它承担着研究所有元素的单质和化合物(碳氢化合物及衍生物除外)的组成、结构、性质和反应的重大任务。当前无机化学的发展有两个明显趋势，即在广度上的拓宽和深度上的推进。它与现代文明的三大支柱：能源、信息和材料紧密相联。随着各学科的相互渗透及其自身的新成就，无机化学学科已发展到一个新阶段，在新材料的制备及应用上，已具有了相当重要的战略地位，具有广阔的发展前景，同步于材料科学、生命科学以及信息、能源的发展，是各类交叉学科的源始学科，特别是材
无机合成化学参考题
无机合成参考题
无机合成化学参考题 1.进行无机合成时，选择溶剂应遵循什么样的原则？ 答：有利于反应进行 对人毒性较小 对环境污染小 不是很贵 2.分子筛可以用于纯化与催化反应的原理是什么？ 答：原理：分子筛中有均匀的空隙结构当物质大小与分子筛空隙大小相近时就会透过分子筛进而阻挡一部分物质，达到纯化的目的。分子筛中有许许多多的空腔，空腔内又有许多直径相同的微孔相连，这些微孔能将极性不同，沸点不同，饱和程度不同的分子分离开来就可以达到纯化的作用。 分子筛经过质子交换处理后，表面具有丰富的质子酸位，可以在酸催化反应中可以提供很高的催化活性，其孔道结构形成选择性也可催化炼油反应。 3.以1 : 1摩尔比的MgO和Al2O3的混合物反应生成尖晶石为例来讨论固体反 应过程的影响因素。并解释为什么在实际实验中反应生成两界面以1 : 2.7的比例移动？ 4.精细陶瓷与传统陶瓷有什么区别？ 答：原料：前者使用粘土为主要原料，后者则使用可以在化学组成、形态、粒度和分布精确控制的氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等为主要原料。 成分：前者由粘土产地决定，后者因为是纯化合物由人工配比决定。 定制工艺：前者主要是手工来制坯，上釉工艺，以炉窑来生产，后者主要用等静压，注射成型和气相沉积来获得相对精确的和较大密度的坯体，以真空烧结等先进烧结手段。 性能：前者主要用来观赏，生活使用，后者则具有高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘以及在磁、电、光、声、生物工程各方面具有的特殊功能
在高温机械等领域得到广泛的应用。 5.什么叫水热与溶剂热合成，影响水热反应的因素有哪些？ 答：概念：水热与溶剂热合成指在一定温度下（100—1000°C）和压强 （1-100MPa）条件下利用溶液中物质化学反应来合成材料，重点研究高温和密闭或高压条件下溶液中的化学行为与规律一般在特定类型的密闭容器活高压釜中进行的一类有效的合成方法。 影响因素：溶液中的溶剂种类，如水或者非水 反应物本身性质 温度一般是较低温度 压力，pH等 反应时间，添加剂， 6.溶胶—凝胶合成的原理是什么？该合成方法有哪些特点？ 答：原理：一般以无机物或者金属醇盐做前驱体，在液相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，溶胶经过陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，形成凝胶，再经过干燥，烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。 特点：优点：因为起始原料首先被分散在溶剂中形成低粘度溶液所以可以均匀混合得到均匀的材料 所制备的原料具有较高的纯度 材料组成组分较好控制 反应时温度比较低 具有流变特性 可以控制孔隙度 缺点：原料成本较高 存在残留小空洞 较长反应时间 有机溶剂对人有一定的危害性 7.离子液体的含义，与传统溶剂相比有哪些优点？
无机合成化学作业4-5
第四章 1.何谓软化学？他有什么特征？ 答：通常将在温和条件下进行的反应如先驱物法，水热法，溶胶凝胶法，局部化学反应，流变相反应，低热固相反应称之为软化学。 特点：反应常在交温和的条件下进行。反应过程路径机制易于控制。 2.绿色化学是在什么背景下提出的？它有什么内涵和特点？ 答：化学物质大规模地生产和广泛使用，使得全球性的生态环境问题日趋严重。在经过千方百计的末端治理效果不佳的情况下，国际社会重新审视已经走过的环保历程，提出了绿色化学的概念。所谓绿色化学又称环境无害化学，环境友好化学，清洁化学，在绿色化学基础上发展的技术称环境友好技术。它的主要特点是“原子经济型”。即在获取新物质的转换过程中充分利用原料中的每个原子，实现化学反应中废物的零排放。 3.软化学和绿色化学有哪些异同点？ 答：绿色化学和软化学关系密切。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，这与绿色化学是一致的。但在有些情况下，它并没有解决经济洁净的问题。绿色化学是全方位地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统一。 4.分别叙述先驱物法和溶胶-凝胶法的定义和特点。在何种情况下不宜用先驱物法？(P127 P129 P130 P131) 答：先驱物法：先驱物法是为了解决高温固相反应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的合成方法。其基本思路是：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。先驱物法特点：（1）混合的均一化程度高（2)阳离子的摩尔比准确（3）反应温度低下种情况不宜使用先驱物法：（1)两种反应物在水中溶解度相差很大（2）生成物不是以相同的速度产生结晶（3）常生成过饱和溶液溶胶-凝胶法：胶体分散系是分散程度很高的多相体系。溶胶的粒子半径在1～100nm间，具有很大的相界面，表面能高，吸附性能强，许多胶体溶液之所以能长期保存，就是由于胶粒表面吸附了相同电荷的离子。由于同性相持使胶粒不易聚沉，因而胶体溶液是一热力学不稳定而动力学稳定的体系。如果在胶体溶液中加入电解质或者两种带相反电荷的胶体溶液相互作用，这种动力学上的稳定性立即受到破坏，胶体溶液就会发生聚沉，成为凝胶。这种制备无机化合物的方法叫做溶胶凝胶法。溶胶凝胶法特点：（1）通过混合个反应物的溶液，可获得所需要的均相多组分体系（2）可大幅度降低制备材料和固体化合物的温度，从而可在比较温和的条件下制备陶瓷、玻璃等功能材料。(3) 利用溶胶或凝胶的流动性，通过某种技术如喷射、浸涂等合成出特殊形态的材料如薄膜、纤维、沉积材料。 5.溶胶有什么特点？如何使溶胶成为凝胶？为什么说溶胶体系是热力学上不稳定而动力学上稳定的体系？ 答：溶胶分散系是分散程度很高的多相体系。溶胶粒子半径在1到100nm 之间，具有很大的相界面。表面能高，吸附性强，许多胶体溶液之所以能长期保存，就是由于胶粒表面吸附了相同电荷的离子。由于同性相斥使得胶粒不易聚成，因为胶体溶液是一个热力学不稳定而动力学稳定的体系。如果在胶体溶液中加入电解质或者两种相反电荷的胶体溶液相互作用，这种动力学上的稳定性立即受到