Review： Inorganic Chemistry Midsemester Exam(科学出版社（湖南大学）前六章)

第一章：化学基础知识

物质的分类

本章主要研究的物质状态包括：

• 气体
• 液体
• 固体
  其他物质状态诸如等离子体、玻璃态等不在本章讨论范围内。

气体

描述方法：

• 体积
• 物质的量
• 分压
• 理想气体状态方程: $PV=nRT$
• 实际气体状态方程: 范德瓦尔斯方程： $(P+a(\frac{n}{V})^2)(V-nb)=nRT$
• 气体混合物的分压定律：道尔顿定律：
  $P_{total}=\sum P_i$
  $P_i=x_iP_{total}$
  带入理想气体状态方程可得：
  $P_iV = n_iRT$
  $P_{total}V_i = n_iRT$

液体

描述方法：

• 体积分数：$x_i = V_i / V_total$
• 摩尔分数：$x_i = n_i / n_{total}$
• 质量分数：$w_i = m_i / m_{total}$
• 浓度：$C_i = n_i / V$
• 质量摩尔浓度：$b_B = m_B /m_A$
  需要注意的是，对于稀溶液，有$x_B=\frac{n_B}{n_A+n_B}\approx\frac{n_B}{n_A}=\frac{M_r(A)n_B}{m_A}=kb_B$
• 拉乌尔定律：$P^*=P*x_\text{剂}$ ,由上面的结论可知：$\Delta P=P^*-P=P*(1-x_\text{剂})=P*x_{\text{质}}$

固体_液体

湖大版教材只研究固体和液体的熔沸点上升下降，未涉及固体的其他性质。

• $$\Delta T_f = K_f*b$$

• $$\Delta T_b = K_b*b$$

需要注意的是，以上公式均适用于难挥发电解质稀溶液。
同时，公式中的b指的是溶质粒子的质量摩尔浓度。
例如，对于NaCl溶液，溶质粒子为Na+和Cl-，则$b=2*\frac{m_{NaCl}}{m_{H_2O}}$。

第二章：化学热力学基础

概念

• 内能（U）：系统的总能量，包括动能和势能，对于理想气体其等于$$。
• 焓（H）：系统的总热含量，定义为$H=U+PV$。
• 熵（S）：系统的无序程度，定义为$S=k_B \ln\Omega$，其中$\Omega$为系统的微观状态数。对于相变点下的相变反应，及其他可逆过程，有：$\Delta S=\frac{Q_r}{T}$
• 吉普斯自由能（G）：定义为$G=H-TS$，用于判断在恒温恒压条件下反应的自发性。
• 标准状况（很多情况下作为重要破题口）：标准状况下，对于气体$P_i=100kPa$,液体$c^\ominus=1mol/L$。
• 标准摩尔燃烧热：$\Delta_c H_m^\ominus$，指在标准状况下，每摩尔物质完全燃烧时释放的热量，生成物应为指定生成物且处于指定状态。
• 表示摩尔生成热：$\Delta_f H_m^\ominus$，指在标准状况下，由其元素的标准态组成1摩尔该物质时所放出的热量。
• 标准摩尔生成焓：$\Delta_f G_m^\ominus$，指在标准状况下，由其元素的单质的标准态组成1摩尔该物质时所放出的吉布斯自由能变化。
• 标准摩尔熵：$S_m^\ominus$，指在标准状况下，1摩尔物质的熵值。因为绝对零度的存在，熵的有零点的。

公式

• 热力学第一定律：$\Delta U=Q+W$，其中$Q$为系统吸收的热量，$W$为系统对外做的功。
• $W=-P_{ext}\Delta V$，对于等压过程，$W=-P\Delta V$，对于气体反应$W=-\Delta n(g)RT$。
• $Q_p=\Delta H$，等压过程吸收的热量等于焓变。$Q_v=\Delta U$，等体积过程吸收的热量等于内能变。
• $Q_p = Q_v + W$
• $\Delta_rH_m^\ominus=\Delta_rU_m^\ominus+\Delta v(g)RT$
• $\Delta_rG_m^\ominus=\Delta_rH_m^\ominus-T\Delta_rS_m^\ominus$
• 化学反应等温式：$\Delta_rG_m=\Delta_rG_m^\ominus+RT\ln Q$

注意：对于$\Delta_rS_m^\ominus$和$\Delta_rH_m^\ominus$有：

• $\Delta_rS_m^\ominus(T)=\Delta_rS_m^\ominus(298K)$
• $\Delta_rH_m^\ominus(T)=\Delta_rH_m^\ominus(298K)$

第三章: 化学反应速率

基本概念

• 反应进度: $\xi$，定义为反应物或生成物的变化量与其化学计量数之比。
• 反应速率: $v=\frac{1}{\nu_i}\frac{dn_i}{dt}=\frac{d\xi}{dt}$
• 速率常数: $k$，在一定温度下，反应速率与反应物浓度的关系常用速率常数表示。
• 反应级数: $n$，表示反应速率对反应物浓度的依赖程度。

公式

• 速率方程：$v = kc_A^m c_B^n$,其反应级数为m+n。
  • 质量作用定律：对于基元反应，速率方程可直接由反应方程式写出。
  • 对于0级反应：$v=k$得$c = c_0 - kt$,$t_{1/2}=\frac{c_0}{2k}$
  • 对于一级反应：$v=kc$得$lnc = lnc_0 - kt$,$t_{1/2}=\frac{0.693}{k}$，故由此可得重要结论若反应的半衰期与起始浓度无关，则为一级反应
• 阿伦尼乌斯方程：$k=Ae^{-\frac{E_a}{RT}}$
  • $E_a与lnk$的关系$lgk=-\frac{E_a}{2.303RT}+lgA$
  • 温度对于k的影响：$lg\frac{k_1}{k_2}=\frac{E_a}{2.303R}\cdot\frac{T_2-T_1}{T_1T_2}$
  • $\Delta_rG_m^\ominus$与$K^\ominus$的关系:$\Delta_rG_m^\ominus =-RTlnK^\ominus$
  • $\frac{lnk^\ominus}{dT}=\frac{E_a}{RT^2}$

第四章：酸碱解离平衡

公式:

• 对于$\frac{c_0}{K^\ominus}>400$的情况:$[H^+]or[OH^-]=\sqrt{c_0K^\ominus}$;$\alpha=\sqrt{\frac{K^\ominus}{c_0}}$

• 指示剂理论变色点：$PH=PK_a$

• 缓冲溶液：$PH = PK_a-lg\frac{c_\text{酸}}{c_\text{盐}}$

• 对于多元酸：

  • 氢离子浓度仅由一级电离决定
  • $[H^+]=[H_{n-1}A^-]$
  • $[H_{n-2}A^{2-}]=K_{a2}^\ominus$

• 水解(当$\frac{c_0}{K_h^\ominus}>400$)

  • 强酸弱碱盐：$[H^+]=\sqrt{K_h^\ominus c_0}=\sqrt{\frac{K_w^\ominus}{K_b^\ominus c_0}}$
  • 强碱弱酸盐$[OH^-]=\sqrt{K_h^\ominus c_0}=\sqrt{\frac{K_w^\ominus}{K_a^\ominus c_0}}$
  • 弱酸弱碱盐（浓度不能太低）：$[H^+]=\sqrt{\frac{K_a^\ominus K_w^\ominus}{K_b^\ominus}}$

各种理论：

• 同离子效应：抑制解离

• 盐效应：促进解离

• 酸碱质子理论：

  • 给出质子的叫做酸
  • 得到质子的叫做碱
  • 酸碱电离后会得到共轭碱酸

• 酸碱溶剂理论：

  • 增大特征阳离子:酸
  • 减少特征阳离子：碱

• 路易斯电子酸碱：

  • 给出电子：碱
  • 得到电子：酸
  • 硬对硬，软对软；大r对大r，小r对小r

第五章：沉淀溶解平衡

概念与公式没什么好说的，重点注意沉淀的转化与溶解度概念的改变。

第六章：氧化还原反应

概念

• 化合价与氧化数：

  • 化合价：由微观结构出发
  • 氧化数：由化学式出发

• 电池符号（要求）：

  • 左边负极右边正极
  • 用|表示相界，||表示盐桥，若没有盐桥，用溶液形成回路，则写溶液
  • 高氧化态靠近盐桥，低氧化态电极
    • 若从左边往右边写正极：先写低价再写高价；写负极：先写高价再写低价。
  • 相同存在形式的不同物质用逗号隔开，气体标明压强，溶质标明浓度

• 电极电势：极板和溶液的电势差

  • 电极电势高的，表示其氧化型的氧化性更强
  • 电极电势低的，表示其还原型还原性更强

• 电动势： 两端电极电势的电势差

公式

• $\Delta_rG_m^\ominus=-zE^\ominus F$
• $E^\ominus_\text{池} = E^\ominus_\text{正极} - E^\ominus_\text{负极}= \phi^\ominus_\text{正极} - \phi^\ominus_\text{负极} = \frac{0.059V}{z}lgK^\ominus$
• $\phi=\phi^\ominus-\frac{0.059V}{z}lgQ$
• $E=E^\ominus-\frac{0.059V}{z}lgQ$
• $\phi_i = \frac{\sum z_i\phi_i}{\sum z_i}$
• 在自由能-氧化数图中斜率$k=\phi F$

其他

• 影响电极电势的因素
  • 酸度
  • 沉淀
• 电极电势的应用：
  • 判断氧化还原反应能否发生
  • 判断电池的正负极
  • 算反应的$K^\ominus$
  • 算$Ksp$
• 对于$H^+$，我们规定，在水溶液中，$c=1mol/L$的氢离子的$\Delta_fG_m^\ominus$、$\Delta_fH_m^\ominus$、$S_m^\ominus$均为零