《農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)應(yīng)用化學(xué)》

馬婷婷本

學(xué)

期授課學(xué)時教學(xué)周數(shù)周

學(xué)

時課堂教學(xué)學(xué)

時實

驗

課學(xué)

時901867020課程安排教學(xué)內(nèi)容安排學(xué)時授課方式

第一章溶液和膠體

第二章化學(xué)平衡和電解質(zhì)溶液

第三章氧化還原反應(yīng)

第四章配位平衡

第五章定量分析化學(xué)概述

第十章有機化學(xué)概述

第十一章烴

第十二章醇、酚、醚

第十三章醛、酮、醌

第十四章羧酸及其衍生物

第十七章糖類

第十八章蛋白質(zhì)6126682866622講授講授講授講授講授講授講授講授講授講授講授講授教學(xué)內(nèi)容安排實驗安排實驗內(nèi)容安排學(xué)時授課方式第一節(jié)實驗室安全知識及玻璃儀器的洗滌第二節(jié)分析天平的使用第三節(jié)NaOH濃度的標(biāo)定第四節(jié)酸堿滴定第五節(jié)醋酸解離常數(shù)測定第六節(jié)鄰二氮非光度法測鐵第七節(jié)工業(yè)酒精蒸餾第八節(jié)重結(jié)晶222222422實驗實驗實驗實驗實驗實驗實驗實驗實驗

緒論：

走進(jìn)神秘絢麗多彩的化學(xué)世界一、化學(xué)無處不在自然界的一切物質(zhì)，大至天體、星球，小至生物、原子，無論有生命還是無生命的，都是由各種化學(xué)元素組成的。并且物質(zhì)還在不斷的變化著。因此，化學(xué)即是研究物質(zhì)變化的科學(xué)。現(xiàn)代化的文明和生活幾乎都不能缺乏“化學(xué)”，人類的衣食住行，空間技術(shù)及環(huán)境工程等，無不與化學(xué)息息相關(guān)。一、化學(xué)無處不在衣一、化學(xué)無處不在食一、化學(xué)無處不在住一、化學(xué)無處不在行二、化學(xué)的研究對象化學(xué)幾乎與所有其他學(xué)科一樣，分擔(dān)著發(fā)展材料、能源信息和生物工程等一系列高技術(shù)的重任，化學(xué)和物理一起是當(dāng)代自然科學(xué)的軸心。化學(xué)是自然科學(xué)中的一門重要學(xué)科，它是在分子、原子或離子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用以及物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的一門學(xué)科。思考：生物專業(yè)的學(xué)生為什么必須學(xué)習(xí)化學(xué)呢？1.化學(xué)從學(xué)科的角度看，化學(xué)學(xué)科為一級學(xué)科，它的

分支有無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)等，這些均為二級學(xué)科。《農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)應(yīng)用化學(xué)》就是根據(jù)生物農(nóng)業(yè)專業(yè)的特點和需要，扼要地介紹無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)中的基本理論和基礎(chǔ)知識。2.在生物與農(nóng)業(yè)研究中，植物營養(yǎng)學(xué)、肥料學(xué)、作物施肥學(xué)、生物試驗以及植物營養(yǎng)分析等學(xué)科的迅速發(fā)展，趨向于用化學(xué)語言進(jìn)行表達(dá)。美國醫(yī)學(xué)教授、諾貝爾獎金獲得者A.Komberg疾呼：要“把生命理解成化學(xué)”。由此可見，對生物與農(nóng)業(yè)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)化學(xué)課是十分必要的。生物專業(yè)的學(xué)生有了良好的化學(xué)基礎(chǔ)，無論是對生物專業(yè)各門課程的學(xué)習(xí)還是對今后從事科學(xué)研究都是十分有用的。三、化學(xué)的分支學(xué)科無機化學(xué)

無機化學(xué)研究的對象是元素及其化合物（即沒有生命的化學(xué)），是化學(xué)學(xué)科中發(fā)展最早的一個分支學(xué)科。有機化學(xué)有機化學(xué)是研究有機物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成及其相關(guān)理論的學(xué)科。分析化學(xué)分析化學(xué)即研究物質(zhì)的組成、含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等化學(xué)信息的分析方法及理論，是化學(xué)的一個重要分支。四、怎樣學(xué)好農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)應(yīng)用化學(xué)預(yù)習(xí)聽課筆記練習(xí)復(fù)習(xí)實驗自學(xué)討論課外讀物農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)應(yīng)用化學(xué)第一章溶液和膠體第一節(jié)溶液及其濃度一種物質(zhì)以分子、原子或離子狀態(tài)分散于另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的均勻而穩(wěn)定的體系叫溶液。通常所謂的溶液指液態(tài)溶液，最常見的是以水為溶劑的水溶液；空氣就是氣態(tài)溶液；汞溶解于金屬鋅當(dāng)中就是固態(tài)溶液注：溶液既不是溶質(zhì)和溶劑的機械混合，也不是兩者的化合物。嚴(yán)格地講溶解是一個物理化學(xué)過程。一、分散體系

分散體系：一種或幾種物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)中所形成的體系。分散系中被分散的物質(zhì)叫分散質(zhì)/分散相，而容納分散質(zhì)的物質(zhì)叫分散劑/分散介質(zhì)。例如：氯化鈉溶液：氯化鈉為分散質(zhì)，水為分散劑云霧：水滴為分散質(zhì)，空氣為分散劑表1-1按分散質(zhì)和分散劑聚集狀態(tài)分類

分散質(zhì)分散劑實例

氣氣空氣、家用煤氣液氣云、霧固氣煙、灰塵氣液泡沫、汽水液液牛奶、豆?jié){、農(nóng)藥乳濁液固液泥漿、油漆、墨水氣固泡沫塑料、木炭、浮石液固肉凍、硅膠、珍珠固固紅寶石、合金、有色玻璃

表1-2按分散質(zhì)粒子的大小分類分散質(zhì)粒子直徑分散系類型分散質(zhì)主要性質(zhì)>100nm粗分散系：乳濁液、懸濁液分子的大集合體多相，不穩(wěn)定，擴(kuò)散很慢，顆粒不能透過濾紙1-100nm膠體分散系：高分子溶液、溶膠高分子分子、離子、原子的聚集體多相，較穩(wěn)定，擴(kuò)散慢，顆粒能透過濾紙，不能透過半透膜<

1nm分子/離子分散系：小分子或離子分散系小分子或離子均相，穩(wěn)定，擴(kuò)散快，顆粒能透過半透膜二、溶液組成的表示方法1.物質(zhì)的量濃度定義：溶液的物質(zhì)的量濃度cB等于溶質(zhì)B的物質(zhì)的量nB

除以溶液的總體積V，即：單位：mol·L-1，濃度很小時可用mmol·L-1關(guān)系：1mol·L-1=1×103mmol·L-1=1×106μmol·L-1

=1×109nmol·L-1物質(zhì)的量n，摩爾質(zhì)量M0.53gNa2CO3的物質(zhì)的量是多少？運用摩爾質(zhì)量的定義式可以方便地計算MB、mB和nB。

正常人血漿中每100mL含Na+326mg、HCO3-164.7mg、Ca2+10mg，它們的物質(zhì)的量濃度(單位mmol·L-1)各為多少？

2.質(zhì)量濃度定義：溶質(zhì)B的質(zhì)量除以溶液的體積，符號為ρB

。單位：kg·L-1，常用g·L-1，也可用mg·L-1，μg·L-1等未知相對分子質(zhì)量的物質(zhì)B即可用質(zhì)量濃度ρB表示3.質(zhì)量摩爾濃度定義：溶質(zhì)B的物質(zhì)的量除以溶劑的質(zhì)量，符號為bB，公式即單位：mol·kg-1由于質(zhì)量摩爾濃度與溫度無關(guān)，因此在物理化學(xué)中廣為應(yīng)用。4.質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義：溶質(zhì)B的質(zhì)量與溶液質(zhì)量之比，符號為ωB。單位：1(one)

例如：100gNaCl溶液中含NaCl10g，可表示為ω

NaCl=0.1=10%defmBωBm

物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)CB—溶質(zhì)B的量濃度;

—溶液的密度;

—溶質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù);

MB—溶質(zhì)B的摩爾質(zhì)量。

物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量摩爾濃度

CB—溶質(zhì)B的量濃度;

—溶液的密度;

m

—溶液的質(zhì)量;

nB

—溶質(zhì)B的物質(zhì)的量。

例2將22.4gMgCl2溶于200mL水（d=1.00kg·L-1）中，

計算所得溶液（d=1.089kg·L-1）的c(MgCl2)、

ρ(MgCl2)、b(MgCl2)

及ω(MgCl2)。解n(MgCl2)===0.235(mol)m(MgCl2)M(MgCl2)22.495.22n(H2O)===11.1(mol)dVM(H2O)1.00×1000×0.2018.0V(溶液)===0.204(L)

md200+22.41.089×1000則n(MgCl2)V(溶液)0.2350.204c(MgCl2)===1.15(mol·L-1

)ρ(MgCl2)=

=

=

109.8(g·L-1

)

mV22.40.204b(MgCl2)=

=

=1.18(mol·kg-1

)n(MgCl2)m(H2O)0.2350.200×1.00ω(MgCl2)==0.020722.4200+22.4第二節(jié)稀溶液的依數(shù)性一、溶液組成及表示方法1.質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%):溶質(zhì)的質(zhì)量(mB)與溶液質(zhì)量(m)之比，稱為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用wB表示，

2.物質(zhì)的量濃度:單位體積(V)的溶液內(nèi)所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量(nB)，稱為溶質(zhì)B物質(zhì)的量濃度，簡稱B的濃度，用符號cB表示，單位mol/L。則xA＋xB＝1

3.質(zhì)量摩爾濃度:溶液中溶質(zhì)B的物質(zhì)的(nB)與溶劑A的質(zhì)量(m)之比，稱為溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度，用符號bB表示，單位為mol/kg。4.摩爾分?jǐn)?shù):物質(zhì)B的物質(zhì)的量(nB)與系統(tǒng)總物質(zhì)的量(n＝nA＋nB)之比，稱為物質(zhì)B摩爾分?jǐn)?shù)或物質(zhì)B的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，xB或yB(氣體)表示，單位1。例題2-3:已知質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸溶液,密度為1.047kg／L.計算(1)HCl的物質(zhì)的量濃度;(2)HCl的質(zhì)量摩爾濃度;(3)HCl的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù).練一練：解:

此溶液中HCl的物質(zhì)的量為(1)

此溶液中HCl的物質(zhì)的量濃度為(2)

此溶液中HCl的質(zhì)量摩爾濃度為(3)

溶液中HCl的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)第二節(jié)稀溶液的通性在難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液中，溶液的某些性質(zhì)僅與溶劑中溶質(zhì)的獨立質(zhì)點數(shù)相關(guān)，而與溶質(zhì)本身的性質(zhì)無關(guān)，如溶液的蒸氣壓、沸點、凝固點和滲透壓等，這類性質(zhì)稱為稀溶液的通性或依數(shù)性。包括：蒸氣壓下降、沸點升高、凝固點降低和滲透壓現(xiàn)象。

稀溶液：溶劑與溶質(zhì)分子之間、溶質(zhì)分子之間沒有相互作用的溶液，為一種理想化的溶液模型。稀溶液的通性：1.1溶液蒸汽壓的下降液體的蒸發(fā)a敞口容器b密閉容器中一定溫度下，敞口容器中液體將不斷蒸發(fā)至沒有液體留下。一定溫度下，密閉容器中的液體隨著蒸發(fā)進(jìn)行，最終將達(dá)到液體蒸發(fā)與氣體凝結(jié)的動態(tài)平衡狀態(tài)，蒸氣壓力不再變化。液體的飽和蒸氣壓

在一定溫度和壓力下，把水放在密閉的真空容器中，當(dāng)蒸發(fā)速率和凝聚速率相等時，液態(tài)水及其蒸氣即液相和氣相處于平衡狀態(tài)，此時的蒸氣稱為飽和蒸氣，飽和蒸氣所呈現(xiàn)的蒸氣壓叫飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。幾種液體的蒸汽壓曲線①蒸氣壓是液體的重要性質(zhì);②蒸氣壓隨溫度升高而增大。在純?nèi)軇┲屑尤胍欢康碾y揮發(fā)溶質(zhì)后，溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)下降，溶劑的表面能克服分子間引力進(jìn)入氣相的分子數(shù)目要比純?nèi)軇┥佟＿_(dá)到平衡時，溶液的蒸氣壓要比相同溫度的純?nèi)軇╋柡驼魵鈮旱停摤F(xiàn)象稱為溶液的蒸氣壓下降。溶液的蒸氣壓下降拉烏爾定律（Roult’sLaw）一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇╋柡驼魵鈮号c溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。(1-10)拉烏爾（RaoultFM，1830-1901），法國化學(xué)家，主要從事溶液的性質(zhì)研究。兩組分體系中：(1-10)一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降值與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。表述1表述2稀溶液中：

一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比。

拉烏爾定律的適用范圍：非電解質(zhì)稀溶液(1-11)表述31.2溶液沸點的升高和凝固點的降低沸騰與沸點

當(dāng)液體的蒸氣壓與外壓相等時，液體表面和內(nèi)部同時發(fā)生氣化現(xiàn)象，該過程被稱為沸騰。此時的溫度，稱為液體的沸點。

通常液體的沸點是指其蒸氣壓等于101.325kPa時的溫度，稱為正常沸點，也簡稱沸點。液體的沸點會隨著外壓的升高而升高。溶液的沸點升高現(xiàn)象

難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓比純?nèi)軇┮停栽谶_(dá)到溶劑沸點時，溶液不能沸騰。為了使溶液沸騰，就必須使溶液的溫度升高，加劇溶劑分子的熱運動，以增加溶液的蒸氣壓。當(dāng)溶液的蒸氣壓與外壓相等時，溶液開始沸騰。顯然此時溶液的溫度應(yīng)高于純?nèi)軇┑姆悬c。

難揮發(fā)物質(zhì)的溶液的沸點總是高于純?nèi)軇┑姆悬c，對于難揮發(fā)非電解質(zhì)的稀溶液，溶液的沸點升高：△Tb

=Tb–Tb′

=

kbbB

(1-12)kb稱為溶劑的沸點升高常數(shù)，單位為K·kg·mol-1。

Tb′TbpTp=101.325kPa純?nèi)軇┤芤簆<pΘ沸點升高示意圖表1-4

幾種常見溶劑的Tb和Kb溶劑Tb/KKb/K

kg

mol-1水(H2O)373.150.52苯(C6H6)353.352.53四氯化碳(CCl4)351.654.88丙酮(CH3COCH3)329.651.71三氯甲烷(CHCl3)334.453.63乙醚(C2H5OC2H5)307.552.16例1-568.4g蔗糖(C12H22O11,M=342g

mol-1)溶于1000g水中，計算該溶液的沸點。解：水的沸點為373.15K,其沸點升高常數(shù)Kb=0.52K

kg

mol-1。溶液的凝固點下降凝固點

溶液的蒸氣壓（即溶液中純?nèi)軇┑恼魵鈮海┡c固態(tài)純?nèi)軇┑恼魵鈮合嗟葧r的溫度，稱為溶液的凝固點。溶液的凝固點比純?nèi)軇┑哪厅c低是一個常見的自然現(xiàn)象。

溶液的凝固點降低

向一純?nèi)軇┡c其固相共存的平衡體系中加入溶質(zhì)，則會引起溶劑的蒸氣壓下降，導(dǎo)致平衡破壞。對于固相，由于與之平衡的蒸氣壓要高于此時溶液的蒸氣壓，所以，此時必然有固相溶劑融化，降低溶液的濃度，以抵消加入溶質(zhì)后所引起的液相蒸氣壓下降作用。而固相溶劑在融化中要吸收大量的熱，所以在重新達(dá)到平衡過程中，整個系統(tǒng)的溫度要降低，進(jìn)而引起固相溶劑和溶液上方蒸氣壓的下降。該現(xiàn)象被稱為溶液的凝固點降低。pTTf溶劑的氣-固平衡線純?nèi)軇┤芤篢f′凝固點降低示意圖溶液的凝固點總是低于純?nèi)軇┑哪厅c，對于難揮發(fā)非電解質(zhì)的稀溶液：△Tf

=Tf－Tf′=Kf

bBKf

稱為溶劑的凝固點降低常數(shù)。①

Kf只與溶劑性質(zhì)有關(guān);②

同種溶劑的Kf

值＞Kb值。冰表1-5

幾種溶劑的Tf和Kf溶劑Tf/KKf/K

kg

mol-1水(H2O)273.151.86苯(C6H6)278.665.12硝基苯(C6H5NO2)278.856.90萘(C10H8)353.356.80醋酸(CH3COOH)289.753.90環(huán)己烷(C6H12)279.6520.2例1-6從人尿中提取出一種中性含氮化合物，將90.0mg純品溶解在12.0g蒸餾水中，所得溶液的凝固點比純水降低了0.233K，試計算此化合物的摩爾質(zhì)量。解：查表1-5得水的凝固點降低常數(shù)Kf=1.86K

kg

mol-1。凝固點下降法常用于測定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。

溶液的蒸汽壓下降和凝固點降低的重要實例道路的除冰作業(yè)植物的抗旱與抗寒1.3溶液的滲透壓擴(kuò)散與滲透Π物質(zhì)自發(fā)的由高濃度處向低濃度處遷移的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。物質(zhì)粒子通過半透膜單向擴(kuò)散的現(xiàn)象稱為滲透

。維持半透膜所隔開的溶液與溶劑之間的滲透平衡所需要的額外壓力稱為滲透壓。滲透壓半透膜溶劑溶質(zhì)滲透壓現(xiàn)象既存在于半透膜所隔開的溶劑和溶液之間，也存在于不同濃度的溶液之間。滲透壓相等的溶液被稱為等滲溶液。德國植物學(xué)家菲弗爾(PefferW)溫度一定時，非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓與溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度成正比；當(dāng)溶液濃度一定時，滲透壓與溫度成正比。π為溶液的滲透壓，SI單位為Pa；R為摩爾氣體常數(shù)，為8.314J·mol-1·K-1；cB為溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度，SI單位為mol

m-3；T是體系的溫度，單位為K。滲透壓公式：荷蘭理論化學(xué)家范特霍夫(Van’tHoffJH)例1-4

有一蛋白質(zhì)的飽和水溶液，每升含有蛋白質(zhì)5.18克，

已知在298.15K時,溶液的滲透壓為413Pa,求此蛋白質(zhì)

的相對分子質(zhì)量。

解：根據(jù)公式П=cB×R×T即該蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量為30569。

將淡水魚放人海水中由于其細(xì)胞液濃度較低，因而滲透壓較小。它在海水中就會因細(xì)胞大量失去水分而死亡。人體發(fā)高燒時，需要及時喝水或通過靜脈注射與細(xì)胞液等滲的生理鹽水和葡萄糖溶液以補充水分。反滲透：在滲透壓較大的溶液一邊加上比其滲透壓還要大的壓力，迫使溶劑從高濃度溶液處向低濃度處擴(kuò)散，從而達(dá)到濃縮溶液的目的。滲透壓的應(yīng)用難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的某些性質(zhì)（蒸氣壓下降、沸點升高與凝固點降低、滲透壓）與一定量的溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量成正比，而與溶質(zhì)本性無關(guān)。這些性質(zhì)被統(tǒng)稱為稀溶液的依數(shù)性。稀溶液的依數(shù)性溶液濃度增大時，溶劑與溶質(zhì)間的作用不可忽略；在電解質(zhì)溶液中會發(fā)生離解、締合等變化，上述關(guān)系也不在適用，必須加以校正。但可根據(jù)溶液中粒子的總數(shù)來定性比較不同溶液的蒸氣壓、沸點、凝固點及滲透壓的相對大小。但是：第三節(jié)膠體表1按分散質(zhì)粒子的大小分類分散質(zhì)粒子直徑分散系類型分散質(zhì)主要性質(zhì)>100nm粗分散系：乳濁液、懸濁液分子的大集合體多相，不穩(wěn)定，擴(kuò)散很慢，顆粒不能透過濾紙1-100nm膠體分散系：高分子溶液、溶膠高分子分子、離子、原子的聚集體多相，較穩(wěn)定，擴(kuò)散慢，顆粒能透過濾紙，不能透過半透膜<

1nm分子/離子分散系：小分子或離子分散系小分子或離子均相，穩(wěn)定，擴(kuò)散快，顆粒能透過半透膜三、膠體

溶膠：由小分子化合物聚集成一個單獨的大顆粒多相體系，如Fe(OH)3膠體和As2S3膠體等

高分子溶液：由一些高分子化合物所組成的溶液，如淀粉溶液和蛋白質(zhì)溶液等膠體分散系生活中常見的膠體：云霧、血液、豆?jié){、蛋清、膠水、墨水、液狀涂料、有色玻璃、淀粉溶液……一、溶膠的結(jié)構(gòu)溶膠膠團(tuán)的雙電層結(jié)構(gòu)電位離子反離子吸附層擴(kuò)散層

二、膠體的性質(zhì)1.光學(xué)性質(zhì)——丁達(dá)爾效應(yīng)

當(dāng)可見光束通過膠體時，在入射光側(cè)面可觀察到明亮的光區(qū)，這種現(xiàn)象稱為丁達(dá)爾效應(yīng)。丁達(dá)爾效應(yīng)是由膠體粒子對光的散射而形成的Fe(OH)3膠體CuSO4溶液光