无机及分析化学核心知识点与公式大全

无机及分析化学是化学学科中的重要分支，涵盖了从基础的物质结构理论到复杂化学反应的分析方法。下面将通俗易懂地介绍无机及分析化学的主要知识点和公式汇总，帮助读者系统地理解和掌握这一领域。

物质结构基础

1. 四个量子数

量子数是描述电子在原子中运动状态的物理量，主要有四个：

主量子数（n）：表示电子所处的电子层，其取值是正整数，如1、2、3等，分别对应K、L、M层。

副（角）量子数（l）：表示电子所处的电子亚层及电子云的形状，取值范围是0到n-1的整数。例如，当n=2时，l可取0或1，分别对应2s和2p亚层。

磁量子数（m）：表示轨道在空间的伸展方向，取值受l的限制，从0到±l，共2l+1个取值。例如，当l=1时，m可取-1、0、1，分别对应三个p轨道。

自旋量子数（ms）：描述电子自旋的状态，只有两个取值，+1/2和-1/2，代表电子的两个自旋方向。

2. 屏蔽效应与钻穿效应

屏蔽效应：内层电子对外层电子有排斥作用，削弱了原子核对外层电子的吸引力，使得外层电子的有效核电荷数减小。

钻穿效应：外层电子能够钻入原子核附近，使得体系能量降低。这种现象会导致能级交错，例如4s轨道的能量低于3d轨道。

3. 核外电子排布原理

电子在原子核外的排布遵循以下原理：

泡利不相容原理：每个轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。

能量最低原理：电子优先占据能量较低的轨道，使整个原子系统能量最低。

洪特规则：在n、l相同的轨道上分布电子时，电子将尽可能占据m值不同的轨道，且自旋平行。等价轨道在电子全充满、半充满和全空时的状态比较稳定。

4. 原子半径

原子半径有多种分类，包括自由原子半径、共价半径、范德华半径和金属半径。原子半径的变化具有周期性：

同周期元素，从左向右，原子半径逐渐减小。

同族元素，自上而下，原子半径显著增大。

电离能、电子亲和能与电负性

5. 电离能

电离能是气态原子失去电子变为气态阳离子所需消耗的能量。电离能越小，越容易失去电子；电离能越大，越难失去电子。

主族元素，自上而下，电离能逐渐减少。

主族元素，自左向右，电离能逐渐增大。

6. 电子亲和能

电子亲和能是基态的气态原子获得一个电子成为负一价离子时所放出的能量。

7. 电负性

电负性是元素的原子在分子中吸引电子能力的相对大小。同周期主族元素自左向右，电负性逐渐增大。

化学键与分子结构

8. 化学键

化学键主要分为离子键、共价键和金属键。

离子键：没有方向性和饱和性，存在于阴阳离子之间。

共价键：具有方向性和饱和性，根据键的极性分为极性共价键和非极性共价键，根据原子轨道重叠部分具有的对称性分为σ键、π键。

金属键：存在于金属原子之间，是金属原子的自由电子与阳离子之间的相互作用。

9. 杂化轨道理论

杂化轨道是成键时能级相近的价电子轨道相混杂，形成新的价电子轨道。杂化轨道具有特定的方向，且杂化前后轨道数目不变。

10. 价电子对互斥理论

价电子对互斥理论用于确定分子中中心原子的几何构型，根据孤对电子-孤对电子、孤对电子-成键电子对和成键电子对-成键电子对之间的排斥作用来判断。

11. 分子轨道理论

分子轨道理论用于解释分子的存在和阐明分子的结构。原子轨道有效组成分子轨道需要满足对称性匹配原则、能量相近原则和最大重叠原理。

化学热力学初步

12. 热力学第一定律

热力学第一定律表示系统的内能变化等于系统吸收的热量与对外做的功之和，即U=Q+W。

等容反应热：Qv