物质的微观与宏观 课件呈现.pptVIP

*************************************微观世界的酸碱理论布朗斯特-洛里理论最广泛接受的酸碱理论之一，定义酸为质子（H?）供体，碱为质子接受体。当酸与碱反应时，酸失去质子，变为其共轭碱；碱接受质子，变为其共轭酸。例如，HCl+NH?→Cl?+NH??中，HCl是酸（质子供体），NH?是碱（质子接受体），反应后形成共轭碱Cl?和共轭酸NH??。路易斯理论更广义的酸碱理论，定义酸为电子对接受体，碱为电子对供体。这一理论能够解释不涉及质子转移的反应，如BF?+NH?→F?B-NH?，其中BF?（缺电子）作为酸接受NH?提供的电子对。路易斯理论扩展了酸碱概念，包括了许多过渡金属配合物的形成。阿伦尼乌斯理论最早的酸碱理论，定义酸为在水溶液中解离产生氢离子（H?）的物质，碱为在水溶液中解离产生氢氧根离子（OH?）的物质。虽然适用范围较窄（仅限于水溶液），但对理解常见酸碱的行为很有帮助。例如，HCl在水中解离为H?和Cl?，是强酸；NaOH在水中解离为Na?和OH?，是强碱。宏观世界的酸碱反应pH值氢离子浓度(mol/L)pH值是表示溶液酸碱度的常用方式，定义为氢离子浓度的负对数：pH=-log[H?]。在25°C时，中性溶液的pH为7，酸性溶液pH小于7，碱性溶液pH大于7。每个pH单位变化代表氢离子浓度变化10倍，展示了溶液酸碱性的对数刻度。酸碱指示剂是能随pH变化而改变颜色的化合物，用于直观显示溶液的酸碱性。例如，石蕊在酸性溶液中呈红色，在碱性溶液中呈蓝色；酚酞在酸性溶液中无色，在碱性溶液中呈粉红色。不同指示剂有不同的变色pH范围，通过选择适当的指示剂可以准确测定溶液pH。中和反应是酸与碱反应生成盐和水的过程，微观上是H?与OH?结合形成H?O。中和反应通常伴随热量释放，可通过滴定方法确定酸或碱的浓度。酸碱反应的应用非常广泛，从日常生活（如胃酸中和、食品加工）到工业生产（如废水处理、肥料制造）都有重要作用。氧化还原反应的微观本质电子得失氧化还原反应的本质是电子的转移过程。在反应中，一种物质失去电子（被氧化），另一种物质得到电子（被还原）。例如，在铁与铜离子反应（Fe+Cu2?→Fe2?+Cu）中，每个铁原子失去两个电子给铜离子，铁被氧化为Fe2?，铜离子被还原为铜原子。氧化数变化氧化数是表示原子在化合物中电荷状态的假设数值。在氧化还原反应中，被氧化物质的氧化数增加，被还原物质的氧化数减少。例如，在反应CH?+2O?→CO?+2H?O中，碳的氧化数从-4变为+4（被氧化），氧的氧化数从0变为-2（被还原）。氧化剂与还原剂氧化剂是接受电子的物质，本身被还原；还原剂是提供电子的物质，本身被氧化。在反应2Fe3?+Sn2?→2Fe2?+Sn??中，Fe3?作为氧化剂接受电子被还原为Fe2?，Sn2?作为还原剂提供电子被氧化为Sn??。一个物质的氧化还原能力与其电负性和电子结构有关。氧化还原反应的宏观现象氧化还原反应在日常生活和工业中无处不在。金属腐蚀是常见的氧化还原现象，如铁在空气和水的共同作用下被氧化形成铁锈（主要成分为Fe?O?·nH?O）。这一过程涉及电子从铁转移到氧气，导致金属材料逐渐降解。为防止腐蚀，常采用涂层保护、阴极保护或使用不易腐蚀的合金。电池是利用氧化还原反应产生电能的装置。在锌-铜电池中，锌被氧化（失去电子），铜离子被还原（获得电子），电子通过外电路从锌极流向铜极，形成电流。燃烧是快速的氧化还原反应，如碳氢化合物与氧气反应产生二氧化碳、水和大量热能。光合作用则是利用光能将二氧化碳还原为碳水化合物，同时将水氧化为氧气，是地球上最重要的还原反应之一。微观尺度的测量技术光学显微镜利用可见光和光学透镜系统放大样品图像。分辨率受光的波长限制，最高约为200纳米，无法观察原子和大多数分子。现代高级光学显微镜结合荧光技术、相差显微镜和共聚焦技术，可以观察细胞结构、微生物和某些较大的分子聚集体，在生物学和材料科学中有广泛应用。电子显微镜使用电子束代替光线，分辨率远高于光学显微镜。扫描电子显微镜（SEM）观察样品表面形貌，分辨率可达1-20纳米；透射电子显微镜（TEM）观察样品内部超微结构，分辨率可达0.1纳米，能够显示某些大分子的结构。电子显微镜在材料科学、生物学和纳米技术中是不可或缺的工具。扫描探针显微镜包括原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）等。它们通过探针与样品表面的相互作用获取信息，能够达到原子级分辨率。STM利用量子隧道效应探测表面电子状态，可以看到单个原子；AFM测量探针与表面间的力，可在非导