第一章化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系

1、無機(jī)化學(xué)Inorganic chemistry,,1,課程簡(jiǎn)介:,無機(jī)化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的重要基礎(chǔ)課，四大化學(xué)之一。第一門化學(xué)基礎(chǔ)課，是后繼化學(xué)課及專業(yè)課的基礎(chǔ)。是培養(yǎng)化工、材料、環(huán)境等各類專業(yè)工程技術(shù)人才的整體知識(shí)結(jié)構(gòu)及能力結(jié)構(gòu)的重要組成部分,性質(zhì)和作用,課程設(shè)置與要求,主要內(nèi)容：化學(xué)反應(yīng)的基本原理（1-4章，重點(diǎn)掌握） 物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)理論（5-8章，理解） 主要元素及化合物的基本知識(shí)（9-1

2、5章，了解） 無極實(shí)驗(yàn)的基本技能（16章，了解） 目的：培養(yǎng)學(xué)生具有分析解決一般無機(jī)化學(xué)實(shí)際問題的能力，具有進(jìn)行無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和自學(xué)無機(jī)化學(xué)書刊的能力,,第一章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系,第一節(jié) 物質(zhì)的凝聚態(tài)和層次,3,1 物質(zhì)的聚集態(tài)和層次,聚集態(tài),物質(zhì)三態(tài)：氣體、液體、固體等離子態(tài)：高溫、輝度放電、射線輻射等條件下氣體分子部分或 全部解離為粒子狀態(tài)，呈現(xiàn)出與有別于氣、液、固三態(tài)的一種新物態(tài)。,物質(zhì)的

3、層次,第一章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系,第二節(jié) 化學(xué)中的計(jì)量,具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的一類單核粒子稱為核素。元素是具有相同質(zhì)子數(shù)的一類單核粒子的總稱。質(zhì)子數(shù)相等而中子數(shù)不等的同一元素的一些原子品種互稱為同位素。,自然界中氧有三種同位素: 16O 17O 18O含量/% 99.759 0.037 0.204碳也有三種同位素：

4、 12C 13C 14C含量/% 98.892 1.108,5,1.2.1 相對(duì)原子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量,,例如： Ar(H) = 1.0079 Ar(O) = 15.999,相對(duì)原子質(zhì)量(Ar),元素的平均原子質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的1/12之比。以往被稱為原子量。,6,1.2.1 相對(duì)原子質(zhì)

5、量和相對(duì)分子質(zhì)量,例如： Mr(H2O)= 18.0148 ≈ 18.01 Mr(NaCl)= 58.443 ≈ 58.44,物質(zhì)的分子或特定單元的平均質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的1/12之比。以前被稱為分子量。,,相對(duì)分子質(zhì)量(Mr),1.2.1 相對(duì)原子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量,7,,是用于計(jì)量指定的微觀基本單元(如分子、原子、離子、電子等微觀粒子)或其特定組合的一個(gè)物理量,符號(hào)：n單位：摩[爾]（mole

6、）、mol,物質(zhì)的量,1.2.2 物質(zhì)的量及其單位,8,系統(tǒng)中的物質(zhì)的量若為1mol，表示該系統(tǒng)中所包含的基本單元數(shù)與0.012kg12C的原子數(shù)目相等。0.012 kg 12C所含的碳原子數(shù)目稱為阿伏加德羅常數(shù)[Avogadro]（NA） (6.022×1023個(gè))。,1.2.2 物質(zhì)的量及其單位,9,1mol H2表示有NA個(gè)氫分子　　2mol C表示有2NA個(gè)碳原子　　3mol Na+表示有3NA個(gè)鈉離子　　4m

7、ol (H2+½O2)表示有4NA個(gè)(H2+½O2)的特定組合體，其中含有4NA個(gè)氫分子和2NA個(gè)氧分子,1.2.2 物質(zhì)的量及其單位,10,在使用摩爾這個(gè)單位時(shí)，一定要指明基本單位(以化學(xué)式表示)，否則示意不明。,例如: 籠統(tǒng)說“1mol氫”難以斷定是指1mol氫分子還是指1mol氫原子或1mol氫離子,1.2.2 物質(zhì)的量及其單位,11,,如含1molO2和4molN2的混合氣體中,O2和N2的摩爾分?jǐn)?shù)分別為

8、： x(O2)=1mol/(1+4)mol =1/5 x(N2)=4mol/(1+4)mol =4/5,在混合物中，B的物質(zhì)的量(nB)與混合物的物質(zhì)的量(n)之比，稱為組分B的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(xB)，又稱B的摩爾分?jǐn)?shù),,摩爾分?jǐn)?shù),1.2.2 物質(zhì)的量及其單位,12,例如：1mol H2的質(zhì)量為2.02×10-3kg H2的摩爾質(zhì)量為2.02×10-3kg·mol-1,,某物質(zhì)的

9、質(zhì)量(m)除以該物質(zhì)的物質(zhì)的量(n)M = m/n M的單位：kg·mol-1或g·mol-1,,摩爾質(zhì)量,1.2.3 摩爾質(zhì)量和摩爾體積,13,,例如 在標(biāo)準(zhǔn)狀況(STP)(273.15K及101.325kPa下)，任何理 想氣體的摩爾體積為：Vm,273.15K = 0.022414 m3·mol-1 = 22.414L

10、·mol-1 ≈ 22.4L·mol-1,某氣體物質(zhì)的體積(V)除以該氣體物質(zhì)的量(n) Vm = V/n 單位： m3·mol-1,摩爾體積,1.2.3 摩爾質(zhì)量和摩爾體積,14,,,混合物中某溶質(zhì)B的物質(zhì)的量(nB)除以混合物的體積(V)。cB = nB/V,對(duì)溶液來說，即1L溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量單位：摩(爾)每升 單位符號(hào)：mol·L-1,例如 若1L的

11、NaOH溶液中含有0.1 mol 的NaOH，其濃度可表示為： c(NaOH) = 0.1 mol·L-1物質(zhì)的量濃度簡(jiǎn)稱為濃度,物質(zhì)的量濃度(cB),1.2.4 物質(zhì)的量濃度,15,,理想氣體狀態(tài)方程,pV = nRT,p——?dú)怏w的壓力，單位為帕(Pa)V——體積，單位為立方米(m3)n——物質(zhì)的量，單位為摩(mol)T——熱力學(xué)溫度，單位為“開”(K)R——摩爾氣體常數(shù),1.2.5 氣體的計(jì)量,16,,適用對(duì)

12、象,實(shí)際工作中，當(dāng)壓力不太高、溫度不太低的情況下，氣體分子間的距離大，分子本身的體積和分子間的作用力均可忽略，氣體的壓力、體積、溫度以及物質(zhì)的量之間的關(guān)系可近似地用理想氣體狀態(tài)方程來描述。,1.2.5 氣體的計(jì)量,17,,,實(shí)驗(yàn)測(cè)知1mol理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為 22.414×10-3 m3, 則,1.2.5 氣體的計(jì)量,摩爾氣體常數(shù),18,1) 求摩爾質(zhì)量 M = mRT/pV2) 求密度 ρ = m/

13、V ρ = pM/RT 或 M = ρRT/p,1.計(jì)算p,V,T,n中的任意物理量2.確定氣體的密度和摩爾質(zhì)量,1.2.5 氣體的計(jì)量,理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用,19,,,氣體的分壓(pB) ——?dú)怏w混合物中，某一分氣體B對(duì)器壁所施加的壓力等于相同溫度下該氣體單獨(dú)占有與混合氣體相同體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力。,道爾頓分壓定律——混合氣體的總壓力等于各組分氣體的分壓之和。

14、 p = ΣpB,理想氣體分壓定律,1.2.5 氣體的計(jì)量,20,,,如 　　組分氣體B的物質(zhì)的量為nB 　混合氣體的物質(zhì)的量為n 混合氣體的體積為V 則它們的壓力： pB = nBRT/V p = nRT/V,總壓與分壓的關(guān)系,1.2.5 氣體的計(jì)量,21,,同溫同壓下,氣體物質(zhì)的量與其體積成正比則,而所以,pB

15、= 　 p,VBV,,總壓與分壓的關(guān)系,1.2.5 氣體的計(jì)量,22,總壓與分壓的關(guān)系,1.2.5 氣體的計(jì)量,23,p(N2)=p-p(O2)-p(CO2)=(9.33-2.67-2.87)×104Pa =3.79×104 Pa,1.2.5 氣體的計(jì)量,24,,分子式可能和最簡(jiǎn)式相同，也可能是最簡(jiǎn)式的整數(shù)倍。例如：,對(duì)于那些非分子型物質(zhì),只能用最簡(jiǎn)式表示例如：離子型化合物氯化鈉，習(xí)慣上以最簡(jiǎn)式NaC

16、l表示。,1.2.6 化學(xué)計(jì)量化合物,25,,具有確定組成且各種元素的原子互成簡(jiǎn)單整數(shù)比的化合物，這類化合物又稱整比化合物或道爾頓體。,例如：一氧化碳中氧與碳質(zhì)量比恒為4∶3原子比恒為1∶1,化學(xué)計(jì)量化合物,1.2.6 化學(xué)計(jì)量化合物,26,第一章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系,第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系,化學(xué)計(jì)量數(shù)(ν)【讀音[nju:]】,化學(xué)反應(yīng)　　 cC + dD = yY + zZ 移項(xiàng)　　　 0 =

17、-cC - dD + yY + zZ 令　 -c =νC、-d =νD、y =νY、z =νZ,規(guī)定，反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為負(fù)， 產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)為正。,1.3.2 化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度,28,因此，對(duì)任一化學(xué)反應(yīng) cC + dD = yY + zZ 可得：,可簡(jiǎn)化寫出化學(xué)計(jì)量式的通式：,0 =νCC +νDD +νYY + νZZ,B——包含在反應(yīng)中的分子、原子或離子

18、 νB——(物質(zhì))B的化學(xué)計(jì)量數(shù),化學(xué)計(jì)量數(shù)(ν),1.3.2 化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度,29,例,N2 + 3H2 = 2NH3,0 = － N2 － 3H2 + 2NH3 =ν(N2)N2 +ν(H2)H2 +ν(NH3)NH3,N2、H2、NH3的化學(xué)計(jì)量數(shù) ν(N2) =－1、ν(H2) =－3、ν(NH3) = 2 表明反應(yīng)中每消耗1mol N2和3mol H2，生成2mol NH3,1.3.2 化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)

19、進(jìn)度,化學(xué)計(jì)量數(shù)(ν),30,對(duì)于化學(xué)計(jì)量方程式 dξ = dnB /νB,nB——B的物質(zhì)的量；ξ——反應(yīng)進(jìn)度，單位為molνB——B的化學(xué)計(jì)量數(shù),開始時(shí)ξ0=0, 、 ?nB =０ 反應(yīng)進(jìn)度為ξ時(shí)： ?nB =νBξ,1.3.2 化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度,反應(yīng)進(jìn)度(ξ) 【讀音[ksai]】,改寫為 dnB = νB dξ,31,?nB =νBξ,即任一化學(xué)反應(yīng)各反應(yīng)物及產(chǎn)物的改變量(?nB)均與反應(yīng)進(jìn)度(

20、ξ)及各自的計(jì)量系數(shù)(νB)有關(guān)。,1.3.2 化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)進(jìn)度,反應(yīng)進(jìn)度(ξ),32,例,反應(yīng)：N2 + 3H2 = 2NH3,N2、H2、NH3的化學(xué)計(jì)量數(shù) ν(N2) =－1、ν(H2) =－3、ν(NH3) = 2,根據(jù)ξ＝ ?nB/νB 可確定反應(yīng)進(jìn)度。,對(duì)同一化學(xué)反應(yīng)方程式，反應(yīng)進(jìn)度(ξ)的值與選用反應(yīng)式中何種物質(zhì)的量的變化進(jìn)行計(jì)算無關(guān)。,33,注意: 同一化學(xué)反應(yīng)如果化學(xué)反應(yīng)方程式的寫法不同（亦即νB不同），相同反