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

1、第一章第一章化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系首先闡述化學(xué)中的計(jì)量，以鞏固高中化學(xué)中的有關(guān)概念，在此基礎(chǔ)上引入化學(xué)計(jì)量數(shù)，反應(yīng)進(jìn)度函數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)核反應(yīng)焓變等重要概念，以闡明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系。在中學(xué)化學(xué)和大學(xué)化學(xué)中起承上啟下關(guān)系。重點(diǎn)要求的是會(huì)應(yīng)用熱化學(xué)方程式和物質(zhì)的量標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變?；瘜W(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及化學(xué)變化的科學(xué)。化學(xué)變化又稱化學(xué)反應(yīng)，是化學(xué)研究的核心部分。物質(zhì)

2、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，常伴隨有質(zhì)量和能量的變化。例如，在空氣中燃燒24.3g鎂條，不僅會(huì)發(fā)出耀眼的白光，釋放出熱能，而且最終生成了40.3g的氧化鎂。本章專門就化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系進(jìn)行討論。11化學(xué)中的計(jì)量化學(xué)中的計(jì)量在化學(xué)領(lǐng)域中往往要測(cè)定或計(jì)算物質(zhì)的質(zhì)量、溶液的濃度、反應(yīng)的溫度以及氣體的壓力和體積等，為此，首先需要掌握化學(xué)中常用的量和單位以及有關(guān)的定律。[粗略計(jì)算相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)，相對(duì)原子質(zhì)量只需取至小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)即可。]111相對(duì)原

3、子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)原子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量元素是具有相同質(zhì)子數(shù)的一類單核粒子的總稱。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。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。自然界中氧就有三種同位素：、、，他們?cè)谘鯕庵械暮糠謩e為99.759%、0.037%和0.204%；碳有兩種同位素：和它們的相對(duì)存在量分別為98.892%和1.108%。相對(duì)原子質(zhì)量(Ar)被定義為元素的平均原子質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的112之

4、比，以往被稱為原子量。例如：Ar(H)=1.0079Ar(O)=15.999英國(guó)人道爾頓（J.Dalton1766～1844年）是第一個(gè)測(cè)定原子量的人?，F(xiàn)在通過(guò)質(zhì)譜儀測(cè)定各核素的原子質(zhì)量及其在自然界的豐度后，可以確定各元素的相對(duì)原子質(zhì)量。北京大學(xué)張青蓮教授等測(cè)定的銦（In）、銻（Sb）、銥（Ir）及銪（Eu）相對(duì)原子質(zhì)量值先后被國(guó)際原子量委員會(huì)采用為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明我國(guó)原子量測(cè)定的精確度已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。相對(duì)分子質(zhì)量（Mr）被定義為物質(zhì)

5、的分子或特定單元的平均質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的112之比，以前被稱為分子量。例如：Mr（H2O）=18.0148≈18.01Mr（NaCl）=58.443≈58.44112物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位“物質(zhì)的量”（AmountofSubstance）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)為n），其單位名稱為摩[爾]（mole），單位符號(hào)為mol。摩爾是一系統(tǒng)的物質(zhì)的量，該系統(tǒng)

6、中所包含的基本單元數(shù)與0.012kg12C的原子數(shù)目相等。0.012kg12C所含的碳原子數(shù)目（6.0221023個(gè)）稱為阿伏加德羅常數(shù)Avogadro（NA）。因此，如果某物質(zhì)系統(tǒng)中所含的基本單元數(shù)目為NA時(shí)，則該物質(zhì)系統(tǒng)的“物質(zhì)的量”即為1mol。例如：1molH2表示有NA個(gè)氫分子2molC表示有2NA個(gè)碳原子3molNa表示有3NA個(gè)鈉離子4mol（H212O2）表示有4NA個(gè)（H212O2）的特定組合體，其中含有4NA個(gè)氫分子

7、和2NA個(gè)氧分子。實(shí)際計(jì)算時(shí)，R常用值為8.314Jmol1K1[例12]在298.15K下，一個(gè)體積為50m3的氧氣鋼瓶，當(dāng)它的壓力降為1500kPa時(shí)，試計(jì)算鋼瓶中剩余的氧氣質(zhì)量為多少答案：解：=30.27mol所以氧氣的摩爾質(zhì)量為32.00gmol1所剩余的氧氣質(zhì)量為：30.27mol32.00gmol1=968.6g≈0.97kg2.理想氣體分壓定律在實(shí)際工作中常遇到多組分的氣體混合物，其中某一組分氣體B對(duì)器壁所施加的壓力，稱為

8、該氣體的分壓（pB），它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?；旌蠚怏w的壓力組分的氣體的分壓之和，此經(jīng)驗(yàn)規(guī)則稱為道爾頓分壓定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：p=ΣpB（1.1.2）如組分氣體和混合氣體的物質(zhì)的量分別為和，則它們的壓力分別為：pB=nBRTV（1.1.2a）p=nRTV（1.1.2b）式中：為混合氣體的體積。將式（1.1.2a）除以式（1.1.2b），可得下式：pBp=nBn或pB=nBRTV（1.1.3）式中

9、：(nBn)為組分氣體B的摩爾分?jǐn)?shù)。式（1.1.3）為分壓定律的另一種表達(dá)形式，它表明混合氣體中任一組分氣體B的分壓(pB)等于該氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與總壓之積。工業(yè)上常用各組分氣體的體積分?jǐn)?shù)表示混合氣體的組成。由于同溫同壓下，氣態(tài)物質(zhì)的量與它的體積成正比，不難導(dǎo)出混合氣體中組分氣體B的體積分?jǐn)?shù)等于物質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù)：VBV=nBn(1.1.4)式中：VB、V分別表示組分氣體B和混合氣體的體積。把式(1.1.4)代入(1.1.3)式得下式：

10、pB=(VBV)p(1.1.5)[例13]有一煤氣罐其容積為30.0L，27.00℃時(shí)內(nèi)壓為600KPa。經(jīng)氣體分析，儲(chǔ)罐內(nèi)煤氣中CO的體積分?jǐn)?shù)為0.600，H2的體積分?jǐn)?shù)為0.100，其余氣體的體積分?jǐn)?shù)為0.300，求該儲(chǔ)罐中CO、H2的質(zhì)量和分壓。解：已知V=30.0L=0.0300m3p=600kPa=6.00105PaT=(273.1527.00)K=300.15K則=7.21mol根據(jù)和n(CO)=7.21mol0.600=4