第一章化學反應中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系(1)

1、無機化學無機化學于愛敏于愛敏 第一章第一章 化學反應中的化學反應中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系1目錄目錄1.1 物質(zhì)的聚集態(tài)和層次物質(zhì)的聚集態(tài)和層次(自學自學)1.2 化學中的計量化學中的計量1.3 化學反應中的質(zhì)量關(guān)系化學反應中的質(zhì)量關(guān)系1.4 化學反應中的能量關(guān)系化學反應中的能量關(guān)系2第一章第一章 化學反應中的化學反應中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系第二節(jié)第二節(jié) 化學中的計量化學中的計量31.2.1相對原子質(zhì)量和相對分子相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量質(zhì)量核素核素：具有確定：具有確定質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)和和中子數(shù)中子數(shù)的一類的一類 單核粒子稱為核素。單核粒子稱為核素。元素元素：元素是具

2、有：元素是具有相同質(zhì)子數(shù)相同質(zhì)子數(shù)的一類單的一類單 核粒子的總稱。核粒子的總稱。同位素同位素：質(zhì)子數(shù)相等而中子數(shù)不等質(zhì)子數(shù)相等而中子數(shù)不等的同的同 一元素的原子互稱為同位素。一元素的原子互稱為同位素。45自然界中氧就有三種同位素自然界中氧就有三種同位素: 16O 17O 18O含量含量/% 99.759 0.037 0.204碳有兩種同位素：碳有兩種同位素： 12C 13C含量含量/% 98.892 1.108相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量相對原子質(zhì)量相對原子質(zhì)量(Ar) 被定義為元素的平均原子質(zhì)量與核素被定義為元素的平均原子質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的原子質(zhì)量的1/12之

3、比之比。( (以往被稱為原子量以往被稱為原子量) ) ( (J. DaltonJ. Dalton) )例如：例如： Ar(H) = 1.0079 Ar(O) = 15.9996相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量( (Mr) ) 被定義為物質(zhì)的分子或特定單元的平均被定義為物質(zhì)的分子或特定單元的平均質(zhì)量與核素質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的原子質(zhì)量的1/12之比。之比。(以以前被稱為分子量前被稱為分子量)例如：例如：Mr(H2O)= 18.0148 18.01 Mr(NaCl)= 58.443 58.4471.2.2 物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量物質(zhì)

4、的量：是用于計量指定的微觀基本單元，：是用于計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如分子、原子、離子、電子等微觀粒子或其特定組合的一個物理量。符號為特定組合的一個物理量。符號為 n 單位名稱摩單位名稱摩爾爾(mole)，單位符號，單位符號mol8系統(tǒng)中的物質(zhì)的量若為系統(tǒng)中的物質(zhì)的量若為摩爾，表示該系摩爾，表示該系統(tǒng)中所包含的基本單元數(shù)與統(tǒng)中所包含的基本單元數(shù)與0.012kg0.012kg1212C C的原的原子數(shù)目相等。子數(shù)目相等。 0.012 kg 12C 所含的碳原子數(shù)目所含的碳原子數(shù)目(6.0221023個個)稱為稱為阿伏加德羅常數(shù)阿伏加德羅常數(shù)Avogadro（

5、NA）。）。 91.2.2 物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位1mol H2表示有表示有NA個氫分子個氫分子2mol C表示有表示有2NA個碳原子個碳原子3mol Na+ +表示有表示有3NA個鈉離子個鈉離子4mol (H2+O2)表示有表示有4NA個個(H2+O2)的特的特定組合體，其中含有定組合體，其中含有4NA個氫分子和個氫分子和2NA個個氧分子。氧分子。101.2.2 物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位注意！注意！在使用摩爾這個單位時，一定要指明基本單在使用摩爾這個單位時，一定要指明基本單元元(以化學式表示以化學式表示)否則示意不明。否則示意不明。 例如例如: 籠統(tǒng)說籠統(tǒng)說“1mol氫氫”

6、難以斷定是指難以斷定是指1mol氫氫分子還是指分子還是指1mol氫原子或氫原子或1mol氫離子氫離子111.2.2 物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)：在混合物中，：在混合物中，B的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量(nB)與混合物的物質(zhì)的量與混合物的物質(zhì)的量(n)之比，稱為之比，稱為組分組分B的物質(zhì)的量分數(shù)的物質(zhì)的量分數(shù)(xB)，又稱，又稱B的摩的摩爾分數(shù)。爾分數(shù)。12如如：含含1molO2和和4molN2的混合氣體中的混合氣體中, O2和和N2的摩爾分數(shù)分別為：的摩爾分數(shù)分別為： x (O2)=1mol/(1+4)mol =0.2 x (N2)=4mol/(1+4)mol =0.81.2.3

7、 摩爾質(zhì)量和摩爾體積摩爾質(zhì)量和摩爾體積摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量(M)：某物質(zhì)的質(zhì)量某物質(zhì)的質(zhì)量(m)除以該物質(zhì)的物質(zhì)的量除以該物質(zhì)的物質(zhì)的量(n)M = m/n M的單位的單位kgmol-1或或gmol-113例如：例如：1mol H2的質(zhì)量為的質(zhì)量為2.0210-3kgH2的摩爾質(zhì)量為的摩爾質(zhì)量為2.0210-3kgmol-11.2.3 摩爾質(zhì)量和摩爾體積摩爾質(zhì)量和摩爾體積摩爾體積摩爾體積(Vm)：某氣體物質(zhì)的體積某氣體物質(zhì)的體積(V)除以該氣體物質(zhì)的量除以該氣體物質(zhì)的量(n)Vm = V/n Vm的單位的單位Lmol-1或或m3mol-114例如例如 在標準狀況在標準狀況(STP)(273.15K

8、及及101.325kPa下下)，任何理想氣體的摩爾體積為：，任何理想氣體的摩爾體積為：Vm,273.15K = 0.022414 m3mol-1 = 22.414Lmol-1 22.4Lmol-11.2.4 物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度(cB)（簡稱為濃度）（簡稱為濃度）：混合物中某物質(zhì)混合物中某物質(zhì)B的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量(nB)除以除以混合物的體積混合物的體積(V): cB = nB/V 15例如例如 若若1L的的NaOH溶液中含有溶液中含有0.1 mol 的的NaOH，其濃度可表示為：，其濃度可表示為： c(NaOH) = 0.1 molL-1161.2.5 氣體的計量

9、氣體的計量氣體的基本特征：氣體的基本特征：具有可壓縮性和擴散性。具有可壓縮性和擴散性。理想氣體：理想氣體： 氣體分子之間沒有相互吸引和氣體分子之間沒有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對于排斥，分子本身的體積相對于氣體所占體積完全可以忽略。氣體所占體積完全可以忽略。 符合理想氣體狀態(tài)方程符合理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程：理想氣體狀態(tài)方程： pV = nRT R摩爾氣體常數(shù)摩爾氣體常數(shù) 在在STP下下p=101.325kPa，T=273.15Kn=1 mol時，時，Vm=22.414L=22.41410-3m3 1718101.325103Pa22.41410-3 m31mol273.15K=

10、R= pV/nT= 8.314 Pam3mol-1K-1= 8.314Jmol-1K-11. 計算p，V，T，n四個物理量之一。2.氣體摩爾質(zhì)量的計算MmnM = Mr gmol-1 理想氣體狀態(tài)方程式的應用理想氣體狀態(tài)方程式的應用pVmRTM RTMmpV nRTpV 用于溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。pV = nRT =RTpMpVmRTM = m / VpRTM3.氣體密度的計算理想氣體分壓定律：理想氣體分壓定律：氣體的分壓氣體的分壓(pB)氣體混合物中，某氣體混合物中，某一組分氣體一組分氣體B對器壁所施加的壓力。對器壁所施加的壓力。即等于相同溫度下該氣體單獨占有與混即等于相同溫度下

11、該氣體單獨占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力。合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力。道爾頓分壓定律道爾頓分壓定律混合氣體的總壓力混合氣體的總壓力等于各組分氣體的分壓之和。等于各組分氣體的分壓之和。 p = pB21nBnnBn22 pB p= 如如 組分氣體組分氣體B的物質(zhì)的量為的物質(zhì)的量為nB 混合氣體的物質(zhì)的量為混合氣體的物質(zhì)的量為n 混合氣體的體積為混合氣體的體積為V則它們的壓力：則它們的壓力： pB = nBRT/V pV = nRT/V兩式相除可以得到：兩式相除可以得到： nB n則則 pB= p （ 為組分氣體為組分氣體B的的摩爾分數(shù)摩爾分數(shù) ） 同溫同壓下同溫同壓下, ,氣態(tài)物質(zhì)的量與

12、其體積成正比，氣態(tài)物質(zhì)的量與其體積成正比，則則23 解解m(CO2) 5.00gM(CO2) 44.01gmol-1n(CO2)= = =0.114molp(CO2)= = Pa n(CO2)RT 0.1148.314303.15 V 1.0010-2=2.87104Pap(N2)=p-p(O2)-p(CO2)=(9.33-2.67-2.87)104Pa =3.79104Pa例例241.2.6 化學計量化合物和化學計量化合物和非計量化合物非計量化合物化學式化學式：表明組成化學物質(zhì)的各元素原子數(shù)：表明組成化學物質(zhì)的各元素原子數(shù)目之間最簡單的整數(shù)比關(guān)系，又稱最簡式。目之間最簡單的整數(shù)比關(guān)系，又稱最

13、簡式。分子式分子式：表明分子型物質(zhì)中一個分子所包含：表明分子型物質(zhì)中一個分子所包含的各種元素原子的數(shù)目。的各種元素原子的數(shù)目。分子式可能和最簡式相同，也可能是最簡式分子式可能和最簡式相同，也可能是最簡式的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。25分子型物質(zhì)分子型物質(zhì) 化學式化學式 分子式分子式氣態(tài)氯化鋁氣態(tài)氯化鋁AlCl3Al2Cl6水水H2OH2O對于那些非分子型物質(zhì)對于那些非分子型物質(zhì),只能用最簡式表示只能用最簡式表示。例如：離子型化合物氯化鈉，習慣上以最例如：離子型化合物氯化鈉，習慣上以最簡式簡式NaCl表示。表示。 化學計量化合物化學計量化合物：具有確定組成且各種元素：具有確定組成且各種元素的原子互成簡單

14、整數(shù)比的化合物，這類化合的原子互成簡單整數(shù)比的化合物，這類化合物又稱物又稱整比化合物整比化合物或或道爾頓體道爾頓體。例如：例如：一氧化碳中氧與碳質(zhì)量比恒為一氧化碳中氧與碳質(zhì)量比恒為4 3原子比恒為原子比恒為1 126非化學計量化合物非化學計量化合物：組成可在一個較小范圍：組成可在一個較小范圍內(nèi)變動，而又保持基本結(jié)構(gòu)不變的化合物，內(nèi)變動，而又保持基本結(jié)構(gòu)不變的化合物，這類化合物偏離了原子互為整數(shù)比的關(guān)系，這類化合物偏離了原子互為整數(shù)比的關(guān)系，又稱為又稱為非整比化合物非整比化合物或或貝多萊體貝多萊體。例如例如: 還原還原 WO3 或加熱或加熱WO2 與與WO3 的混合的混合物，均可制得物，均可制得WO2.92。又如又如: 方鐵礦的物相分析發(fā)現(xiàn)方鐵礦的物相分析發(fā)現(xiàn), 在