1化學(xué)反應(yīng)中能量與質(zhì)量的關(guān)系無(wú)機(jī)化學(xué)整理天津大學(xué)ppt課件

1、第一章第一章 化學(xué)反應(yīng)中的化學(xué)反應(yīng)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)系第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)中的計(jì)量化學(xué)反應(yīng)中的計(jì)量1-1-1 相對(duì)原子質(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 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。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。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。稱為同位素。 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 16O 17O 18O18O含量含量/%

2、 99.759 0.037 0.204/% 99.759 0.037 0.204 碳也有三種同位素：碳也有三種同位素： 12C 12C 13C 14C13C 14C含量含量/% 98.892 1.108/% 98.892 1.1081-1-1 相對(duì)原子質(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 例如：例如： Ar(H) = 1.0079 Ar(H) = 1.0079 Ar(O) = 15.999 Ar(O) = 15.999相對(duì)原子質(zhì)量相對(duì)原子質(zhì)量(Ar)(Ar)元素的平均原子質(zhì)量與核素元素的平均原子質(zhì)量與核素12C12C原子原子質(zhì)量的質(zhì)量的1/121/12之比。之比。以往被稱為原子量。以往

3、被稱為原子量。1-1-1 相對(duì)原子質(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)量例如：例如： Mr(H2O)= 18.0148 18.01 Mr(H2O)= 18.0148 18.01 Mr(NaCl)= 58.443 58.44 Mr(NaCl)= 58.443 58.44相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)分子質(zhì)量(Mr)(Mr)物質(zhì)的分子或特定單元的平均質(zhì)量與核素物質(zhì)的分子或特定單元的平均質(zhì)量與核素12C12C原子質(zhì)量原子質(zhì)量的的1/121/12之比。之比。以前被稱為分子量。以前被稱為分子量。1-1-2物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位 是用于計(jì)量指定的微觀基本單元是用于計(jì)量指定的微觀基本單元 ( (如分子、原

4、子、離子、電子等微觀如分子、原子、離子、電子等微觀 粒子粒子) )或其特定組合的一個(gè)物理量或其特定組合的一個(gè)物理量物質(zhì)的量物質(zhì)的量符號(hào)：符號(hào)：n n單位：摩單位：摩 爾爾 （molemole）、）、molmol1-1-2物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位 系統(tǒng)中的物質(zhì)的量若為系統(tǒng)中的物質(zhì)的量若為 1 mol 1 mol，表示該系統(tǒng)中所包含的基本單元數(shù)與表示該系統(tǒng)中所包含的基本單元數(shù)與0.012kg12C0.012kg12C的原子數(shù)的原子數(shù)目相等。目相等。 0.012 kg 12C 0.012 kg 12C所含的碳原子數(shù)目稱為阿伏加德羅常數(shù)所含的碳原子數(shù)目稱為阿伏加德羅常數(shù)AvogadroAvog

5、adro（NANA） (6.022 (6.02210231023個(gè)個(gè)) )。1-1-2物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位 1mol H2 1mol H2表示有表示有NANA個(gè)氫分子個(gè)氫分子2mol C2mol C表示有表示有2NA2NA個(gè)碳原子個(gè)碳原子3mol Na+3mol Na+表示有表示有3NA3NA個(gè)鈉離子個(gè)鈉離子4mol (H2+4mol (H2+O2)O2)表示有表示有4NA4NA個(gè)個(gè)(H2+(H2+O2)O2)的特定組合體的特定組合體，其中含有，其中含有4NA4NA個(gè)氫分子和個(gè)氫分子和2NA2NA個(gè)氧分子個(gè)氧分子1-1-2物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位 在使用摩爾這個(gè)單位時(shí)，一定

6、要指明基本單位在使用摩爾這個(gè)單位時(shí)，一定要指明基本單位( (以化學(xué)以化學(xué)式表示式表示) )，否則示意不明。，否則示意不明。例如例如: : 籠統(tǒng)說(shuō)籠統(tǒng)說(shuō)“1mol“1mol氫氫”難以斷定是指難以斷定是指1mol1mol氫分子氫分子還是指還是指1mol1mol氫原子或氫原子或1mol1mol氫離子氫離子1-1-2物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位 如如 含含1molO21molO2和和4molN24molN2的混合氣體中的混合氣體中, , O2 O2和和N2N2的摩爾分?jǐn)?shù)分別為：的摩爾分?jǐn)?shù)分別為：x(O2)=1mol/(1+4)mol =1/5x(O2)=1mol/(1+4)mol =1/5x(N2

7、)=4mol/(1+4)mol =4/5x(N2)=4mol/(1+4)mol =4/5在混合物中，在混合物中，B B的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量(nB)(nB)與混合與混合物的物質(zhì)的量物的物質(zhì)的量(n)(n)之比，稱為組分之比，稱為組分B B的的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(xB)(xB)，又稱，又稱B B的摩爾分?jǐn)?shù)的摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)1-1-3 摩爾質(zhì)量和摩爾體積摩爾質(zhì)量和摩爾體積 例如例如 1mol H2的質(zhì)量為的質(zhì)量為2.0210-3kg H2的摩爾質(zhì)量為的摩爾質(zhì)量為2.0210-3kgmol-1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

8、單位：的單位：kgmol-1或或gmol-1摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量1-1-3 摩爾質(zhì)量和摩爾體積摩爾質(zhì)量和摩爾體積 例如例如 在標(biāo)準(zhǔn)狀況在標(biāo)準(zhǔn)狀況(STP)(273.15K及及101.325kPa下下)，任何理，任何理想氣體的摩爾想氣體的摩爾體積為：體積為：Vm,273.15K = 0.022414 m3mol-1 = 22.414Lmol-1 22.4Lmol-1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 單位：?jiǎn)挝唬?m3mol-1摩爾體積摩爾體積1-1-4 物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度 溶液中某溶質(zhì)溶液中某溶質(zhì)B的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量(nB)除

9、以溶液的體積除以溶液的體積(V)。cB = nB/V 對(duì)溶液來(lái)說(shuō)，即對(duì)溶液來(lái)說(shuō)，即1L溶液中所含溶質(zhì)溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量 單位：摩單位：摩(爾爾)每升每升 單位符號(hào)：?jiǎn)挝环?hào)：molL-1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，其濃度可表示為：可表示為： c(NaOH) = 0.1 molL-1物質(zhì)的量濃度簡(jiǎn)稱為濃度物質(zhì)的量濃度簡(jiǎn)稱為濃度物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度(cn)1-1-5 氣體的計(jì)量氣體的計(jì)量2.2.研究氣體性質(zhì)的意義研究氣體性質(zhì)的意義(1)(1)是物質(zhì)的一種較簡(jiǎn)單的聚集狀態(tài)。是物質(zhì)的一種較簡(jiǎn)單的聚集狀態(tài)。(2)(2)許多

10、生化過(guò)程和化學(xué)變化都是在空氣中發(fā)生的。許多生化過(guò)程和化學(xué)變化都是在空氣中發(fā)生的。(3)(3)許多氣體參與了重要的化學(xué)反應(yīng)。許多氣體參與了重要的化學(xué)反應(yīng)。3.3.氣體的基本特征氣體的基本特征1-1-5 氣體的計(jì)量氣體的計(jì)量(1)(1)無(wú)固定的形狀和體積。無(wú)固定的形狀和體積。(2)(2)擴(kuò)散性和易被壓縮性擴(kuò)散性和易被壓縮性 。(3)(3)分子間距離大分子間距離大, ,分子間作用力小。分子間作用力小。(4)(4)不同氣體可以任意比例均勻混合。不同氣體可以任意比例均勻混合。(5)(5)密度小。密度小。4. 4. 理想氣體的基本假定理想氣體的基本假定 (1) (1) 氣體分子本身只有質(zhì)量而沒(méi)有體積。氣體

11、分子本身只有質(zhì)量而沒(méi)有體積。 （2 2氣體分子間沒(méi)有相互作用力。氣體分子間沒(méi)有相互作用力。 （3 3氣體分子之間的碰撞氣體分子之間的碰撞, , 包括分子與分子、分子與包括分子與分子、分子與器壁之間的碰撞器壁之間的碰撞, , 是完全彈性碰撞是完全彈性碰撞無(wú)動(dòng)能損耗無(wú)動(dòng)能損耗. . 5. 5. 氣體壓力的產(chǎn)生氣體壓力的產(chǎn)生 1-1-5 氣體的計(jì)量氣體的計(jì)量氣體分子碰撞器壁氣體分子碰撞器壁1-1-5 氣體的計(jì)量氣體的計(jì)量 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程pV = nRTp氣體的壓力，單位為帕氣體的壓力，單位為帕(Pa)V體積，單位為立方米體積，單位為立方米(m3)n物質(zhì)的量，單位為摩物質(zhì)的量，單位為

12、摩(mol)T熱力學(xué)溫度，單位為熱力學(xué)溫度，單位為“開(kāi)開(kāi)”(K)R摩爾氣體常數(shù)摩爾氣體常數(shù) 適用對(duì)象適用對(duì)象 實(shí)際工作中，當(dāng)壓力不太高、溫度不太低的情況下，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(lái)描述。關(guān)系可近似地用理想氣體狀態(tài)方程來(lái)描述。 摩爾氣體常數(shù)摩爾氣體常數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)知實(shí)驗(yàn)測(cè)知1mol理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為 22.4141

13、0-3 m3, 那么那么 101.325103Pa22.41410-3 m31mol273.15KR= pV/nT= 8.3144 Pam3mol-1K-1= 8.3144 Jmol-1K-1理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用1-1-5 氣體的計(jì)量氣體的計(jì)量 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，某一分氣體氣體混合物中，某一分氣體B對(duì)器壁所對(duì)器壁所施加的壓力。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)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。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等于各

14、組分氣體的分壓之混合氣體的總壓力等于各組分氣體的分壓之和。和。 p = pB 總壓與分壓的關(guān)系總壓與分壓的關(guān)系如如 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 p = nRT/V將兩式相除，得將兩式相除，得pB nBp n為組分氣體為組分氣體B B的摩爾分?jǐn)?shù)的摩爾分?jǐn)?shù)nBn 總壓與分壓的關(guān)系總壓與分壓的關(guān)系同溫同壓下同溫同壓下, ,氣體物質(zhì)的量與其體積成正比氣體物質(zhì)的量與其體積成正比 那么那么pB nBp npB = pVBV 解解m(CO2) 5.00gM(

15、CO2) 44.01gmol-1n(CO2)= = =0.114molp(CO2)= = Pa n(CO2)RT 0.1148.314303.15 V 1.0010-2=2.87104 Pap(N2)=p-p(O2)-p(CO2)=(9.33-2.67-2.87)104Pa =3.79104 Pa 體積為體積為10.0L10.0L含含N2N2、O2O2、CO2CO2的混合氣體的混合氣體, ,T=30T=30、p =93.3kPa, p =93.3kPa, 其中其中:p(O2)=26.7kPa, :p(O2)=26.7kPa, CO2CO2的含量為的含量為5.00g, 5.00g, 試計(jì)算試計(jì)算

16、N2N2、CO2CO2分壓。分壓。例例1-1-6 化學(xué)計(jì)量化合物和非計(jì)量化合物化學(xué)計(jì)量化合物和非計(jì)量化合物 能表明組成化學(xué)物質(zhì)的各元素原子數(shù)目之間最簡(jiǎn)單的整數(shù)比關(guān)系能表明組成化學(xué)物質(zhì)的各元素原子數(shù)目之間最簡(jiǎn)單的整數(shù)比關(guān)系, 因此又稱最簡(jiǎn)式因此又稱最簡(jiǎn)式化學(xué)式化學(xué)式分子式分子式能表明分子型物質(zhì)中一個(gè)分子所包含的各種元素原子的數(shù)目。能表明分子型物質(zhì)中一個(gè)分子所包含的各種元素原子的數(shù)目。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：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)對(duì)于那些非分子型物質(zhì),只能用最簡(jiǎn)式表示只能用最簡(jiǎn)式表示例如：離子型化合物氯化鈉，習(xí)慣上以

17、最例如：離子型化合物氯化鈉，習(xí)慣上以最 簡(jiǎn)式簡(jiǎn)式NaCl表示。表示。1-1-6 化學(xué)計(jì)量化合物和非計(jì)量化合物化學(xué)計(jì)量化合物和非計(jì)量化合物具有確定組成且各種元素的原子互成簡(jiǎn)單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。合物或道爾頓體。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 1化學(xué)計(jì)量化合物化學(xué)計(jì)量化合物1-1-6 化學(xué)計(jì)量化合物和非計(jì)量化合物化學(xué)計(jì)量化合物和非計(jì)量化合物組成可在一個(gè)較小范圍內(nèi)變動(dòng)，而又保持基本結(jié)構(gòu)不變的化合物組成可在一個(gè)較小范圍內(nèi)變動(dòng)，而又保持基本結(jié)構(gòu)不變的化合物，這類