無機及分析化學(上)-教案.

1、長江大學工程技術學院教案/講稿第一講緒論一、化學研究的對象什么是化學？研究物質的組成、結構、性質及其 變化 規(guī)律和變化過程中能量關系的一門科學 .化學研究的對象化學研究的簡單歷程：19 世紀 -20 世紀上半葉： 發(fā)現(xiàn)新元素及其化合物， 元素周期律的發(fā)現(xiàn)是化學發(fā)展史上的里程碑。20 世紀下半葉：合成新分子化學具體研究的內容：化學物質的分類、合成、反應、分離、表征、設計、性質、結構、應用、相互關系。二、化學的主要分支無機化學：元素及其化合物(除碳、氫化合物及其衍生物)，研究的主要內容為元素、單質及無機物的來源、制備、性質、變化和應用.分析化學：研究物質化學組成和結構的分析方法及其有關理論按原理分

2、為化學分析 （含量在 1%以上的常量組分分析） 和儀器分析 （一般適合于微量甚至痕量分析 .）按任務分 : 定性分析 ; 定量分析 ; 結構分析 .有機化學：研究有機化合物的來源、制備、結構、性質、應用以及有關理論的科學，又稱碳化合物的化學。研究的主要內容:有機物性質、結構、合成方法、有機物間相互轉變及其變化規(guī)律和理論.物理化學：研究所有物質系統(tǒng)的化學行為的原理、規(guī)律和方法的學科。研究主要內容: 化學熱力學、化學動力學、結構化學三、無機及分析化學課程的主要內容及課程的性質1.課程的主要內容:平衡：從化學熱力學角度研究化學平衡基本原理以及平衡移動的基本規(guī)律 .，具體討論酸堿平衡、沉淀生成與溶解平

3、衡、氧化還原平衡、配位平衡 .結構：研究原子結構、分子結構和晶體結構的基本規(guī)律,了解物質的第頁長江大學工程技術學院教案/講稿性質、化學反應與結構的關系.性質：在元素周期律的基礎上研究一些主要元素及其重要化合物的結構、組成、性質及其變化規(guī)律 ,了解一些主要元素及其重要化合物在有關領域的應用 .應用：應用四大化學平衡的原理進行物質的分離,制備以及測定2.課程的性質整合無機化學和分析化學的內容，目的是節(jié)約時間，避免重復幾大類專業(yè)學習該門課程。四、化學在社會中的地位和作用皮爾達爾（美） ： “化學是滿足社會需要的中心學科”福井千一（日） ： “化學注定是中心學科的占有者”1、 衣食住行和日常生活2、

4、從社會發(fā)展看工業(yè)、農業(yè)、國防，國際上的熱點問題（例如環(huán)境保護、能源開發(fā)、功能材料、生命過程）都需要化學來解決。五、怎樣學習化學動力：好奇心、興趣、責任感、敬業(yè)精神實踐： I hear , I forget ; I read , I remember ; I do , I understand !方法：適合自己的學習方法六、本門課程學習要求和考核方式學習要求：課前預習、 上課認真聽講、做好筆記、課后復習、 獨立完成作業(yè)考核方式： 50%期末測試 +50% 平時成績（考勤30%+ 作業(yè) 30%+平時測試 30%+筆記 10%）參考書籍：1.無機及分析化學呼世斌著，高等教育出版社。2.無機及分析化學

5、 （第三版）南京大學編，高等教育出版社出版3.無機化學北師大等校編，高等教育出版社。4.分析化學華中師范大學編，高等教育出版社。5. 無機及分析化學學習指導 .浙江大學編 . 高等教育出版社， 2004 年第頁長江大學工程技術學院教案/講稿第二講第一章溶液和膠體教學目的：1.了解分散系的分類及主要特征。2.掌握溶液濃度的表示方法及濃度的換算。3.掌握稀溶液的依數(shù)性及其定量規(guī)律。4.熟悉膠體的基本概念、結構及其性質等。5.了解高分子溶液、表面活性物質、乳濁液的基本概念和特征。教學重點：1.物質的量、摩爾質量、物質的量濃度等概念；2.稀溶液的依數(shù)性、膠體結構、膠體的穩(wěn)定性與聚沉方法。學習難點：對稀

6、溶液依數(shù)性的理解,膠體結構與膠體聚沉。一、分散系溶液：凡是由一種或多種物質分散在另一種物質中形成的混合體系。1.定義分散系：一種（或幾種）物質分散成為微小粒子分布在另外一種物質中所構成的系統(tǒng)包括分散質 (被分散的物質 ) 和分散劑（容納分散質的物質）分散質和分散劑可以是固體、液體或氣體。2.分散系的特點： 分散質處于被分割成粒子的不連續(xù)狀態(tài)，分散劑處于連續(xù)狀態(tài)分散系的分類（ 1）按聚集狀態(tài)分為（表1-1）分散質和分散劑的聚集狀態(tài)（ 2）按分散質粒子大小分類的各種分散系（表1-2）低分子或離子分散系、液體分散系和粗分散系膠體：由顆粒直徑在 10-910-7m 的分散質而組成的體系二、溶液濃度的表

7、示方法物質以分子、離子或原子的形式分散于另一種物質中所形成的均勻穩(wěn)定的系統(tǒng) (或稱體系 )稱為溶液。溶液分為氣體溶液、液體溶液和固體溶液，通常所說的溶液是指液體溶液。最常見的溶液是水溶液，簡稱為溶液。第頁長江大學工程技術學院教案/講稿1、溶液組成量度的表示方法（ 1）物質的量濃度nBcBV，單位為 mol ·L-1 。cB B 的物質的量濃度nB 物質 B 的物質的量，單位為mol 。V 混合物的體積，單位為 L 。注意 : 使用物質的量單位mol 時，要指明物質的基本單元。例：c(KMnO 4)=0.10mol L·-1c(1/5KMnO 4)=0.10mol L

8、3;-1 的兩個溶液。兩種溶液濃度數(shù)值相同，但是，它們所表示1 L 溶液中所含KMnO 4 的質量是不同的， 前者 15.8克，后者為 3.16 克。（ 2）質量摩爾濃度nBbBmAbB 溶質 B 的質量摩爾濃度，單位為mol ·Kg -1。nB 溶質 B 的物質的量，單位為mol 。mA 溶劑的質量，單位為kg 。（ 3）摩爾分數(shù)nBBnnB B 的物質的量， SI 單位為 mol ；n 混合物總的物質的量，SI 單位為 mol；單位：物質B 的摩爾分數(shù)，量綱為一。兩組分的溶液系統(tǒng)：溶質 B 的摩爾分數(shù) :nBBnAnB溶劑 A 的摩爾分數(shù) :nAAn AnB所以AB1對任何一個多

9、組分系統(tǒng)，則（ 4）質量分數(shù)i 1mBB B 的質量分數(shù)，量綱為一。m第頁長江大學工程技術學院教案/講稿(1)物質的量濃度與質量分數(shù)nBmBmBmBBcBM B m M BV M BV M B m /cB 溶質 B 的量濃度 ; 溶液的密度 ;wB 溶質 B 的質量分數(shù) ;MB 溶質 B 的摩爾質量。(2)物質的量濃度與質量摩爾濃度nBnBnBcBmmVcB 溶質 B 的量濃度 ; 溶液的密度 ;m 溶液的質量 ;nB 溶質 B 的物質的量講解 P9 例 1-2三、稀溶液的通性稀溶液的通性，或者稱為依數(shù)性(colligativeproperty) : 指稀溶液蒸氣壓的下降、沸點上升、凝固點下降

10、和稀溶液的滲透壓與溶液中溶質的獨立質點數(shù)有關，而與溶質的本身性質無關。1.溶液蒸氣壓的下降飽和蒸氣壓 ,簡稱蒸氣壓 (po) ：將一種純液體（純溶劑）置于一個密封容器中，當蒸發(fā)為氣態(tài)的溶劑粒子數(shù)目與氣態(tài)粒子凝聚成液態(tài)的溶劑粒子數(shù)目相等時，這時液體上的蒸氣所具有的壓力稱為溶劑在該溫度下的飽和蒸氣壓。拉烏爾定律法國物理學家拉烏爾(Roult F M)在 1887年總結出一條關于溶劑蒸氣壓的規(guī)律。po×=pA由于 十 l，即 l 一 ABAB所以p = po×（ 1-B） =po-p o·Bpo-p = p o·B p = po-p = p o·B

11、p 溶液蒸氣壓的下降值，單位為Pa；B 溶質的摩爾分數(shù)。第頁長江大學工程技術學院教案/講稿結論: 在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質稀溶液的蒸氣壓的下降值與溶質的摩爾分數(shù)成正比。 拉烏爾定律2.溶液沸點升高和疑固點下降沸點是指系統(tǒng)中液體的蒸氣壓等于外界壓強時度。在一定的外壓下，任何純液體都有一定的沸點。外界壓強為1.0 ×105Pa 時，純水的沸點為100。拉烏爾根據(jù)實驗結果推導出： Tb = Kb×bBb溶液沸點的變化值，單位為K 或； TbB 溶質的質量摩爾濃度，單位為mol ·kg-1;K b 溶液沸點上升常數(shù)，單位為K·kg ·mol-1或

12、·kg ·mol-1, K b只與溶劑的性質有關，而與溶質的本性無關。不同的溶劑有不同的K b 值 。書表 1-3幾種溶劑的Tb 和 K b即：難揮發(fā)性非電解質稀溶液的沸點升高值與溶質的質量摩爾濃度成正比，而與溶質的性質無關。需要指出的是: 溶液的沸點不是恒定的，而純液體有固定沸點，原因是隨著溶液的沸騰，溶劑不斷蒸發(fā)，溶液的濃度逐漸增大， 蒸氣壓不斷降低， 因此沸點升高數(shù)值越來越大 , 當溶液達到飽和后，沸點不再變化。若繼續(xù)蒸發(fā)，溶液中的溶質就要析出。我們所說的溶液的沸點是指某溶液剛開始沸騰時的溫度。溶液的凝固點又稱為冰點，是指液體蒸氣壓與固體純溶劑蒸氣壓相等時系統(tǒng)的溫度，

13、也是純物質的固相與液相共存(即達到平衡 )時的溫度。例如冰和水在0時蒸氣壓相等，故水的凝固點是0，在此溫度下，第頁長江大學工程技術學院教案/講稿水和冰可以相互轉化，即液體的凝固和固體的熔化處于平衡狀態(tài)。溶液凝固首先是溶液中溶劑的凝固，因此溶液的凝固點實際為溶液中溶劑的蒸氣壓與固態(tài)溶劑的蒸氣壓相等時的溫度。根據(jù)拉烏爾的實驗結果：難揮發(fā)性非電解質稀溶液的凝固點降低T f與溶質的質量摩爾濃度成正比，而與溶質的本性無關。其關系式為: Tf =k fbBkf 稱為溶劑的摩爾凝固點下降常數(shù)，kf 只與溶劑的性質有關，單位為 : ·kg·mol-1 或 K·kg·mo

14、l-1 。 常見溶劑的 kf 列于表 1 中。Tf 溶液凝固點下降值，單位為K 或；bB 溶質的質量摩爾濃度，單位為mo1·kg-1 ；思考題： 1、難揮發(fā)物質的溶液在不斷沸騰時，它的沸點是否恒定？在冷卻過程中它的凝固點是否恒定？2、用測凝固點的方法來估算溶質的相對分子質量。第頁長江大學工程技術學院教案/講稿第三講3、溶液的滲透壓滲透：由物質粒子通過半透膜單向擴散的現(xiàn)象。半透膜：在兩個不同濃度的溶液之間，存在一種能有選擇地通過或阻止某些粒子的物質。滲透壓：為維持只允許溶劑通過的膜所隔開的溶液與純溶劑之間的滲透平衡而需要的超額壓力。1886 年荷蘭物理學家范特荷甫（Van t Hoff

15、）指出：稀溶液的滲透壓（ ）與溶液濃度和溫度的關系是：×V = nB×R×T即 = cB×R×T 溶液的滲透壓，單位為Pa；cB 溶液的濃度，單位為mo1·L -1；R 氣體常數(shù)，為8.314kPa L··mol -1·K -1；T 體系的溫度，單位為K上式表明：在一定的溫度下，溶液的滲透壓與溶液的濃度成正比，而與溶質的本性無關。根據(jù)溶液的滲透壓，可測定溶質的摩爾質量，特別是高分子化合物的摩爾質量。反滲透是在溶液一方所加的額外壓力超過滲透壓，使溶液中的溶劑分子反向滲透的現(xiàn)象。反滲透方法在海水淡化、污水處理

16、等方面前景較好，現(xiàn)在關鍵問題是尋找理想的半透膜。測定溶液滲透壓，估算溶質的相對分子質量。稀溶液的定理：難揮發(fā)、非電解質稀溶液的某些性質(蒸氣壓下降、沸點上升、凝固點下降和滲透壓)與一定量的溶劑中所含溶質的物質的量成正比，而與溶質的本性無關。思考題：稀溶液的各項通性，為什么不適用于濃溶液和電解質？四、 膠體溶液膠體分散系：溶膠（如 Fe(OH)3 膠體和 As2S3 膠體等）高分子溶液（淀粉溶液和蛋白質溶液等）1、分散度和表面吸附分散系的 分散度 (dispersion degree)常用 比表面積 來衡量。SsV第頁長江大學工程技術學院教案/講稿s分散質的比表面積，單位是m-1；S分散質的總表

17、面積，單位是m2；3V分散質的體積，單位是m 。表面能： 把物質內部分子拉向表面， 須吸收能量 , 克服指向物質內部的力。當這些內部分子轉移出來，形成新表面時，這部分能量就轉變成表面層分子的勢能，因而表面層分子比內部分子的能量高，高出部分的能量稱為表面能。物質分散程物質分散程度越大，比表面越大，表面能就越高。液體和固體都有自動減小表面能的能力。通常以吸附的途徑來降低物質的表面能。表面吸附：物質表面質點吸附其它質點，其為一放熱過程，也是一個自發(fā)過程。2 、膠團的結構以稀 AgNO 3 與過量 的 KI 反應制備的AgI 溶膠為例，說明膠團結構。KI 過量時形成的AgI 膠團結構示意圖AgI 膠團

18、結構簡式： （ AgI) m ·nI-·（ n-x） K+ x- ·xK +膠核 電位離子 反離子 反離子吸附層擴散層膠粒膠團第頁長江大學工程技術學院教案/講稿式中 m、 n、 x 分別表示膠核中 AgI 的數(shù)目，電位離子數(shù)和吸附層中反離子數(shù)。 m、n、x 皆為不確定的數(shù)， 即使同一溶膠的不同的膠團, 其m、 n、 x 也不相同。若以過量 AgNO 3 制備 AgI 溶膠時，則電位離子是Ag + ，而反離子是NO3-，膠團結構式為 (AgI) m·n Ag + ·(n-x) NO 3-x +·x NO 3-例 1：氫氧化鐵溶膠式通過三

19、氯化鐵在沸水中水解而制成的。FeCl3 +H 2O=Fe(O H) 2Cl+2 HClFe (O H) 2 Cl+2H 2O=Fe(O H) 3+HClFe ( OH) 2 Cl= FeO +Cl +H 2O其膠團結構式為： Fe(OH) 3m·nFeO+·(n-x)Clx +·xCl例 2：硫化砷溶膠的制備通常是將H2S 氣體通入砷酸溶液中生成淡黃色的硫化砷溶膠。H 3 AsO3+H 2S= As2S3+6H 2OH2S= H S-+H +三硫化二砷膠團結構簡式表示為: (As 2S3) m·nHS-·(n-x)H +x -·xH

20、+硅膠的膠團結構簡式表示為: (H 2 SiO3)m·nHSiO 3-·（n-x ） H+X -·xH +注 : 在制備膠體時 ,一定要有穩(wěn)定劑存在。通常穩(wěn)定劑就是在吸附層中的離子。3膠體溶液的性質（ 1）溶膠的光學性質 丁鐸爾效應1869 年，丁鐸爾 (Tyndall) 在研究膠體時， 將一束光線照射到透明的溶膠上，在與光線垂直方向上觀察到一條發(fā)亮的光柱。這一現(xiàn)象稱為丁鐸爾效應。丁達爾效應是膠體所特有的現(xiàn)象，可通過該效應來鑒別溶液與膠體。光線照射到物體表面時，可能產生兩種情況：1）顆粒直徑遠遠大于入射光的波長，此時入射光被完全反射，不出現(xiàn)丁達爾效應2）顆粒直徑比

21、入射波長小，則發(fā)生光的散射作用而出現(xiàn)丁達爾現(xiàn)象。3）顆粒直徑很小，小于1 nm，對光的散色極弱，則發(fā)生光的透色現(xiàn)象。溶膠的粒子直徑在1100nm，一般可見光的波長范圍在400760nm第頁長江大學工程技術學院教案/講稿可見光通過溶膠時便產生明顯的散射作用。注：高分子溶液、溶質與溶劑沒有明顯的界面，對光的散射作用弱，其丁鐸爾效應沒有膠體明顯。（ 2）溶膠的動力學性質 溶膠的布朗運動在超顯微鏡下看到溶膠的散射現(xiàn)象的同時，還可以看到溶膠中的發(fā)光點并非是靜止不動的，它們是在作無休止、無規(guī)則的運動。產生原因：膠粒受力不平衡及膠粒的熱運動產生的結果：膠體的擴散作用動力學穩(wěn)定性（ 3）溶膠的電學性質 電泳電

22、泳：在電場中，溶膠體系的溶膠粒子在分散劑中能發(fā)生定向遷移。根據(jù)電泳實驗判斷溶膠粒子的帶電性。注：溶膠粒子帶電的主要原因：（ 1）吸附作用 選擇性吸附與其組成相關的離子例：氫氧化鐵溶膠，由于 Fe(OH) 3 對 FeO+的吸附因而溶膠帶正電。（ 2）電離作用 溶膠表面電離，使膠粒帶電例 ：硅膠粒子帶電就是因為 H 2SiO 3 電離形成 HSiO 3-，并附著在表面而帶負電。4膠體的穩(wěn)定性和聚沉（ 1）溶膠的穩(wěn)定性聚沉：膠體分散系中的分散質從分散劑中分離出來的過程稱為聚沉影響溶膠聚沉的因素主要有：電解質對溶膠的聚沉 作用（最重要的方法）電解質聚沉的主要原因：中和了膠粒的電荷破壞了膠粒的溶劑化膜

23、。聚沉值： 指一定時間內，使一定量的溶膠完全聚沉所需要的電解質的最低 濃度。單位 mmol·l -1聚沉能力：是聚沉值的倒數(shù)。聚沉值越大的電解質，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的電解質，其聚沉能力越強。聚沉能力主要決定于膠粒帶相反電荷的離子的價數(shù)。注 : 與膠粒帶相反電荷的離子的價數(shù)影響最大，價數(shù)越高，聚沉能力越強。例：對 Fe(OH) 3 正溶膠：聚沉能力：K 3Fe(CN) 6 >MgSO 4>AlCl 3第頁長江大學工程技術學院教案/講稿對 As2S3 負溶膠：聚沉能力AlCl 3 >MgSO 4>K 3Fe(CN) 6對帶相同電荷的離子，其聚沉能力隨離

24、子水化半徑的增大而減小。例：對帶負電溶膠： 聚沉能力+Li+2+ Sr2+2+RbKNa；BaCa Mg 2+ 對帶正電溶膠：聚沉能力F->Cl ->Br - > >I -例：等體積的 0.08mol/L NaBr 溶液和 0.1mol/L 的 AgNO3 溶液混合制 AgBr 溶膠，分別加入相同濃度的下述電解質溶液，其聚沉能力的大小次序如何？(1)KCl,(2) Na3PO 4,(3)MgSO 4 ,(4) Na2SO4解： 2>4>3>1溶膠的互相聚沉兩種帶有相反電荷的溶膠按適當比例相互混合，溶膠會發(fā)生聚沉。聚沉的主要原因：膠粒所帶電荷被中和例：

25、明礬凈水作用。天然水中膠態(tài)的懸浮物大多帶負電，明礬在水中水解產生的 Al(OH) 3溶膠帶正電，它們相互聚沉而使水凈化。 Al(OH) 3m n Al 3+（ n-x）SO42- 2x+ x SO42-溫度對溶膠穩(wěn)定性的影響加熱能破壞膠體的主要原因:膠粒運動加劇,碰撞機會增多。膠粒所帶電量減少。 （吸附大多數(shù)是放熱過程，升溫有利于解析）膠體本身的濃度過高原因：濃度過高，碰撞機會增加，導致聚沉五 高分子溶液和乳濁液自學第頁長江大學工程技術學院教案/講稿第四講第二章化學反應得一般原理教學目的：1理解反應進度、系統(tǒng)與環(huán)境、狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)的概念；2掌握熱與功的概念和計算，掌握熱力學第一定律的概念；3掌

26、握 Q pU r H mr H m f H mr Sm r SmSmr Gmr Gmf Gm的概念及有關計算和應用4掌握標準平衡常數(shù)K 的概念及表達式的書寫；掌握rGm與 K的關系及有關計算；5了解反應速率、基元反應、反應級數(shù)的概念；理解活化分子、活化能、催化劑的概念；了解影響反應速率的因素及其應用。教學重點：1功、熱、熱力學能、焓、熵、自由能的概念及含義2反應焓變、熵變、自由能變的計算方法;3吉布斯 -亥姆霍茲方程及有關應用;學習難點：熵的含義、化學反應中常涉及到的兩個問題:(1) 化學反應進行的方向、程度以及反應過程中的能量變化關系可能性化學熱力學化學熱力學初步和化學反應平衡(2) 化學反

27、應進行的快慢即化學反應的速率問題現(xiàn)實性化學動力學化學反應速率一、基本概念和術語1化學反應進度（ 1） 化學反應計量方程式對任一已配平的化學反應方程式有：0BBB物質 B 的化學計量數(shù)，量綱為一B注意：反應物的化學計量數(shù)為負值；生成物的化學計量數(shù)為正值例：1 N 23 H 2NH 32213其化學計量數(shù)分別(NH3 )1 (N)22 (H2 )（ 2）化學反應進度為：ksai2表示化學反應進行的程度的物理量，單位mol 。定義式：d B1或 dnBBddn B第頁長江大學工程技術學院教案/講稿nB物質 B的物質的量 ，B物質 B的化學計量數(shù)積分式： 1n 或n BBBB注：無論以反應物或生成物表

28、示反應進度，其值均相同。例：N 23H22NH 3n(NH )1當n(NH3 ) 1mol 時30.5mol (NH)32n(H )1.5moln(H2 )1.50.5mol2 (H)23反應進度的物理意義例aAbBgGdD若發(fā)生了 1mol 反應進度的反應，則 nAnBnGnD1molABGD表明：每消耗掉a mol 物質 A 的同時，也消耗掉 b mol 的物質 B，并生成g mol 的物質 G 和 d mol 物質 D反應進度與化學反應計量方程式的寫法有關例 :N3H2NH當n(NH ) 1mol時n(NH3)12230.5mol3 (NH)321N 23H2 NH 3當3n(NH3 )

29、122n(NH ) 1mol 時31mol(NH)12系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)：熱力學中所研究的對象環(huán)境：系統(tǒng)以外與系統(tǒng)密切相關的其它物質和空間據(jù)系統(tǒng)與環(huán)境之間的關系，可把系統(tǒng)分為三種：敞開系統(tǒng)：系統(tǒng)與環(huán)境之間既有物質交換又有能量交換。封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與環(huán)境之間沒有物質交換，只有能量交換。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)和環(huán)境之間既無物質交換，又無能量交換3狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)：是指系統(tǒng)所有宏觀性質的綜合表現(xiàn)如壓力、溫度、密度、體積等。狀態(tài)函數(shù)：描述系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀性質稱為狀態(tài)函數(shù)。狀態(tài)函數(shù)的特點：（ 1）它的數(shù)值僅僅取決于系統(tǒng)的狀態(tài)。狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)一定，狀態(tài)變則狀態(tài)函數(shù)隨之改變。狀態(tài)函數(shù)變化只與系統(tǒng)的終始態(tài)有關，而第頁長

30、江大學工程技術學院教案/講稿與變化的具體途徑無關（ 2）系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)之間有某種聯(lián)系和制約關系據(jù)各宏觀性質是否與系統(tǒng)的物質的量有關狀態(tài)函數(shù)分為兩類：廣度性質：凡與系統(tǒng)內物質的量成正比的狀態(tài)函數(shù)稱為廣度性質，也叫容量性質，廣度性質具有加合性。如質量、體積等。強度性質：凡與系統(tǒng)中物質的量無關，僅與體系自身特性有關的性質，稱為強度性質。強度性質不具有加和性。如濃度、溫度等。4過程與途徑過程：起始到終了，稱為一個過程，它是體系狀態(tài)變化的經過。據(jù)過程中系統(tǒng)的P、 V 、 T 變化特點，將過程分為以下幾種：(1)等溫過程：T 1=T 2=T 環(huán)(2) 等壓過程：p1=p2=p 外(3)等容過程：V 1=V

31、 2(4)絕熱過程：系統(tǒng)的狀態(tài)變化是在絕熱條件下進行的。(5)循環(huán)過程：系統(tǒng)的變化由初始態(tài)出發(fā)，經歷一系列變化，又回到原來的初始態(tài)。始態(tài)和終態(tài)為同一狀態(tài)，此過程的狀態(tài)函數(shù)改變量為零。問：一般化學反應屬于什么過程？什么體系？一般的化學反應是等溫等壓或等溫等容過程,封閉體系途徑：系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)的變化過程可以采取不同的方式，每一種方式就稱為一種途徑。5熱和功熱：由于系統(tǒng)與環(huán)境間溫度的差異而產生的能量交換形式稱為熱，用符號 Q 表示。熱單位為 J 或 kJ。熱力學規(guī)定： 系統(tǒng)吸熱， Q （體系到能量） ；系統(tǒng)放熱， Q （體系失能量）功：除熱以外，系統(tǒng)與環(huán)境之間以其它形式傳遞的能量稱為功。用符號W

32、表示。功單位為J 或 kJ。熱力學中規(guī)定： 系統(tǒng)對環(huán)境作功， W （體系失能量） ；環(huán)境對系統(tǒng)做功， W （體系到能量）W 可分為兩類：We 體積功， W 非體積功 (有用功 )體積功是由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而做的功，其物理意義為系統(tǒng)體積變化、反抗外壓作用而與環(huán)境進行的能量。當系統(tǒng)的壓強與環(huán)境的壓強相等時： P1= P2 =P 外We=P 外 (V 2-V 1)We= PV若考慮非體系功，則We= P V+W f第頁長江大學工程技術學院教案/講稿熱和功都是變化過程中交換或傳遞的能量。沒有過程就沒有熱和功，熱和功都不是狀態(tài)函數(shù)。6熱力學能與熱力學第一定律（ 1）熱力學能（ U ）內能：包括宏觀的能

33、和微觀的能，宏觀的例如動能、勢能；微觀的例如分子的平動能、轉動能。熱力學能：指在不考慮系統(tǒng)整體運動的動能和系統(tǒng)整體處于外力場中所具有的勢能的情況下， 系統(tǒng)內所有微觀粒子全部能量之和 （包括系統(tǒng)中分子的平動能、轉動能、振動能、電子運動和原子核內的能量以及系統(tǒng)內部分子與分子間的相互作用的位能等），又稱為內能， 用符號 U 表示，單位J 或 kJ 。注：熱力學能是狀態(tài)函數(shù)，其變化量與途徑無關，在實際化學過程中， U 的絕對值不可能到。特點：體系得重要狀態(tài)函數(shù)，廣度性質，具有加和性。例： 50g 水的熱力學能為 1.則 100g 水的熱力學能為 1 （）熱力學第一定律熱力學：定量的研究能量相互轉化過程

34、所遵循的科學熱力學第一定律：將能量守恒與轉化定律用于具體的熱力學系統(tǒng)即得到熱力學第一定律，具體內容為封閉系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化時，其熱力學能的變化等于系統(tǒng)與環(huán)境傳遞的熱與功的總和。二、熱化學化學反應過程中總是伴有熱量的吸收和放出，熱化學就是把熱力學理論與方法應用于化學反應中，計算與研究化學反應的熱量及變化規(guī)律的學科。1化學反應熱效應指系統(tǒng)發(fā)生化學反應時，在只做體積功不做非體積功的等溫過程中吸收或放出的熱量。（ 1）恒容反應熱在等溫條件下，若系統(tǒng)發(fā)生化學反應是恒容且不做非體積功的過程，則該過程中與環(huán)境之間交換的熱就是恒容反應熱，以符號“QV”來表示。第頁長江大學工程技術學院教案/講稿據(jù)熱力學第一定律U

35、QW若為恒容過程V 0，而 WpVW0U QV 恒溫恒容過程中系統(tǒng)的熱量變化全部用來改變系統(tǒng)的熱力學內能。（ 2）恒壓反應熱在等溫條件下，若系統(tǒng)發(fā)生化學反應是恒壓且只做體積功不做非體積功的過程，則該過程中與環(huán)境之間交換的熱就是恒壓反應熱，其量符號為 Qp由熱力學第一定律U QW若為恒壓過程QQ pWp VUQp p VQpU p V U p(V2 V1 )U (p2 V2p1V1)p p1p2(U 2U1) (p2 V2p1V1)U 2p2 V2(U 1p1V1 )令H U pVH- 焓，具有能量的量綱，無物理意義，狀態(tài)函數(shù)，絕對值無法確定。即QpU 2p 2 V2(U1p1V1 )H 2H1

36、HQpH意義：恒壓只做體積功的過程中，封閉系統(tǒng)吸收的熱量全部用于增加系統(tǒng)的焓。H 0系統(tǒng)從環(huán)境吸熱，吸熱反應H 0系統(tǒng)向環(huán)境放熱，放熱反應H 和 U 一樣，其絕對值無法測量，但在一定條件下，可以從系統(tǒng)與環(huán)境間熱量的傳遞來衡量系統(tǒng)H 的變化。H U p VU QV，QpH Q p QV p Va. 當反應物和生成物都為固態(tài)和液態(tài)時，反應的 p V值很小， 可忽略不計 , H U。pV 值較大，不可忽略。b. 對有氣體參加或生成的化學反應，設為理想氣體nB(g)B (g) 0BH U p VH U nB(g)RTHU n(g)RTB第頁長江大學工程技術學院教案/講稿即使在有氣體參加的反應中，p V

37、(即n(g)RT)與H 相比也只是一個較小的值。因此，在一般情況下，可認為：H 在數(shù)值上近似等于U，在缺少U 的數(shù)據(jù)的情況下可用H 的數(shù)值近似。第頁長江大學工程技術學院教案/講稿第五講2蓋斯定律1840 俄國化學家蓋斯指出：在不做其它功并處于恒容或恒壓的情況下，任一化學反應，不論是一步完成的，還是分幾步完成的，其化學反應的熱效應總是相同的，即化學反應熱效應只與始、終狀態(tài)有關而與具體途徑無關。根據(jù)蓋斯定律，可以間接地求算一些不易直接準確測定或不能直接測定的反應熱。(1)C(s)O(g)CO(g)， HC(s)O 2 (g)H1CO2( (g )221(2)C(s)1 O 2 (g)CO(g) ，

38、 H22(3)CO(g)1 O 2 (g) CO 2 (g)， H3CO(g)1 O 2 (g)2(1) (2)2H1H2條件：在不做體系功和處于恒壓或處于恒容情況下。(3) H3注：為了求反應熱，可把反應設計成分步進行，至于反應是否按設計的途徑進行，則無關緊要。3標準摩爾反應焓變（ 1）摩爾反應焓變r H m表示當反應進度為1mol 時的熱效應，單位kJ mol 1或 J mol 1如果一反應進度為的反應焓變?yōu)閞H，則r H mr H（ 2）物質的標準態(tài)標準狀態(tài)：指在溫度T 及標準壓力p(100kPa)下的狀態(tài)，簡稱標準態(tài)，用 “ 表”示。熱力學中的標準態(tài)：a. 純理想氣體物質的標準態(tài)是該氣

39、體處于標準壓力p下的狀態(tài)，混合理想氣體中任一組分的標準態(tài)是該氣體組分的分壓為p時的狀態(tài)。b.純液體（或純固體）物質的標準態(tài)就是標準壓力 p下的純液體（或純固體）。注：在標準態(tài)的規(guī)定中只規(guī)定了壓力p 并沒有規(guī)定溫度（ 3）標準摩爾反應焓變化學反應中，任何物質均處于溫度T 時的標準狀態(tài)下，該反應的摩第頁長江大學工程技術學院教案/講稿爾反應焓變稱為標準摩爾反應焓變，以r H m表示， T 為熱力學溫度。4、熱化學反應方程式熱化學反應方程式：表明化學反應與反應熱關系的化學反應方程書寫化學反應計量方程式。注意點：a. 同一反應，不同的化學計量方程式，其反應熱的數(shù)值不同；b. 應注明參與反應的諸物質的聚集

40、狀態(tài)，以g、l 、 s 表示氣、液、固態(tài)，聚集狀態(tài)不同化學熱效應不同。C(石墨 )O 2 (g)CO 2 (g)393.509kJ mol1Hm1111393.509kJ mol1C(石墨 )O 2(g)CO2(g) Hm2222c. 應注明反應溫度，如果在298.15K ，通常可以省略不寫。C(石墨 )O2 (g)393.509kJ mol1CO2 (g) HmC(金剛石 ) O2 (g)CO2 (g)395.404kJ mol1Hm5標準摩爾生成焓在溫度及標準態(tài)下，由穩(wěn)定單質生成1mol 物質的標準摩爾反應焓變即為物質在溫度下的標準摩爾生成焓，用f H m，單位kJ mol 1。穩(wěn)定單質的

41、標準生成焓為零：碳（石墨），硫（斜方硫） ，磷（紅磷）如393.509kJ mol1C(石墨 ) O2 (g) CO 2 (g) Hm則f H m (CO2 ,g)393.509kJ mol 1又如1285.830kJ1H 2 (g)O2 (g)H2 O(l)Hmmol2例：指出下列物質中哪些物質的f H m0(a) Fe(s) (b) O(g)(c) C(石墨) (d) Ne(g) (e) Cl 2 (l)答 (b) (c)例：指出下列反應中哪個反應的r H m 是AgCl(s) 的 f H m0。(a) Ag (aq)Cl (aq)AgCl(s)(b) Ag(s)1 Cl 2 (g)AgC

42、l(s)(b)2(c) AgCl(s)1Cl 2 (g)(d) Ag(s)AuCl(aq)Au(s)AgCl(s)Ag(s)2第頁長江大學工程技術學院教案/講稿6標準摩爾燃燒焓在標準態(tài)下1mol 物質完全燃燒（或完全氧化）生成標準態(tài)的產物的反應熱效應為該物質的標準摩爾燃燒焓，c H m ，單位 kJ mol 1。完全燃燒：C CO2 (g) HH 2 O(l) SSO2 (g ) N N 2 (g)Cl 2 (g) HCl(aq)7標準摩爾反應焓變的計算（1）由生成焓求反應熱r H m (I )Bf H m (B)Br H m (I )f H m (生 )f H m (反 ) 提問 ：298.15K 時物質的標準生成焓可查表，r H m可據(jù)上式計算，其它溫度如何計算？f Hm 與溫度有關，但r H m (T ) 受溫度影響很小，可用298.15K 下的r H m 近似其他溫度下的代替r H m (T ) ，即 r H m (298.15)r H m (T )（ 2）由燃燒焓求反應熱r H m (I)rH