無機化學課件：第一章化學中的計量和質(zhì)量關(guān)系

1、*1/28徐州工程學院化工學院第一章 化學反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系第一節(jié) 化學反應(yīng)中的計量*2/28徐州工程學院化工學院1-1-1 相對原子質(zhì)量和相對分子質(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。 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。 自然界中氧就有三種同位素: 16O 17O 18O含量/% 99.759 0.037 0.204 碳也有三種同位素： 12C 13C 14C含量/% 98.892 1.108*3/28徐州工程學院化工學院1-1-1 相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量 例如： Ar(H) = 1.0079 A

2、r(O) = 15.999相對原子質(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。*4/28徐州工程學院化工學院1-1-1 相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量例如： Mr(H2O)= 18.0148 18.01 Mr(NaCl)= 58.443 58.44相對分子質(zhì)量(Mr)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。*5/28徐州工程學院化工學院1-1-2物質(zhì)的量及其單位 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)或其特定組合的一個物理量物質(zhì)的量符號：n單位：摩爾（mole）、mol*6/28徐州

3、工程學院化工學院1-1-2物質(zhì)的量及其單位 系統(tǒng)中的物質(zhì)的量若為 1 mol，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） (6.0221023個)。*7/28徐州工程學院化工學院1-1-2物質(zhì)的量及其單位 1mol H2表示有NA個氫分子2mol C表示有2NA個碳原子3mol Na+表示有3NA個鈉離子4mol (H2+O2)表示有4NA個(H2+O2)的特定組合體，其中含有4NA個氫分子和2NA個氧分子*8/28徐州工程學院化工學院1-1-2物質(zhì)的量及其單位 在使用摩爾這個單位時，

4、一定要指明基本單位(以化學式表示)，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*9/28徐州工程學院化工學院1-1-2物質(zhì)的量及其單位 如 含1molO2和4molN2的混合氣體中, O2和N2的摩爾分數(shù)分別為：x(O2)=1mol/(1+4)mol =1/5x(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)的量分數(shù)(xB)，又稱B的摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)*10/28徐州工程學院化工學院1-1-3 摩爾質(zhì)量和摩爾體積 例如 1mol H2的質(zhì)量為2.0210-3k

5、g H2的摩爾質(zhì)量為2.0210-3kgmol-1某物質(zhì)的質(zhì)量(m)除以該物質(zhì)的物質(zhì)的量(n)M = m/n M的單位：kgmol-1或gmol-1摩爾質(zhì)量*11/28徐州工程學院化工學院1-1-3 摩爾質(zhì)量和摩爾體積 例如 在標準狀況(STP)(273.15K及101.325kPa下)，任何理想氣體的摩爾體積為：Vm,273.15K = 0.022414 m3mol-1 = 22.414Lmol-1 22.4Lmol-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： m3mol-1摩爾體積*12/28徐州工程學院化工學院1-1-4 物質(zhì)的量濃度 溶液中某溶質(zhì)B的物質(zhì)

6、的量(nB)除以溶液的體積(V)。cB = nB/V 對溶液來說，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：molL-1例如 若1L的NaOH溶液中含有0.1 mol 的NaOH，其濃度可表示為： c(NaOH) = 0.1 molL-1物質(zhì)的量濃度簡稱為濃度物質(zhì)的量濃度(cn)*13/28徐州工程學院化工學院1.物質(zhì)聚集狀態(tài) 有三種：氣態(tài)（gaseous state）、液態(tài)（ liquid state）和固態(tài)（ solid state）。聚集狀態(tài)粒子間距離粒子運動壓縮性擴散性固體小不活躍液體較小不活躍很小有氣體大活躍有有1-1-5 氣體的計量*14/28徐州工程學院化工

7、學院2.研究氣體性質(zhì)的意義(1)是物質(zhì)的一種較簡單的聚集狀態(tài)。(2)許多生化過程和化學變化都是在空氣中發(fā)生的。(3)許多氣體參與了重要的化學反應(yīng)。3.氣體的基本特征1-1-5 氣體的計量(1)無固定的形狀和體積。(2)擴散性和易被壓縮性 。(3)分子間距離大,分子間作用力小。(4)不同氣體可以任意比例均勻混合。(5)密度小。*15/28徐州工程學院化工學院4. 理想氣體的基本假定 (1) 氣體分子本身只有質(zhì)量而沒有體積。 （2）氣體分子間沒有相互作用力。 （3）氣體分子之間的碰撞, 包括分子與分子、分子與器壁之間的碰撞, 是完全彈性碰撞無動能損耗. 5. 氣體壓力的產(chǎn)生 1-1-5 氣體的計量

8、氣體分子碰撞器壁*16/28徐州工程學院化工學院1-1-5 氣體的計量 理想氣體狀態(tài)方程pV = nRTp氣體的壓力，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熱力學溫度，單位為“開”(K)R摩爾氣體常數(shù)*17/28徐州工程學院化工學院 適用對象 實際工作中，當壓力不太高、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。*18/28徐州工程學院化工學院 摩爾氣體常數(shù)實驗測知1mol理想氣體在標準狀況下的體積為 22.41410-3 m3, 則101.3

9、25103Pa22.41410-3 m31mol273.15K=R= pV/nT= 8.3144 Pam3mol-1K-1= 8.3144 Jmol-1K-1*19/28徐州工程學院化工學院理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用1) 求摩爾質(zhì)量 M = mRT/pV2) 求密度 = m/V = pM/RT 或 M = RT/p1.計算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*20/28徐州工程學院化工學院1-1-5 氣體的計量 理想氣體分壓定律 氣體的分壓(pB) 氣體混合物中，某一分氣體B對器壁所施加的壓力。 等于相同溫度下該氣體單獨占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力。道爾頓分壓定律混合氣

10、體的總壓力等于各組分氣體的分壓之和。 p = pB*21/28徐州工程學院化工學院 總壓與分壓的關(guān)系如 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將兩式相除，得pB nBp n為組分氣體B的摩爾分數(shù)nBnpB= pnBn則*22/28徐州工程學院化工學院 總壓與分壓的關(guān)系同溫同壓下,氣體物質(zhì)的量與其體積成正比 則VB nBV n=pB nBp n而所以pB = pVBV*23/28徐州工程學院化工學院*24/28徐州工程學院化工學院 解m(CO2) 5.00gM(CO2) 44.01gmol-1n(CO2)=

11、 = =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10.0L含N2、O2、CO2的混合氣體,T=30、p =93.3kPa, 其中:p(O2)=26.7kPa, CO2的含量為5.00g, 試計算N2、CO2分壓。例*25/28徐州工程學院化工學院1-1-6 化學計量化合物和非計量化合物 能表明組成化學物質(zhì)的各元素原子數(shù)目之間最簡單的整數(shù)比關(guān)系, 因此又稱最簡式化學式分子式能表明分子型物

12、質(zhì)中一個分子所包含的各種元素原子的數(shù)目。分子式可能和最簡式相同，也可能是最簡式的整數(shù)倍。例如：對于那些非分子型物質(zhì),只能用最簡式表示例如：離子型化合物氯化鈉，習慣上以最 簡式NaCl表示。分子型物質(zhì)化學式分子式氣態(tài)氯化鋁AlCl3Al2Cl6水H2OH2O*26/28徐州工程學院化工學院1-1-6 化學計量化合物和非計量化合物具有確定組成且各種元素的原子互成簡單整數(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43原子比恒為11化學計量化合物*27/28徐州工程學院化工學院1-1-6 化學計量化合物和非計量化合物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

13、的化合物，這類化合物偏離了原子互為整數(shù)比的關(guān)系，又稱為非整比化合物或貝多萊體。例如: 還原 WO3 或加熱WO2 與WO3 的 混合物，均可制得WO2.92又如: 方鐵礦的物相分析發(fā)現(xiàn), 在900時 其組成為FeO1+x(0.09 x 0, H 0 放熱反應(yīng)：Qp 0, H 0 如：2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) HQp=-571.66kJmol-1 H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) H Qp=-285.83kJmol-1*52/32徐州工程學院化工學院 熱化學方程式表示化學反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式rHm摩爾反應(yīng)焓變rHm = -241.82 kJmol-1 H2(

14、g) + 1/2 O2(g) H2O(g) 298.15K100kPa如:表示在298.15K、100kPa下，當反應(yīng)進度 = 1 mol時(1mol H2(g)與1/2mol O2(g)反應(yīng)，生成1 mol H2O(g)時), 放出241.82kJ熱量。*53/32徐州工程學院化工學院 熱化學方程式 注意： 1.注明反應(yīng)的溫度、壓力等; 2.注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài); 3.同一反應(yīng), 反應(yīng)式系數(shù)不同, rHm不同; 4.正、逆反應(yīng)的Qp的絕對值相同, 符號相反. 如:rHm = -241.82 kJmol-1 H2(g) +1/2O2(g) H2O(g) 298.15K100kPa rHm =

15、-483.64 kJmol-1 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) HgO(s) Hg(l) + O2(g) rHm = 90.83 kJmol-112Hg(l) + O2(g) HgO(s) rHm = -90.83 kJmol-1 12*54/32徐州工程學院化工學院 赫斯(Hess)定律在恒溫恒壓或恒溫恒容條件下，體系不做非體積功，則反應(yīng)熱只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過程的具體途徑無關(guān)。即化學反應(yīng)的焓變只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過程的具體途徑無關(guān)。C(s) + O2(g)rHm CO(g) + 1/2 O2(g)H1H2CO2(g)rHm= H1+ H2應(yīng)用赫斯定

16、律可以計算難以測定或無法用實驗測定的反應(yīng)熱。H1 = rHm-H2=(-393.51)-(282.98)kJmol-1=-110.53 kJmol-1 *55/32徐州工程學院化工學院1-3-3標準摩爾反應(yīng)焓變的計算標準(狀)態(tài)物質(zhì)標準態(tài)氣體標準壓力(p=100kPa)下純氣體液體 固體標準壓力(p=100kPa)下 純液體、純固體溶液中的溶質(zhì)標準壓力(p)下質(zhì)量摩爾濃度為 1molkg-1(近似為1molL-1) *56/32徐州工程學院化工學院 標準摩爾生成焓定義：標準態(tài)下，由最穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)的焓變。 (即恒壓反應(yīng)熱)符號： fHm單位： kJmol-12. fHm 代數(shù)

17、值越小, 化合物越穩(wěn)定3.必須注明溫度，若為298.15K時可省略1.最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)fHm=0, 如fHm(石墨)=0 注意：高溫時分解-157.3CuO(s)加熱不分解-635.09CaO(s)穩(wěn)定性fHm/(kJmol-1)物質(zhì)*57/32徐州工程學院化工學院 標準摩爾反應(yīng)焓變的計算化學反應(yīng)的標準摩爾反應(yīng)焓變等于生成物的標準摩爾生成焓的總和減去反應(yīng)物的標準摩爾生成焓的總和?；瘜W反應(yīng)：cC + dD = yY + zZ(任一物質(zhì)均處于溫度T 的標準態(tài))rHm = yfHm(Y) + zfHm(Z) - cfHm(C) + dfHm(D)rHm=i fHm(生成物)+i fHm(反應(yīng)物) 計算

18、時，注意系數(shù)和正負號*58/32徐州工程學院化工學院 計算時, 注意系數(shù)和正負號 計算恒壓反應(yīng): 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)的rHm 例1解：4NH3(g)+5O2 4NO+6H2O(g)fHm/kJmol-1 -46.11 0 90.25 -241.82 rHm = 4fHm (NO,g) + 6fHm (H2O,g) - 4fHm (NH3,g) + 5fHm (O2,g)=4(90.25)+6(-241.82)-4(-46.11)kJmol-1 = -905.48kJmol-1*59/32徐州工程學院化工學院 (rHm)3=2(rHm)2=-22.6 kJmol-1 反應(yīng)rHm/kJmol-1序