第一章物質(zhì)及其變化

第一章物質(zhì)及其變化第一節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)第二節(jié)化學反應中的質(zhì)量關系和能量關系習題習題參考答案本章重點

1.氣體的性質(zhì)；2.理想氣體狀態(tài)方程；3.分壓定律；4.質(zhì)量守恒定律與能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。本章難點1.分壓定律；2.焓變；3.熱化學方程式。第一節(jié)物質(zhì)的聚集狀態(tài)物質(zhì)總是以一定的聚集狀態(tài)存在。常溫、常壓下，通常物質(zhì)有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種存在形式，在一定條件下這三種狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)變。此外，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)物質(zhì)還有第四種存在形式—等離子體狀態(tài)。

1-1氣體氣體的基本特征：擴散性和可壓縮性，其存在狀態(tài)幾乎與組成無關，主要決定于V、P、T、n四個因素。理想氣體的物理模型：理想氣體分子之間沒有相互作用力，分子本身也只是一個幾何點，只有位置而不占體積。人們將符合理想氣體狀態(tài)方程式的氣體，稱為理想氣體。在溫度不太低，壓力不太高的真實氣體接近理想氣體。

1、理想氣體狀態(tài)方程式：

pV=nRTp—氣體壓力，單位為Pa(帕)；V—氣體體積，單位為m3(立方米)；n—氣體物質(zhì)的量，單位為mol(摩)；T—氣體的熱力學溫度，單位為K(開)；R—摩爾氣體常數(shù)，又稱氣體常數(shù)。標準狀態(tài)（T=273.15K，p=101.325kPa）下，測得1.000mol氣體所占的體積為22.414×10-3m3，則：R=pV/nT=101.325×103Pa×22.414×10-3m/31.000mol×273.15K=8.314N·m·mol-1·K-1（或8.314?！っ住つ?1·開-1)=8.314J·mol-1·K-1(或8.314焦·摩-1·開-1)理想氣體狀態(tài)方程式的應用（1）計算p，V，T，n四個物理量之一。應用范圍：溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。pV=nRT（2）氣體摩爾質(zhì)量的計算M=Mr

gmol-1（3）氣體密度的計算

==m/V有關氣體體積的化學計算例:為了行車的安全，可在汽車中裝備上空氣袋，防止碰撞時司機受到傷害。這種空氣袋是用氮氣充脹起來的，所用的氮氣是由疊氮化鈉與三氧化二鐵在火花的引發(fā)下反應生成的?？偡磻牵?NaN3+Fe2O3(s)

3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在25℃。748mmHg下，要產(chǎn)生75.0L的N2，計算需要疊氮化鈉的質(zhì)量。解：根據(jù)化學反應方程式所顯示出的n（NaN3）與n（N2）的數(shù)量關系，可以進一步確定在給定條件下，m（NaN3）與V（N2）的關系。6NaN3+Fe2O3(s)3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)6mol 9molMr(NaN3)=65.01P=748mmHg=99.73kPa

T=298Km(NaN3)=390.06g V(N2)=223.6Lm(NaN3)=？ V(N2)=75.0L m(NaN3)==131g1KPa=7.5mmHg組分氣體：理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。分壓：組分氣體B在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體B的分壓。2分壓定律分壓定律：混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和。p=p1+p2+或p=

pB

n=n1+n2+

分壓的求解：xBB的摩爾分數(shù)

例題某容器中含有NH3、O2、N2等氣體的混合物。取樣分析后，其中n（NH3）=0.320mol，n（O2）=0.180mol，n（N2）=0.700mol?；旌蠚怏w的總壓p=133.0kPa。試計算各組分氣體的分壓。解：n=n（NH3）+n（O2）+n（N2）=0.320mol+0.180mol+0.700mol=1.200mol

p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa分壓定律的應用

例題:

可以用亞硝酸銨受熱分解的方法制取純氮氣。反應如下：

NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)如果在19℃、97.8kPa下，以排水集氣法在水面上收集到的氮氣體積為4.16L，計算消耗掉的亞硝酸銨的質(zhì)量。解：T=（273+19）K=292K

p=97.8kPaV=4.16L292K時，p（H2O）=2.20kPaMr(NH4NO2)=64.04n(N2)==0.164molNH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)64.04g1molm(NH4NO2)=?0.164mol

m(NH4NO2)=

=10.5g3分體積定律分體積:

混合氣體中某一組分B的分體積VB是該組份單獨存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時所占有的體積?；旌蠚怏w的總體積等于各組分氣體的分體積之和：

V總=VA+VB+VC+…

V=V1+V2+稱為B的體積分數(shù)例題氧是人類維持生命的必需氣體，缺氧生命就會死亡，過剩的氧會使人致病，只有在氧氣的分壓維持21kPa才能使人體維持正常代謝過程。在潛水員自身攜帶的水下呼吸器中充有氧氣和氦氣（He在血液中溶解度很小，N2的溶解度大，可使人得氣栓?。┠碀撍畣T潛至海水30m處作業(yè)，海水的密度為1.03gcm-3，溫度為20℃。在這種條件下，若維持O2、He混合氣中p(O2)=21kPa氧氣的體積分數(shù)為多少？以1.000L混合氣體為基準，計算氧氣的分體積和氮的質(zhì)量。（重力加速度取9.807m/s2）解：T=（273+20）K=293K海水深30m處的壓力是由30m高的海水和海面的大氣共同產(chǎn)生。海面上的空氣壓力為760mmHg，則p=ghw+=9.807m/s2

1.03103kgcm-330m+101kPa=3.03103kgcm-1s-2+101kPa=303kPa+101kPa=404kPa若混合氣體體積為1.000L時，液體

液體內(nèi)部分子之間的距離比氣體小得多，分子之間的作用力較強。液體具有流動性，有一定的體積而無一定形狀。與氣體相比，液體的可壓縮性小得多。

蒸發(fā)液體表面某些運動速度較大的分子所具有的能量足以克服分子間的吸引力而逸出液面，成為氣態(tài)分子，這一過程叫做蒸發(fā)。凝聚

氣態(tài)分子撞擊液體表面會重新返回液體，這個與液體蒸發(fā)現(xiàn)象相反的過程叫做凝聚。

液體的蒸氣壓

飽和蒸氣:在恒定溫度下，與液體平衡的蒸氣稱為飽和蒸氣。

飽和蒸氣壓:飽和蒸氣的在該溫度下所具有蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。蒸氣壓是物質(zhì)的一種特性，常用于表征液態(tài)分子在一定溫度下蒸發(fā)成氣態(tài)分子的傾向大小。在某溫度下，蒸氣壓大的物質(zhì)為易揮發(fā)物質(zhì)，蒸氣壓小物質(zhì)為難揮發(fā)物質(zhì)。液體的沸點沸點

液體的蒸氣壓等于外界壓力時的溫度即為液體的沸點。正常沸點

如果外界壓力為101.325kPa時的沸點就叫正常沸點。蒸汽壓與溫度的關系

液體的沸點隨外界壓力而變化。若降低液面上的壓力，液體的沸點就會降低。在海拔高的地方大氣壓力低，水的沸點不到100℃，食品難煮熟。

固體：分為晶體和非晶體晶體有一定的幾何外形

有固定的熔點

各向異性

晶體的某些性質(zhì)具有方向性，像導性、傳熱性、光學性質(zhì)、力學性質(zhì)等，在晶體的不同方向表現(xiàn)出明顯的差別。例如，石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，在平行各層的方向上其導電、傳熱性好，易滑動。又如，云母沿著某一平面的方向很容易裂成薄片。

鉛筆寫字

等離子體等離子體

是物質(zhì)的另一種存在形式。當氣態(tài)物質(zhì)接受足夠高的能量(如強熱、輻射、放電等)時，氣體分子將分解成原子，原子進一步電離成自由電子和正離子，它們的電荷相反而數(shù)量相等，當氣體中有足夠數(shù)量的原子電離時，將轉(zhuǎn)化為新的物態(tài)—等離子體，有人稱它為物質(zhì)的第四態(tài)。等離子體實際上是高度電離的氣體?；瘜W熱力學主要是從宏觀的角度研究化學反應的能量變化，研究化學反應的方向，可能性等問題。其不僅可以用來分析各種無機化合物的物理化學性質(zhì)，而且也能闡明無機化學中與化學反應速度有關的許多平衡問題。第二節(jié)化學反應中的質(zhì)量關系和能量關系質(zhì)量守恒定律

參與化學反應前各種物質(zhì)的總質(zhì)量等于反應后全部生成物的總質(zhì)量，這是化學反應的一個基本定律—質(zhì)量守恒定律。反應熱效應焓變反應的熱效應

若化學反應時，系統(tǒng)不作非體積功如電功、機械功、聲功等，且反應終了(終態(tài))與反應初始(始態(tài))時的溫度相同，則系統(tǒng)吸收或放出的熱量稱作該反應的熱效應。恒容熱效應:恒溫恒容且只做體積功時反應吸收或放出的熱量。

QV=U2-U1=ΔU

恒壓熱效應:恒溫恒壓且只做體積功時反應吸收或放出的熱量。

Qp=H生成物-H反應物=ΔH放熱反應ΔH＜0若生成物的焓小于反應物的焓，則反應過程中多余的焓將以熱量形式放出，該反應為放熱反應。吸熱反應ΔH＞0若生成物的焓大于反應物的焓，則反應過程中要吸收熱量，該反應為吸熱反應。熱化學方程式

表示化學反應及其熱效應的化學反應方程式，稱為熱化學方程式。它的書寫一般是在配平的化學方程式右面加上反應的熱效應。標準狀態(tài)：2H2(g)+O2(g)2H2O(g)(298.15K)=-483.64kJ·mol-1液、固體：T，p下，純物質(zhì)溶液：溶質(zhì)B，cB=c=1mol·L-1氣體：T，p=p=100KPa2H2(g)+O2(g)2H2O(g)(298.15K)=-483.64kJ·mol-1聚集狀態(tài)不同時，不同。2H2(g)+O2(g)2H2O(l)(298.15K)=-571.66kJ·mol-1化學計量數(shù)不同時，不同。(298.15K)=-241.82kJ·mol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)END(4)正逆反應的熱效應數(shù)值相同，符號相反。書寫方法：要注明反應條件:溫度、壓力。(2)注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)和晶形(g,l,s,aq等)。(3)方程式中系數(shù)只表示計量數(shù)，可整數(shù)、分數(shù)。計量數(shù)不同時，反應熱不同。C(石墨)＋O2(g)CO2(g)C(金剛石)＋O2(g)CO2(g)=-393.5kJ·mol-1=-395.4kJ·mol-1熱化學定律黑斯定律內(nèi)容：(1)在相同條件下，正反應與逆反應的ΔH數(shù)值相等，符號相反。(2)一個反應若能分成兩步或多步實現(xiàn)，則總反應的ΔH等于各步反應ΔH之和。即，化學反應的熱效應只與反應的始態(tài)和終態(tài)有關，而與反應的途徑無關。Hess定律始態(tài)終態(tài)中間態(tài)

化學反應不管是一步完成還是分幾步完成，其反應熱總是相同的。+=或=

間接計算求得一些無法直接測定的反應的熱效應。黑斯定律的應用例：已知298.15K下，反應：應用：1.利用方程式組合計算)(gCO

(g)OC(s)(1)22+(1)=-393.5kJ·mol-1(g)CO

(g)OCO(g)(2)2221+(2)=-283.0kJ·mol-1求：C(石墨)＋O2(g)CO(g)的解：利用Hess定律途徑1途徑2解法二：(1)(3)(2)=+(1)(2)(3)-=(1)(2)(3)=-110.53k