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(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系習(xí)題習(xí)題參考答案本章重點(diǎn)

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(diǎn)1.分壓定律；2.焓變；3.熱化學(xué)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(kuò)散性和可壓縮性，其存在狀態(tài)幾乎與組成無(wú)關(guān)，主要決定于V、P、T、n四個(gè)因素。理想氣體的物理模型：理想氣體分子之間沒(méi)有相互作用力，分子本身也只是一個(gè)幾何點(diǎn)，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(shí)氣體接近理想氣體。

1、理想氣體狀態(tài)方程式：

pV=nRTp—?dú)怏w壓力，單位為Pa(帕)；V—?dú)怏w體積，單位為m3(立方米)；n—?dú)怏w物質(zhì)的量，單位為mol(摩)；T—?dú)怏w的熱力學(xué)溫度，單位為K(開(kāi))；R—摩爾氣體常數(shù)，又稱氣體常數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（T=273.15K，p=101.325kPa）下，測(cè)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(kāi)-1)=8.314J·mol-1·K-1(或8.314焦·摩-1·開(kāi)-1)理想氣體狀態(tài)方程式的應(yīng)用（1）計(jì)算p，V，T，n四個(gè)物理量之一。應(yīng)用范圍：溫度不太低，壓力不太高的真實(shí)氣體。pV=nRT（2）氣體摩爾質(zhì)量的計(jì)算M=Mr

gmol-1（3）氣體密度的計(jì)算

==m/V有關(guān)氣體體積的化學(xué)計(jì)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(shí)司機(jī)受到傷害。這種空氣袋是用氮?dú)獬涿浧饋?lái)的，所用的氮?dú)馐怯莎B氮化鈉與三氧化二鐵在火花的引發(fā)下反應(yīng)生成的?？偡磻?yīng)是：6NaN3+Fe2O3(s)

3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在25℃。748mmHg下，要產(chǎn)生75.0L的N2，計(jì)算需要疊氮化鈉的質(zhì)量。解：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式所顯示出的n（NaN3）與n（N2）的數(shù)量關(guān)系，可以進(jìn)一步確定在給定條件下，m（NaN3）與V（N2）的關(guān)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(shí)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?jǐn)?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(jì)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(yīng)用

例題:

可以用亞硝酸銨受熱分解的方法制取純氮?dú)狻７磻?yīng)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?dú)怏w積為4.16L，計(jì)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(shí)，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(dú)存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時(shí)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?jǐn)?shù)例題氧是人類維持生命的必需氣體，缺氧生命就會(huì)死亡，過(guò)剩的氧會(huì)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(guò)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，可使人得氣栓病）某潛水員潛至海水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?jǐn)?shù)為多少？以1.000L混合氣體為基準(zhǔn)，計(jì)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(shí)，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(qiáng)。液體具有流動(dòng)性，有一定的體積而無(wú)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(yùn)動(dòng)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(guò)程叫做蒸發(fā)。凝聚

氣態(tài)分子撞擊液體表面會(huì)重新返回液體，這個(gè)與液體蒸發(fā)現(xiàn)象相反的過(guò)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(jiǎn)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(diǎn)沸點(diǎn)

液體的蒸氣壓等于外界壓力時(shí)的溫度即為液體的沸點(diǎn)。正常沸點(diǎn)

如果外界壓力為101.325kPa時(shí)的沸點(diǎn)就叫正常沸點(diǎn)。蒸汽壓與溫度的關(guān)系

液體的沸點(diǎn)隨外界壓力而變化。若降低液面上的壓力，液體的沸點(diǎn)就會(huì)降低。在海拔高的地方大氣壓力低，水的沸點(diǎn)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(diǎn)

各向異性

晶體的某些性質(zhì)具有方向性，像導(dǎo)性、傳熱性、光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)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(dǎo)電、傳熱性好，易滑動(dòng)。又如，云母沿著某一平面的方向很容易裂成薄片。

鉛筆寫(xiě)字

等離子體等離子體

是物質(zhì)的另一種存在形式。當(dāng)氣態(tài)物質(zhì)接受足夠高的能量(如強(qiáng)熱、輻射、放電等)時(shí)，氣體分子將分解成原子，原子進(jìn)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(dāng)氣體中有足夠數(shù)量的原子電離時(shí)，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(shí)際上是高度電離的氣體?；瘜W(xué)熱力學(xué)主要是從宏觀的角度研究化學(xué)反應(yīng)的能量變化，研究化學(xué)反應(yīng)的方向，可能性等問(wèn)題。其不僅可以用來(lái)分析各種無(wú)機(jī)化合物的物理化學(xué)性質(zhì)，而且也能闡明無(wú)機(jī)化學(xué)中與化學(xué)反應(yīng)速度有關(guān)的許多平衡問(wèn)題。第二節(jié)化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系質(zhì)量守恒定律

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

若化學(xué)反應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)不作非體積功如電功、機(jī)械功、聲功等，且反應(yīng)終了(終態(tài))與反應(yīng)初始(始態(tài))時(shí)的溫度相同，則系統(tǒng)吸收或放出的熱量稱作該反應(yīng)的熱效應(yīng)。恒容熱效應(yīng):恒溫恒容且只做體積功時(shí)反應(yīng)吸收或放出的熱量。

QV=U2-U1=ΔU

恒壓熱效應(yīng):恒溫恒壓且只做體積功時(shí)反應(yīng)吸收或放出的熱量。

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

表示化學(xué)反應(yīng)及其熱效應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，稱為熱化學(xué)方程式。它的書(shū)寫(xiě)一般是在配平的化學(xué)方程式右面加上反應(yīng)的熱效應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，不同。2H2(g)+O2(g)2H2O(l)(298.15K)=-571.66kJ·mol-1化學(xué)計(jì)量數(shù)不同時(shí)，不同。(298.15K)=-241.82kJ·mol-1H2(g)+O2(g)H2O(g)END(4)正逆反應(yīng)的熱效應(yīng)數(shù)值相同，符號(hào)相反。書(shū)寫(xiě)方法：要注明反應(yīng)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(jì)量數(shù)，可整數(shù)、分?jǐn)?shù)。計(jì)量數(shù)不同時(shí)，反應(yīng)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(xué)定律黑斯定律內(nèi)容：(1)在相同條件下，正反應(yīng)與逆反應(yīng)的ΔH數(shù)值相等，符號(hào)相反。(2)一個(gè)反應(yīng)若能分成兩步或多步實(shí)現(xiàn)，則總反應(yīng)的ΔH等于各步反應(yīng)ΔH之和。即，化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)。Hess定律始態(tài)終態(tài)中間態(tài)

化學(xué)反應(yīng)不管是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱總是相同的。+=或=

間接計(jì)算求得一些無(wú)法直接測(cè)定的反應(yīng)的熱效應(yīng)。黑斯定律的應(yīng)用例：已知298.15K下，反應(yīng)：應(yīng)用：1.利用方程式組合計(jì)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