第一章無機(jī)化學(xué)中的計(jì)量關(guān)系

第一章無機(jī)化學(xué)中的計(jì)量關(guān)系第一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四《無機(jī)化學(xué)》教學(xué)課件供化學(xué)工程與工藝、制藥工程、高分子材料與工程等本科專業(yè)用課件制作王曉娟第二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四無機(jī)化學(xué)的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法無機(jī)化學(xué)主要包括四部分內(nèi)容第一部分化學(xué)基本原理第二部分溶液性質(zhì)與反應(yīng)第三部分物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第四部分元素化學(xué)第三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四第1章無機(jī)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系第2章化學(xué)反應(yīng)的方向、速率和限度第一部分化學(xué)基本原理第四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四第3章酸堿反應(yīng)第二部分溶液性質(zhì)與反應(yīng)第4章沉淀反應(yīng)第5章氧化還原反應(yīng)第五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四第三部分物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第6章原子結(jié)構(gòu)與元素周期律第7章共價(jià)鍵與分子的結(jié)構(gòu)第8章配位化合物第六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四第四部分元素化學(xué)第11章過渡元素（2）第12章鑭系和錒系元素第10章過渡元素（1）第9章主族元素第七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四適應(yīng)大學(xué)學(xué)習(xí)方法,努力培養(yǎng)自學(xué)能力大學(xué)與中學(xué)教學(xué)方法的差異中學(xué)大學(xué)授課內(nèi)容少，進(jìn)度慢同一內(nèi)容教師反復(fù)講都能聽懂，掌握授課內(nèi)容多，進(jìn)度很快同一內(nèi)容一般只講一遍多數(shù)不能完全聽懂，需課前課后認(rèn)真看書教師課后輔導(dǎo)時(shí)間很少，有問題要靠自己多動(dòng)腦筋，多與同學(xué)討論教師大部分時(shí)間與學(xué)生相處，有問題可及時(shí)問教師。學(xué)習(xí)有老師家長督促無人督促，完全靠自覺第八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四無機(jī)化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法1、努力提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性;培養(yǎng)自學(xué)能力;提高學(xué)習(xí)效率;探索適合于自己的學(xué)習(xí)方法.2、課前預(yù)習(xí)、認(rèn)真聽課、課后及時(shí)總結(jié)。3、認(rèn)真做作業(yè)，通過作業(yè)掌握概念和理論。4、做好每一次實(shí)驗(yàn)。第九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四第1章無機(jī)化學(xué)中的計(jì)量關(guān)系1.1溶液的組成標(biāo)度★1.2氣體的計(jì)量1.3化學(xué)中的質(zhì)量關(guān)系1.4化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系★第十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四1.1溶液的組成標(biāo)度★第十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四1.物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量：是國際單位制（SI制）的一個(gè)基本物理量，用來表示物質(zhì)數(shù)量的多少。符號：nB

單位：摩爾(mole)，符號為mol、mmol或μmol

第十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四1.摩爾是物質(zhì)的量的單位，不是質(zhì)量的單位。1.物質(zhì)的量及其單位注意:

2.在使用物質(zhì)的量時(shí)，基本單元必須同時(shí)指明?；締卧梢允欠肿?、原子、離子、電子及其他粒子或這些粒子的特定組合，應(yīng)該用粒子符號、物質(zhì)的化學(xué)式或它們的特定組合表示。3.基本單元要求用加圓括號的化學(xué)式表示，而不宜用中文表示。如n(NaOH)=1mol第十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四2.物質(zhì)的量濃度(cB)定義：[例]已知80%的硫酸溶液的密度為1.74g·mL-1,求該硫酸溶液的物質(zhì)的量濃度c(H2SO4)解:1000mL硫酸的質(zhì)量為m=1000mL×1.74g·mL-1×80%=1392gc(H2SO4)=第十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四3.質(zhì)量濃度（ρB)定義：單位：g·L-1或mg·L-1第十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四[例]正常人血漿中每100mL含葡萄糖100mg、HCO3-164.7mg、它們的質(zhì)量濃度（單位mg·L-1）各為多少？

ρ(HCO3-)==1.0×103mg·L-1

解ρ(C6H12O6)=

=1.647×103mg·L-1第十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量濃度的換算證明注意公式兩邊單位必須一致第十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四例正常人血漿中HCO3-的質(zhì)量濃度為1.647g·L-1，求其物質(zhì)的量濃度。解第十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四4.物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)(xB)5.質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ωB）定義：式中m是溶液的質(zhì)量（不加下標(biāo)）6.體積分?jǐn)?shù)（）定義：定義：第十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四定義：溶質(zhì)B的物質(zhì)的量（nB)除以溶劑的質(zhì)量(mA)

單位：mol·kg-1或mmol·kg-17.質(zhì)量摩爾濃度(bB)第二十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四稀溶液中B的物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量摩爾濃度的關(guān)系對于稀溶液，有因此有第二十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四因此，對于稀溶液，有注意各量的單位以水為溶劑的稀溶液，因此在數(shù)值上有今后在不特別指明時(shí)，溶液均指以水為溶劑的溶液。第二十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四例10g·L-1蔗糖(C12H22O11）溶液的密度為1kg·L-1(蔗糖Mr=342)，計(jì)算其質(zhì)量摩爾濃度bB解第二十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四稀溶液中B的摩爾分?jǐn)?shù)與質(zhì)量摩爾濃度的關(guān)系對于稀溶液，有即第二十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四【例】將7.00g結(jié)晶草酸(H2C2O4·2H2O)溶于93.0g水中，求草酸的質(zhì)量摩爾濃度b(H2C2O4)和摩爾分?jǐn)?shù)x(H2C2O4)。解

M(H2C2O4·2H2O)=126g·mol-1，M(H2C2O4)=90.0g·mol-1在7.00gH2C2O4·2H2O中H2C2O4的質(zhì)量為：草酸的質(zhì)量摩爾濃度和摩爾分?jǐn)?shù)分別為：

m(H2C2O4)==5.00（g）

溶液中水的質(zhì)量為：m(H2O)=93.0+(7.00－5.00)=95.0（g）

b(H2C2O4)==0.585(mol·kg–1)

x(H2C2O4)==0.0104第二十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相互換算注意各個(gè)量的單位！證明第二十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四[例]市售濃硫酸的密度為1.84kg·L-1，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96％，試求該溶液的c(H2SO4)。解第二十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四濃度換算關(guān)系小結(jié)第二十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四1.2氣體的計(jì)量第二十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四理想氣體模型氣體分子本身大小可以忽略氣體分子運(yùn)動(dòng)服從力學(xué)規(guī)律氣體分子之間沒有相互吸引和排斥，即分子間作用力可以忽略注意：壓力不太大，溫度不太低，真實(shí)氣體分子可以近似認(rèn)為理想氣體第三十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT

R----摩爾氣體常數(shù)在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol時(shí),Vm=22.414L=22.414×10-3m3R=8314PaLK-1mol-1第三十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四1.計(jì)算p，V，T，n四個(gè)物理量之一。2.氣體摩爾質(zhì)量的計(jì)算理想氣體狀態(tài)方程式的應(yīng)用用于溫度不太低，壓力不太高的真實(shí)氣體。pV=nRT第三十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四組分氣體：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。理想氣體的分壓定律第三十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四p=

pB分壓定律：第三十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四例：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)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mol第三十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa第三十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四1.3化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系第三十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四化學(xué)反應(yīng)計(jì)量數(shù)和反應(yīng)進(jìn)度化學(xué)反應(yīng)計(jì)量式：νB為物質(zhì)B的化學(xué)計(jì)量數(shù)，反應(yīng)物為負(fù)，產(chǎn)物取正，SI單位為1；∣ν∣可以是整數(shù)，也可是分?jǐn)?shù)。反應(yīng)進(jìn)度：單位是mol第三十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四t0時(shí)nB/mol

3.010.000

t1時(shí)nB/mol

2.07.02.0結(jié)論：反應(yīng)方程式相同，反應(yīng)進(jìn)度的值與選用方程式中何種物質(zhì)來表示沒有關(guān)系第三十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四例合成氨反應(yīng)式為

H2+N2=NH3

一定時(shí)間后有3molH2被消耗，求反應(yīng)進(jìn)度。

（1）3H2+N2=2NH3（2）ξ

=2mol

解（1）（2）ξ

=1mol

結(jié)論：反應(yīng)進(jìn)度的值與方程式的寫法有關(guān)。在使用時(shí)，要指明具體的反應(yīng)方程式第四十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四1.4化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系★第四十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四1.體系和環(huán)境體系(system):人為劃定的研究對象環(huán)境(environment):體系以外的與體系相聯(lián)系的物質(zhì)世界。基本概念和術(shù)語第四十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四體系的類型⒈敞開體系：

⒉封閉體系：與環(huán)境無物質(zhì)交換但有能量交換。⒊隔離體系：與環(huán)境既無物質(zhì)交換也無能量交換。與環(huán)境既有物質(zhì)交換又有能量交換。第四十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四第四十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四2.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)：系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。狀態(tài)函數(shù)：描述系統(tǒng)性質(zhì)的物理量。(p,V,T)特點(diǎn)：①狀態(tài)一定,狀態(tài)函數(shù)一定。②狀態(tài)變化,狀態(tài)函數(shù)也隨之而變,且

狀態(tài)函數(shù)的變化值只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān),而與變化途徑無關(guān)。始態(tài)終態(tài)（Ⅰ）（Ⅱ）第四十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四始態(tài)(1)298K，100kPa終態(tài)(2)373K，50kPa373K，100kPa298K，50kPa等壓等壓等溫等溫途徑1途徑1途徑2途徑2△T=T2－T1=75K△p=p2－p1=－50kPa第四十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四3.熱和功

熱(heat,Q）體系和環(huán)境間因溫度差而傳遞的能量功(work,W)除熱以外其它各種形式傳遞的能量Q和W都具有一定的方向性：環(huán)境做功為正（W＞0），體系做功為負(fù)（W＜0）體系吸熱為正（Q＞0），體系放熱為負(fù)（Q＜0）熱和功的SI單位都為J第四十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四功（W）的分類W＝We(體積功)+W′(非體積功)體積功：系統(tǒng)體積變化而交換的功，如氣體的膨脹或壓縮。非體積功：除體積功以外所有其它形式的功，如電功、表面功等。第四十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四在恒定外壓下，體積功的計(jì)算公式We＝－psur

·△V式中p外是環(huán)境壓力，ΔV=V2－V1是體系的體積變化。當(dāng)體系被壓縮時(shí)（ΔV＜0）體積功為正值，即環(huán)境對體系作體積功。當(dāng)體系膨脹時(shí)（ΔV＞0）體積功為負(fù)值，即體系對環(huán)境作體積功。第四十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四注意能量傳遞是與過程聯(lián)系在一起的，沒有過程就沒有能量傳遞，亦即沒有熱和功。熱和功是傳遞中的能量熱和功不是狀態(tài)函數(shù)

第五十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四V1氣體向真空膨脹過程向真空膨脹真空V2

體積功We＝－p外

·△V＝

0第五十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四4.熱力學(xué)能(U)體系內(nèi)的物質(zhì)含有的一切形式的能量的總和稱為體系的熱力學(xué)能(thermodynamicenergy)，又稱為內(nèi)能(internalenergy)。熱力學(xué)能是體系的一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，是廣度性質(zhì)。

熱力學(xué)能的絕對值目前尚無法求得

體系從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2的熱力學(xué)能的變化值（ΔU=U2－U1）很容易通過系統(tǒng)和環(huán)境之間傳遞的熱和功的總合求得

第五十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四5.熱力學(xué)第一定律(能量守恒與轉(zhuǎn)化定律)“自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，并可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化過程中，能量的總值是恒定不變的?！薄鱑＝Q+W熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，應(yīng)有

注意：熱力學(xué)第一定律只適用于封閉體系，不適用于敞開體系第五十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四[例]在101.3kPa及100℃，1.00mol水完全汽化時(shí)吸熱44.0kJ，計(jì)算1.00mol水汽化時(shí)熱力學(xué)能的改變量。解：Qp=44.0kJ，汽化過程體積增大，系統(tǒng)向環(huán)境做體積功W=-p△V設(shè)始態(tài)水的體積為Vl，終態(tài)水蒸氣的體積為Vg△V=Vg–Vl≈Vg△U=Qp+W=Qp–ngRT=44.0-1.00×8.314×10-3×373=40.9kJ第五十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變1.熱效應(yīng)（化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)）某反應(yīng)體系只做體積功，產(chǎn)物與反應(yīng)物溫度相同時(shí)，化學(xué)反應(yīng)過程中吸收或放出的能量。2.恒壓熱效應(yīng)（Qp）：若體系在變化過程中保持作用于體系的外壓力不變時(shí)的熱。W=－pΔVQ=Qp

由熱力學(xué)第一定律QP=△U-W=△U+pΔV=（U2+pV2

）－（U1+pV1）

第五十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四3.反應(yīng)焓變定義

H=U+pVH稱為焓(enthalpy)單位J、kJ。焓H是一個(gè)狀態(tài)函數(shù).焓的絕對值尚無法求得。QP=（U2+pV2

）－（U1+pV1）=ΔH

結(jié)論：①無非體積功②恒壓③封閉體系反應(yīng)熱等于體系的焓變第五十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四4.反應(yīng)的摩爾焓變(△rHm）△rHm是按照所給的反應(yīng)式完全反應(yīng)，即ξ=1mol時(shí)的焓變r(jià)是反應(yīng)（reaction）的縮寫，m表示ξ=1mol△rHmSI單位J·mol-1，常用kJ·mol-1第五十七頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四反應(yīng)的摩爾焓變(△rHm）

2C(gra)+O2(g)=2CO(g)ΔrHm=－221kJ·mol-1

該式的具體含義是：在沒有非體積功、各物質(zhì)指定溫度和壓力下，2mol石墨態(tài)的碳與1mol氧氣反應(yīng)生成2mol一氧化碳時(shí)當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度ξ為1mol時(shí)體系向環(huán)境放熱221kJ。注意：①計(jì)算一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的焓變時(shí)必須指明反應(yīng)方程式②要注明物質(zhì)所處的狀態(tài)C(gra)+1/2O2(g)=CO(g)ΔrHm=－110.5kJ·mol-1

第五十八頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四

2C(gra)+O2(g)=2CO(g)ΔrHm，298=－221kJ·mol-1

“r”表示化學(xué)反應(yīng)“m”表示反應(yīng)進(jìn)度為1摩爾“”表示熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)“298”表示反應(yīng)在298K下進(jìn)行ΔrHm稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓（標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱）

5.熱化學(xué)反應(yīng)方程式熱化學(xué)方程式：是表示化學(xué)反應(yīng)和相關(guān)反應(yīng)熱關(guān)系的式子第五十九頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四書寫熱化學(xué)方程式須注意：

2C(gra)+O2(g)=2CO(g)ΔrHm，298=－221kJ·mol-1

“g”代表氣體，“l(fā)”代表液體，“s”代表固體(如有不同晶形須注明)，“aq”代表水溶液

①各物質(zhì)要注明狀態(tài)第六十頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四書寫熱化學(xué)方程式須注意：

2C(gra)+O2(g)=2CO(g)ΔrHm，298=－221kJ·mol-1

②要標(biāo)明反應(yīng)溫度。(若反應(yīng)溫度為298K,可不標(biāo))③反應(yīng)熱與反應(yīng)式要相對應(yīng)C(gra)+1/2O2(g)=CO(g)ΔrHm=－110.5kJ·mol-1

④正、逆反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號相反。CO(g)=C(gra)+1/2O2(g)ΔrHm=110.5kJ·mol-1

第六十一頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四6.熱化學(xué)定律（Hess’sLaw）不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成的，還是分幾步完成的，其總的反應(yīng)熱相同?；瘜W(xué)反應(yīng)熱只取決于系統(tǒng)的始終態(tài)，與反應(yīng)過程是一步完成還是分幾步完成無關(guān)。第六十二頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四C(gra)+O2(g)CO2(g)CO(g)+1/2O2(g)ΔrHm(1)ΔrHm(3)ΔrHm(2)ΔrHm(1)=ΔrHm(3)+ΔrHm(2)ΔrHm(3)=ΔrHm(1)-ΔrHm(2)ΔrHm(1)=－393.5kJ·mol-1ΔrHm(2)=－283.0kJ·mol-1ΔrHm(3)=-110.50kJ·mol-1第六十三頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四(3)Fe3O4(s)+4C(石墨)=3Fe(s)+4CO(g)求在298K時(shí)反應(yīng)⑶的△r

Hm。例已知在298K時(shí)，⑴2C(石墨)+O2(g)=2CO(g)⑵3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s)第六十四頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四解：⑴2C(石墨)+O2(g)=2CO(g)⑵3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s)⑶Fe3O4(s)+4C(石墨)=3Fe(s)+4CO(g)2×⑴：4C(石墨)+2O2(g)=4CO(g)2×⑴－⑵=⑶第六十五頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四注意①在計(jì)算時(shí)，相同的物質(zhì)（聚集狀態(tài)、晶形也要相同）才可合并、消去②在相同條件下，正、逆反應(yīng)的ΔrH

m絕對值相等，符號相反。③所選取的有關(guān)反應(yīng),數(shù)量越少越好,避免誤差累積④若熱化學(xué)反應(yīng)方程式之間存在代數(shù)關(guān)系,反應(yīng)熱有對應(yīng)關(guān)系第六十六頁，共七十一頁，編輯于2023年，星期四7.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓(ΔfHm,T

)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓:在指定溫度下由最穩(wěn)定的單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變按定義，最穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓等于零。如：C（石墨）、P（白磷）、S（斜方）I2（s）、H2（g）、O2（g）等。C(gra)+1/2O2(g)=CO(g)ΔrHm

=△

fHm