工程化學——01 緒論.ppt

1、第一章 緒論,Introduction,內容提要,基礎化學課程的地位和作用 我國的法定計量單位 有效數(shù)字 量綱分析 溶液的組成標度 物質的量 物質的量濃度 摩爾分數(shù)和質量摩爾濃度 摩爾分數(shù) 質量摩爾濃度,教學基本要求,掌握物質的量、物質的量濃度、摩爾分數(shù)和質量摩爾濃度的定義、表示方法及計算。 熟悉SI單位制和我國法定計量單位。 了解基礎化學課程的地位和作用。,第一節(jié) 基礎化學課程的地位和作用,化學：在原子-分子層次上研究物質的組成、結構、性質及其變化規(guī)律的科學。 實物：具有靜止質量， 物質 化學的研究對象。 場： 沒有靜止質量，不屬于 化學的研究對象 。,第一節(jié) 基礎化學課程的地位和作用,物質

2、的例子 實物(substance) ： 星球 汽車 分子 場(field) ： 無線電波（電磁場） 光子,第一節(jié) 基礎化學課程的地位和作用,化學研究的例子 反應： H2(g) + I2(g) 2HI(g) 機理： I2(g) 2I(g)（快） 2I(g) + H2(g) 2HI(g)（慢）,第一節(jié) 基礎化學課程的地位和作用,化學的分類,第一節(jié) 基礎化學課程的地位和作用,化學是一門中心學科。,第一節(jié) 基礎化學課程的地位和作用,化學和生命科學、藥學的關系。,第一節(jié) 基礎化學課程的地位和作用,什么是基礎化學。,基礎化學,溶液 化學反應的能量、速率、電化學 物質結構 化學分析,酸堿、電解質、滲透壓、膠

3、體（生理、病理基礎）,反應的自發(fā)性、平衡、速率、機理，電位（生理、病理、藥理基礎）,原子、分子、配合物（有機分子、生物分子基礎）,化學和儀器分析方法（臨床分析和實驗技能基礎）,第一節(jié) 基礎化學課程的地位和作用,怎樣學好基礎化學。,基礎化學,預習 聽課 筆記 練習 復習,實驗 自學 討論 課外讀物,第二節(jié) 我國的法定計量單位,國際單位制 1960年第11屆國際計量大會（CGPM）以六個基本單位為基礎命名“國際單位制”（le Systme International d Units，縮寫為SI），1971年第14屆CGPM增加第7個基本單位摩爾。,第二節(jié) 我國的法定計量單位,國際單位制 組成 SI

4、基本單位 SI單位 SI單位 SI導出單位 SI倍數(shù)單位,第二節(jié) 我國的法定計量單位,國際單位制 SI基本單位,第二節(jié) 我國的法定計量單位,國際單位制 SI長度單位米（meter） “米”定義為真空中 1/299 792 458 秒時間光行距離。 氫原子的半徑是 5310-12m(53pm),表9-4給出37pm？,第二節(jié) 我國的法定計量單位,國際單位制 SI質量單位千克（kilogram） 國際標準千克用鉑-銥合金制造，保存在位于法國的國際標準局。,第二節(jié) 我國的法定計量單位,國際單位制 SI時間單位秒（second） 1秒定義為氣態(tài)銫原子吸收微波輻射9 192 631 770次振蕩的時間。

5、 銫原子鐘,第二節(jié) 我國的法定計量單位,國際單位制 SI熱力學溫度單位開爾文（kelvin） 常壓下水的冰點是0，熱力學溫度和攝氏溫度的關系是： T/K = T/ + 273. 15 溫度計,第二節(jié) 我國的法定計量單位,國際單位制 一些SI導出單位,第二節(jié) 我國的法定計量單位,國際單位制 部分SI詞頭（常用8個）,第二節(jié) 我國的法定計量單位,我國的法定計量單位 一切屬于國際單位制的單位都是我國的法定計量單位。 可與SI單位并用的法定計量單位,第三節(jié) 有效數(shù)字,有效數(shù)字的概念 有效數(shù)字(significant figure)是既能表達數(shù)值大小, 又能表明測量值準確程度的數(shù)字表示方法, 它包括測得

6、的全部準確數(shù)字和一位可疑數(shù)字，可疑數(shù)字的誤差為1。,第三節(jié) 有效數(shù)字,有效數(shù)字的概念 在有效數(shù)字的表示中，09這10個數(shù)字，只有“0”作為定位時是非有效數(shù)字。 例如溶液體積20.50 mL = 0.020 50 L，后者在在數(shù)字“2”之前的“0”只起定位作用，不是有效數(shù)字。 0.020 50有四位有效數(shù)字。,第三節(jié) 有效數(shù)字,有效數(shù)字的概念 為了準確表述有效數(shù)字，需要使用科學計數(shù)法（scientific notation）。 科學計數(shù)法用一位整數(shù)、若干位小數(shù)和10的冪次表示有效數(shù)字。 如4.2103(兩位有效數(shù)字)，4.20103(三位有效數(shù)字), 4.200103(四位有效數(shù)字)。,第三節(jié)

7、有效數(shù)字,有效數(shù)字的概念 表示倍率、分率的數(shù)，凡定義給定的值、國際協(xié)議的值等，不帶有誤差者，稱為準確值（exact number），不受有效數(shù)字位數(shù)限制。 例如以 Na2CO3為基本單元，摩爾質量M( Na2CO3) = (106.02) gmol-1，此處2是自然數(shù)。 一般計算時也不考慮相對原子質量等常數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)。,第三節(jié) 有效數(shù)字,有效數(shù)字的概念 化學中常見的以對數(shù)表示的pH、pK及l(fā)gc等, 其有效數(shù)字的位數(shù), 僅取決于小數(shù)部分的位數(shù), 因為整數(shù)部分只與其對應真數(shù)中的10的方次有關。如pH = 10.20有兩位有效數(shù)字，與表示成 H3O+ = 6.310-11 molL-1一致。,

8、第三節(jié) 有效數(shù)字,有效數(shù)字及其運算規(guī)則 修約 當實驗測定值和計算值的有效位數(shù)確定之后，要對它后面的多余的數(shù)字進行取舍，這一過程稱為修約（rounding），通常按“四舍六入五留雙”規(guī)則進行處理。 當約去數(shù)為 4時舍棄，為 6時則進位；當約去數(shù)為5而后面無其它數(shù)字時，若保留數(shù)是偶數(shù)(包括0) 則舍去,是奇數(shù)則進位, 使修約后的最后一位數(shù)字為偶數(shù)。,第三節(jié) 有效數(shù)字,有效數(shù)字及其運算規(guī)則 加減運算 加減運算所得結果的有效數(shù)字位數(shù)以參加運算各數(shù)字中精度最低，即小數(shù)點后位數(shù)最少的數(shù)為準。例如0.5362 + 0.25，和為0.79。 乘除運算 乘除運算所得結果的有效數(shù)字位數(shù)以參加運算各數(shù)字中相對誤差最

9、大, 即有效數(shù)字位數(shù)最少的數(shù)為準。例如0.0121 25.64, 積為0.310。,第三節(jié) 有效數(shù)字,例：計算21.64 mL , 0.2463 mol/L A溶液中溶質物質的量。 解： 0.2463 mol/L21.64 mL = 5.340 mmol 21.64 0.2463 6492 12984 8656 4328 5.339932,第四節(jié) 量綱分析,量綱分析(dimensional analysis) 化學計算的方程式往往是量的方程式，表示物理量之間的關系。 量可以定量地表示為量的數(shù)值和量的單位的乘積： A = A A 式中，A為物理量的符號，A為單位的符號，A是以單位A表示量A的數(shù)值

10、。 量方程式計算的每一個步驟中物理量數(shù)據(jù)都應該帶單位。這些單位在計算時或保留、或相乘、或相除、或“抵消”，稱為量綱分析。,第四節(jié) 量綱分析,換算因子(conversion factor) 量綱分析的關鍵是換算因子的運用。換算因子是分子和分母表示具有不同單位的同一物理量的分數(shù)形式。例如液體體積的換算，1 L = 1000 mL，所以換算因子是： 和 另外，相關聯(lián)的不同物理量之間的相互換算也可作換算因子處理，例如，由密度相關聯(lián)，溶液的質量和體積可以相互換算。,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,物質的量(amount of substance) 定義 摩爾是一系統(tǒng)的物質的量，該系統(tǒng)中所包含的基本單

11、元(elementary entity)數(shù)與0.012kg碳12的原子數(shù)目相等。 在使用摩爾時，基本單元應予指明，可以是原子、分子、離子、電子及其他粒子，或這些粒子的特定組合。,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,物質的量 意義 物質的量是表示物質數(shù)量的基本物理量。 1 mol物質的基本單元的數(shù)目是阿伏加德羅常數(shù)(Avogadro constant)的數(shù)值： (6.022 136 70.000 003 6)1023 阿伏加德羅常數(shù)：L=(6.022 136 70.000 003 6)1023mol-1，單位mol-1。這個數(shù)的精確程度隨測量技術水平提高而提高。,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標

12、度,物質的量 意義 摩爾的定義是絕對定義，不隨測量技術而改變。 12g 12C的原子數(shù)目是阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值。 只要B的基本單元數(shù)目與 0.012kg 12C的原子數(shù)目一樣多，就是1mol。,1mol C,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,物質的量 mol 的用法 mol是物質數(shù)量的計量單位，說1mol物質B (6.022 136 70.000 003 6)1023個基本單元 ，類似于說1打雞蛋（12只）、1羅鉛筆（144支）。,1打雞蛋,1羅鉛筆,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,物質的量 mol 的用法 “物質的量”是整體名詞，不能拆開。 使用mol時必須同時指明基本單元。物質的量的

13、符號是nB，指物質B的物質的量；對于具體物質，應將基本單元表示在括號內，如 n (Na2CO3)=0.5mol 基本單元應該用粒子符號、物質的化學式或它們的特定組合表示。如H、H2、H2O、1/2H2O、1/2SO42-、(2H2+O2)等。,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,問題：1mol 物質有多少 1mol水能一口喝下，宇宙中的星球約 1/10 mol，算算直徑 1cm 的小球排滿我國 9.6106 km2 陸地會有多厚？,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,物質的量(amount of substance) 摩爾質量(molar mass)和物質的量的計算 物質B的摩爾質量MB定義為

14、B的質量mB除以B的物質的量nB，即： 單位 kgmol-1。以 gmol-1為單位，原子MB的數(shù)值等于其 Ar，分子MB的數(shù)值等于其 Mr。,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,0.53g Na2CO3的物質的量是多少？ 運用摩爾質量的定義式 可以方便地計算MB 、 mB 和nB。,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,物質的量濃度 定義 溶液的物質的量濃度(amount-of-substance concentration)定義為溶質B的物質的量nB除以溶液的體積V，即： 單位 molL-1，濃度很小時可用mmolL-1。 cB可簡稱為濃度(concentration) 。,第五節(jié) 分散系統(tǒng)

15、與混合物的組成標度,物質的量濃度 cB的用法 使用 cB 時必須指明基本單元。對于具體物質，應將基本單元表示在括號內，如 c (1/2Ca2+)=4 mmolL-1 未知相對分子質量的物質B可用質量濃度B(mass concentration)表示，單位為kgL-1，定義是,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,正常人血漿中每100mL含Na+ 326mg、HCO3- 164.7mg、Ca2+ 10mg，它們的物質的量濃度(單位mmolL-1)各為多少？,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,市售濃硫酸密度為1.84kgL-1，H2SO4的質量分數(shù)為96%，計算物質的量濃度c(H2SO4)和c(1

16、/2H2SO4)，單位用molL-1。 H2SO4的摩爾質量為98 gmol-1, 1/2H2SO4的摩爾質量為49 gmol-1。,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,摩爾分數(shù)和質量摩爾濃度 摩爾分數(shù)(mole fraction) 定義：B的物質的量與混合物的物質的量之比，符號為xB，單位是一。即 ： 顯然，溶質B和溶劑A組成溶液，有 xB=nB/( nA+ nB)， xA=nA/( nA+ nB) xA+ xB=1,第五節(jié) 分散系統(tǒng)與混合物的組成標度,摩爾分數(shù)和質量摩爾濃度 質量摩爾濃度(molality) 定義：溶質B的物質的量除以溶劑的質量 ，符號為bB，單位是 molkg-1 。即 ： 由于摩爾分數(shù)和質量摩爾濃度與溫度無關，因