第一章化学反应中的质量和能量关系

2021/11/22021/11/2第一节化学反应中的计量化学系叶峻联系方式：Tel:[phone]Email:[e-mail]2021/11/2第一节化学反应中的计量化学无机化学？2021/11/2第一节化学反应中的计量化学：是一门研究分子和超分子层次的化学物种的组成、结构、性质、变化及其内在联系和外界条件变化的科学。包括无机、有机、物理、分析和生物化学、环境、地球及食品化学等等。无机化学：研究所有元素的单质和化合物(除C、H化合物及其衍生物外)的组成、结构、性质和反应。2021/11/2第一节化学反应中的计量教学内容第一章化学反应中的质量关系和能量关系6第二章化学反应方向、速率和限度6第三章酸碱反应和沉淀反应10第四章氧化还原反应10第五章原子结构与元素周期性12第六章分子的结构与性质8第七章固体的结构和性质4第九～十三章主族元素20第十三章过渡元素10复习、机动42021/11/2第一节化学反应中的计量要求与考核一、时间安排：本课程上课17周(1～17)，周学时5，共90学时。二、教学要求：1、发挥学习的积极性和主动性，认真完成好预习和作业，通过资料查阅，促进课程学习。2、掌握教学、学科特点；3、遵守学习纪律。四、考核办法：考试。总评成绩=期末考试×70%+平时作业、出勤×20%+实验×10%期末考核方式：闭卷考试。“无机化学”怎么学？什么是大学？做人；做学问。大大的学，自由地学，自觉地学。“无机化学”学什么？较系统、全面地学习无机化学基本原理、各族元素重要单质及其重要化合物的存在、制备、结构特点、性质及其规律性变化和重要应用。规律性变化和重要应用。“无机化学”怎样学？1．以无机化学基本原理为纲热力学原理---宏观结构原理（原子、分子、晶体）---微观元素周期律---宏观和微观2．预习---复习---总结（规律性、特殊性、反常性,记忆重要性质。)3．作业附：一般学习方法1、课前预习2、专心听讲，做好笔记3、及时复习，力求理解。4、认真、独立作业，并按时上交。5、考前抓住重点，全面复习参考文献1、武汉大学、吉林大学等校编.《无机化学》2.北京师大等编.《无机化学》(第四版).高等教育出版社3.唐有祺主编.当代化学前沿.中国致公出版杜(1997)4.张青莲主编.无机化学丛书.1～18卷5.杨宏孝主编.无机化学习题和问题选析.高等教育出版社(2001)附：相关学习网站://－wherland://://：附：国内外几种重要的无机化学杂志1.无机化学学报(南京大学配位化学研究所主办,月刊)2.AmericanChemicalSociety,Inorg.Chem.(美国,现在每年出26～27期)3.JournaloftheChemicalSociety,DaltonTransactions.(英国,半月刊)2021/11/2祝同学们学习一帆风顺！2021/11/2化学反应中的质量关系和能量关系第一章研究化学反应经常遇到的问题1.化学反应能否自发进行？2.反应进行的速率有多大？3.反应进行的极限(化学平衡)。4.反应中的能量变化(热化学)。5.反应是如何进行的(反应机理)？第一章化学反应中的质量关系和能量关系基本内容3.阐明化学反应中的质量关系和能量关系。1.阐述化学中的计量，以巩固高中化学中的有关概念;2.引入化学计量数，反应进度，状态函数,标准态和反应焓变等重要概念;1、初步了解状态函数、热、功、内能、焓，及焓变的概念。2、会应用热化学方程式和物质的标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变。基本要求第一章化学反应中的质量关系和能量关系第一章化学反应中的质量关系和能量关系1-1化学反应中的计量1-2化学反应中的质量关系1-3化学反应中的能量关系目录1-1-1相对原子质量和相对分子质量1-1-1相对原子质量和相对分子质量具有确定质子数和中子数的一类单核粒子称为核素。元素是具有相同质子数的一类单核粒子的总称。质子数相等而中子数不等的同一元素的一些原子品种互称为同位素。自然界中氧就有三种同位素:16O17O18O含量/%99.7590.0370.204碳有两种同位素：12C13C相对含量/%98.8921.1081-1-1相对原子质量和相对分子质量相对分子质量(Mr)被定义为物质的分子或特定单元的平均质量与核素12C原子质量的1/12之比.(以前被称为分子量)例如：Mr(H2O)=18.0148≈18.01Mr(NaCl)=58.443≈58.441-1-2物质的量及其单位1-1-2物质的量及其单位是用于计量指定的微观基本单元(如分子、原子、离子、电子等微观粒子)或其特定组合的一个物理量。符号为n单位为摩[尔]（mole）、mol物质的量物质的量及其单位1-1-2物质的量及其单位系统中的物质的量若为１摩尔，表示该系统中所包含的基本单元数与0.012kg12C的原子数目相等。0.012kg12C所含的碳原子数目(6.022×1023个)称为阿伏加德罗常数[Avogadro]（NA）。物质的量及其单位1-1-2物质的量及其单位1molH2表示有NA个氢分子2molC表示有2NA个碳原子3molNa+表示有3NA个钠离子4mol(H2+½O2)表示有4NA个(H2+½O2)的特定组合体，其中含有4NA个氢分子和2NA个氧分子。1-1-2物质的量及其单位在使用摩尔这个单位时，一定要指明基本单位(以化学式表示)否则示意不明。例如:笼统说“1mol氢”难以断定是指1mol氢分子还是指1mol氢原子或1mol氢离子1-1-2物质的量及其单位在混合物中，B的物质的量(nB)与混合物的物质的量(n)之比，称为组分B的物质的量分数(xB)，又称B的摩尔分数。如含1molO2和4molN2的混合气体中,O2和N2的摩尔分数分别为：x(O2)=1mol/(1+4)mol=1/5x(N2)=4mol/(1+4)mol=4/5摩尔分数1-1-3摩尔质量和摩尔体积1-1-3摩尔质量和摩尔体积例如1molH2的质量为2.02×10-3kgH2的摩尔质量为2.02×10-3kg·mol-1摩尔质量某物质的质量(m)除以该物质的物质的量(n)M=m/nM的单位kg·mol-1或g·mol-11-1-3摩尔质量和摩尔体积例如在标准状况(STP)(273.15K及101.325kPa下)，任何理想气体的摩尔体积为：Vm,273.15K=0.022414m3·mol-1=22.414L·mol-1≈22.4L·mol-1摩尔体积某气体物质的体积(V)除以该气体物质的量(n)Vm=V/n1-1-4物质的量浓度1-1-4物质的量浓度混合物中某物质B的物质的量(nB)除以混合物的体积(V):cB=nB/V对溶液来说，即1L溶液中所含溶质B的物质的量。单位：摩(尔)每升单位符号：mol·L-1例如若1L的NaOH溶液中含有0.1mol的NaOH，其浓度可表示为：c(NaOH)=0.1mol·L-1物质的量浓度简称为浓度物质的量浓度(cn)1-1-5气体的计量1-1-5气体的计量理想气体状态方程pV=nRTp——气体的压力，单位为帕(Pa)V——体积，单位为立方米(m3)n——物质的量，单位为摩(mol)T——热力学温度，单位为“开”(K)R——摩尔气体常数理想气体状态方程实际工作中，当压力不太高、温度不太低的情况下，气体分子间的距离大，分子本身的体积和分子间的作用力均可忽略，气体的压力、体积、温度以及物质的量之间的关系可近似地用理想气体状态方程来描述。理想气体状态方程实验测知1mol气体在标准状况下的体积为22.414×10-3m3,则101.325×103Pa×22.414×10-3m31mol×273.15K=R=pV/nT=8.3144Pa·m3·mol-1·K-1=8.3144J·mol-1·K-11-1-5气体的计量理想气体分压定律气体的分压(pB)——气体混合物中，某一组分气体B对器壁所施加的压力。即等于相同温度下该气体单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力。道尔顿分压定律——混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。p=ΣpB理想气体分压定律如组分气体B的物质的量为nB混合气体的物质的量为n混合气体的体积为V则它们的压力：pB=nBRT/Vp=nRT/V将两式相除，得pBnBpn＝为组分气体B的摩尔分数nBnpB=pnBn则理想气体分压定律同温同压下,气态物质的量与其体积成正比则VBnBVn=pBnBpn＝而所以pB=pVBV体积为10.0L含N2、O2、CO2的混合气体，T=30℃、p=93.3kPa,其中:p(O2)=26.7kPa,CO2的含量为5.00g,试计算N2、CO2分压。解m(CO2)5.00gM(CO2)44.01g·mol-1n(CO2)===0.114molp(CO2)==Pan(CO2)RT0.114×8.314×303.15V1.00×10-2=2.87×104Pap(N2)=p-p(O2)-p(CO2)=(9.33-2.67-2.87)×104Pa=3.79×104Pa例np9.33×104n(O2)p(O2)2.67×104===0.2861-1-6化学计量化合物和非计量化合物1-1-6化学计量化合物和非计量化合物能表明组成化学物质的各元素原子数目之间最简单的整数比关系，因此又称最简式化学式分子式能表明分子型物质中一个分子所包含的各种元素原子的数目。分子式可能和最简式相同，也可能是最简式的整数倍。例如分子型物质化学式分子式气态氯化铝AlCl3Al2Cl6水H2OH2O对于那些非分子型物质,只能用最简式表示。例如：离子型化合物氯化钠，习惯上以最简式NaCl表示。1-1-6化学计量化合物和非计量化合物化学计量化合物具有确定组成且各种元素的原子互成简单整数比的化合物，这类化合物又称整比化合物或道尔顿体。例如：一氧化碳中氧与碳质量比恒为4∶3原子比恒为1∶11-1-6化学计量化合物和非计量化合物非化学计量化合物组成可在一个较小范围内变动，而又保持基本结构不变的化合物，这类化合物偏离了原子互为整数比的关系，又称为非整比化合物或贝多莱体。例如:还原WO3或加热WO2与WO3的混合物，均可制得WO2.92。又如:方铁矿的物相分析发现,在900℃时其组成为FeO1+x(0.09x0.19)。第二节化学反应中的质量关系无机化学多媒体电子教案第二节化学反应中的质量关系1-2-1应用化学反应方程式的计算1-2-1应用化学反应方程式的计算化学反应方程式：根据质量守恒定律，用元素符号和化学式表示化学变化中质和量关系的式子。如2NaOH+H2SO4→Na2SO4+2H2O配平的化学反应方程式表明反应中各物质的量之比等于其化学式前的系数之比则可从已知反应物的量,计算生成物的理论产量;或从所需产量计算反应物的量。xx例例1-2-2化学计量数与反应进度1-2-2化学计量数与反应进度1、化学计量数(ν)化学反应cC+dD=yY+zZ移项0=-cC-dD+yY+zZ令-c=νC、-d=νD、y=νY、z=νZ0＝∑BBνB可简化写出化学计量式的通式：得0=νCC+νDD+νYY+νZZ规定，反应物的化学计量数为负，产物的化学计量数为正。B——包含在反应中的分子、原子或离子。νB——数字或简分数，称为(物质)B的化学计量数。例N2+3H2=2NH30=-N2-3H2+2NH3=ν(N2)N2+ν(H2)H2+ν(NH3)NH3N2、H2、NH3的化学计量数ν(N2)=-1、ν(H2)=-3、ν(NH3)=2表明反应中每消耗1molN2和3molH2生成2molNH32、反应