第一章化学反应中的质量关系和能量关系精选PPT.ppt

第一章化学反应中的质第一章化学反应中的质量关系和能量关系量关系和能量关系第1页，本讲稿共36页2课程简介课程简介:n无机化学是化学学科的重要基础课，四大化学之一。n第一门化学基础课，是后继化学课及专业课的基础。n是培养化工、材料、环境等各类专业工程技术人才的整体知识结构及能力结构的重要组成部分性质和作用性质和作用课程设置与要求课程设置与要求主要内容：化学反应的基本原理（1-4章，重点掌握）物质结构的基础理论（5-8章，理解）主要元素及化合物的基本知识（9-15章，了解）无极实验的基本技能（16章，了解）目的：培养学生具有分析解决一般无机化学实际问题的能力，具有进行无机化学实验和自学无机化学书刊的能力第2页，本讲稿共36页第一章第一章 化学反应中的化学反应中的质量关系和能量关系质量关系和能量关系第一节第一节 物质的凝聚态和层次物质的凝聚态和层次第3页，本讲稿共36页41物质的聚集态和层次物质的聚集态和层次聚集态聚集态物质三态：气体、液体、固体等离子态：高温、辉度放电、射线辐射等条件下气体分子部分或 全部解离为粒子状态，呈现出与有别于气、液、固三态的一种新物态。物质的层次物质的层次层次层次空间尺度空间尺度遵循运动规律遵循运动规律实例实例宇观103m相对论力学地球、太阳、星云宏观10-8106m牛顿力学交通工具介观10-910-7m牛顿力学和量子力学纳米材料与科学微观10-8m量子力学原子、分子、电子、核子第4页，本讲稿共36页第一章第一章 化学反应中的化学反应中的质量关系和能量关系质量关系和能量关系第二节第二节 化学中的计量化学中的计量第5页，本讲稿共36页n具有确定质子数和中子数的一类单核粒具有确定质子数和中子数的一类单核粒子称为核素。子称为核素。n元素是具有相同质子数的一类单核粒元素是具有相同质子数的一类单核粒子的总称。子的总称。n质子数相等而中子数不等的同一元素的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。一些原子品种互称为同位素。自然界中氧有三种同位素自然界中氧有三种同位素:16O17O18O含量含量/%99.7590.0370.204碳也有三种同位素：碳也有三种同位素：12C13C14C含量含量/%98.8921.10861.2.1相对原子质量和相对分子质量相对原子质量和相对分子质量第6页，本讲稿共36页 例如：例如：Ar(H)=1.0079Ar(O)=15.999相对原子质量相对原子质量(Ar)元素的平均原子质量与核素元素的平均原子质量与核素12C原子原子质量的质量的1/12之比。之比。以往被称为原子量。以往被称为原子量。71.2.1相对原子质量和相对分子质量相对原子质量和相对分子质量第7页，本讲稿共36页例如：例如：Mr(H2O)=18.014818.01Mr(NaCl)=58.44358.44物质的分子或特定单元的平均质量与物质的分子或特定单元的平均质量与核素核素12C原子质量的原子质量的1/12之比。之比。以前被称为分子量。以前被称为分子量。相对分子质量相对分子质量(Mr)1.2.1相对原子质量和相对分子质量相对原子质量和相对分子质量8第8页，本讲稿共36页是用于计量指定的微观基本单元是用于计量指定的微观基本单元(如分子、如分子、原子、离子、电子等微观粒子原子、离子、电子等微观粒子)或其特定或其特定组合的一个物理量组合的一个物理量符号：符号：n单位：摩单位：摩 尔尔（mole）、）、mol物质的量物质的量1.2.2物质的量及其单位物质的量及其单位9第9页，本讲稿共36页系统中的物质的量若为系统中的物质的量若为1mol，表示该系统，表示该系统中所包含的基本单元数与中所包含的基本单元数与0.012kg12C的原子的原子数目相等。数目相等。0.012kg12C所含的碳原子数目称为阿伏加所含的碳原子数目称为阿伏加德罗常数德罗常数Avogadro（NA）(6.0221023个个)。1.2.2物质的量及其单位物质的量及其单位10第10页，本讲稿共36页1molH2表示有表示有NA个氢分子个氢分子2molC表示有表示有2NA个碳原子个碳原子3molNa+表示有表示有3NA个钠离子个钠离子4mol(H2+O2)表示有表示有4NA个个(H2+O2)的特定组合体，其中含有的特定组合体，其中含有4NA个个氢分子和氢分子和2NA个氧分子个氧分子1.2.2物质的量及其单位物质的量及其单位11第11页，本讲稿共36页在使用摩尔这个单位时，一定要指明基本单在使用摩尔这个单位时，一定要指明基本单位位(以化学式表示以化学式表示)，否则示意不明。，否则示意不明。例如例如:笼统说笼统说“1mol氢氢”难以断定是指难以断定是指1mol氢分子氢分子还是指还是指1mol氢原子或氢原子或1mol氢离子氢离子1.2.2物质的量及其单位物质的量及其单位12第12页，本讲稿共36页 如含如含1molO2和和4molN2的混合气体中的混合气体中,O2和和N2的摩尔分数的摩尔分数分别为：分别为：x(O2)=1mol/(1+4)mol=1/5x(N2)=4mol/(1+4)mol=4/5在混合物中，在混合物中，B的物质的量的物质的量(nB)与混合与混合物的物质的量物的物质的量(n)之比，称为组分之比，称为组分B的的物质的量分数物质的量分数(xB)，又称，又称B的摩尔分数的摩尔分数摩尔分数摩尔分数1.2.2物质的量及其单位物质的量及其单位13第13页，本讲稿共36页例如：例如：1molH2的质量为的质量为2.0210-3kgH2的摩尔质量为的摩尔质量为2.0210-3kgmol-1某物质的某物质的质量质量(m)除以该物质的除以该物质的物质的量物质的量(n)M=m/nM的单位：的单位：kgmol-1或或gmol-1摩尔质量摩尔质量1.2.3摩尔质量和摩尔体积摩尔质量和摩尔体积14第14页，本讲稿共36页例如例如在标准状况在标准状况(STP)(273.15K及及101.325kPa下下)，任何理，任何理想气体的摩尔体积为：想气体的摩尔体积为：Vm,273.15K=0.022414m3mol-1=22.414Lmol-122.4Lmol-1某气体物质的体积某气体物质的体积(V)除以该气体物质的量除以该气体物质的量(n)Vm=V/n单位：单位：m3mol-1摩尔体积摩尔体积1.2.3摩尔质量和摩尔体积摩尔质量和摩尔体积15第15页，本讲稿共36页混合物中某溶质混合物中某溶质B的物质的量的物质的量(nB)除以混合物的体积除以混合物的体积(V)。cB=nB/V对溶液来说，即对溶液来说，即1L溶液中所含溶质溶液中所含溶质B的物质的量的物质的量单位：摩单位：摩(尔尔)每升每升单位符号：单位符号：molL-1例如例如若若1L的的NaOH溶液中含有溶液中含有0.1mol的的NaOH，其浓度可表示为：，其浓度可表示为：c(NaOH)=0.1molL-1物质的量浓度简称为浓度物质的量浓度简称为浓度物质的量浓度物质的量浓度(cB)1.2.4物质的量浓度物质的量浓度16第16页，本讲稿共36页理想气体状态方程理想气体状态方程pV=nRTp气体的压力，单位为帕气体的压力，单位为帕(Pa)V体积，单位为立方米体积，单位为立方米(m3)n物质的量，单位为摩物质的量，单位为摩(mol)T热力学温度，单位为热力学温度，单位为“开开”(K)R摩尔气体常数摩尔气体常数1.2.5气体的计量气体的计量17第17页，本讲稿共36页适用对象适用对象实际工作中，当实际工作中，当压力不太高、温度不太低压力不太高、温度不太低的的情况下，气体分子间的距离大，分子本身的体积和情况下，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。态方程来描述。1.2.5气体的计量气体的计量18第18页，本讲稿共36页 实验测知实验测知1mol理想气体在标准状况下的体积为理想气体在标准状况下的体积为22.41410-3m3,则则101.325103Pa22.41410-3m31mol273.15K=R=pV/nT=8.3144Pam3mol-1K-1=8.3144Jmol-1K-11.2.5气体的计量气体的计量摩尔气体常数摩尔气体常数19第19页，本讲稿共36页1)求摩尔质量求摩尔质量M=mRT/pV2)求密度求密度=m/V=pM/RT或或M=RT/p1.计算计算p,V,T,n中的任意物理量中的任意物理量2.确定气体的密度和摩尔质量确定气体的密度和摩尔质量1.2.5气体的计量气体的计量理想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用20第20页，本讲稿共36页 气体的分压气体的分压(pB)气体混合物中，某一分气体混合物中，某一分气体气体B对器壁所施加的压力等于相同温度下该气对器壁所施加的压力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体单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力。力。道尔顿分压定律道尔顿分压定律混合气体的总压力等于混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。各组分气体的分压之和。p=pB理想气体分压定律理想气体分压定律1.2.5气体的计量气体的计量21第21页，本讲稿共36页 如如组分气体组分气体B的物质的量为的物质的量为nB混合气体的物质的量为混合气体的物质的量为n混合气体的体积为混合气体的体积为V则它们的压力：则它们的压力：pB=nBRT/V p=nRT/V将两式相除，得将两式相除，得pBnBpn为组分气体为组分气体B B的摩尔分数的摩尔分数nBnp pB B=n=nn nB Bp p则则则则总压与分压的关系总压与分压的关系1.2.5气体的计量气体的计量22第22页，本讲稿共36页 同温同压下同温同压下,气体物质的量与其体积成正比则气体物质的量与其体积成正比则VB nBV n=pBnBpn而而所以所以pB=pVBV总压与分压的关系总压与分压的关系1.2.5气体的计量气体的计量23第23页，本讲稿共36页总压与分压的关系总压与分压的关系1.2.5气体的计量气体的计量24第24页，本讲稿共36页解解m(CO2)5.00gM(CO2)44.01gmol-1n(CO2)=0.114molp(COCO2 2)=Pan(CO2)RT0.1148.314303.15V 1.0010-2=2.87104Pap(N N2)=p-p(O O2 2)-p(COCO2 2)=(9.33-2.67-2.87)104Pa=3.79104Pa 体积为体积为10.0L含含N2、O2、CO2的混合气体的混合气体,T=30、p=93.3kPa,其中其中:p(O2)=26.7kPa,CO2的含量为的含量为5.00g,试计算试计算N2、CO2分压。分压。例例1.2.5气体的计量气体的计量25第25页，本讲稿共36页 能表明组成化学物质的各元素原子数目之间最简单的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整数比关系,因此又称最简式因此又称最简式化学式化学式分子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。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。分子式可能和最简式相同，也可能是最简式的整数倍。例如：例如：分子型物质分子型物质化学式化学式分子式分子式气态氯化铝气态氯化铝AlCl3Al2Cl6水水H2OH2O对于那些非分子型物质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，习惯上以最简式物氯化钠，习惯上以最简式NaCl表示。表示。1.2.6化学计量化合物化学计量化合物26第26页，本讲稿共36页具有确定组成且各种元素的原子互成简单整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，这类化合物又称数比的化合物，这类化合物又称整比化合物整比化合物或或道道尔顿体尔顿体。例如：例如：一氧化碳中氧与碳质量比恒为一氧化碳中氧与碳质量比恒为4 3原子比恒为原子比恒为1 1化学计量化合物化学计量化合物1.2.6化学计量化合物化学计量化合物27第27页，本讲稿共36页第一章第一章 化学反应中的化学反应中的质量关系和能量关系质量关系和能量关系第三节第三节 化学反应中的质量关系化学反应中的质量关系第28页，本讲稿共36页化学计量数()【读音nju:】化学反应 cC+dD=yY+zZ 移项 0=-cC-dD+yY+zZ 令 -c=C、-d=D、y=Y、z=Z 规定，反应物的化学计量数为负，产物的化学计量数为正。1.3.2化学计量数与反应进度化学计量数与反应进度29第29页，本讲稿共36页因此，对任一化学反应 cC+dD=yY+zZ 可得：0 BB B可简化写出化学计量式的通式：0=CC+DD+YY+ZZB包含在反应中的分子、原子或离子 B(物质)B的化学计量数化学计量数()1.3.2化学计量数与反应进度化学计量数与反应进度30第30页，本讲稿共36页例 N2+3H2=2NH30=N2 3H2+2NH3 =(N2)N2+(H2)H2+(NH3)NH3N2、H2、NH3的化学计量数(N2)=1、(H2)=3、(NH3)=2 表明反应中每消耗1mol N2和3mol H2，生成2mol NH31.3.2化学计量数与反应进度化学计量数与反应进度化学计量数()31第31页，本讲稿共36页对于化学计量方程式 d=dnB/B nBB的物质的量；反应进度，单位为molBB的化学计量数 开始时0=0,、nB=反应进度为时：nB=B1.3.2化学计量数与反应进度化学计量数与反应进度反应进度()【读音ksai】0 BB B改写为 dnB=B d 32第32页，本讲稿共36页nB=B即任一化学反应各反应物及产物的改变量(nB)均与反应进度()及各自的计量系数(B)有关。1.3.2化学计量数与反应进度化学计量数与反应进度反应进度()33第33页，本讲稿共36页例 反应：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH3的化学计量数(N2)=1、(H2)=3、(NH3)=2根据 nB/B 可确定反应进度。n(Nn(N2 2)/mol)/mol n(Hn(H2 2)/mol)/mol n(NHn(NH3 3)/mol)/mol/mol/mol0 00 00 00 0 -1/2 -1/2 -3/2 -3/21 1 1/2 1/2-1-1-3-32 21 1-2-2-6-64 42 2对同一化学反应方程式，反应进度()的值与选用反应式中何种物质的量的变化进行计算无关。34第34页，本讲稿共36页注意:同一化学反应如果化学反应方程式的写法不同（亦即同一化学反应如果化学反应方程式的写法不同（亦即 B不不同），相同反应进度时对应各物质的量的变化会有区别。同），相同反应进度时对应各物质的量的变化会有区别。例如：当=1mol 时反应方程式 N2+H2=NH3N2+3H2=2NH3n(N2)/mol -1/2-1n(H2)/mol -3/2-3n(NH3)/mol 12123235第35页，本讲稿共36页谢谢大家！谢谢大家！第36页，本讲稿共36页