物质的聚集状态教学.ppt
《物质的聚集状态教学.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《物质的聚集状态教学.ppt(246页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第一章 物质的聚集状态1.1 1.1 教教 学学 内内 容容1.了解物质层次及其运动理论,明确原子和分子等原子结合态单元是介观粒子的概念。2.理解系统和环境,聚集状态和相等概念,明确敞开系统、封闭系统、孤立系统及相的划分。3.明确化学反应中的质量守恒和能量变化,掌握化学计量数的概念。4.明确反应进度的概念,掌握物质的量的符号、单位及有关计算。1.1 化学的基本概念化学的基本概念一、分子、原子和团簇化学研究的化学研究的物质物质物质是不依赖于人们的感觉而存在并且物质是不依赖于人们的感觉而存在并且可以被人们的感觉所认识的客观实在可以被人们的感觉所认识的客观实在。简而言之,物质是客观存在的东西物质是客
2、观存在的东西。具体地说物质包括实物和场实物具有静止质量、体积、占有空间的物体。如书桌、铁、木材、水、空气等。场没有静止质量、体积、不占有空间。如电场、磁场、光、声音。化学研究的物质一般是指实物1、分子:保持物质化学性质的最小粒子2、原子:进行化学反应的最小微粒3、团簇:尺寸介于原子、分子和宏观物体之间有金属簇,如Lin,Cun,Hgn;非金属簇,如Cn,Nn,Arn;分子簇,如(H2O)n,(NaCl)n 等。二、元素二、元素 原子核中质子数相同的一类原子的总称。原子核中质子数相同的一类原子的总称。发现了发现了118118种元素,种元素,9696种金属元素,种金属元素,2222种非金属种非金属
3、元素元素三、系统、环境、相三、系统、环境、相被研究的对象就称为系统系统。系统以外与之直接联系的部分,称为环境环境。系统可分为下述三类:有质量和能量交换开放系统只有能量交换封闭系统无质量和能量交换隔离系统相相:系统中任何化学组成均匀,物理和化学性质都相同的,且可用机械方法分离出来的部分。相与相之间存在明显的界面。四、状态与状态函数物质在一定的温度和压力条件下所处的相对稳定的状态,称物质的聚集状态聚集状态,简称物态。状态函数1、广延性质2、强度性质状态函数的特点状态函数的特点:状态函数的变化值只决定体系的始态和终态,而与变化的过程无关。五、物质的量符号记为n,单位为摩尔摩尔(mol)。六、反应进度
4、定义:nB为物质B的物质的量。一般定义为:反应前物质的量n1/mol10300例如反应某时刻物质的量n2/mol8244则反应进度为:1.2 气体、等离子体和大气污染及其防治 教教 学学 内内 容容1 1、掌握理想气体状态方程及其近似用于实际气体条件2、了解大气湿度概念和相对湿度的计算3、了解酸雨的成因一、理想气体和实际气体理想气体状态方程表示为:理想气体理想气体在微观上具有两个特征:分子本身不占有体积;分子间没有相互作用力,其系统的势能可忽略。二、大气相对湿度绝对湿度水蒸气在大气中的含量多少,表达了大气的干湿程度,简称湿度。单位体积空气中所含水蒸气的质量称为绝对湿度。例如,20空气中的水蒸气
5、达到饱和时,每立方米的空气中含有的水蒸气质量为:相对湿度大气中水蒸气的分压力和同温度下水的饱和蒸气压的百分比值称为相对湿度。例如:已知25时,某地实际水蒸气压力为2.154kPa,此时相对湿度是多少?解:解:25时水的饱和蒸气压为3.167kPa。相对湿度=(2.154kPa3.167kPa)100%=68三、大气污染对大气的影响1、酸雨2、温室效应3、臭氧层的破坏1.3 液体和水污染及其治理一、一、水的性质和应用水分子中,氢、氧原子以共价键相结合,OH 键长为 0.095 72 nm,HOH 为104.52。二、溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压1.、溶液的蒸气压降低一定温度下,液相(固相)
6、与其气相达到平衡时的压力称为液体(固体)在该温度的饱和蒸气压饱和蒸气压,简称蒸气压蒸气压。溶液的蒸气压降低的原因蒸气压下降的定量关系的定量关系实验证明,在一定温度下,稀溶液的蒸气压降低值等于该稀溶液中难挥发溶质的物质的量分数(摩尔分数)与纯溶剂蒸气压的乘积,而与溶质的性质无关:上式也称拉乌尔定律2.、溶液的凝固点下降实验证明:在稀溶液中,凝固点下降凝固点下降(Tf)为式中Tf表示溶液的凝固点下降,Tf*、Tf分别表示纯溶剂和溶液的凝固点,bB是质量摩尔浓度,单位为molkg1。Kf为凝固点下降常数,它取决于纯溶剂的特性而与溶质特性无关。3、溶液的沸点升高实验证明:在稀溶液中,沸点升高沸点升高(
7、Tb)为式中Tb表示溶液的沸点升高,Tb*、Tb分别表示纯溶剂和溶液的沸点,bB是质量摩尔浓度,单位为molkg1。Kb为沸点升高常数,它取决于纯溶剂的特性而与溶质特性无关。4、溶液的渗透压溶液半透膜=cBRT纯水显示渗透压现象的简单装置渗透压是为维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力。1887年,荷兰物理学化学家范特霍夫(J.H.vantHoff)提出了稀溶液的渗透压与温度以及溶质浓度的关系式:实验发现,难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的物质的量浓度及热力学温度成正比。或等渗液高渗液低渗液反渗透反渗透如果在溶液的一侧施加一个大于渗透压的外压力,则溶剂由溶液一侧通过
8、半透膜向纯溶剂或低浓度方向渗透,这种现象称为反渗透反渗透。反渗透法为海水淡化和废水处理提供了一个重要方法。溶液纯水海水淡化示意图1.4 固体和固体废弃物污染及其治理固体中的原子及其结合态粒子在空间的排布,如果长程有序便称为晶体,如果短程无序就称为非晶体。晶体非晶体一、晶体按晶格结点上微粒的种类、组成及其粒子间相互作用力的不同,晶体可分为:过渡型晶体离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体混合型晶体1、离子晶体离子晶体的晶格结点上交替排列着正、负离子,靠离子键结合。离子晶体有较高的熔点、较大的硬度、较脆。在熔融状态或在水溶液中具有优良的导电性,但在固体状态时几乎不导电。2.、分子晶体分子晶体的晶格结点上
9、排列着极性分子或非极性分子,分子间以范德华力(分子间力)或氢键相结合。属于分子晶体的物质一般为非金属元素组成的共价化合物,如SiF4,SiCl4,SiBr4,SiI4,H2O,CO2,I2等。CO2分子晶体(干冰)3、原子晶体原子晶体的晶格结点上排列着中性原子,原子间由共价键结合。由非金属元素组成的共价化合物多为分子晶体,但有少部分形成原子晶体,如常见的C(金刚石,立方型),Si,Ge,As,SiC(俗称金刚砂),SiO2,B4C,BN(立方型),GaAs等。4、金属晶体金属晶体的晶格结点上排列着原子或正离子。原子或正离子通过自由电子结合,这种结合力是金属键。金属键的强弱与构成金属晶体原子的原
10、子半径、有效核电荷、外层电子组态等因素有关。5、过渡型晶体6、混合键型晶体例如,层状结构的石墨、二硫化钼、氮化硼等属于混合键型晶体。二、非晶体目前广泛应用的非晶体固体有四类:玻璃非晶态高分子化合物非晶态薄膜非晶态合金(也称金属玻璃)第二章 化学反应原理教教 学学 内内 容:容:本章简要介绍化学热力学的一些基本概念,包括热力学第一定律,焓、熵、自由能、化学反应等温式和吉布斯-亥姆霍兹公式等。运用这些知识判断化学反应的方向,求化学反应平衡常数。一、热力学第一定律能量守恒与转化定律能量守恒与转化定律自然界一切物质都具有能量,能量有各种不同的形式,能够从一种形式转化为另一种形式,从一个物体传递给另一个
11、物体,而在转化和传递中能量的总数量不变。热力学能热力学能(又称内能内能)热力学体系内部的总能量热力学体系内部的总能量称热力学能称热力学能,用符号U表示,单位是焦耳(J)。U是状态函数,为广度性质,它的绝对值很难确定,但它的变化值可以不难求出。内能的变化是通过两种方式表现出来的。2.1 化学反应的能量变化化学反应的能量变化U(Q+W)=0或U=Q+WQ 称为热称为热W 称为功称为功与途径(或过程)有关Q 0,表明系统对环境吸热;Q 0,系统接受环境作功;W 0,系统对环境作出功。体积功:pV非体积功:W(如电功We)W=pV+W 热和功都不是系统的状态函数,除状态外还与系统状态变化的具体途径有关
12、。例21某过程中,系统放出50kJ的热,对外做功35.5kJ,求该过程中系统的热力学能变。解:由热力学第一定律解得:U(系统)=Q+W=50kJ+(35.5kJ)=85.5kJ即该系统的热力学能降低了85.5kJ。二、化学反应中的能量变化二、化学反应中的能量变化1、恒压反应热:记作Qp恒压过程中压强p 不变,体积V 可以变化,由热力学第一定律U=Q+W=Qp+(pV)Qp=U+pV=U+(p2V2p1V1)=(U2+p2V2)(U1+p1V1)上式说明,恒压过程中系统热量Qp的变化等于终态和始态的(U+pV)值之差。热力学中将(U+pV)定义为焓,符号为H。H=U+pV焓H在系统状态变化过程中
13、的变化值就是H,H 在热力学中称在热力学中称焓变焓变,即Qp=H2H1=H焓的变化H 在数值上等于等压过程中吸收或放出的热量,即H0,表示系统吸热,H0,表示系统放热。将Qp=H2H1=H代入U=Q+W=Qp+(pV)可得:U=HpV当反应物和生成物都为固态和液态时,反应的pV 值很小,可忽略不计。故HU2、恒容反应热:记作QV封闭体系在恒容条件下变化时,如果不做其他功,由于体积无变化,所以W=0,这种条件下体系的热力学能变化是:UQ+WQV(封闭体系,恒容,不做其他功)上式表明,封闭体系在不做其他功的条件下,封闭体系在不做其他功的条件下,内能的变化等于恒容热效应内能的变化等于恒容热效应。三、
14、反应热效应的测量三、反应热效应的测量搅拌器点火电线温度计钢弹样品水绝热外套和 钢质容器QV=cw(H2O)m(H2O)+CsT弹式热量计示意图cw(H2O)为水的质量热容,m(H2O)为水的质量,Cs为钢弹及内部物质和金属容器组成的物质系统的总热容,T为测量过程中温度计的最终读数与起始读数之差。四、反应热效应的计算1、盖斯定律化学反应的反应热(恒压或恒容下)只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。H2(g)+O2(g)12H2O(l)2H(g)+O(g)H2O(g)rH1rH2rH3rHrH=rH1+rH2+rH3盖斯定律计算实例盖斯定律计算实例(1)H2(g)+O2=2H(g)+O(g)
15、rH1=+676.1kJmol-1(2)2H(g)+O(g)=H2O(g)rH2=-917.9kJmol-1(3)H2O(g)=H2O(l)rH3=-44.0kJmol-1(1)+(2)+(3):H2(g)+O2(g)H2O(l)rH=rH1+rH2+rH3=676.1-917.9-44.0=-285.8kJmol-1所以盖斯定律又可表达为:一个化学反应的焓变等于各分步一个化学反应的焓变等于各分步反应的焓变之和。反应的焓变之和。盖斯定律的应用盖斯定律的应用从一些已知反应热数据求出另外的热反应数据。CO(g)+O2(g)=CO2(g)rH2=-283 kJmol-112C(石墨)+O2(g)=C
16、O2(g)rH1=-393.5kJmol-1则=-:C(石墨)+O2(g)=CO(g)12rH3=rH1-rH2=-393.5+283=-110.5kJmol-1上述第3步的反应是很难由实验测得,而第1和第2步反应都可从实验测得,因此用盖斯定律就不难求出一些难以从实验中得到的数据课堂习题课堂习题(P44习题习题21)已知下列热化学方程式:已知下列热化学方程式:Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)rH=-25kJmol-13Fe2O3(s)+CO(g)=2Fe3O4(s)+CO2(g)rH=-47kJmol-1Fe3O4(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g)rH
17、=19kJmol-1不用查表,计算下列反应的rH:FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)解:把总反应与分步反应设计如下:(1)Fe2O3(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)rH1=-12.5kJmol-1(2)Fe2O3(s)+CO(g)=Fe3O4(s)+CO2(g)rH2=-7.8kJmol-1(3)Fe3O4(s)+CO(g)=FeO(s)+CO2(g)rH3=+6.3kJmol-1总反应=(1)(2)(3):FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)rHT=rH1-rH2-rH3=-12.5+7.8-6.3=-11(kJmol-1)2、标准摩尔生成焓和标准摩
18、尔焓变、标准摩尔生成焓和标准摩尔焓变(1)、物质的标准态温度T 时,把处于压力100kPa下的物质状态称为标准状态,用右上标表示标准态,也就是说p=100kPa是标准压力。(标准态符号“”统一用“”代替)溶液中的标准态是指标准压力p下溶质的浓度为1moldm3的理想溶液。(2)标准摩尔生成焓fHm在温度T及标准态下,由参考状态的元素生成1mol物质B的标准摩尔焓变即为物质B在T 温度下的标准摩标准摩尔生成焓,用尔生成焓,用 f Hm(B,T)表示,单位为表示,单位为 kJ mol 1。符号中的下标f表示生成反应,下标m表示反应进度以摩尔计量,T在298.15K时,通常可不注明。fHm举例例如,
19、fHm(H2O,l)=285.8kJmol1fHm(H2O,g)=241.8kJmol1C(石墨)C(金刚石)rHm=1.9kJmol1即fHm(C,金刚石)=1.9kJmol1例外如:P(白)为指定元素,但298.15K时P(红)更稳定水合离子标准摩尔生成焓水溶液中,水合离子标准摩尔生成焓水合离子标准摩尔生成焓被定义为B物质在温度T 及标准态下生成1mol水合离子B(aq)的标准摩尔焓变,符号为 f Hm(B,aq),单位为,单位为 kJ mol 1。并规定氢离子为参考状态,1mol的水合氢离子的标准摩尔生成焓为零。如:水合氯离子的标准摩尔生成焓fHm(Cl,aq)=167.2kJmol1。
20、(3)标准摩尔焓变r Hm化学反应中,在标准状态下和温度T时,反应进度为1mol时焓的变化称为标准摩尔焓变标准摩尔焓变,符号是,符号是r Hm,单位用,单位用 J mol 1 或或 kJ mol 1。符号中的下标m表示反应进度以摩尔(mol)计量。r Hm与反应方程式的写法关系密切,即使反应物和生成物相同,但它们的计量数不同就表示不同的反应,其值亦不同。标准摩尔焓变rHm的计算rHm=rHm(I)rHm(II)2.2 化学反应的方向和限度化学反应的方向和限度一、自发过程一、自发过程 在一定条件下不需外力作用就能进行的过程称为在一定条件下不需外力作用就能进行的过程称为自发过程。自发过程。如水往低
21、处流,铁的生锈,天然气的燃烧,气体的扩散,.等等,都是自发过程。自发反应自发反应 自发地向正反应方向进行的化学反应称自发反应自发地向正反应方向进行的化学反应称自发反应。二、熵变与反应的方向1、熵的概念熵与U、H等一样,是体系的一种属性,是体系的状态函数,用符号“S”来表示,熵是描述体系混乱度大小的物理量,熵值越大,体系的混乱度越大。热力学第三定律热力学第三定律在在0时,任何物质完美晶体的熵值为零时,任何物质完美晶体的熵值为零。标准熵标准熵在标准压力下,在标准压力下,mol纯物质的熵值叫做标准熵纯物质的熵值叫做标准熵。用符号S表示,单位是J.K-1.mol-1。例如:同种物质的不同物态,SsSl
22、 0,自发;,自发;S孤孤=0,平衡;,平衡;S孤孤 0所以,298.15K时在空气中CaCO3(s)不能自发进行分解反应。若要使CaCO3(s)在空气中能自发进行分解反应,需rGm(T)0,rGm(T)=rGm(T)+RT lnQ 0rGm(T)=rHm(T)T rSm(T)rHm(298.15K)T rSm(298.15K)=179.2T 160.2103(kJmol1)rGm(T)=179.2T160.2103+8.314Jmol1K1103kJJ1Tln0.0003=179.20.1602T0.0674T=179.20.2276T(+)E E(-);(-);电动势电动势E E=E E(
23、+)-(+)-E E(-)(-)(1)(1)(1)(1)在标准态下:只需比较在标准态下:只需比较在标准态下:只需比较在标准态下:只需比较E E E E 例例1:1:由电对由电对FeFe3+3+/Fe/Fe2+2+、SnSn4+4+/Sn/Sn2+2+构成原电池构成原电池,判断原电池正、负极,计算其电动势判断原电池正、负极,计算其电动势。解:解:E E(Fe3+/Fe2+)=+0.771 V E(Sn4+/Sn2+)=+0.154 V 电动势电动势 E E =E E(+)-(+)-E E(-)(-)=0.771V-0.154V =0.617V(2)(2)非标准态:先根据非标准态:先根据Nerns
24、tNernst方程计方程计 算出算出E E,然后再比较两个然后再比较两个E E 值值2.判断氧化剂、还原剂的相对强弱判断氧化剂、还原剂的相对强弱 越大越大,电对中氧化型物质的氧化能力越强电对中氧化型物质的氧化能力越强 还原型物质的还原能力越弱还原型物质的还原能力越弱 越小越小,电对中还原型物质的还原能力越强电对中还原型物质的还原能力越强 氧化型物质的氧化能力越弱氧化型物质的氧化能力越弱 E EE E例例2 2:试比较:试比较 KMnO4、Cl2、FeCl3 在酸性介质中的氧化能力在酸性介质中的氧化能力解解:0.7711.35831.51E /VFeFe3+3+/Fe2+ClCl2 2/Cl-M
25、nO4-/Mn2+电对电对氧化能力:氧化能力:KMnO4 Cl2 FeCl3例例3 3:试比较:试比较 SnCl2、Zn、H2S 在酸性在酸性 介质中的还原能力介质中的还原能力解解:0.1540.144-0.763E /VSn4+/Sn2+S/H2SZn2+/Zn电对电对 H2S SnCl23 3、判断氧化还原反应进行的方向、判断氧化还原反应进行的方向例例:判断反应判断反应 2Ag2Ag+Cu Ag+Cu+Cu Ag+Cu2+2+进行方向进行方向(1)(1)标准态标准态E E(Ag+/Ag)=0.7991 V(Cu2+/Cu)=0.340 VE E反应向右进行反应向右进行反应向右进行反应向右进
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 物质 聚集 状态 教学
限制150内