无机化学PPT.ppt

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1、前言前言一、无机化学的任务一、无机化学的任务二、无机化学的学习方法二、无机化学的学习方法三、本门课程常用的计量单位三、本门课程常用的计量单位有效数字有效数字1一、无机化学的任务一、无机化学的任务1.无机化学的研究对象：无机化学的研究对象：无机化学是化学科学中发展最早的一个分支科无机化学是化学科学中发展最早的一个分支科学。学。它的研究对象是它的研究对象是除碳氢化合物及其衍生物以除碳氢化合物及其衍生物以外的所有元素的单质和化合物的组成、结构、性外的所有元素的单质和化合物的组成、结构、性质和反应。质和反应。22.无机化学的教学内容无机化学的教学内容理论部分：理论部分：平衡问题：化学、离子、氧化还原、

2、配合；平衡问题：化学、离子、氧化还原、配合；结构部分：原子、分子、晶体；结构部分：原子、分子、晶体；化学热力学和化学动力学。化学热力学和化学动力学。元素分论元素分论3二、无机化学的学习方法二、无机化学的学习方法课前做好预习；课前做好预习；课上认真听讲，做好笔记；课上认真听讲，做好笔记；课后认真、独立、及时完成作业并善于总结；课后认真、独立、及时完成作业并善于总结；重视实验；重视实验；培养、加强自学能力。培养、加强自学能力。主主要要参参考考书书：无无机机化化学学（大大连连工工学学院院编编著著）；无无机机化化学学（武武汉汉大大学学等等编编，高高教教版版）；无无机机化化学学（北北师师大大等等编，高教

3、版）。编，高教版）。41.本门课程常用的计量单位本门课程常用的计量单位（1）基本单位：）基本单位：长长度度l(m)；时时间间t(s)；质质量量m(kg)；电电流流强强度度I(A)；热热力力学学温温度度T(K)；物质的量；物质的量n(mol)。（2）常用的导出单位：）常用的导出单位：频率频率v(Hz=s-1)；压强；压强p(Pa=Nm-2)；能量、功、热；能量、功、热(J=Nm)；电；电压、电动势压、电动势E(V=JC-1)；体积；体积V(m3=103dm3)；密度；密度(kgm-3)；物质的量浓度物质的量浓度c(molL-1)三、本门课程常用的计量单位和有效数字三、本门课程常用的计量单位和有效

4、数字5（3）单位换算）单位换算英文英文中文中文符号符号举例举例103kilo千千kkg10-3milli毫毫mml，mg10-6micro微微uug，ul10-9nano纳纳nnm，ng62.有效数字有效数字（1）有有效效数数字字的的含含义义：有有效效数数字字是是指指实实际际测测量量得得到到的数值，允许最后一位是估计数值。的数值，允许最后一位是估计数值。例例如如：分分析析天天平平的的最最小小刻刻度度为为0.0001g，读读数数必必须须精精确到确到0.0001g，没有估读。，没有估读。7加加减减法法：以以小小数数点点后后面面位位数数最最少少的的为为标标准准，在在计计算算过过程程中中，允允许许其其

5、它它数数值值多多保保留留一一位位，最最后后结结果果四四舍舍五入。五入。0.3827+25.113+13.2=0.38+25.11+13.2=38.69=38.7乘乘除除法法：以以有有效效数数字字位位数数最最少少的的为为标标准准，在在计计算算过过程程中中，允允许许其其它它数数值值多多保保留留一一位位，最最后后结结果果四四舍舍五五入。入。0.15453.1/0.112=0.1543.1/0.112=4.2625=4.3（2）有效数字在计算中的规定）有效数字在计算中的规定8对数运算中：所取对数位数与真数有效数字位数相等。对数运算中：所取对数位数与真数有效数字位数相等。pH=两位有效数字两位有效数字c

6、(H+)=2.11013molL1两位有效数字两位有效数字决定决定1312.68对数值有效数字的位数取决于小数部分数字的位数。对数值有效数字的位数取决于小数部分数字的位数。9第第1章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第1 1章章101.1物质的聚集态和层次物质的聚集态和层次1.2化学中的计量化学中的计量1.3化学反应中的质量关系化学反应中的质量关系1.4化学反应中的能量关系化学反应中的能量关系本章小结本章小结目录目录11一、物质的聚集态一、物质的聚集态1.物质的三态物质的三态气体、液体和固体三种聚集状态。气体、液体和固体三种聚集状态。三种状态在一定温度、压力条件下

7、可以互相转化，也可共存。三种状态在一定温度、压力条件下可以互相转化，也可共存。2.等离子态等离子态在足够高的温度或辉光放电条件下，气体在足够高的温度或辉光放电条件下，气体分子会部分甚至几乎完全解离为原子并进分子会部分甚至几乎完全解离为原子并进一步电离为气态阳离子。当电离产生的带一步电离为气态阳离子。当电离产生的带电粒子达到一定的密度并能持续存在足够电粒子达到一定的密度并能持续存在足够长的时间，这种高电离的气体与原来未电长的时间，这种高电离的气体与原来未电离时相比，性质上发生了根本的变化呈现离时相比，性质上发生了根本的变化呈现出一种新的状态出一种新的状态等离子态。等离子态。辉光：辉光放电管中，由

8、于电极间产生稀薄气体放电现象而在辉光：辉光放电管中，由于电极间产生稀薄气体放电现象而在阴极附近产生的光。是低压气体中显示辉光的气体放电现象。阴极附近产生的光。是低压气体中显示辉光的气体放电现象。12二、物质的层次二、物质的层次物理学家把自然界的物质按个体或粒子的空间物理学家把自然界的物质按个体或粒子的空间尺度大小及运动规律划分为四个层次：尺度大小及运动规律划分为四个层次：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宇观106m相对论力学相对论力学地球、太阳地球、太阳宏观宏观(10-7106)m牛顿力学牛顿力学交通工具交通工具介观介观(10-910-7)m纳米粒子纳米粒子微观微观

9、0w 0U=Q+w热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律数学表达式热力学第一定律数学表达式45含义含义：封闭体系热力学能的改变量：封闭体系热力学能的改变量U等于体系吸收的热与体系从等于体系吸收的热与体系从环境所得的功之和，即体系与环境之间能量的净转移。环境所得的功之和，即体系与环境之间能量的净转移。如：某体系吸热如：某体系吸热40kJmol1，对环境做功，对环境做功20kJmol1，求体系和，求体系和环境内能的改变量？环境内能的改变量？U体体=Q+W=40+（20）=20kJmol1；U环环=Q+W=40+20=20kJmol146定义：化学反应时，如果体系不做非体积功，当反应终了的定义：

10、化学反应时，如果体系不做非体积功，当反应终了的温度恢复到反应前的温度时，体系吸收或放出的热量，称为温度恢复到反应前的温度时，体系吸收或放出的热量，称为该反应的反应热。该反应的反应热。包括：恒压反应热和恒容反应热。包括：恒压反应热和恒容反应热。1.恒容反应热恒容反应热QV根据根据U=Q+W恒容的条件下恒容的条件下U=QV+W而而W=pV=0U=Qv即恒容反应热等于体系热力学能的改变。即恒容反应热等于体系热力学能的改变。一、反应热一、反应热47思考思考：这两个公式有什么用处？这两个公式有什么用处？可以利用这两个公式计算反应热。可以利用这两个公式计算反应热。2.恒压反应热恒压反应热QP 根据根据U=

11、Q+W U=QP pV QP=U+pV 483.焓焓由由 QP=U+p(V2V1)=(U2-U1)+p(V2V1)=(U2+p2V2)(U1+p 1V1)公式公式Qp=H 的意义：的意义：即恒压反应热等于体系的焓变。或：在恒压反应过程中体系即恒压反应热等于体系的焓变。或：在恒压反应过程中体系吸收的热全部用来改变体系的焓。所以可以通过吸收的热全部用来改变体系的焓。所以可以通过H的计算求的计算求出出QP的值。的值。令令H=U+pV则则Qp=H2H1=HH 称为称为焓焓，是一个重要的热力学函数。，是一个重要的热力学函数。49（1）焓的含义）焓的含义焓是体系具有的、由体系的状态决定的、在等压只做体积焓

12、是体系具有的、由体系的状态决定的、在等压只做体积功的过程中以热的形式转移的一种能量。功的过程中以热的形式转移的一种能量。对化学反应：对化学反应：H 0，吸热反应；，吸热反应；H 0，放热反应。，放热反应。（2）焓的特点）焓的特点焓是具有容量性质的状态函数；但热不是状态函数。焓是具有容量性质的状态函数；但热不是状态函数。焓的绝对值尚无法确定，但焓的绝对值尚无法确定，但H=QP。T、p对对H有影响，但影响不大，有影响，但影响不大，一般不用考虑。一般不用考虑。504.QV与与QP的关系的关系已知已知恒容反应热：恒容反应热：QV=U；恒压反应热：恒压反应热：Qp=Up+p(V2 V1)等温过程，等温过

13、程，Up UV，则：则：HU=QpQV=p(V2 V1)a.恒温恒压下，有气体参加的反应，若视气体为理想气恒温恒压下，有气体参加的反应，若视气体为理想气体，根据体，根据PV=nRT，PV=nRT H=U+nRT；QP QV=nRTb.若反应物和生成物皆为固体、液体（无气体参加的若反应物和生成物皆为固体、液体（无气体参加的反应），由于反应），由于V很小，很小，P*V可忽略不计，则可忽略不计，则H U；QP QV。51思考思考：若反应若反应C(石墨石墨)+O2(g)CO2(g)的的Qp,m为为393.5kJmol1，则该反应的，则该反应的QV,m为多少为多少？该反应的该反应的n(g)=0，QV=Q

14、p52二、热化学方程式二、热化学方程式1.定义定义表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。例如：例如：298.15K100kPa2H2(g)+O2(g)2H2O(g),rHm=483.6kJmol-1rHm称为摩尔反应焓变，下标称为摩尔反应焓变，下标r（reaction）表示一般的反）表示一般的反应，应，m（molar）表示摩尔。）表示摩尔。53（1）注明反应的温度和压力（常温、常压可略去不写）注明反应的温度和压力（常温、常压可略去不写）（2）标出各物质的聚集状态（标出各物质的聚集状态（g、l、s）2H2(g)+O2(g)2H2O(g

15、)rHm（298.15K）=-483.6kJmol-12H2(g)+O2(g)2H2O(l)rHm（298.15K）=-571.6kJmol-12.书写热化学方程式时的注意事项书写热化学方程式时的注意事项CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)rH m（298.15K）=206.15kJmol-1rHm（1273K）=227.23kJmol-154（3）同一反应，物质的量不同，同一反应，物质的量不同，rHm的值不同。的值不同。（4）正逆反应）正逆反应rHm的值相同，符号相反。的值相同，符号相反。2H2(g)+O2(g)2H2O(g)rHm（298.15K）=-483.6kJmol-1

16、H2(g)+1/2O2(g)H2O(g)rHm（298.15K）=-241.8kJmol-155三、三、Hess定律定律并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应：并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应：2C(s)+O2(g)2CO(g)思考思考：为什么上述反应的反应热无法实验测定？为什么上述反应的反应热无法实验测定？答答:实验过程中无法控制生成产物完全是实验过程中无法控制生成产物完全是CO。因此，只能用理论方法来计算反应热。因此，只能用理论方法来计算反应热。56Hess定律定律不管化学反应是一步完成、还是分几步完成的，反应的热效不管化学反应是一步完成、还是分几步完成的，反应的热效应相等。

17、即总反应的热效应等于各分步的热效应之和。应相等。即总反应的热效应等于各分步的热效应之和。始态始态C(石墨石墨)+O2(g)终态终态CO2(g)中间态中间态CO(g)+O2(g)即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。rHmrHm1rHm2rHm=rHm1+rHm2G.H.Hess（18021850）俄国化学家俄国化学家57Hess定律示例定律示例由由Hess定律知：若化学反应可以加和，则其反应热也可定律知：若化学反应可以加和，则其反应热也可以加和。以加和。和和已知反应已知反应的反应焓，的反应焓，计算计算的反应焓，的反应焓，解：解：rHm1=393.5

18、1kJmol-1rHm2=282.98kJmol-1rHm3=rHm1rHm2=110.53kJmol-158附例附例1.2已知已知298.15K时以下各反应的焓变值：时以下各反应的焓变值：(1)C(s)O2(g)CO2(g)，rHm1=393.5kJmol-1(2)H2(g)+1/2O2(g)H2O(l)，rHm2=285.3kJmol-1(3)C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l)，rHm3=2220.07kJmol-1试计算试计算：3C(s)+4H2(g)C3H8(g)的的rHm。解：解：方程式热效应加、减法方程式热效应加、减法(1)式式 3+(2)式式 4-(3)式

19、得：式得：则：则：rHm3(rHm1)4(rHm2)(rHm3)3C(s)+4H2(g)C3H8(g)59一、热力学标准态一、热力学标准态标准压力（标准压力（p=100kPa）下，）下，纯气体纯气体的状态为气体的标准态。的状态为气体的标准态。标准压力（标准压力（p=100kPa）下，）下，最稳定最稳定的的纯液体、纯固体纯液体、纯固体的状的状态为液体、固体的标准态；态为液体、固体的标准态；标准压力（标准压力（p=100kPa）下，溶液中溶质的质量摩尔浓度为）下，溶液中溶质的质量摩尔浓度为1molkg-1（近似为（近似为1molL-1）时的状态为溶液中）时的状态为溶液中溶质溶质的标准态。的标准态。

20、60二、标准摩尔生成焓二、标准摩尔生成焓在在标准态标准态下，由下，由最稳定的纯态单质最稳定的纯态单质生成生成单位物质的量单位物质的量的某物的某物质时的焓变称为该物质的标准质时的焓变称为该物质的标准摩尔摩尔生成焓。生成焓。符号：符号：fH m，T单位：单位：kJmol-1。若若T为为298.15K,可写为可写为fH mfH m小于小于0,由最稳定的纯态单质生成该物质时放出热量；由最稳定的纯态单质生成该物质时放出热量；fH m大于大于0,由最稳定的纯态单质生成该物质时吸收热量。由最稳定的纯态单质生成该物质时吸收热量。61规定：规定：最稳定最稳定的纯态单质的标准摩尔生成焓为的纯态单质的标准摩尔生成焓

21、为零零。如：如：以此为标准可求出其他物质的标准生成焓摩尔。以此为标准可求出其他物质的标准生成焓摩尔。而而H2（l），金刚石，单斜硫不是最稳定的单质。），金刚石，单斜硫不是最稳定的单质。fH m(H2,g)=0,fH m(C,石墨石墨)=0fH m(P,白磷白磷)=062附例附例1.3下列物质中，下列物质中，fH m不等于零的是不等于零的是（1）Fe(s)；(2)C(石墨石墨)；(3)Ne(g)；(4)Cl2(l)。附附例例1.4下下列列各各热热化化学学方方程程式式的的热热效效应应rH m，符符合合物物质质标标准准摩摩尔生成焓变尔生成焓变fH m定义的是：定义的是：(1)2S(s)+3O2(g)

22、=2SO3(g)rH m(2)H2(g)+I2(g)=HI(g)rH m(3)C(金刚石金刚石)+O2(g)=CO2(g)rH m(4)C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g)rH m63三、标准摩尔焓变的计算三、标准摩尔焓变的计算标准状态下标准状态下,反应进度反应进度=1mol的焓变称为反应的标准摩尔焓变的焓变称为反应的标准摩尔焓变记作：记作：rH m(T)根据物质的标准摩尔生成焓数据，应用根据物质的标准摩尔生成焓数据，应用Hess定律可推导出化学定律可推导出化学反应标准摩尔焓变（反应热）的计算公式：反应标准摩尔焓变（反应热）的计算公式：64对于一般化学反应：对于一般化学反应：c C+d D

23、=y Y+z Z任何化学反应的标准摩尔反应焓变都等于生成物的标准摩尔任何化学反应的标准摩尔反应焓变都等于生成物的标准摩尔生成焓的总和减去反应物的标准摩尔生成焓的总和。生成焓的总和减去反应物的标准摩尔生成焓的总和。rH m=yfH m(Y)+zfH m(Z)cfH m(C)+dfH m(D)或或rH m=ifH m（生成物）（生成物）+ifH m（反应物）（反应物）i：化学计量数：化学计量数反应物为副，生成物为正。反应物为副，生成物为正。65例例1.6计算恒压反应：计算恒压反应：2Al(s)+Fe2O3=Al2O3+2Fe(s)的标准的标准摩尔反应焓变，并判断此反应是吸热还是放热。摩尔反应焓变，

24、并判断此反应是吸热还是放热。解：查附录解：查附录42Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s)fH m(KJmol1)0824.21675.70rH m=fH m(Al2O3,s)+2fH m(Fe,s)2fH m(Al,s)+fH m(Fe2O3,s)=851.5kJmol1rH m0,此反应为放热反应此反应为放热反应66例例1.8已知下列反应：已知下列反应：在不查在不查fH m数据表的前提下，试计算数据表的前提下，试计算CuO(s)的的fH m解：根据标准摩尔生成焓的含义：解：根据标准摩尔生成焓的含义：Cu(s)+1/2O2(g)=CuO(s)(1)2Cu2O(s)+O2

25、(g)=4CuO(s)rH m1=292KJmol1(2)CuO(s)+Cu(s)=Cu2O(s)rH m2=11.3KJmol1(2)式式2+(1)式得：式得：2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s)fH m(CuO,s)=2(rH m2)+rH m1/2=157.3kJmol167注意事项注意事项 物质的聚集状态，查表时应注意区分物质的聚集状态，查表时应注意区分应用物质的标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓时应用物质的标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓时需要注意需要注意 公式中化学计量数与反应方程式相符公式中化学计量数与反应方程式相符 数值与化学计量数的选配有关；数值与化学计量数的选配有关；温度的影响温度的影响rH m(T)rH m(298.K)68