大学化学c第一章

大学化学C授课人:贺欢授课单位:化学学院E-mail:[e-mail]绪论1)古代及中古时期（17世纪中叶以前）化学知识来源于具体工艺过程的经验；主要特点是实用性、经验性、零散性。主要包括炼丹术、炼金术以及医药化学的萌芽。一、化学学科概貌：1.研究对象：原子、分子、生命大分子、超分子、物质凝聚态等的组成、结构、性能及其变化规律和变化过程中能量关系2.发展概况：公元前7~9世纪，中国的炼丹术、医药学传入阿拉伯阿拉伯炼金术Alkimiya传入欧洲成为alchemychemistry16世纪医药化学：李时珍《本草纲目》17世纪宋应星《天工开物》绪论（2）近代化学时期（17世纪后半叶到19世纪中期）1661年玻意尔“元素”1777年拉瓦锡“燃烧氧化学说”1827年道尔顿“原子论”1811年阿伏伽德罗“分子假说”1869年门捷列夫“元素周期律”确定苯的六元环结构及碳的四面体结构……化学实现了从经验到理论的飞跃，真正确立为一门学科，推动四大化学的建立原子价键理论绪论（3）现代化学时期（19世纪末，20世纪以来）X射线、放射性、电子打开原子、原子核的大门绪论计算与信息科学物理学数学天文学化学地学工程科学生命科学材料科学高分子化学材料化学合成化学辐射化学量子化学生物化学药物化学环境化学食农业衣住行冶金化学能源材料医药卫生国防资源利用环境保护建材汽车化学是社会迫切需要的实用性、中心性和创造性学科3.学科分支1）无机化学：研究无机物组成、结构、性质和无机化学反应与过程的化学2）有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学，简称“碳的化学”4）物理化学：研究所有物质系统的化学行为的原理、规律和方法的学科3）分析化学：测量和表征物质的组成和结构的学科6）高分子化学：研究高分子化合物的结构、性能与反应、合成方法、加工成型及应用的化学化学四大金刚5）结构化学：研究物质的原子和分子等结合态单元结构和性质的关系及其应用。二、大学化学•1.内容：介绍化学的基本概念、方法、物质基本结构及物质性质。涵盖无机化学、分析化学、物理化学、有机化学等化学基本知识，知识面较广。•2.任务：给学生以高素质的化学通识教育。•3.地位：(申泮文院士的导弹模型)绪论4.授课内容第一章化学反应基本规律（第1-4节）第二章溶液与离子平衡（第2,5,6节）第三章氧化还原反应（1,2节）第四章物质结构基础（部分）??习题课、复习课绪论5.教学时数：理论32学时（？）实验0学时主要任务：1、知识；2、学分6.成绩计算：平时成绩30%考试：70%(闭卷)注：无故缺课将严重扣分。7.课件eol.bit.edu.cn绪论许多反应我们可以看得到，3Fe+2O2=Fe3O4Pb(NO3)2+2KI=PbI2+2KNO3Mg+CO2=MgO+CO如：导入新课有的反应难以看得到：HCl+NaOH=NaCl+H2O有的反应式可以写出来，却不一定能发生：Al2O3+3CO=2Al+3CO2?1.化学反应中能量是如何转化的?2.该反应能否自发进行?3.在给定条件下有多少反应物能最大限度地转化为生成物？4.实现这种转化需多少时间?研究化学反应必须研究的四个问题1.1化学反应热Thermochemistry1.2化学反应的方向ThedirectionofChemicalreaction1.3化学反应的限度---化学平衡Thelimitationforthespontaneousprocess---ChemicalEquilibrium1.4化学反应速率Rateofchemicalreaction第一章化学反应基本规律•1.1.1热力学基本概念1.1.2化学反应热---焓1.1.3化学反应热的计算—盖斯定律1.1化学反应热Thermochemistry“themodynamics”是研究各种形式能量相互转化时遵循的规律。1.1.1热力学基本概念•化学热力学(Chemicalthermodynamics)第一章化学反应基本规律系统(system)：作为研究对象的那部分物质环境(environment):系统外与其密切相关的部分★系统和环境(systemandenvironment)第一章化学反应基本规律敞开系统(opensystem)：与环境有物质交换也有能量交换封闭系统(closedsystem)：与环境有能量交换无物质交换孤立系统(isolatedsystem)：与环境无物质、能量交换第一章化学反应基本规律★相(phase)气相、液相、固相系统中物理性质和化学性质完全相同的部分。特征:相和相之间有明显的界面。（单相系统）一个相不一定是一种物质（相不是纯净物）相与态不一回事（相vs态）同一物质因聚集状态不同而形成多相系统（单物质多相）例如：Fe、CoilH2OH2OCCl4第一章化学反应基本规律状态:用来描述系统的性质的总和（点，面）状态函数:描述系统性质的物理量，例如p,V,T,n等非状态：QW★状态和状态函数(stateandstatefunction)状态函数具有鲜明的特点:(1)状态一定,状态函数一定。(2)状态变化,状态函数也随之而变,且状态函数的变化值只与始态、终态有关,而与变化途径无关！第一章化学反应基本规律途径1途径2X=X2-X1即：殊途同归第一章化学反应基本规律状态1状态2状态3★过程(process)恒温过程(isaothermalprocess):T1=T2=Tex恒压过程(isobaricprocess):p1=p2=pex恒容过程(constantvolumeprocess):V1=V2可逆过程(reversibleprocess):系统从终态到始态时，消除了对环境产生的一切影响，可逆过程是理想化过程，无限接近热力学平衡态。第一章化学反应基本规律系统与环境之间由于存在温差而传递的能量。热不是状态函数。★热（Q）★热和功(heatandwork)系统与环境之间除热之外以其他形式传递的能量。功也不是状态函数。VpVVplAplFWexexexex21非体积功:体积功以外的所有其他形式的功★功(W)体积功：体系Q﹥0Q﹤0热功环境w﹥0w﹤0统系Q﹥0Q﹤0热功环境W﹥0W﹤0第一章化学反应基本规律系统内所有微观粒子的全部能量之和，U是状态函数，热力学能变化只与始态、终态有关，与变化途径无关。至今尚无法直接测定，只能测定到U。UUU12★热力学能(U)又叫内能第一章化学反应基本规律Q得+Q失=0★能量守恒定律(thelawofconservationofenergy)任何形式的能都不能凭空产生也不能凭空消失，宇宙（环境+系统）的能量是恒定的。WQU对于封闭体系热力学第一定律为：WQUU12WQUU1221UUQ吸热得功W★热力学第一定律热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律（看书上例题p6+-号W=-pΔv）第一章化学反应基本规律BBB0ZYBAzyba★化学反应计量式（stoichoimetricequation）若化学反应计量式为物质B的化学计量数BzybaZYBA以合成氨反应为例：N2+3H22NH3可写为：0=(-1)N2+(-3)H2+(+2)NH3即：N2+3H22NH3第一章化学反应基本规律1.1.2化学反应热指各类过程中放出或吸收的热量，研究纯物质化学和物理变化过程中热效应的学科叫热化学。（1）热效应(heateffect)第一章化学反应基本规律★反应热只做体积功，且始态和终态具有相同温度时，系统吸收或放出的热量。也叫反应热效应。按反应条件的不同，可分为：定容过程反应热与定压过程反应热反应热(heatofreaction)(i)对于封闭系统，在定容过程中，V=0，W=0U=Qv+WUQVQV为恒容反应热第一章化学反应基本规律（ii）定压过程反应热)()()()(01122121212pVUpVUVVpUUVpUQVpQWQUppppppHHHQpVUHp12H--焓变(enthalpychange)，上式表明定压过程的反应热等于状态函数焓的改变量第一章化学反应基本规律Qp表示定压反应热（constantpressure）★焓和焓变焓(enthalpy,符号为H)可方便地理解为该物质中热的含量—物质内部可供转化为热的能量。焓值越低,稳定性就越高;反之亦然。焓变定义为化学或物理过程中吸收或放出的热量,即,过程完成之后的终态物质的焓与过程发生之前的始态物质的焓之差：△H=ΣH(终态物)－ΣH(始态物)如果将“焓”形容为“含而不露”和“深奥莫测”,也许是形象不过的了!第一章化学反应基本规律对无气体参加的反应：W=–pexV=0对有气体参加的反应：UHVpHUex)g(gBvRTHRTnHVpHUWQUex由知（1）与的关系(relationshipbetweenand)HUUH第一章化学反应基本规律概念拓展习题•下列反应中Qv=QP的是:(g)CO(s)COD.2HCl(g)(g)Cl(g)HC.O(g)2H(g)O(g)2HB.(g)2NH(g)3H(g)NA.2222222322第一章化学反应基本规律作业：•在352.15K，101.325kPa下，将3mol甲醇气化，已知甲醇的气化热为35.8kJ/mol，试通过计算说明该过程的Q、W、、•提示：气化热指的是每摩尔物质经过定压过程发生气化产生的热量，即Q•计算时注意正负号和有效数字的选取ΔUΔH第一章化学反应基本规律作业讲解kJQHP4.1078.3531362.9815.35210314.834.107)()(molkJRTgvHRTgnHU178.84.10762.98molkJQUW在352.15K，101.325kPa下，将3mol甲醇气化，已知甲醇的气化热为35.8kJ/mol，试通过计算说明该过程的QP、W、、•提示：气化热指的是每摩尔物质经过定压过程发生气化产生的热量，即QP（2）反应焓变（Enthalpyofreaction）恒压条件下反应吸收或放出的热量叫反应焓，符号为。放热过程中为负值(往往能自发进行),吸热过程中为正值(通常不能自发进行)。HrHrHrN2H4(l)+2O2(g)=-642.33kJ·molN2(g)+4H2O(g)产物或终态反应物或始态反应物或始态产物或终态2Hg(l)+O2(g)=+181.7kJ·mol2HgO(s)HrHr第一章化学反应基本规律（3）标准摩尔反应焓变“标准状态”！△rHm是mol反应的焓变,为了使测得的△rHm值具有可比性，就产生了标准摩尔焓(standardmolarenthalpy)的概念，它是反应物在其标准状态的反应焓。物质的标准状态是指在1×105Pa的压力和某一指定温度下物质的物理状态。标准摩尔焓完整的表示符号为右上标“θ”代表热力学标准状态(简称标准态)，括号内标出指定的温度。),(θmrTH第一章化学反应基本规律)15.298()(KHTHmrmr见课本P11★溶液的标准态规定溶质活度为1molkg-1，标准态活度的符号为bθ。T，p=p=100kPaT，p，纯物质溶液，溶质B,bB=bӨ=1mol·kg-1cB≈cӨ=1mol·L-1★气体物质的标准态除指物理状态为气态外，还指该气体的压力(或在混合气体中的分压)值为1×105Pa，标准态压力的符号为pθ。★液体和固体的标准态是指处于标准态压力下纯物质的物理状态。固体物质在该压力和指定温度下如果具有几种不同的晶形，给出焓值时必须标明晶形。标准状态Standardstate标准状态Standardstate第一章化学反应基本规律表示化学反应及其反应热关系的化学反应方程式：1-θmr222molkJ64.4