无机化学PPT

1前言一、无机化学的任务二、无机化学的学习方法三、本门课程常用的计量单位有效数字2一、无机化学的任务1.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学。它的研究对象是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、性质和反应。32.无机化学的教学内容理论部分：①平衡问题：化学、离子、氧化还原、配合；②结构部分：原子、分子、晶体；③化学热力学和化学动力学。元素分论4二、无机化学的学习方法①课前做好预习；②课上认真听讲，做好笔记；③课后认真、独立、及时完成作业并善于总结；④重视实验；⑤培养、加强自学能力。主要参考书：《无机化学》（大连工学院编著）；《无机化学》（武汉大学等编，高教版）；《无机化学》（北师大等编，高教版）。51.本门课程常用的计量单位（1）基本单位：长度l(m)；时间t(s)；质量m(kg)；电流强度I(A)；热力学温度T(K)；物质的量n(mol)。（2）常用的导出单位：频率v(Hz=s-1)；压强p(Pa=N·m-2)；能量、功、热(J=N·m)；电压、电动势E(V=J•C-1)；体积V(m3=103dm3)；密度ρ(kg•m-3)；物质的量浓度c(mol•L-1)三、本门课程常用的计量单位和有效数字6（3）单位换算英文中文符号举例103kilo千kkg10-3milli毫mml，mg10-6micro微uug，ul10-9nano纳nnm，ng72.有效数字（1）有效数字的含义：有效数字是指实际测量得到的数值，允许最后一位是估计数值。例如：分析天平的最小刻度为0.0001g，读数必须精确到0.0001g，没有估读。8加减法：以小数点后面位数最少的为标准，在计算过程中，允许其它数值多保留一位，最后结果四舍五入。0.3827+25.113+13.2=0.38+25.11+13.2=38.69=38.7乘除法：以有效数字位数最少的为标准，在计算过程中，允许其它数值多保留一位，最后结果四舍五入。0.1545×3.1/0.112=0.154×3.1/0.112=4.2625=4.3（2）有效数字在计算中的规定9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c(H+)=2.1×10–13molL–1两位有效数字决定1312.68对数值有效数字的位数取决于小数部分数字的位数。10第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章111.1物质的聚集态和层次1.2化学中的计量1.3化学反应中的质量关系1.4化学反应中的能量关系本章小结目录12一、物质的聚集态1.物质的三态气体、液体和固体三种聚集状态。三种状态在一定温度、压力条件下可以互相转化，也可共存。2.等离子态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出一种新的状态—等离子态。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。13二、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尺度大小及运动规律划分为四个层次：层次空间尺度遵循运动规律实例宇观106m相对论力学地球、太阳宏观(10-7~106)m牛顿力学交通工具介观(10-9~10-7)m纳米粒子微观10-9m量子力学原子、分子141.2.1相对原子质量和相对分子质量（复习自学）1.2.2物质的量及其单位（复习自学）1.2.3摩尔质量和摩尔体积（复习自学）1.2.4物质的量浓度（复习自学）1.2.5气体的计量151.理想气体A：分子只占有位置而不占有体积；B：分子间无吸引力；C：分子之间及分子与气壁间的碰撞不造成动能损失。在高温低压下，许多实际气体很接近理想气体。一、理想气体状态方程16常用来描述气体性质的物理量有：压强p、体积V、温度T、物质的量n。波义耳定律当n和T一定时：理想气体的V与p成反比，可表示为：V∝1/pV.p=常数或V1p1=V2p22.理想气体状态方程查理—盖吕萨克定律当n、p一定时：理想气体的V与T成正比，可表示为：V∝T阿佛加德罗定律当p、T一定时:理想气体的V与n成正比，可表示为：V∝n17合并以上三个经验定律表示式：V∝nT/p上式的比例常数为R，则：V=nRT/p通常写作：pV=nRT——理想气体状态方程。在国际单位制下：p－Pa;V－m3；T－K；n－mol；根据气体摩尔体积的概念得：R=pV/nT=101325Pa×22.414×10-3m3/1mol×273K=8.3144Pa∙m3∙mol-1∙K-1=8.3144J∙mol-1∙K–18.31418二、道尔顿分压定律1.分压力：恒温时，组分气体单独占有混和气体总体积时具有的压力。用pi表示i组分的分压。道尔顿分压定律：1801年道尔顿指出，混合气体的总压力p等于各组分气体的分压之和。表示为p=∑pi适用范围：适用于理想气体，对低压下的真实气体混合物近似适用。例：室温下，用排水集气法收集氢气，所得氢气实际上是氢气和水蒸气的混合气体，气体总压p=p(氢气)＋p(水蒸气)。根据分压的定义：pi∙V=ni∙R∙T19推导过程：设体积为V的容器中，有a、b、c三种气体，如果它们都是理想气体，各物质的量ni分别为：na、nb、nc，根据道尔顿分压定律，各组分气体的分压pi分别为pa、pb、pc混合的理想气体与单一的理想气体的状态方程式有相同的形式xa＝na/nt、xb＝nb/nt、xc＝nc/nt分别叫做组分气体a、b、c的摩尔分数，也叫做物质的量分数（无量纲的量），是浓度的一种表示方法。pi=p∙xi表明：组分气体i的分压pi等于混合气体的总压p与组分气体i的摩尔分数xi之积。20由于混合气体总体积为：V＝ntRT/p前式除以后式，得：Vi/V＝xi式中Vi/V叫做组分气体i的体积分数。2.分体积：相同温度T下，若组分气体i具有和混合气体相同的压力p，此时组分气体i单独占有的体积为Vi，Vi称为组分气体i的分体积。则：Vi＝niRT/p因此，可以得到：pi＝pVi/Vpi＝pVi/V表示：组分气体i的分压pi等于混合气体总压p与组分气体i的体积分数之积。21例：298K，101.3kPa时，取某煤气烃分析知其摩尔分数为：CO为60.0%，H2O(g)为10.0%，其他气体为30.0%，气体体积为30L,，求煤气烃中p(CO)、p(H2O)及n(CO)、n(H2O)。解：根据pi=p∙xip(CO)=60.0%×101.3=60.8kPa；p(H2O)=10.1kPa；根据pV=nRT求出n(CO),n(H2O)。221.3.1应用化学方程式的计算（复习自学，重点为产率、含量的计算）1.3.2化学计量数与反应进度23一、化学计量数（ν）某化学反应方程式：cC+dD=yY+zZ移项得：0=–cC–dD+yY+zZ令：–c=νC，–d=νD，y=νY，z=νZ代入上式得：0=νCC+νDD+νyY+νZZ即：0=ΣνBB—化学反应的计量方程24一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系，通式为：B0BBB称为B的化学计量数。符号规定：反应物B为负；产物B为正。如：N2+3H2=2NH3，N2、H2、NH3的化学计量数分别为(N2)=-1、(H2)=-3、(NH3)=2。25二、反应进度（ξ）反应进度ξ的定义：对于反应0=ΣνBBBBddnnB为物质B的物质的量，dnB表示微小的变化量。或定义BBB()(0)nn26由上式可见：⑴对于一定的计量方程式，νB为定值，所以ξ随物质B的物质的量变化ΔnB而变化。ξ可以反映反应的程度，所以称为反应进度。⑵由于νB为无量纲的纯数，ΔnB的单位为mol，所以ξ的单位为mol，且为正值。⑶根据计量方程式，各物质ΔnB之比等于其计量系数νB之比，所以对确定的化学反应方程式来说，ξ的值与选用反应式中何种物质的物质的量的变化进行计算无关。27如：N2+3H2=2NH3，当ξ0=0时有足量的N2、H2，而n(NH3)=0若ΔnB为下列值时，由ξ=ΔnB/νB可求出对应的ξ值。Δn(N2)/mol，Δn(H2)/mol，Δn(NH3)/mol，ξ/mol000–1/2–3/21–1–32–2–6401/21228⑷对于指定的计量方程式，当ΔnB等于νB时，ξ等于1mol,也就是说，物系按计量方程进行了一次完全反应。思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？如对于反应：0=–N2–3H2+2NH3，当有1molNH3生成时，反应进度为0.5mol。若将反应写成322NHH23N21则反应进度为1mol。有关。29同一化学反应，若反应方程式写法不同(νB不同），相同反应进度时各物质的物质的量的变化会不同。如当ξ=1mol时：Δn(N2)/mol，Δn(H2)/mol，Δn(NH3)/mol1/2N2+3/2H2=NH3–1/2–3/21N2+3H2=2NH3–1–32301.4.1基本概念和术语1.4.2反应热与反应的焓变1.4.3应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变311.定义体系：作为研究对象的物质系统。环境：体系之外与体系有密切关系的物质或空间。一、体系和环境322.体系的分类敞开体系有物质和能量交换封闭体系只有能量交换附图1.1体系的分类孤立体系无物质和能量交换按体系与环境间物质和能量的交换关系，通常将体系分为：33二、状态与状态函数体系的状态：热力学中，把描述体系的一切宏观性质的总和称为体系的状态。有平衡和非平衡态之分。状态函数：把确定体系状态的宏观性质的物理量称为状态函数。如：p，V，T,n。1.定义体系的性质：组成、体积、压力、温度、密度、粘度等一系列用来描述体系状态的宏观物理量。34（1）状态函数是状态的单值函数。（2）当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统的始、末态有关，而与变化的实际途径无关。附图1.2状态函数的性质系统压力从3pº变为p°2.状态函数的特点35（3）相关性：体系同一状态的各个状态函数之间存在一定的制约关系。（4）周而复始变化为零。（5）状态函数的组合仍为状态函数。状态一定值一定，殊途同归变化等，周而复始变化零。记忆363.状态函数的分类状态函数可分为两类：广度性质：与物质的量有关，其量值具有加和性，如体积、质量等。强度性质：与物质的量无关，其量值不具有加和性，如温度、压力等。37三、过程与途径系统状态发生任何的变化称为过程；实现一个过程的具体步骤称途径。思考：过程与途径的区别。25℃，105Pa100℃，105Pa25℃，5×105Pa100℃，5×105Pa恒温过程恒压过程恒压过程恒温过程始态终态附图1.3不同途径的示意图38四、热和功2.符号热的符号为Q，体系吸热为“+”，体系放热为“–”；功的符号为W，体系对环境做功为“–”，环境对体系做功为“+”。体系和环境之间的两种能量传递形式。单位：kJ或J。1.定义热：在物理或化学变化的过程中，体系与环境之间因温差而传递的能量。功：在物理或化学变化的过程中，体系与环境之间除热之外以其他形式传递的能量。39体积功：由于体积变化而反抗外力与环境交换的功w体。非体积功：所有其它的功统称为非体积功w′。3.体积功与非体积功思考：1mol理想气体，密闭在1)气球中，2)钢瓶中；将理想气体的温度提高20ºC时，是否做了体积功？1)做体积功，2)未做体积功。w=w体+w′404.体积功w体的计算等外压过程中，体积功w体=–p外(V2–V1)=–p外ΔVpp外=F/Alp外=F/A，l=ΔV/A，因此，体积功w体=F·l=–(p外·A)·(ΔV/A)=–p外ΔV附图1.4体积功示意图415.理想气体的体积功理想气体的状态方程：pV=nRT附例1.11mol理想气体从始态100kPa,22.4dm3经等温恒外压p2=50kPa膨胀到平衡，求系统所做的功。解：终态平衡时的体积为：负值表示系统对外做功。V