第一節(jié)化學反響中的計量無機化學第一章化學反響中的質量關系和能量關系第一節(jié)化學反響中的計量2024/1/181-1-1相對原子質量和相對分子質量1-1-1相對原子質量和相對分子質量

具有確定質子數和中子數的一類單核粒子稱為核素。

元素是具有相同質子數的一類單核粒子的總稱。

質子數相等而中子數不等的同一元素的一些原子品種互稱為同位素。

自然界中氧就有三種同位素:

16O17O18O含量/%99.7590.0370.204

碳有兩種同位素：12C13C相對含量/%98.8921.1082024/1/181-1-1相對原子質量和相對分子質量相對原子質量(Ar)

被定義為元素的平均原子質量與核素12C原子質量的1/12之比，以往被稱為原子量。例如：

Ar(H)=1.0079

Ar(O)=15.9992024/1/181-1-1相對原子質量和相對分子質量相對分子質量(Mr)

被定義為物質的分子或特定單元的平均質量與核素12C原子質量的1/12之比.(以前被稱為分子量)例如：Mr(H2O)=18.0148≈18.01

Mr(NaCl)=58.443≈58.442024/1/181-1-2物質的量及其單位1-1-2物質的量及其單位是用于計量指定的微觀根本單元(如分子、原子、離子、電子等微觀粒子)或其特定組合的一個物理量。符號為n單位為摩[爾]〔mole〕、mol物質的量2024/1/18物質的量及其單位1-1-2物質的量及其單位系統(tǒng)中的物質的量假設為１摩爾，表示該系統(tǒng)中所包含的根本單元數與0.012kg12C的原子數目相等。0.012kg12C所含的碳原子數目(6.022×1023個)稱為阿伏加德羅常數[Avogadro]〔NA〕。2024/1/18物質的量及其單位1-1-2物質的量及其單位

1molH2表示有NA個氫分子

2molC表示有2NA個碳原子

3molNa+表示有3NA個鈉離子

4mol(H2+?O2)表示有4NA個(H2+?O2)的特定組合體，其中含有4NA個氫分子和2NA個氧分子。2024/1/181-1-2物質的量及其單位在使用摩爾這個單位時，一定要指明根本單位(以化學式表示)否那么示意不明。例如:籠統(tǒng)說“1mol氫〞難以斷定是指1mol氫分子還是指1mol氫原子或1mol氫離子2024/1/181-1-2物質的量及其單位

在混合物中，B的物質的量(nB)與混合物的物質的量(n)之比，稱為組分B的物質的量分數(xB)，又稱B的摩爾分數。如含1molO2和4molN2的混合氣體中,O2和N2的摩爾分數分別為：x(O2)=1mol/(1+4)mol=1/5

x(N2)=4mol/(1+4)mol=4/5摩爾分數2024/1/181-1-3摩爾質量和摩爾體積1-1-3摩爾質量和摩爾體積

例如1molH2的質量為2.02×10-3kgH2的摩爾質量為2.02×10-3kg·mol-1摩爾質量某物質的質量(m)除以該物質的物質的量(n)M=m/n

M的單位kg·mol-1或g·mol-12024/1/181-1-3摩爾質量和摩爾體積

例如在標準狀況(STP)(273.15K及101.325kPa下)，任何理想氣體的摩爾體積為：Vm,273.15K=0.022414m3·mol-1

=22.414L·mol-1≈22.4L·mol-1摩爾體積某氣體物質的體積(V)除以該氣體物質的量(n)Vm=V/n2024/1/181-1-4物質的量濃度1-1-4物質的量濃度

混合物中某物質B的物質的量(nB)除以混合物的體積(V):cB=nB/V

對溶液來說，即1L溶液中所含溶質B的物質的量。單位：摩(爾)每升單位符號：mol·L-1例如假設1L的NaOH溶液中含有0.1mol的NaOH，其濃度可表示為：c(NaOH)=0.1mol·L-1物質的量濃度簡稱為濃度物質的量濃度(cn)2024/1/181-1-5氣體的計量1-1-5氣體的計量

理想氣體狀態(tài)方程pV=nRTp——氣體的壓力，單位為帕(Pa)

V——體積，單位為立方米(m3)

n——物質的量，單位為摩(mol)

T——熱力學溫度，單位為“開〞(K)

R——摩爾氣體常數2024/1/18

理想氣體狀態(tài)方程實際工作中，當壓力不太高、溫度不太低的情況下，氣體分子間的距離大，分子本身的體積和分子間的作用力均可忽略，氣體的壓力、體積、溫度以及物質的量之間的關系可近似地用理想氣體狀態(tài)方程來描述。2024/1/18

理想氣體狀態(tài)方程實驗測知1mol氣體在標準狀況下的體積為22.414×10-3m3,那么

101.325×103Pa×22.414×10-3m31mol×273.15K=R=pV/nT=8.3144Pa·m3·mol-1·K-1=8.3144J·mol-1·K-12024/1/181-1-5氣體的計量

理想氣體分壓定律氣體的分壓(pB)——氣體混合物中，某一組分氣體B對器壁所施加的壓力。即等于相同溫度下該氣體單獨占有與混合氣體相同體積時所產生的壓力。道爾頓分壓定律——混合氣體的總壓力等于各組分氣體的分壓之和。

p=ΣpB2024/1/18

理想氣體分壓定律如組分氣體B的物質的量為nB混合氣體的物質的量為n混合氣體的體積為V那么它們的壓力：pB=nBRT/Vp=nRT/V將兩式相除，得pB

nBp

n＝為組分氣體B的摩爾分數nBnpB=pnBn則2024/1/18

理想氣體分壓定律同溫同壓下,氣態(tài)物質的量與其體積成正比那么VBnBVn=pB

nBp

n＝而所以pB=

pVBV2024/1/18

體積為10.0L含N2、O2、CO2的混合氣體，T=30℃、p=93.3kPa,其中:p(O2)=26.7kPa,CO2的含量為5.00g,試計算N2、CO2分壓。解m(CO2)5.00gM(CO2)44.01g·mol-1n(CO2)===0.114molp(CO2)==Pan(CO2)RT0.114×8.314×303.15

V1.00×10-2=2.87×104Pap(N2)=p-p(O2)-p(CO2)=(9.33-2.67-2.87)×104Pa=3.79×104Pa例n

p9.33×104n(O2)p(O2)2.67×104===0.2862024/1/181-1-6化學計量化合物和非計量化合物1-1-6化學計量化合物和非計量化合物

能表明組成化學物質的各元素原子數目之間最簡單的整數比關系，因此又稱最簡式

化學式分子式能表明分子型物質中一個分子所包含的各種元素原子的數目。分子式可能和最簡式相同，也可能是最簡式的整數倍。例如分子型物質化學式分子式氣態(tài)氯化鋁AlCl3Al2Cl6水H2OH2O對于那些非分子型物質,只能用最簡式表示。例如：離子型化合物氯化鈉，習慣上以最簡式NaCl表示。

2024/1/181-1-6化學計量化合物和非計量化合物化學計量化合物具有確定組成且各種元素的原子互成簡單整數比的化合物，這類化合物又稱整比化合物或道爾頓體。例如：一氧化碳中氧與碳質量比恒為4∶3原子比恒為1∶12024/1/181-1-6化學計量化合物和非計量化合物非化學計量化合物組成可在一個較小范圍內變動，而又保持根本結構不變的化合物，這類化合物偏離了原子互為整數比的關系，又稱為非整比化合物或貝多萊體。例如:復原WO3或加熱WO2與WO3的混合物，均可制得WO2.92。又如:方鐵礦的物相分析發(fā)現(xiàn),在900℃時其組成為FeO1+x(0.09<x<0.19)。2024/1/18第二節(jié)化學反響中的質量關系第一章化學反響中的質量關系和能量關系第二節(jié)化學反響中的質量關系2024/1/181-2-1應用化學反響方程式的計算1-2-1應用化學反響方程式的計算化學反響方程式：根據質量守恒定律，用元素符號和化學式表示化學變化中質和量關系的式子。如2NaOH+H2SO4→Na2SO4+2H2O配平的化學反響方程式說明反響中各物質的量之比等于其化學式前的系數之比那么可從反響物的量,計算生成物的理論產量;或從所需產量計算反響物的量。2024/1/181-2-2化學計量數與反響進度1-2-2化學計量數與反響進度化學計量數(ν)化學反響cC+dD=yY+zZ移項0=-cC-dD+yY+zZ

令-c=νC、-d=νD、y=νY、z=νZ0＝∑BBνB可簡化寫出化學計量式的通式：得0=νCC+νDD+νYY+νZZ規(guī)定，反響物的化學計量數為負，產物的化學計量數為正。

B——包含在反應中的分子、原子或離子。νB——數字或簡分數，稱為(物質)B的化學計量數。2024/1/18例N2+3H2=2NH30=-N2-3H2+2NH3

=ν(N2)N2+ν(H2)H2+ν(NH3)NH3N2、H2、NH3的化學計量數ν(N2)=-1、ν(H2)=-3、ν(NH3)=2說明反響中每消耗1molN2和3molH2生成2molNH32024/1/18反響進度0＝∑BBνB對于化學計量方程式dξ=νB-1dnBnB——B的物質的量ξ的單位為molνB——為B的化學計量數改寫為dnB=νBdξ開始時ξ0=0、nB(ξ0)積分到ξ時、nB(ξ)得：nB(ξ)-nB(ξ0)=νB(ξ-ξ0)那么△nB=νBξ2024/1/18反響進度△nB=νBξ即任一化學反響各反響物及產物的改變量(△nB)均與反響進度(ξ)及各自的計量系數(νB)有關。對產物B假設ξ0＝0、nB(ξ0)＝0那么nB＝νBξ2024/1/18例反應：N2+3H2=2NH3N2、H2、NH3的化學計量數

ν(N2)=-1、ν(H2)=-3、ν(NH3)=2當ξ0＝0時,假設有足夠量的N2和H2、n(NH3)＝0根據

nB

＝νBξ、ξ＝

nB/νB

n(N2)/mol

n(H2)/mol

n(NH3)/molξ/mol0000--1

-1-321-2-6421212322024/1/18

n(N2)/mol

n(H2)/mol

n(NH3)/molξ/mol0000--1

-1-321-2-642121232對同一化學反響方程式，反響進度(ξ)的值與選用反響式中何種物質的量的變化進行計算無關。例反應：N2+3H2=2NH32024/1/18注意:同一化學反響如果化學反響方程式的寫法不同〔亦即νB不同〕，相同反響進度時對應各物質的量的變化會有區(qū)別。例如：當ξ=1mol時反應方程式N2+H2=NH3N2+3H2=2NH3

n(N2)/mol--1

n(H2)/mol--3

n(NH3)/mol12121232322024/1/18第三節(jié)化學反響中的能量關系無機化學多媒體電子教案第一章化學反響中的質量關系和能量關系第三節(jié)化學反響中的能量關系2024/1/18化學反響是反響物分子中舊鍵的削弱、斷裂和產物分子新鍵形成的過程。前者需要吸收能量,后者那么會釋放能量。因此，化學反響過程往往伴隨有能量的吸收或釋放。2024/1/18如：煤燃燒時放熱；碳酸鈣分解要吸熱；原電池反響可產生電能；電解食鹽水要消耗電能；鎂條燃燒時會放出耀眼的光；葉綠素在光作用下使二氧化碳和水轉化為糖類。2024/1/18體系和環(huán)境體系:所需研究的那部分物質或空間。環(huán)境:體系之外與體系有一定聯(lián)系的其它物質或空間。體系環(huán)境物質能量體系敞開體系封閉體系開放體系2024/1/18

狀態(tài)和狀態(tài)函數狀態(tài)函數：能表征體系特性的宏觀性質稱為狀態(tài)函數如物質的量、壓力、體積、溫度狀態(tài)函數的特點：(1)體系的狀態(tài)一確定，各狀態(tài)函數均有確定值。(2)體系狀態(tài)發(fā)生變化時,各狀態(tài)函數的改變量，只與始態(tài)和終態(tài)有關,與變化的途徑無關。(3)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數之間往往是有聯(lián)系的。2024/1/18

狀態(tài)和狀態(tài)函數狀態(tài)函數的特點：(1)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數之間是有聯(lián)系的。(2)體系的狀態(tài)一確定，各狀態(tài)函數均有確定值。(3)體系狀態(tài)發(fā)生變化時,各狀態(tài)函數的改變量，只與始態(tài)和終態(tài)有關,與變化的途徑無關。理想氣體T=280K理想氣體T=300K理想氣體T=350K△T=350K-300K=50K2024/1/18

功和熱熱(Q)：體系和環(huán)境之間因溫度不同而傳遞或交換的能量的形式。功和熱是體系的狀態(tài)發(fā)生變化時，體系和環(huán)境傳遞或交換能量的兩種形式。體系吸熱，Q為正值；體系放熱，Q為負值。功(W)：除了熱之外其它傳遞或交換的能量形式。功體積功:體系體積變化反抗外力所做的功非體積功:除體積功外的功，如電功環(huán)境對體系做功，W為正值；體系對環(huán)境做功，W為負值。[注意]功和熱不是狀態(tài)函數單位均為J、kJ2024/1/18

熱力學能(以往稱內能)熱力學能(U)——體系內部能量的總和。包括體系內分子的內動能、分子間相互作用能、分子內部能量，但不包括體系整體運動的動能和在外力場中的位能。由于體系內部質點的運動及相互作用很復雜，所以體系熱力學能的絕對值無法測知。單位——J、kJ是狀態(tài)函數

U=U(終態(tài))-U(始態(tài))2024/1/18

在任何變化過程中，能量不會自生自滅，只能從一種形式轉化為另一種形式，能量總值不變。能量守恒定律——熱力學第一定律封閉體系：始態(tài)(1)→

終態(tài)(2)

U=U2-U1=Q+W熱力學能的變化等于體系從環(huán)境吸收的熱量加上環(huán)境對體系所做的功。2024/1/181-3-2反響熱和反響焓變1-3-2反響熱和反響焓變化學反響時，如果體系不做非體積功，當反響終態(tài)的溫度恢復到始態(tài)的溫度時，體系所吸收或放出的熱量，稱為該反響的反響熱。如：2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)

Qp=-571.66kJ·mol-1H2(g)+

O2(g)→H2O(l)

Qp=-285.83kJ·mol-112通常,反響熱的數值為反響進度=1mol(即發(fā)生1摩爾反響)時的反響熱。2024/1/18

恒壓反響熱和反響焓變恒壓反應熱:

化學反應在恒溫恒壓條件下進行，如果體系不做非體積功，此時的反應熱稱為該反應的恒壓反應熱。有氣體參入的反響：反響始態(tài)(1)→反響終態(tài)(2)

U=Qp+W

=Qp-p

V恒壓反響熱不等于體系熱力學能的變化2024/1/18

反應焓變

U=Qp+W

=Qp-p

VU2-U1=Qp

-

p(V2-V1)Qp=(U2+pV2)–(U1+pV1)焓:H=U+PV說明：〔1〕H無明確物理意義〔2〕H是狀態(tài)函數〔3〕單位J、kJ〔4〕絕對值無法測知

H=H2-H1=Qp2024/1/18

反應焓變

H=H2-H1=Qp化學反響在封閉體系中、恒壓條件下進行，如果體系不做非體積功：化學反響的焓變等于恒壓反響熱吸熱反響：Qp>0,H>0放熱反響：Qp<0,H<0如：2H2(g)+O2(g)

→

2H2O(l)

H＝Qp=-571.66kJ·mol-1

H2(g)

+

O2(g)

→

H2O(l)

H＝

Qp=-285.83kJ·mol-1122024/1/18

熱化學方程式表示化學反響與熱效應關系的方程式rHm——摩爾反響焓變

rHm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+

O2(g)

H2O(g)

298.15K100kPa如12表示在298.15K、100kPa下，當反應進度

=1mol時(1molH2(g)與molO2(g)反應，生成1molH2O(g)時)，放出241.82kJ熱量。122024/1/18

熱化學方程式注意：1.注明反響的溫度、壓力等。2.注明各物質的聚集狀態(tài)。如

rHm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+

O2(g)

H2O(g)

298.15K100kPa123.同一反應,反應式系數不同,

rHm不同

。

rHm

=

-483.64kJ·mol-12H2(g)+O2(g)→2H2O(g)

4.正、逆反應的Qp的絕對值相同,符號相反。HgO(s)→Hg(l)+O2(g)

rHm

=90.83kJ·mol-112Hg(l)+O2(g)→HgO(s)

rHm

=-90.83kJ·mol-1122024/1/18

赫斯(Hess)定律在恒溫恒壓或恒溫恒容條件下，體系不做非體積功，那么反響熱只取決于反響的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過程的具體途徑無關。即化學反響的焓變只取決于反響的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過程的具體途徑無關。C(s)+O2(g)

rHmCO(g)+O2(g)12

H1

H2CO2(g)

rHm=

H1+

H2應用赫斯定律不僅可計算某些恒壓反響熱，而且可計算難以或無法用實驗測定的反響熱。

H1=

rHm-

H2=[(-393.51)-(282.98)]kJ·mol-1=-110.53kJ·mol-12024/1/181-3-3應用標準摩爾生成焓計算標準摩爾反響焓變1-3-3應用標準摩爾生成焓計算標準摩爾反響焓變標準(狀)態(tài)物質標準態(tài)氣體標準壓力(p=100kPa)下純氣體液體固體標準壓力(p=100kPa)下純液體、純固體、溶液中的溶質標準壓力(p)下質量摩爾濃度為1mol·kg-1(近似為1mol·L-1)

2024/1/18

標準摩爾生成焓定義：標準態(tài)下，由最穩(wěn)定的純態(tài)單質生成單位物質的量的某物質的焓變

(即恒壓反應熱)。符號：

fHm單位：kJ·mol-12.

fHm代數值越小,化合物越穩(wěn)定。3.必須注明溫度，假設為298.15K時可省略。1.最穩(wěn)定純態(tài)單質

fHm=0,如

fHm(石墨)=0。注意：高溫時分解-157.3CuO(s)加熱不分解-635.09CaO