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1、1,欢迎计算机07同学共同学习工科化学B课程！,教材：普通化学 (第五版)教师: 王一兵学时：48(讲课40;实验8),2,绪论 1、 化学的定义与分支,化学的定义一直颇有争议。 定义大体分为五类: 1.笼统式 2.具体式 3.微观式 4.扩张式 5.哲学式,3,Fe + S = FeS（黑色） 化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构、性能及其变化规律和变化过程中能量关系的学科.（教材）,无机化学：无机物有机化学：碳氢化合物及衍生物分析化学：测量和表征物理化学：所有物质系统高分子化学：高分子化合物,4,化学是研究从原子，分子片，分子，超分子，生物大分子，到分子的各种不同尺度和不同复杂程度
2、的聚集态的合成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。（徐光宪） 第一是原子层次的化学 第二是分子片层次的化学 第三是分子层次的化学 第四是超分子层次的化学 第五是生物分子层次的化学 第六是宏观聚集态的化学 第七是介观聚集态的化学 第八是复杂分子体系的化学,5,化学发展史 四次革命,2 、化学的发展和作用,6,波义耳1661年发表了“怀疑派化学家”(The ScepticalChymist)，指出:“化学不是为了炼金，也不是为了治病，它应当从炼金术和医学中分离出来，成为一门独立的科学”。波义耳极为崇尚实验，指出，“空谈毫无用途，一切来自实验”。他把严密的实验方法
3、引入化学研究，使化学成为一门实验科学。,恩格斯的评价：“把化学确立为科学” 被誉为“化学之父”（墓碑语）。,7,法国化学家拉瓦锡1783年出版名著“关于燃素的回顾”，提出燃烧的氧化学说。 拉瓦锡1789年出版了“初等化学概论”，首次给元素下了一个科学和清晰的定义：“元素是用任何方法都不能再分解的简单物质”。以科学元素说取代了传统思辨的旧元素论。揭开了困惑人类几千年的燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的“燃素说”为标志，发动了第二次化学革命，被誉为“化学中的牛顿”。,8,英国化学家道尔顿创立科学原子论(化学原子论)，揭示了各种化学定律、化学现象的内在联系，成为说明化学现象的统一理论，完成了化学领域
4、内一次极为重大的理论综合。有人称为近代化学史上的第三次化学革命。 1803年，道尔顿提出了原子学说：元素是由非常微小的、看不见的、不可再分割的原子组成；原子既不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有的性质；同一种元素的原子其形状、质量及各种性质都相同，不同元素的原子的形状、质量及各种性质则不相同，原子的质量（而不是形状）是元素最基本的特征；不同元素的原子以简单的数目比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为复杂原子，它的质量等于其组合原子质量的和。,9,1930年，美国化学家鲍林（L.Pauling，19011994）和德国物理学家J.C.Slater（19001976
5、）把量子力学处理氢分子的成果推广到多原子分子体系，建立了价键理论（VBT）。阐明了共价键的方向性和饱和性，指出了由于原子轨道重叠方式不同而形成的键和键这两种基本共价键类型。,10,路甬祥: 21世纪科学技术将在四个层面上展开 1.研究物质结构极其运动规律 2.生命科学 3.地球及环境科学 4.对人脑及认知的研究,11,学习要求： 了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验 计算 方法。 了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热力学能变的关系。掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。 了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。,12,13
6、,化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一,化学继续推动材料科学发展,化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障,化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用,化学是生命科学的重要支柱,14,3 学习的目的、内容和要求,15,16,C3H3 Clear head (清醒的头脑） Clever hands（灵巧的双手） Clean habit（清洁的习惯）,17,第1章热化学与能源,热化学与能源,第1章,18,目录,1.1 反应热的测量1.2 反应热的理论计算1.3 常见能源及其有效与清洁利用1.4 清洁能源与可持续发展选读材料 核能. 核燃料和核能的来源. 核电的优势与发展趋势本章小结,
7、19,教学基本要求,1.了解用弹式热量计测量等容热效应(qv)的原 理，熟悉qv的实验计算法。,2.了解状态函数的意义。了解化学反应中的焓 变在一般条件下的意义。理解等压热效应(qp) 与反应中的焓变的关系。了解qv与反应中的 内能变的关系。初步掌握化学反应的标准摩 尔焓变的近似计算。,3.适当了解能源中的燃料燃烧反应的热效应。,20,举例： 2H2 + O2 = 2H2 O 298.15K、1atm下放出热量是- 483.6kJ/mol1、在通常情况下能否发生。2、如果不能，那么又需要在什么条件下才能发生。3、发生以后，反应能进行到什么程度，也就是说结果如何。上述问题就属于化学热力学范畴。化
8、学热力学就是研究在化学变化和物理变化中伴随发生的能量转化和传递的学科。,21,化学反应的方向 化学热力学 化学反应的程度 热化学：研究化学反应中热与其他能量变化的定量关系的学科。（热量变化问题的学科） 测量化学反应的热效应 本章主要两部分内容 计算化学反应的热效应 热效应：化学反应时放出或吸收的热量。,22,1 .1 反应热的测量,系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和 空间。,开放系统有物质和能量交换,封闭系统只有能量交换,1.1.1 几个基本概念,1 系统与环境,图1.1 系统的分类,隔离系统无物质和能量交换,23,应用相的概念需区分：*相与聚集
9、态不同；,2 相：,系统可分为: 单相（均 匀）系统；多相（不均匀）系统。,系统中任何物理和化学性质完全相同的部分。,*相数与物质种类数；,*相与数量无关。,24,a.相与相之间有明确的界面。b.在界面处，从宏观看，性质改变是突跃的。,思考： 1) .101.325kPa，273.15K(0C)下，H2O(l), H2O(g)和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少? 2). CaCO3(s)分解为CaO (s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数? 3).Cu(s)+H2O+HNO3=CuNO3 + NO(g)相数？,25,3 状态与状态函数,状态就是系统一切性质的总和。,状态变化时，系
10、统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。,26,状态函数的性质,状态函数是状态的单值函数。 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。,图1.2 状态函数的性质,以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。,27,广度性质和强度性质,状态函数可分为两类：,广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等。,强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力等。,思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？,推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量
11、？,力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。,28,状态函数有两个特征：a. 系统的状态确定之后，每一状态函数都具有单一确定的值，而不会具有多个不等的值。例: 系统状态确定后，温度只能具有单一确定的值。若测出某些易测的性质，就可以通过相互关联的数学式计算难测的。这就是引进状态函数方便之处（PV=nRT)。b. 系统发生一个过程的前后，状态发生变化，状态函数的值也可能发生变化，其改变的数值只取决于 系统的初、终状态，而与变化时体系所经历的具体途径无关。状态函数有特征，状态一定值一定，殊途同归变化等，周而复始变化零。,29,4 过程与途径,系统状态发生任
12、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。,设想如果你要把20 C的水烧开，要完成“水烧开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧。,30,5 化学计量数,对于任意一化学反应： aA+cC=dD+gG 或写成：0=dD+gG -aA-cCACDG-化学式acdg-化学计量数。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：,31,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。,附例1.1 应用化学反应统通式形式表示下列合成氨的化学反应计量方程式： N2 + 3H2 = 2NH3,解：
13、用化学反应通式表示为： 0= - N2 - 3H2 + 2NH3,32,6 反应进度（extent of reaction),若反应前物质B的物质的量为nB(0),也是=0时B的物质的量，反应时间T后B的物质的量为nB（），也是=时的B的物质的量。这样，微分后得定义式为：,nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。=nB/B对任一反应，有：nA/-A=nC/-C=nD/D=nG/G=,33,可以看出随反应进行nB增大或减少，也逐渐增大或减少，所以反应进度是表示反应进行程度的参数，由于是纯数，单位为摩尔。是不同于“物质的量”的另一种新的物理量，但具有相同的量纲。未反应时为零。,反应进度
14、的单位是摩尔（mol），它与化学计量数的选配有关。,对于反映：N2(g)+3H2 (g)=2NH3(g)若反应进行到反应进度=1mol时，按定义nN2 /-1=nH2/-3=nNH3/2=1-0nN2=-1mol；nH2=-3mol；nNH3=2mol上述反应=1mol时的含义为，该反应进行到这样的进度，消耗了1mol的N2，3mol的H2，生成了2mol的NH3。若反应为：1/2N2(g)+3/2H2 (g)=NH3(g)，有：nN2 /（-1/2）=nH2/（-3/2）=nNH3/1=1-0,34,=1mol时的含义为，该反应进行到这样的进度，消耗了1/2mol的N2，NH33/2mol的H2，生成了1mol的NH3。显然的单位是对整个反应而言，n是对某一物质而言，与方程式写法有关。 注意：反应进度与反应方程式是对应的。反应进度为1的反应也称为摩尔反应。 引入反应进度的优点是在反应进行到任何时刻时，可用任一反应物或任一生成物来表示反应进行的程度，所得的值总是相等的。,
