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1、第一章第一章 物质及其变化物质及其变化 教学要求教学要求 1了解物质的聚集状态和相，掌握分压定律、分体积定律及其计算。 2会利用理想气体方程式进行有关计算。 3熟悉热力学第一定律及其相关概念。 4掌握化学反应热效应。 5掌握热化学方程式；反应热、反应焓变的计算；盖斯定律及有关计算。 教学时数教学时数 6 学时 第一节 物质的聚集状态 各种物质总是以一定的聚集状态存在的。 常温、常压下，通常有气、液、固三种聚集状态，各具特征，在一定条件下可相互转化。 1、气体（g）：分子间作用力小，无一定的体积和形状，具有扩散性和可压缩性。 2、液体（l）：分子间作用力介于气体和固体之间，有一定的体积，无固定的
2、形状，具有流动性。 3、固体（s）：具有一定体积、一定形状，及一定程度的刚性。 1.1 气体 气体的存在状态主要由体积 V、压力 P、温度 T 和物质的量 n 四个因素决定，称为气体的状态函数。 .理想气体状态方程式 只有位置而没有大小，且气体分子之间没有相互作用力的气体，称为理想气体。显然理想气体是一种假设的情况，真实气体当压力不太高且温度不太低时可看作是理想气体。描述理想气体体积、压力、温度和物质的量之间关系的方程式称为理想气体状态方程式。 当体积和温度一定时，理想气体的压力与其物质的量成正比：np ； 当压力和温度一定时，理想气体的体积与其物质的量成正比：nV ； 一定物质的量的理想气体
3、的压力或体积都与温度成正比：np ；或nV 。 我们将这几个式子合并在一起，得： nRTpV =（理想气体状态方程式） 式中： p(压力) V（体积） n（物质的量） T（温度） R (常数) 标准单位 Pa m3 mol K 8.314 R是一个与气体种类无关的常数，称为摩尔气体常数或简称气体常数。当式中各量单位取国际单位制：压力（Pa） 、体积（m3） 、n（mol）时，R数值可由标准状况下 1mol理想气体的状态函数值求得： 2.气体分压定律 1 1）混合气体(如空气)和组分气体(如组成空气的氧气、氮气等)： 2 2）分压力：）分压力：各组分气体占有与混合气体相同的体积时所产生的压力叫做
4、该组分气体的分压力（pi） 。混合气体的压力称为总压。 3 3）道尔顿分压定律）道尔顿分压定律：英国科学家道尔顿于 1801 年通过大量的实验总结出： 混合气体的总压等于各组分气体的分压之和混合气体的总压等于各组分气体的分压之和。 ippppp+ +=321混合气体的状态同样可用理想气体状态方程式来描述： RTnVp总总= 对于每一种组分气体，都有 RTnVpii= 则 总总nnppii= 总总nnppii=我们把总nni叫做混合气体中组分气体 i 的摩尔分数，总ppi叫做组分气体i 的压力分数。 例例 1在 0.0100 m3 容器中含有 2.5010-3 mol H2，1.0010-3 m
5、ol He和3.0010-4mol Ne，在 35时总压为多少？ 解： = 8.314 Nmmol-1K-1 R = = pV nT 101325 Pa22.414103 m3 1.000 mol273.15K = 8.314 Jmol-1K-1 p总 = p(H2) + p(He) + p(Ne) =640 + 256 + 76.8 = 973 (Pa) 3气体的分体积定律 当组分气体的压力和温度与混合气体相同时， 组分气体单独存在时所占有的体积称为各组分气体的分体积， 则混合气体的总体积等于各组分气体的分体积之和。 V = V1 + V2 + V3 + Vi 则 Vi / V总=ni/n总
6、 Vi = V总ni/n总 P 总可通过压力表测出，Pi 则很难被直接测出，可通过分析、计算求得： PiV = niRT （1） P总V = n总RT （2） 由（1）（2）， 得： Pi / P总 = ni / n总 = Xi（摩尔分数） Pi = Xi P总 计算分压的关键在于如何求得组分气体的摩尔分数。 求混合气体的摩尔分数，常用的方法是通过混合气体进行气体分析，测得各组分气体的体积分数总VVi。 1.2 液体 1.液体的蒸汽压： 当液体的蒸发速率与其气体的凝聚速率相等时，达到动态平衡。此时，液面上方该种液体的蒸汽为饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为该温度下的饱和蒸汽压。 液体的饱和蒸汽压（简称
7、蒸汽压）与液体的性质有关，可表示液体挥发能力的大小。饱和蒸汽压越大，液体的挥发能力越强。 饱和蒸汽压与温度有关：温度越高，饱和蒸汽压越大。如水的饱和蒸气压在0为 61.3 Pa，在室温 25为 3.173 kPa，在 100时为 101.325 kPa。 例例 2 2 如果在 25时用排水集气法由锌和盐酸制备氢气： Zn(s) + 2H+ = Zn2+ p(H2) = = = = 640 Pa n(H2)RT V 2.5010-3 mol 8.314 Jmol-1K-1(273 + 35)K 0.0100 m3 p(He) = = = 256 Pa n(He)RT V 1.0010-3 mol
8、 8.314 Jmol-1K-1(273 + 35)K 0.0100 m3 p(Ne) = = = 76.8 Pa n(Ne)RT V 3.0010-4 mol 8.314 Jmol-1K-1(273 + 35)K 0.0100 m3 + H2(g)，总压（实验室大气压）为 98.6 kPa (已知 25时水的饱和蒸汽压为 3.17 kPa),收集的气体体积为 2.5010-3 m3。求： （1）试样中氢的分压； （2）收集到的氢的质量； （3）若经干燥剂干燥后能得到多少体积的干燥氢气？（由学生自己做） （4）干燥剂共吸收了多少体积的水蒸汽？（由学生自己做） 解： (1) 在实验室中用排水集氢
9、法收集的气体的总压等于氢气的分压与水蒸汽的分压之和，同时也等于实验室的大气压。所以： p总 = p(H2) + p(H2O) p(H2) = p总 p(H2O) = 98.6 kPa 3.17 kPa = 95.4 kPa (2) (3) 此问题可有多种解法： (4) 水蒸汽的摩尔分数: n(H2O)/n(总)=p(H2O)/p(总)=3.1798.6=3.22% V(H2O) =2.5010-3 m3 3.22% = 8.04 10-5 m3 在这个问题中已经使用了一个混合气体的分体积概念。 当组分气体具有与混合气体相同的温度和压力时的体积就称为该组分气体的分体积， 上题中氢气的分体积是 2
10、.4110-3 m3，而水蒸汽的分体积是 8.04 10-5 m3。并且混合气体的总体积等于各组分气体的分体积之和。 V（总）=V1 + V2 + +Vi 并且： Vi/V（总）= ni/n（总） 2.液体的沸点： 当液体的饱和蒸汽压等于外界压力时，液体沸腾，此时的温度为沸点。 m(H2) = p(H2)VM(H2) RT 95.4103 Pa 0.00250 m3 2.02 gmol-1 8.314 Jmol-1K-1 298 K = = 0.194 g V(H2) = m(H2)RT Pv 0.194g 8.314 Jmol-1K-1298 K 98.6 103 Pa 2.02 gmol-
11、1 = = 2.4110-3 m3 外压降低，沸点也降低。 在 101325 Pa 的大气压下，液体的沸点为正常沸点。如水的 bp 为 100，乙醇的为 78.4。 3.固体 固体的升华及气体的凝华(下霜) 晶体的特征：有一定的几何外形、固定的熔点、各向异性。 第二节 化学反应中的质量关系和能量关系 2.1 质量守恒定律: 化学反应前后物质的总质量相等. 2.2 反应的热效应：焓变 化学反应的实质是化学键的重组。键的断裂和生成过程会有能量变化，能量变化常以热能的形式表现。键的断裂需吸收热量；而键的生成会放出热量。 一般的反应常在恒压条件下（在敞口容器中）或恒容条件下（密闭容器中）进行。 在恒温
12、下不做非体积功的化学反应过程中吸收或放出的热量， 叫做该化学反应的热效应（反应热） 。 在恒容条件下的反应热是与体系的内能的变化有关： UUUQV=21在恒压条件下一个化学反应的热效应可用体系的一个状态函数焓（H）的变化值来表示： HHHQp=反应物生成物当0H时，为吸热反应，当0 K,反应逆向进行。 例例 1.目前我国合成氨工业多采用中温（500） 、中压（2.03104 kPa）操作。已知此条件下反应：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 的K = 1.57 10-5. 若反应进p(H2)/pc(Zn2+)/ c c(H+)/ c2 K = p(NH3)/p2 p(N2)/ pp(
13、H 2)/ p3 p(NH3)/p1 p(N2)/ p0.5p(H 2)/ p1.5 K2 = c(Y)/cy c (Z)/ cz c(A)/ ca c (B)/ cb 行至某一阶段时取样分析，其组分的体积比为NH3 14.4%；N2 21.4%，H2 64.2%，试判断此时的合成氨反应是否已完成？ 解：先计算各组分的分压: p (NH3) = 2.03104 kPa14.4% = 2.92103 kPa; p (N2) = 2.03104 kPa21.4% = 4.34103 kPa p (H2) = 2.03104 kPa64.2% = 1.30104 kPa Q= 因为：Q K, 平衡向
14、左移动。 n(CO2)RT/V n(H2)RT/V n(CO2)RT/Vn(H2)RT/V K= = p(CO2)/pp(H 2)/p p(CO)/ pp(H 2O)/ p n(CO2)n(H2) n(CO2)n(H2) = = = (0.040)2 0.0402(1-)2 2 (1-)2 = 1.0 = 50% 2 (1-)2 在其他条件不变的情况下， 增加反应物的浓度或减少生成物的浓度， 化学平衡朝正反应方向移动； 增加生成物浓度或减少反应物的浓度， 化学平衡向逆反应方向移动。有气体参加的反应，改变分压与改变浓度一样。 例例 1 1 在例 2 讨论的平衡体系中， 在恒温下将Fe2+浓度增至 0.181 mol L-1时,问: 1）平衡向哪个方向移动? 2）求新平衡后各物质浓度 3)Ag+的转化率? 解: 1）因为在原有的平衡体系中仅增加了反应物浓度，所以平衡向正向移动； 2）设达到新平衡时将有x molL-1的亚铁离子被银离子氧化，则 Fe2+ + Ag+
