第一章无机化学中的计量关系

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1、 无 机 化 学化学化工学院无机化学教学课件供化学工程与工艺、制药工程、 高分子材料与工程等本科专业用 课件制作 王晓娟 无机化学的内容和学习方法无机化学主要包括四部分内容第一部分 化学基本原理第二部分 溶液性质与反应第三部分 物质结构与性质第四部分 元素化学第1章 无机反应中的质量关系和能量关系第2章 化学反应的方向、速率和限度第一部分 化学基本原理第3章 酸碱反应第二部分 溶液性质与反应第4章 沉淀反应第5章 氧化还原反应第三部分 物质结构与性质第6章 原子结构与元素周期律第7章 共价键与分子的结构第8章 配位化合物第四部分 元素化学第11章 过渡元素（2）第12章 镧系和锕系元素第10章

2、 过渡元素（1）第9章 主族元素适应大学学习方法, 努力培养自学能力大学与中学教学 方法的差异中学大学授课内容少，进度慢 同一内容教师反复讲 都能听懂，掌握授课内容多，进度很快 同一内容一般只讲一遍 多数不能完全听懂， 需课前课后认真看书 教师课后辅导时间很少 ，有问题要靠自己多动 脑筋，多与同学讨论教师大部分时间与学 生相处，有问题可及 时问教师。 学习有老师家长督促无人督促，完全靠自觉无机化学课程的学习方法1、努力提高学习的主动性;培养自学能力;提 高学习效率;探索适合于自己的学习方法.2、课前预习、认真听课、课后及时总结。3、认真做作业，通过作业掌握概念和理论。4、做好每一次实验。第1章

3、 无机化学中的计量关系v1.1 溶液的组成标度v1.2 气体的计量v1.3 化学中的质量关系v1.4 化学反应中的能量关系1.1 溶液的组成标度1.物质的量及其单位 物质的量：是国际单位制（SI制）的一个基本物 理量，用来表示物质数量的多少。 符号：nB 单位：摩尔(mole)，符号为mol、 mmol或mol 1.摩尔是物质的量的单位，不是质量的单位。1.物质的量及其单位 注意: 2.在使用物质的量时，基本单元必须同时指明。 基本单元可以是分子、原子、离子、电子及其他 粒子或这些粒子的特定组合，应该用粒子符号、 物质的化学式或它们的特定组合表示。3.基本单元要求用加圆括号的化学式表示，而不

4、宜用中文表示。 如n(NaOH)=1 mol2.物质的量浓度(cB)v定义：例已知80%的硫酸溶液的密度为1.74gmL-1,求该硫 酸溶液的物质的量浓度c(H2SO4)解:1000mL硫酸的质量为m=1000mL1.74 gmL-180%=1392 gc(H2SO4)=3.质量浓度 （B )v定义：单位：gL-1或mgL-1例 正常人血浆中每100mL含葡萄糖100mg、 HCO3-164.7mg、它们的质量浓度（单位mgL-1 ）各为多少？(HCO3-)= 1.0 103mgL-1 解 (C6H12O6)= = 1.647 103mgL-1物质的量浓度 与质量浓度 的换算证明注意 公式两边

5、单位必须一致例 正常人血浆中HCO3-的质量浓度为 1.647g L-1 ，求其物质的量浓度。解4. 物质的量分数或摩尔分数(xB )5.质量分数（B ）定义：式中 m 是溶液的质量（不加下标）6.体积分数（ ）定义：定义：定义：溶质B的物质的量（nB)除 以溶剂的质量(mA ) 单位：molkg-1或mmolkg-17.质量摩尔浓度(bB)稀溶液中 B 的物质的量浓度与质量摩尔浓度的关系对于稀溶液，有因此有因此，对于稀溶液，有注意各量的单位以水为溶剂的稀溶液，因此在数值上有今后在不特别指明时，溶液均指以水为溶剂的溶液。例 10gL-1蔗糖(C12H22O11）溶液的密度为1 kgL-1(蔗糖

6、Mr=342)，计算其质量摩尔浓度bB解稀溶液中B的摩尔分数与质量摩尔浓度的关系对于稀溶液，有即【例】 将7.00g结晶草酸(H2C2O42H2O)溶于93.0g水中，求草酸的质量摩尔浓度b(H2C2O4)和摩尔分数x(H2C2O4)。 解 M(H2C2O42H2O) = 126gmol-1，M(H2C2O4) = 90.0gmol-1在7.00gH2C2O42H2O中H2C2O4的质量为：草酸的质量摩尔浓度和摩尔分数分别为：m(H2C2O4 ) = = 5.00 （g） 溶液中水的质量为： m(H2O) = 93.0 + (7.005.00) = 95.0（g） b(H2C2O4) = 0.

7、585 (molkg 1) x(H2C2O4) = 0.0104物质的量浓度 与质量分数 的相互换算注意各个量的单位！证明例市售浓硫酸的密度为1.84kgL-1，质量 分数为96，试求该溶液的c(H2SO4)。解浓度换算关系小结1.2 气体的计量理想气体模型v气体分子本身大小可以忽略v气体分子运动服从力学规律v气体分子之间没有相互吸引和排斥，即分子 间作用力可以忽略注意：压力不太大，温度不太低，真实气体分子可以近似认为理想气体理想气体状态方程pV = nRT R- 摩尔气体常数在STP下，p =101.325kPa, T=273.15Kn=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414

8、10-3m3R=8314 PaLK-1mol-11. 计算p，V，T，n四个物理量之一。2.气体摩尔质量的计算理想气体状态方程式的应用用于温度不太低，压力不太高的真实气体。pV = nRT组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组 分气体。分压：组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分 气体B的分压。理想气体的分压定律p = pB分压定律 ：例：某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混 合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol ，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合 气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体 的分压。

9、解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700molp(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa1.3 化学反应中的质量关系化学反应计量数和反应进度 化学反应计量式 ：B为物质B的化学计量数，反应物为负，产物取正，SI单位为1；可以是整数，也可是分数。 反应进度 ： 单位是molt0时 nB/mol 3.0 10.0 0 0 t1时 nB/mol 2.0 7.0 2.0结论：反应方程式相同，反应进度的值与选用方程式中何种物质来表示没有关系例 合成氨反应式为 H2 +

10、 N2 = NH3 一定时间后有3mol H2被消耗，求反应进度。 （1）3H2 + N2 = 2NH3 （2） = 2mol 解 （1）（2） = 1mol 结论：反应进度的值与方程式的写法有关。在使用时，要指明具体的反应方程式1.4 化学反应中的能量关系1.体系和环境体系 (system): 人为划定的研究对象 环境(environment): 体系以外的与体系相联系的 物质世界。基本概念和术语体系的类型 敞开体系： 封闭体系：与环境无物质交换但有能量交换。 隔离体系：与环境既无物质交换也无能量交换 。与环境既有物质交换又有能量交换 。2. 状态和状态函数状态：系统的宏观性质的综合表现。状

11、态函数：描述系统性质的物理量。(p,V,T)特点：状态一定,状态函数一定。 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。始态终态（）（）始态(1) 298K，100kPa终态(2) 373K，50kPa373K，100kPa298K，50kPa等压等压等温等温途径1途径1途径2途径2T =T2T1 = 75 Kp = p2p 1= 50 kPa3.热和功热(heat , Q） 体系和环境间因温度差而传递的能量功(work, W) 除热以外其它各种形式传递的能量Q和W都具有一定的方向性：环境做功为正（W0），体系做功为负（W0 ）体系吸热为正（Q0），体

12、系放热为负（Q0）热和功的SI单位都为J功（W）的分类W We (体积功) + W(非体积功)体积功：系统体积变化而交换的功，如气 体的膨胀或压缩。非体积功：除体积功以外所有其它形式的 功，如电功、表面功等。在恒定外压下，体积功的计算公式 We psur V 式中p 外是环境压力，V = V 2 V 1 是体系的体积变化。当体系被压缩时（V0）体积功为正值，即环境对体系作体积功。当体系膨胀时（V0）体积功为负值，即体系对环境作体积功。注意能量传递是与过程联系在一起的， 没有过程就没有能量传递，亦即没有热和功 。 热和功是传递中的能量热和功不是状态函数 V1气体向真空膨胀过程向真空膨胀真空V2体

13、积功 We p外 V 04.热力学能(U)体系内的物质含有的一切形式的能量的总和称为 体系的热力学能(thermodynamic energy)，又称为 内能(internal energy)。热力学能是体系的一个状态函数，是广度性质。 热力学能的绝对值目前尚无法求得 体系从状态1变化到状态2的热力学能的变化值 （ U = U 2 U 1 ）很容易通过系统和环境之 间传递的热和功的总合求得 5.热力学第一定律(能量守恒与转化定律 ) “自然界的一切物质都具有能量，能量 有各种不同的形式，并可以从一种形式转化 为另一种形式，在转化过程中，能量的总值 是恒定不变的。”U Q + W热力学第一定律的

14、数学表达式 根据热力学第一定律，应有 注意：热力学第一定律只适用于封闭体系，不适 用于敞开体系例在101.3kPa及100，1.00mol水完全汽 化时吸热44.0kJ，计算1.00mol水汽化时热 力学能的改变量。解： Qp=44.0kJ，汽化过程体积增大，系统向环境做体积功W=-pV设始态水的体积为Vl，终态水蒸气的体积为VgV= Vg Vl VgU= Qp+ W= Qp ngRT=44.0-1.008.31410-3373=40.9kJ反应热和反应焓变v1.热效应（化学反应热效应） 某反应体系只做体积功，产物与反应物温度相 同时，化学反应过程中吸收或放出的能量。2.恒压热效应（Qp）：若

15、体系在变化过程中 保持作用于体系的外压力不变时的热。W = pVQ = Qp 由热力学第一定律 QP=U-W= U+p V =（U2+ p V2 ）（U1+ p V1） 3.反应焓变 定义 H = U + pV H称为焓(enthalpy) 单位J、kJ。 焓H是一个状态函数.焓的绝对值尚无法求得。QP=（U2+ p V2 ）（U1+ p V1）=H 结论：无非体积功恒压封闭体系反应热等于体系的焓变4.反应的摩尔焓变(rHm）rHm是按照所给的反应式完全反 应，即=1mol时的焓变r是反应（reaction）的缩写，m表示 =1mol rHm SI单位 Jmol-1，常用kJmol-1反应的摩尔焓变(rHm）2C(gra) + O2(g) = 2CO(g) rHm=221kJmol-1 该式的具体含义是： 在没有非体积功、各物质指定温度和压力下，2mol石墨 态的碳与1mol氧气反应生成2mol一氧化碳时当反应进度 为1mol时体