大学普通化学-课件

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1、普通化学（第六版） 浙江大学,李金灵 电话：13892893124 信箱：,绪 论,化学已成为高科技发展的强大支柱，化学已渗入社会、技术和科学的各个领域。,数学 物理,化学是自然科学基础课,属于自然科学基础课，是培养大学生的基本素质课程。,化学,绪 论,定义：化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构和性质及其变化规律和变化过程中能量关系的科学,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,化学的成就是社会文明的重要标志！,无机化学：是研究元素、单质和无

2、机化合物的来源、制备、结构、性质、变化和应用的一门化学分支。 有机化学：碳化合物的化学，是研究有机化合物的结构，性质、制备的学科。 分析化学：研究物质的组成、含量、结构和形态等化学信息的分析方法及理论的一门学科。,化学的分支学科,物理化学：在物理和化学两大学科基础上发展起来的。它以丰富的化学现象和体系为对象，大量采纳物理学的理论成就与实验技术，探索、归纳和研究化学的基本规律和理论，构成化学科学的理论基础。物理化学的水平在相当大程度上反映了化学发展的深度。 高分子化学：研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。 若干新分支：环境化学、核化学等等

3、,化学是一门既古老又年轻的科学!,化学与其它学科的渗透与交叉,化 学,物理学,数 学,地 学,材料科学,生命科学,工程科学,天 文 学,计算与信息科学,化学发展史 四次革命,绪 论,波义耳1661年发表了“怀疑派化学家” (The Sceptical Chymist)，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）。,绪 论,法国化学家拉瓦锡1783年出版名著“关于

4、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”。,绪 论,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

5、；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。,绪 论,1930年，美国化学家鲍林（L.Pauling，1901-1994）和德国物理学家J.C.Slater（19001976）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

6、键和键这两种基本共价键类型。,绪 论,2. 化学的地位和作用,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,绪 论,化学是社会需要的中心科学,化 学,住,行,材料,环境保护,国防,医药卫生,能源,衣,食,资源利用,冶金,农业,建材,汽车,化学在生活中的应用-环境化学,印染工厂废水处理,工厂烟囱废气处理,绪 论,化学在生活中的应用药物化学,抗甲流药物-达菲 瑞士罗氏公司生产,抗癌药物紫杉醇 对晚期癌症、肺癌等有十分显著的疗效,抗骨质疏松药物 活性维生素D

7、3,绪 论,化学在生活中的应用石油化学、 胶体化学、高分子化学,三次采油技术聚合物驱、表面活性剂驱等,一次采油 10% 二次采油-注水注气等-25-40% 三次采油,绪 论,化学在生活中的应用能源,有机薄膜太阳能电池模块有机化学、高分子化学、光化学 多学科有机结合交叉,绪 论,化学在生活中的应用工程塑料高分子,绪 论,普通化学的教学目标,普通化学是一门现代化学导论课程。 通过化学反应基本规律和物质结构理论的学习，能运用化学的理论、观点、方法审视公众关注的环境污染、能源危机、新兴材料、生命科学、健康与营养等社会热点话题，了解化学对人类社会的作用和贡献。 把化学的理论、方法与工程技术的观点结合起来

8、，用化学的观点分析、认识工程技术中的化学问题。,普通化学的教学内容,理论化学：包括化学热力学、化学动力学和物质结构基础。 基础知识和应用化学：包括单质和化合物的知识，化学与能源、环境、材料等。 实验化学：主要是性质或理论的验证，重要数据的测定，并训练实验基本操作和仪器的使用等。,教材内容安排,第一章 化学热与能源,化学反应时，伴随有能量的变化，其形式虽有多种但通常多以热的形式放出或吸收。,化学热力学基础,本章学习要求：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

9、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。,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,1 .1 化学热力学基本概念,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。,1.1.1 几个基本概念,1. 系统与环境,系统与环境之间有时有明显的界面，如包括细胞壁在内的细胞 是一个系统，它用细胞壁与环境隔开；有的则没有明显的界面， 如研究的对象是一块雨云，它与环境的界限就很模糊；

10、 如烧杯里装着水溶液，水溶液里发生一个放热反应，可以只划 定水溶液为系统，也可以把水溶液上方的气体也包括在内，甚 至把烧杯壁也算作系统的一部分，这要根据研究需要而定。,敞开系统 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,系统与环境,2. 相,系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分称为相。根据相的概念，系统可分为：,单相（均匀）系统 多相（不均匀）系统,相与相之间有明确的界面。,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

11、相数为多少。,答：在此条件下，存在3相（气、液、固各一相）,1.系统中若只有一种液体，无论这种液体是纯物质还是（真）溶液，总是一个相； 2.若系统里有两种液体，如乙醚和水，中间以液液界面隔开，为两相系统；不相溶的油和水在一起是两相系统，即使激烈震荡后油和水形成乳浊液，也是两相； 3.不同固体的混合物，是多相系统。,需要注意的是，相与态是两个不同的概念，“态” 是指 物质宏观的聚集状态，物质的态一般分为气态、液态、和固态。对“相”来说，通常任何气体均能无限混合，因此系统无论有多少种气体都只为一个气相，汽油和水虽同为液态，但不能互溶而分层，因此为两相系统。,3. 状态与状态函数,定义：状态就是系统

12、一切性质的总和，是系统所有宏观性质的综合表现。有平衡态和非平衡态之分。,如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。 状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。,当系统的温度、压力、体积、物态、物质的量、相、各种能量 等等一定时，就说系统处于一个状态。（无机化学，高教出版 社，第四版）,状态函数,用于表示系统性质的物理量称状态函数，如气体的压力p、体积V、温度T 等，是由物质系统的状态决定的物理量。,物体或物质系统由一个状态（始态）变成另一个 状态（终态），它的各种状态函数（设符号位X） 的变化量（X）就一定是： X=X终态-X始态,状态函数的特点： 状态确定，状态函数有唯一确定值

13、状态函数的改变值只与过程的始、终态有关，而与途径无关。 体系完成循环过程：状态函数的变化值为零,体系的状态函数是相互关联的如： 理想气体状态方程: pV=nRTp, V, n, T 四个状态函数，确定任意三个，即可知道第四个，体系的状态就确定了。,T=T终-T始=373-298=75 K P=P终-P始=500-100=400 kPa,广度性质和强度性质,状态函数可分为两类：,广度性质：又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、焓、熵等。广度性质具有加和性。,强度性质：它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关，不具有加和性，如温度、压力(压强)、粘度、密度等。整个系统

14、的强度性质的数值与各个部分该强度性质的数值相同。,以理想气体状态方程为例, pV=nRT 为例， p、 T是强度性质，而n、 V 是广度性质。 p-Pa, V-m3, n-mol, T-K, R=8.314 Jmol-1 K-1,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？,答：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。,强度性质举例,p,V,T,n,p左=p右=p T左=T右=T n左+n右=n V左+V右=V,4. 过程与途径,

15、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。,设想如果你要把200C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开再降至常压。,5. 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：,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。,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：用化学反应通式表示为： 0= - N2 - 3H2 + 2NH3,化学计量数只表示当按计量反应式反应时各

16、 物质转化的比例数，并不是反应过程中各相 应物质实际转化的量，为了描述化学反应实 际进行的程度，需要引入反应进度的概念。,6.反应进度 的定义：反应系统中任何一种反应物或产物在反应过程中物质的量的变化量与该物质的化学计量数的商为该反应的反应进度,nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。或定义,思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？,答：有关。如对于反应： 0 = N2 3H2 + 2NH3 ，当有1mol NH3生成时，反应进度为0.5mol。 若将反应写成,则反应进度为1 mol。,化学计量数是指反应方程式中各物质的配比数，反应进度是反应的速率的表示。反应物或者生成物的反应速率出一该物质的化学计量数就是反应进度。,