无机化学主讲：周芝骏Date1绪 言 一、课程体系 “无机化学”是化工类专业（含化工、环境 、生物、食品、材料等）的第一门基础课，它是 由课堂讲授和实验两部分组成1.课堂讲授 分为两个部分：一是无机化学 的理论部分，包括化学反应原理和物质结构理论 ，另一部分是元素化学，主要讲述周期系中各族 元素及其化合物的基本知识，占总学时的60％；2.实验 通过实验来巩固、加深和扩大课堂讲 授的内容，培养独立工作的能力和实事求是的科 学态度，占总学时的40％Date2二、教材： 1.《无机化学》第三版（面向21世纪教材）天津大学无机化学教研室 编杨宏孝 凌芝 颜秀茹 修订（高等教育出版社出版）2.《无机化学实验》第三版华东化工学院无机化学教研室编（高等教育出版社出版）Date3三、参考书1.《无机化学》第四版 （面向21世纪教材） 袁万钟主编， 高等教育出版社出版（工科国家级重点教材 ） 2.《现代基础化学》 （上海市“九五”重点教材 ）朱裕贞主编化工出版社出版Date4四、教学安排总学时数：为110学时，上学期60学时，下学 期50学时，课堂讲授65～70学时，实验40～45学 时。
五、教学方法讲授方法：重点和难点讲授，部分内容自学学习方法：课内认真听讲，做好笔记，课后及 时复习，按时完成作业 六、成绩考核期末考试成绩（80％）＋平时成绩（20％） Date5第一章 化学反应中的质量关系和 能量关系能量关系是本章的重点Date6一.理想气体状态方程和分压定律(一).理想气体状态方程 pV=nRT (压力不太高，温度不太低 ）p－Pa, V-m3, n-mol, T-K(热力学温度)，R- 摩尔气体常数（提问：单位是什么？）1mol的气体在标准状况（p=101.325kPa， T=273.15K）下，体积为22.414×10－3m3，故Date7(二).道尔顿分压定律气体混合物中其一组分气体（B）对器壁所施 加的压力，称为该气体的分压（PB），它等于相同 温度下，该气体单独占有与混合气体相同体积时所 产生的压力混合气体的总压力等于各组成气体分压力之和 ，此经验规则称道尔顿分压定律数学表达式：P=ΣPBDate8若组分气体B和混合气体物质的量分别为nB 和n混合气体体积为V，则它们的压力分别为（1）（2）（1）÷（2） 得 （3）Date9(nB / n)为组分气体B的摩尔分数， 含义：混合气体中任一组分气体的分压（pB ） 等于该气体B的物质的量分数与总压之积。
同温同压下 pVB=nBRT (4) pV=nRT (5)(4)÷(5)得(6)VB为分体积——混合气体中组分气体B与混合气体 的压力（P）和温度（T）在相同条件下占有的体 积Date10将（6）式代入（3）中 得 ：表明：混合气体中任一组分气体的分压力等于 该气体体积分数（或百分数）与总压之积注意：分压定律适用于理想气体，对低压下的真实 气体混合物近似适用Date11二、化学计量化合物和非计量化合物 （简）：化学计量化合物——具有确定组成且各种元 素的原子互成简单整数比的化合物 非化学计量化合物——组成可在一个较小范 围内变动，但基本结构保持不变的化合物如 WO2.92，PdH0.8等又称非整比化合物或贝多体Date12三、化学计量数与反应进度 （一）化学计量数（ ）某化学方程式 cC + dD = yY + zZ按数学式移项 0= - cC – dD + yY + zZ 此称化学计量方程式.若令 可简化化学计量方程式的通式：0= B表示包含在反应中的分子、原子或离子，即反 应物和生成物； 为数字和简分数，称为物质B 的化学计量数。
规定： 取负值， 取正值 这样 、 、 、 分别为C、D、Y、Z物种的化 学计量数Date13例：N2 + 3H2 = 2NH3化学计量式：0 = -N2 - 3H2 + 2NH3 = 各物质化学计量数： = -1 表明反应中每消耗1molN2和3molH2必生 成2molNH3Date14（二）反应进度：为了表示化学反应进行的程度 ，国际规定了一个量——反应进度（ξ）对 化学计量方程式 0=微分式： 则若从反应开始时 0的nB （ ）积分到时的nB （ ）,可得：= 则 Date15则的单位为mol对产物而言，若 ，nB( )＝0，则nB=Date16例如： N2 + 3H2 = 2NH3 即反应开始 nB/mol 3.0 10.0 0 0 t时 nB/mo1 2.0 7.0 2.0-1.0 -3.0 2.0 1.0Date17可见：同一反应方程式，反应进度的值 与选用反应式中何种物质的量的变化无 关。
但同一化学反应如化学反应方程式 写法不同，亦即 不同，相同反应进 度时对应各物质的量的变化（ ）会 有区别Date18化学方程式 (若 ) ＋1－1 －3 ＋2Date19四、化学反应中的能量关系 专门研究能量相互转换规律的一门科学—— 热力学利用热力学的基本原理研究化学反应的学科 ——化学热力学本节重点介绍热力学理论研究化学反应的能 量变化关系中若干基本概念、术语和符号以及 有关计算Date20（一）基本概念和术语 1、体系和环境 体系——作为研究对象的那部分物质或空间 环境——体系之外与体系密切联系的其它物质或 空间 如一支试管中装一定量NaCl水溶液，再加一定 量AgNO3的混合溶液，作为研究的对象的这试管 中的溶液混合物（含可能有的沉淀）为体系， 而试管和试管外的密切关联的物质和空间则为 环境Date21按照体系和环境间能量和物质的交换情况， 可将体系分为以下三类： 敞开体系——体系与环境间既有物质交换，又有能量交换。
封闭体系——体系与环境间，没有物质交换但有能量交换 孤立体系——体系与环境间，物质与能量均不发生交换Date22体系分类体系和环境间交换物质能量敞开体系√√封闭体系—√孤立体系——Date232、状态和状态函数聚集状态——在一定条件下物质质点 聚集的物理形态有气、液、固、等离 子体等之分,但化学热力学的“状态” 是用一系列宏观物理量来描述，决定体 系状态的那些物理量称为体系的性质体系的状态——指体系中一切客观性 质的综合如确定一瓶气体的状态，可 用p、V、T和气体物质的量n来描述Date24当体系的所有性质都有确定值时，该 体系处于一定状态，反过来，若体系状 态确定了，则体系中一切宏观性质也就 有了确定的数值如果体系中某种或几种性质发生变化 ，则体系状态也就发生了变化这种能够表征体系特征的每个个别的 宏观性质，称为体系的状态函数 Date25体系与环境中的一些物理量如功和 热并不是状态函数状态函数的特征是：体系状态发生 变化时，状态函数的改变量，只与体系 的始态和终态有关，而与状态变化的具 体途径无关Date26例如1mol理想气体 始态 Ⅰ Ⅱ 终态 p1=101325Pa p2=1013250PΔP= P2- P1=911925Pa V1=22.414×10-3m3 V2=4.48×10-3m3 ΔV= V 2- V1=-17.92×10-3m3T1=273K T2=546K ΔT= T2- T1=273KDate273、热和功热和功是体系状态发生变化时与环境交换 或传递能量的两种不同形式。
热——体系与环境间因温度不同（因而存 在温差）而传递的能量功——除热以外，其它各种形式被传递的 能量都称为功功有多种形式，如机械手作的 机械功，电能作的电功，化学反应作体积功等 等Date28在化学反应中涉及较广的是体积功，即由 于化学反应发生引起体系体积变化反抗外力作 用而与环境交换的功，称为体积功；其他功统 称非体积功通常热量——Q，功——W，单位均为焦耳(J） 或千焦（kJ）它们数值的正负号使用是人为规定的，根据 国际最新规定，以体系的能量得失为标准：Date29（1）若体系能量增加（即从环境得到能量）： Q>0（体系吸热）， W>0（环境对体系作功） ； （2）若体系能量减少（即体系损失能量）： QV1（始态）W（膨胀）= F·L-=-P外压强×A×L=-P·（V2-V1）=-P·△V0注意，由于热和功是体系发生状态的某过 程中改变与环境间交换能量的两种形式，因 此热和功途径有关不仅与体系的始、终态有 关，而且还与过程的具体，所以它们不是状 态函数Date314、热力学能体系内部所有能量的总和，称热力学能（曾 称内能），符号为“U”，体系内部的能量很多 ， 如体系内分子、原子、离子等的内动能；分子 、 原子、离子间的相互作用能（含位能和化学 键）；分子内部各种微粒如原子、原子核，电 子等运动的能量与粒子间的相互作用等等。
由 于这些内部质点运动和相互作用的复杂性，因 而到目前为止（任何）体系的热力学能的绝对 值难以测定Date32但它是体系自身的属性，体系在一定状态下， 其热力学能应有一定的值，故U是状态函数，因 为“U”是状态函数，其改变量U只与体系的始、 终态有关，而与变化过程的途径无关.Date335、能量守恒在孤立体系中能量不会自生自灭，但可从一 种形式变为另一种形式，其总量不变，这个经 验规律即称能量守恒定律若一个封闭体系，体系从环境吸热（Q）， 又从环境得功（即环境对体系作功）（W），则 热力学能从U1变到U2的状态 此即为热力学第一定律的数学表达式，含义 是：封闭体系热力学能U的变化等于体系吸收的热 和体系从环境所得的功的总和即能量守恒定律 在热、功传递过程中的具体表述Date34（二）反应热和反应焓变1、恒压反应热和反应焓变反应热——化学反应时，若体系不做非体积 功，且反应终态的温度恢复反应始态的温度时 体系吸收或放出的热量通常化学反应是在恒压条件下进行的，（如 敞口进行的化学反应），如果体系不做非体积 功，终态温度等于始态温度，这过程的反应热 称为恒压反应热QPDate35对于有气体参加或生成的反应，可能会引 起体积变化（ ），则体系对环境作功，对于封闭体系，体系只作体积功的恒压过 程，由热力学第一定律可得到：令H=U+PV，H称为焓，因U、P、V均为状态 函数，所以H也是状态函数。
Date36显然H的绝对值目前也难测到其能测定 并有实际意义的则是状态改变时焓的改变值 ，称焓变由上式可得：QP=（U2+PV2）-（U1+PV1）=H2-H1=Date37即：在恒压及反应始、终态温度相等条件下， 反应热等于生成物与反应物的焓差，即恒压反应 热等于体系的焓变 如：恒压（298.15K）下 2H2(g)+O2（g）→2H2O（g） QP==-483.64kJ·mol-1 体系的焓值减小（ ，表明此反应为放热反应恒压（298.15K）下 N2（g）+2O2(g)→2NO2（g） QP==66.36kJ·mol-1 体系的焓值增加（ ，表明此反应为吸热反应Date382、热化学反应方程式表示化学反应与热效应（反应热）关系的 方程式，称为热化学反应方程式2H2（。