无机化学ppt全套课件

无机化学无机化学第四版第四版 大连理工大学无机化学教研室编大连理工大学无机化学教研室编 面 向 2 1 世 纪 课 程 教 材绪论绪论一、化学：在分子、原子或离子的层次上研究物质一、化学：在分子、原子或离子的层次上研究物质的组成、结构、性质、变化及其内在联系和外界变的组成、结构、性质、变化及其内在联系和外界变化条件的科学。化条件的科学。二、分类（传统）二、分类（传统）1 1、有机化学：研究有机物的化学。、有机化学：研究有机物的化学。有机物有机物含碳元素的化合物（碳的氧化物、碳含碳元素的化合物（碳的氧化物、碳酸盐及氰化物除外）酸盐及氰化物除外）2 2、无机化学、无机化学研究元素和有机物以外的所有化合研究元素和有机物以外的所有化合物的化学。物的化学。它以元素周期表和原子结构理论为基础，研究它以元素周期表和原子结构理论为基础，研究100100多种元素的单质和无机化合物的制备、结构、性质多种元素的单质和无机化合物的制备、结构、性质及变化规律。及变化规律。分支学科：生物无机、无机合成、无机高分子化学、分支学科：生物无机、无机合成、无机高分子化学、稀土化学、配位化学等。稀土化学、配位化学等。3 3、分析化学：研究物质化学组分的鉴定、测定方、分析化学：研究物质化学组分的鉴定、测定方 法和有关原理。法和有关原理。分支学科：光谱、色谱、质谱及核磁共振分析。分支学科：光谱、色谱、质谱及核磁共振分析。4 4、物理化学：以物理学的原理和方法研究物质及其、物理化学：以物理学的原理和方法研究物质及其反应，以寻求化学性质与物理性质本质联系的普遍反应，以寻求化学性质与物理性质本质联系的普遍规律。是化学的理论部分。规律。是化学的理论部分。三、重要性及学习方法三、重要性及学习方法1 1、学习态度、方法。、学习态度、方法。2 2、听课效率、笔记、作业、实验。、听课效率、笔记、作业、实验。主要参考书大连理工大学 无机化学 第三版武汉大学等 无机化学 第三版北京师范大学等 无机化学 第三版无机化学释疑与习题解析 第一章第一章 气气 体体1-1 1-1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式气体的基本物理特征：扩散性和可压缩性气体的基本物理特征：扩散性和可压缩性主要表现主要表现1 1、气体没有固定的体积和形状、气体没有固定的体积和形状2 2、气体最易被压缩、气体最易被压缩3 3、不同种的气体能以任意比例相互均匀混合、不同种的气体能以任意比例相互均匀混合4 4、气体的密度很小、气体的密度很小1-1-1 1-1-1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式描述气体状态的四个物理量：描述气体状态的四个物理量：V V、p p、T T、n n理想气体状态方程：理想气体状态方程：pV=nRTpV=nRT理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力。理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力。真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体。真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体。单位：单位：p pPa,VPa,Vm m3 3,T ,T K K，n n mol mol标准状态下，标准状态下，T=273.15K,p=101325Pa,T=273.15K,p=101325Pa,n=1 mol n=1 mol 气体的标准摩尔体积气体的标准摩尔体积 V=22.414x10 V=22.414x10-3-3 m m 3 3气体常数气体常数 R=8.314 JR=8.314 Jmolmol-1-1 K K-1 -1 1-1-2 理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的应用1 1、计算、计算P P、V V、T T、n n 中的任意物理量中的任意物理量例例1-1 1-1 P2P22 2、确定气体的密度和摩尔质量、确定气体的密度和摩尔质量例例1-2 1-2 P3P31-2 1-2 气体混合物气体混合物1-2-1 1-2-1 混合气体分压定律混合气体分压定律混合气体的总压等于混合气体中各组分气体的分混合气体的总压等于混合气体中各组分气体的分压之和压之和数学表达式：数学表达式：p=pp=p1 1 +p+p2 2+p+p3 3+根据根据 p pB BV=nV=nB BRTRT n=nn=n1 1+n+n2 2+n+n3 3+推出：推出：p pB B/p=n/p=nB B/n /n 令令 x xB B=n=nB B/n -/n -第第B B 组分气体的摩尔分数组分气体的摩尔分数则则 p pB B=n=nB B/n/n p p=x=xB B p p1-2-2 1-2-2 分压定律的应用分压定律的应用例例1-3 1-3 P4P4例例1-4 1-4 P5P5 1-4 1-4 真实气体真实气体理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力理想气体：气体分子不占空间、分子间无作用力真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体真实气体在低压高温条件下近似看作理想气体真实气体应用理想气体状态方程计算，有些气体真实气体应用理想气体状态方程计算，有些气体产生的偏差较小，如产生的偏差较小，如H H2 2、O O2 2、N N2 2 等；有些气体等；有些气体产生的偏差较大，如产生的偏差较大，如COCO2 2、H H2 2O(g)O(g)等，而另一等，而另一些气体在高压下常出现偏差些气体在高压下常出现偏差产生偏差的原因：产生偏差的原因：1 1、气体分子体积的影响、气体分子体积的影响2 2、气体分子间相互作用的影响、气体分子间相互作用的影响真实气体的状态方程式真实气体的状态方程式-van der Waalsvan der Waals气体状态方程：气体状态方程：式中a、b分别是对气体压力和体积较正中的相关常量，称van der Waalsvan der Waals常量。常量。每种气体的每种气体的a a、b b值不同。值不同。第二章 热 化 学2-1 2-1 基本概念基本概念2-1-1 2-1-1 系统和环境系统和环境 系统：系统：敞开系统：敞开系统：封闭系统：封闭系统：(本章主要研究对象本章主要研究对象)隔离系统：隔离系统：(或孤立系统或孤立系统)环境：环境：2-1-2 2-1-2 状态与状态函数状态与状态函数1 1、状态：、状态：指系统物理性质和化学性质的综合表现指系统物理性质和化学性质的综合表现2 2、状态函数：、状态函数：确定系统热力学状态的宏观性质的物理量，确定系统热力学状态的宏观性质的物理量，如如p p、V V、T T、U U、n n 等等3 3、状态函数的特征：、状态函数的特征：A A、状态函数随系统状态而发生改变。、状态函数随系统状态而发生改变。B B、状状态态函函数数的的变变化化值值仅仅取取决决于于系系统统的的始始终终态，而与系统所经历的途径无关。态，而与系统所经历的途径无关。例例：T=308KT=308K298K=10K298K=10K只只与与系系统统的的初初终终态温度态温度T T有关，而与过程无关。有关，而与过程无关。注意：状态函数的变化值并不是状态函数。注意：状态函数的变化值并不是状态函数。2-1-3 -1-3 过程过程 定温过程：定温过程：T T始始T T终终 定压过程：定压过程：p p始始p p终终 定容过程：定容过程：V V2-1-4 2-1-4 相相相相：系系统统中中物物理理和和化化学学性性质质完完全全相相同同而而与与其它部分有明确界面的部分其它部分有明确界面的部分均相系统或单相系统均相系统或单相系统非均相系统或多相系统非均相系统或多相系统2-1-5 2-1-5 化学反应方程式和反应进度化学反应方程式和反应进度1 1、正确书写化学反应方程式、正确书写化学反应方程式（1 1）根据实验事实，正确写出反应物和产）根据实验事实，正确写出反应物和产物的化学式物的化学式（2 2）配平（包括原子种类和数量、离子电）配平（包括原子种类和数量、离子电荷）荷）（3 3）标明物质的状态（）标明物质的状态（g,l,s,g,l,s,aqaq）2 2、反应进度、反应进度 P24P24例：例：N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g)=2NH(g)=2NH3 3(g)(g)开始开始n nB B/mol 3.0 10.0 /mol 3.0 10.0 0 0 0 0 t t时时n nB B/mol 2.0 7.0 2.0 /mol 2.0 7.0 2.0 =1.0mol =1.0mol=1.0mol时，表明按该化学反应方程进时，表明按该化学反应方程进行了行了1.0mol1.0mol反应，即表示反应，即表示1.01.0mol Nmol N2 2和和1.0mol1.0mol的的3 3H H2 2反应并生成了反应并生成了1.0mol1.0mol的的2 2NHNH3 3 从上面计算可看出，无论用反应物和从上面计算可看出，无论用反应物和产物中的任何物种的物质的量的变化量产物中的任何物种的物质的量的变化量来计算反应进度来计算反应进度 ，结果都相同。，结果都相同。2-2 2-2 热力学第一定律热力学第一定律2-2-1-2-1 热和功热和功热热Q Q温度不同时的能量交换温度不同时的能量交换(传递传递)功功W W除热以外的其它形式传递的能除热以外的其它形式传递的能功的形式：包括体积功和非体积功。功的形式：包括体积功和非体积功。对于体积功：对于体积功：当当p p始始 =p p终终 =p=p时，则：时，则：W=W=pV=pV=p(Vp(V2 2V V1 1)注注意意：热热与与功功与与过过程程有有关关，因因而而它它们们都都不不是状态函数。是状态函数。规定：规定：Q Q与与W W的取值正、负有不同的规定：的取值正、负有不同的规定：Q Q为正（为正（+）值，则系统吸热）值，则系统吸热 Q Q Q Q为负（）值，则系统放热为负（）值，则系统放热 W W为正（为正（+）值，则环境对系统作功）值，则环境对系统作功 W W W W为负（）值，则系统对环境作功为负（）值，则系统对环境作功2-2-2 热力学能热力学能(或内能或内能)：指指热热力力学学系系统统内内部部能能量量的的总总和和。(用用符符号号U U表示表示)注意：注意：A A、U U属于状态函数，其单位为属于状态函数，其单位为KJ(KJ(或或J)J)。B B、系系统统内内能能(U)(U)的的绝绝对对值值无无法法确确定定，但但可可通过实验确定其变化值通过实验确定其变化值(U)U)。2-2-3 2-2-3 热力学第一定律热力学第一定律数学表达式数学表达式 由：则则 U U2 2U U1 1UU Q+WQ+W2-2-4 2-2-4 焓变和热化学方程式焓变和热化学方程式1 1、焓（、焓（H H）和焓变（）和焓变（H H）定容反应热定容反应热Qv Qv ：v=0,W=0,U=Qvv=0,W=0,U=Qv定压反应热定压反应热QpQp:P=0,W=-PV:P=0,W=-PV U=Qp U=Qp-PV -PV Qp Qp=U+Pv=U+Pv =(U =(U2 2-U-U1 1)+P(V)+P(V2 2-V-V1 1）=(U=(U2 2+P+P2 2V V2 2)-(U)-(U1 1+P+P1 1V V1 1)=H =H2 2-H-H1 1 =H =H定义定义 H=U+PVH=U+PV 焓的意义：焓的意义：、H H是一个复合的状态函数；是一个复合的状态函数；、H H用用来来描描述述系系统统的的热热含含量量的的热热力力学学函函数数，其其绝绝对对值值不不能能确确定定，但但变变化化值值HH可可通通过过实实验验确定。确定。即：即：H=QH=Qp p、因因反反应应的的热热效效应应一一般般是是在在等等压压下下测测定定的的，所以常用所以常用HH表示反应热效应，称为反应焓变表示反应热效应，称为反应焓变规定规定：H0H0，反应吸热；，反应吸热；H0H0，反应放热，反应放热。单位单位J Jmolmol1 1或或kJkJmolmol1 12 2、热化学方程式、热化学方程式（1 1）r rU Um m 和和 r rH Hm m r rU Um m 指反应的摩尔热力学能变指反应的摩尔热力学能变 r rH Hm m 指反应的摩尔焓变指反应的摩尔焓变 r rH