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1、第一章第一章 物质及其变化物质及其变化第一第一节 物物质的聚集形状的聚集形状1-1 气体气体1-2 液体液体1-3 固体固体1-4 等离子体等离子体 第二第二节 化学反响中的化学反响中的质量关系和能量关系量关系和能量关系1-1 质量守恒定律量守恒定律1-2 反响反响热效效应 焓变1-3 热化学方程式化学方程式1-4 热化学定律化学定律1-5 生成热生成焓生成热生成焓 1-1 气体气体1. 理想气体形状方程式理想气体形状方程式2. 混合气体分压定律混合气体分压定律3. 混合气体分体积定律混合气体分体积定律1. 1. 理想气体形状方程式理想气体形状方程式理想气体形状方程式理想气体形状方程式 理想气
2、体的假理想气体的假设： 分子没有分子没有质量、没有体量、没有体积、没有作用力、没有作用力 理想气体形状方程式理想气体形状方程式 P V = n R T T为热力学温度力学温度 压压力力体体积积温温度度摩摩尔尔气气体体常常数数物物质质的的量量1-1 气体气体注：注： 8.314 Pa m3 mol-1 K-1 8.314 kPa L mol-1 K-1 8314 Pa L mol-1 K-1= 8.314 Pa m3 mol-1 K-1在在规范形状下范形状下SI：P=101.3256103Pa,Vm=22.41410-3m3, n=1.000mol, T=273.15K 理想气体形状方程式的运用
3、理想气体形状方程式的运用 (2) 理想气体形状方程式几种特殊情况的运用：理想气体形状方程式几种特殊情况的运用： P V = n R T P, n 恒定，那么恒定，那么为盖盖吕萨克克(ay-Lussac)定律定律 ：V1/V2= T1/T2 (1) 求求P、V、 n、 T四个物理量之一。适用于温度不太低、四个物理量之一。适用于温度不太低、压强不太高的真不太高的真实气体。气体。 V, n 恒定：那么恒定：那么为查理理 (Chuurle) 定律：定律：P1/P2 = T1/T2 T, n 恒定，那么恒定，那么为波意耳波意耳 (Boyle) 定律：定律：P1V 1= P2V 2 T, P 恒定：那么恒
4、定：那么为阿佛加德阿佛加德罗(Avogadro) 定律：定律：V1/ V2 = n1/ n2(3) 理想气体形状方程式的其它运用理想气体形状方程式的其它运用 求分子量摩求分子量摩尔质量量Mr PV =nRT =(m/M) RT M=mRT/PV 求密度求密度) = m/V P(m/) = nRT = P(m/n)/(RT) M= m/n = (PM)/(RT)2. 混合气体分压定律混合气体分压定律组分气体：混合气体中的每一种气体就称分气体：混合气体中的每一种气体就称为组分气体。分气体。分分压力：混合气体中每一力：混合气体中每一组分气体在一分气体在一样温度下占有与温度下占有与混合气体一混合气体一
5、样体体积时所所产生的生的压力，叫做力，叫做组分气体的分分气体的分压力。力。nAnBnBnAPAPBP总T、V一一样nAnBP P总 = PA + PB + = PA + PB + T T，V V恒定恒定 同理同理 或或 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分压之和。气体分压之和。VRT)nn(BA+=VRTnP总总例例1 P3：在：在0.0100 m3容器中含有容器中含有2.5010-3 mol H2, 1.0010-3 mol He 和和 3.0010-4 mol Ne，在，在35时总压为多少多少?解解: p(H2) =
6、解解题思思绪一：一：VRT+nc )nn(B A+=VRTnP总总解解题思思绪二：二：P总=PA+PB+PCp(He) = = 256 Pap(Ne) = = 76.8 Pa = 640 Pa解法二：解法二： P总 =n(总)RTV=n(H2) + n(He) + n(Ne)RTVP总 = P(H2)+P(H2O) +P(H2O)= (640+256+76.8) Pa = 973 Pa 例例2 :P3用用锌与与盐酸反响制酸反响制备氢气气: Zn(s) + 2H+ Zn2+ + H2(g), 假假设在在25时用排水法搜集用排水法搜集氢气气, 总压为98.6 kPa (知知25时水的水的饱和蒸气和
7、蒸气压为3.17kPa), 体体积为2.5010-3 m3. 求求:1试样中中氢的分的分压是多少是多少?2搜集到的搜集到的氢的的质量是多少量是多少?解解题思思绪：P总 = PA + PBPAV =nART =(m/M) RT解解: (1) 用排水法在水面上搜集的气体用排水法在水面上搜集的气体为被水蒸气被水蒸气饱和了的和了的 氢气气, 试样中水蒸气的分中水蒸气的分压为3.17 kPa, 根据分根据分压定律定律:P(H2) = P总 - P(H2O) = (98.6-3.17) kPa = 95.4 kPa(2) P(H2)V= n(H2)RT = m(H2) = =0.194gP总 = P(H2
8、) + P(H2O)分体分体积的概念的概念: : 某气体的分体某气体的分体积是指和混合气体具有是指和混合气体具有一一样温度温度T和一和一样压力力P总时该气气体所占的体体所占的体积。 T，P恒定TPVAVBnA nB V V总总P总总= PVAVB3. 混合气体分体积定律混合气体分体积定律混合气体分体混合气体分体积定律：定律：例例: :在在27,101.3 kPa27,101.3 kPa下下, ,取取1.00L1.00L混合气体混合气体进展分展分析析, ,各气体的体各气体的体积分数分数为:CO 60.0%,H2 10.0%,:CO 60.0%,H2 10.0%,其他气体其他气体为30.0%.30
9、.0%.求混合气中求混合气中:(1) CO:(1) CO和和H2H2的分的分压;(2) CO;(2) CO和和H2H2的物的物质的量的量. .解解题思思绪：P总 VA = nA R T12PAV总 = nA R T解解:(1):(1)P(CO)= P(P(CO)= P(总) ) =101.3 kPa0.600=60.8 =101.3 kPa0.600=60.8 kPa kPa P(H2)=P(P(H2)=P(总) ) =101.3 kPa0.100=10.1 kPa=101.3 kPa0.100=10.1 kPa2 2n(H2)= n(H2)= =4.0010-3=4.0010-3mol mo
10、l n(CO)= n(CO)= =2.4010-2=2.4010-2molmol或或n(H2n(H2n(CO)= n(CO)= =4.0010-3=4.0010-3molmol=2.4010-2=2.4010-2molmol气、液之间的转化与平衡气、液之间的转化与平衡 气体液体液化气化1-2 液体1.气体的液化气体的液化2.问题：1能否一切气体都可以液化？能否一切气体都可以液化？3. 2 什么什么样的条件下可以液化？的条件下可以液化？4.例：例： 冬天冬天带眼眼镜进屋屋时，镜片会片会变得模糊。得模糊。5. 家庭用液化气，主要成分是丙家庭用液化气，主要成分是丙烷、丁、丁烷，加加压后后变成液体成液
11、体储于高于高压钢瓶里，翻开瓶里，翻开时减减压即气化。即气化。6. 但有但有时钢瓶瓶还很重却不能点燃。是由于很重却不能点燃。是由于C5H12 或或C6H14等高等高级烷烃室温室温时不能气化。不能气化。温度温度温度温度压压力力力力气气气气体体体体性性性性质质Tc Tc 以下，均可以下，均可以下，均可以下，均可 临临界常数：界常数：界常数：界常数：临界温度界温度 Tc: Tc: 每种气体液化每种气体液化时，各有一个特定温度叫，各有一个特定温度叫临界温度。界温度。 在在Tc Tc 以上，无以上，无论怎怎样加大加大压力，都不能力，都不能使气体液化。使气体液化。 临界界压力力 Pc: Pc: 临界温度界温
12、度时，使气体液化所需的最低，使气体液化所需的最低压力叫力叫临界界压力。力。 临界体界体积 Vc: Vc: 在在Tc Tc 和和 Pc Pc 条件下，条件下，1 mol 1 mol 气体所气体所占的体占的体积叫叫临界体界体积。均与分子均与分子间作用力及分子作用力及分子质量有关。量有关。临界景象界景象Tb 沸点沸点 室温室温 Tc 室温，室温， 室温下加室温下加压不能不能液化液化Tb 室温，室温， 室温下加室温下加压可液可液化化Tb 室温室温 Tc 室温，室温， 在常温常在常温常压下下为液体液体2. 液体的气化液体的气化1蒸蒸发: 液体外表的气化景象叫蒸液体外表的气化景象叫蒸发吸吸热过程程蒸发 冷
13、凝 “动态平衡饱和蒸气和蒸气压：与液相：与液相处于于动态平衡的平衡的这种气体叫种气体叫饱和蒸和蒸气，它的气，它的压力叫力叫饱和蒸气和蒸气压，简称蒸气称蒸气压。饱和蒸气和蒸气压的特点：的特点：温度恒定温度恒定时，为定定值； 2. 气液共存气液共存时，不受量的，不受量的变化；化； 3. 不同的物不同的物质有不同的数有不同的数值。几种液体的平衡蒸气压（几种液体的平衡蒸气压（mmHgmmHg）T()C2H5OHC6H6H2OC6H5CH30124.66.91024459.21320447518223079118323740135182555950222269 939360353388149140705
14、4354223420280813748355290901187101352640510016901335760557蒸气蒸气蒸气蒸气压压曲曲曲曲线线: :曲曲线为气液共存气液共存平衡平衡线；曲曲线左左侧为液相液相区；区；右右侧为气相区。气相区。 蒸蒸蒸蒸气气气气压压温度正常沸点正常沸点2 2沸沸沸沸腾腾: :带活塞容器，活塞容器， 活塞活塞压力力为 P沸点与外界沸点与外界压力有关。外界力有关。外界压力等于力等于101 kPa (1 atm)时的沸点的沸点为正常正常沸点，沸点，简称沸称沸点。点。 当温度升当温度升高到蒸气高到蒸气压与外界与外界气气压相等相等时，液体，液体就沸就沸腾，这个温度个温度
15、就是沸点。就是沸点。热源源沸沸腾是在液体的外是在液体的外表和内部同表和内部同时气化。气化。参见蒸汽压曲线参见蒸汽压曲线例：水的沸点例：水的沸点例：水的沸点例：水的沸点为为 100 C 100 C ，但在高山上，由于大，但在高山上，由于大，但在高山上，由于大，但在高山上，由于大 气气气气压压降低，沸点降低，沸点降低，沸点降低，沸点较较低，低，低，低，饭饭就就就就难难于煮熟。于煮熟。于煮熟。于煮熟。 而高而高而高而高压锅压锅内气内气内气内气压压可到达可到达可到达可到达约约10 atm10 atm，水的，水的，水的，水的沸点沸点沸点沸点约约在在在在180 C180 C左右，左右，左右，左右，饭饭就很
16、容易煮就很容易煮就很容易煮就很容易煮烂烂。“过热液体：温度高于沸点的液体称液体：温度高于沸点的液体称为过热液液体，易体，易产生爆沸。生爆沸。 蒸蒸馏时一定要参与沸石或一定要参与沸石或搅拌，以引入小气拌，以引入小气泡，泡，产生气化中心，防止爆沸。生气化中心，防止爆沸。固体分为晶体与非晶体固体分为晶体与非晶体 晶体的特性：晶体有一定的几何外形、有固定的熔点、晶体的特性：晶体有一定的几何外形、有固定的熔点、某些性质具有各向异性、有一定的对称性、面角守恒。非晶某些性质具有各向异性、有一定的对称性、面角守恒。非晶体不具有上述性质。体不具有上述性质。1-3 固体固体1-4 1-4 等离子体等离子体 气体在
17、一定条件下发生电离，当电离度大到一气体在一定条件下发生电离，当电离度大到一定程度时，这种已发生电离的气体就是等离子体。定程度时，这种已发生电离的气体就是等离子体。如日光灯管中的气体，霓虹灯中的氩、氖，它们经如日光灯管中的气体，霓虹灯中的氩、氖，它们经放电后即成为等离子体。放电后即成为等离子体。第二第二节 化学反响中的化学反响中的质量关系和能量关系量关系和能量关系内容提要内容提要 研研讨热和其他方式能量相互和其他方式能量相互转化之化之间关系的科学被称关系的科学被称为热力学。本力学。本节在复在复习热力学第一定律的根底上，要了力学第一定律的根底上，要了解有关的根本概念；重点是解有关的根本概念；重点是
18、焓变的定量的定量计算。算。 根本概念根本概念 体体统和和环境境 热力学中把研力学中把研讨的的对象叫做象叫做体系；体系以外但与体系体系；体系以外但与体系亲密相关的部分叫密相关的部分叫做做环境。体系可分境。体系可分为孤立体系和孤立体系和环境之境之间既无物既无物质交交换也无能量交也无能量交换；封；封锁系系统体系与体系与环境之境之间只需能量的只需能量的传送，而没有物送，而没有物质的交的交换；敞开体系体系与；敞开体系体系与环境之境之间既既有物有物质交交换又有能量又有能量传送。送。 形状和形状函数形状和形状函数 一个体系的形状，可由它的一个体系的形状，可由它的客观物理性质如温度、压力等来描画。描画体系客观
19、物理性质如温度、压力等来描画。描画体系形状的物理量叫做形状函数，如形状的物理量叫做形状函数，如T、P、U、V、G、S、H。形状函数改动了，形状函数也随之改动；。形状函数改动了，形状函数也随之改动；形状函数的改动值只与体系的始态和终态有关而形状函数的改动值只与体系的始态和终态有关而与体系变化的详细途径无关。当体系由始态变化与体系变化的详细途径无关。当体系由始态变化到终态再由终态变化到始态时，形状函数的变化到终态再由终态变化到始态时，形状函数的变化值为零。值为零。形状函数的性形状函数的性质： 形状形状形状形状H1H2H3H1=H2+H3(P1, V1, T1)(P2, V2, T2)(P3, V3
20、, T3)1是是单值函数，一个形状由一函数，一个形状由一组确定的形状函数表述；确定的形状函数表述；2其改其改动量只与始、量只与始、终态有关，与途径无关；有关，与途径无关；3形状函数的集合和、差、形状函数的集合和、差、积、商也、商也为形状函数。形状函数。2-1 质量守恒定律质量守恒定律 参与化学反响前各种物质的总质量等于反响后参与化学反响前各种物质的总质量等于反响后全部生成物的总质量。全部生成物的总质量。2-2 反响反响热效效应 焓变 反响反响热效效应 在等温，体系只做体在等温，体系只做体积功的条件下，功的条件下，化学化学过程中体系吸收或放出的程中体系吸收或放出的热称称为此此过程的程的热效效应也
21、称也称为反响反响热。 焓变 热力学将力学将U+PV定定义为一个形状函数，一个形状函数，叫做叫做焓H,单位位为J，即，即H=U+PV，当不作非体，当不作非体积功功时，恒，恒压下体系下体系发生反响生反响时的的热效效应等于体系的等于体系的焓变H，即，即QP=H。 规范摩范摩尔生成生成焓简称称规范生成范生成焓 在在热力学力学规范范态下，由最下，由最稳定定单质生成生成1mol纯物物质的等的等压热效效应称称为规范摩范摩尔生成生成焓，用符号，用符号fH 表示，表示，单位位为J mol-1或或KJ mol-1 ，并，并规定在定在规范形状下最范形状下最稳定定单质的摩的摩尔生成生成焓为零，一些物零，一些物质的的f
22、H 可从有关手册中可从有关手册中查到。到。 摩摩尔焓变 当反响当反响发生了生了1mol反响反响时所引起的体系所引起的体系的的焓的的变化，称化，称为反响的摩反响的摩尔焓变，用符号，用符号fH 表表示，示，单位位为KJ mol-1 .mmmm 规范摩范摩尔焓变 当反响体系中物当反响体系中物质的温度一的温度一样，且均，且均处于于规范范态时，反响的摩，反响的摩尔焓变称称为该反响在反响在该温度下的温度下的规范摩范摩尔焓变，以符号，以符号rH (T)表示。表示。2-3 热化学方程式热化学方程式 表示化学反响热效应关系的方程式称为热化学方程式。表示化学反响热效应关系的方程式称为热化学方程式。 热化学方程式要
23、注明反响条件如温度、压力及参与反响热化学方程式要注明反响条件如温度、压力及参与反响物质的聚集态及反响的热效应，假设不注明温度和压力，都物质的聚集态及反响的热效应，假设不注明温度和压力，都是指反响在是指反响在298K及及100KPa下进展。下进展。m 规范形状规范形状 习惯上热力学规范态简称规范态规定习惯上热力学规范态简称规范态规定为：对于气体，规范态是压力为为：对于气体，规范态是压力为P P 及温度及温度T T下时且具有理想下时且具有理想气体性质的气体。在气体性质的气体。在SISI中中P =100KPaP =100KPa，叫做规范压力；对于，叫做规范压力；对于液体，规范态是压力为液体，规范态是
24、压力为P P 及温度为及温度为T T时的纯液体；对于固体时的纯液体；对于固体是压力为是压力为P P 及温度为及温度为T T时的纯固体。时的纯固体。 H2(g) + O2(g) = H2O (g) = -241.8 H2(g) + O2(g) = H2O (g) = -241.8 kJ/molkJ/mol25 C, 25 C, 规范形状，范形状，r: reaction (r: reaction (化学反响化学反响 m: mol ( m: mol (摩摩尔 : : 热力学力学规范形范形状状标态留意：留意： 反响物、反响物、产物要配平物要配平 标明物明物质的形状的形状 反响的反响的焓变热变化，是指化
25、，是指“1 mol “1 mol 反响，反响， 与反与反 应式的写法有关。式的写法有关。 逆反响的逆反响的热效效应与正反响的与正反响的热效效应数数值一一样而而符号相反。符号相反。例如例如:标态：标态： 气态时气态时, 为为100 kPa 溶液时，溶液时，1 mol / kg, 稀溶液时，稀溶液时，1mol / L 纯液体、纯固体：规范压力纯液体、纯固体：规范压力 100 kPa)下的纯真物。下的纯真物。2-4 热化学定律热化学定律 热化学定律是化学家化学定律是化学家归纳总结大量大量实验现实后得出的化后得出的化学反响中学反响中热量量变化化规律律 (1) 在一在一样条件下，正反响与逆反响的条件下，
26、正反响与逆反响的H数数值相等，符相等，符号相反。如在号相反。如在298K时： H2(g) + O2(g) H2O(g)； r H =-241.8KJ mol-1 H2O(g) H2(g) + O2(g)； r H =241.8KJ mol-1 (2)黑斯定律黑斯定律: 一个反响假一个反响假设能分成两步或多步能分成两步或多步实现，那么，那么总反响的反响的H等于各步反响等于各步反响H之和。之和。m21.21m.例如：例如： (1) C(1) C(石墨石墨) + O2(g) = CO2(g) rH) + O2(g) = CO2(g) rH (1)= -393.5 (1)= -393.5 kJ/mol
27、kJ/mol (2) CO(g) + O2(g) = CO2(g) rH(2) CO(g) + O2(g) = CO2(g) rH (2) = -283.0 (2) = -283.0 kJ/molkJ/mol(3) C(3) C(石墨石墨) + O2(g) = CO(g) rH) + O2(g) = CO(g) rH (3) = ? (3) = ?反响反响 (3) = (3) = 反响反响(1) (1) 反响反响(2)(2) rH rH (3) = rH (3) = rH (1) rH (1) rH (2) = -110.5 kJ/mol (2) = -110.5 kJ/molm m2 21
28、12 21 1m mm mm mm mm m例例4 P11：知：知298K时，有以下反响：时，有以下反响：求反响：求反响：解：反响解：反响可以看作以下二步反响之和：可以看作以下二步反响之和：mm=+=_=-393.51-(-282.99)KJmol-1=-110.52KJmol-12-5 2-5 2-5 2-5 生成生成生成生成热热生成生成生成生成焓焓 规范摩范摩尔生成生成焓简称称规范生成范生成焓 在在热力学力学规范范态下，由最下，由最稳定定单质生成生成 1mol 1mol 纯物物质的等的等压热效效应称称为规范摩范摩尔生成生成焓，用符号，用符号fH fH 表示，表示，单位位为kJ/molkJ/
29、mol。规范摩范摩尔生成生成焓可化学手册上可化学手册上查得。如：得。如： 物物质 能否能否稳定定态单质 fH fH Br2(g) Br2(g) 否否 30.907 30.907 Br2(l) Br2(l) 是是 0 0 C ( C (石墨石墨 是是 0 0 C ( C (金金刚石石 否否 1.897 1.897 白磷白磷 是是 0 0 红磷磷 否否 -17.6 -17.6 稳定定态单质的生成的生成焓等于零。等于零。 m mm mm m对于化学反响于化学反响: : 例：例：3 Fe2O3(s) + CO(g) = 2 Fe3O4(s) + CO2(g) 3 Fe2O3(s) + CO(g) =
30、2 Fe3O4(s) + CO2(g) ，计算算 rH =? rH =?解：解：( (查表表 3 Fe2O3(s) + CO(g) = 2 Fe3O4(s) + 3 Fe2O3(s) + CO(g) = 2 Fe3O4(s) + CO2(g)CO2(g) fH (kJ/mol) -824.2 -110.5 -1118 fH (kJ/mol) -824.2 -110.5 -1118 -393.5-393.5 rH = 2 rH = 2 fH (Fe3O4,s)+ fH (Fe3O4,s)+ fH(CO2,g) fH(CO2,g) 3 3 fH(Fe2O3,s) + fH(Fe2O3,s) + fH(CO,g) fH(CO,g) = 2 (-1118 = 2 (-1118+ + -393.5) 3 (-824.2) -393.5) 3 (-824.2) + (-110.5)+ (-110.5) = - 46.4 (kJ/mol) = - 46.4 (kJ/mol)m mm mm mm mm mm m练习：练习：P15 11. 12. 13. 14
