化学反应中能量与质量的关系无机化学整理天津大学

01:531/28第一章化学反应中的质量关系和能量关系第一节化学反应中的计量01:532/281-1-1相对原子质量和相对分子质量具有确定质子数和中子数的一类单核粒子称为核素。元素是具有相同质子数的一类单核粒子的总称。质子数相等而中子数不等的同一元素的一些原子品种互称为同位素。

自然界中氧就有三种同位素:

16O17O18O含量/%99.7590.0370.204

碳也有三种同位素：

12C13C14C含量/%

98.8921.10801:533/281-1-1相对原子质量和相对分子质量

例如：

Ar(H)=1.0079

Ar(O)=15.999相对原子质量(Ar)元素的平均原子质量与核素12C原子质量的1/12之比。以往被称为原子量。01:534/281-1-1相对原子质量和相对分子质量例如：Mr(H2O)=18.0148≈18.01

Mr(NaCl)=58.443≈58.44相对分子质量(Mr)物质的分子或特定单元的平均质量与核素12C原子质量的1/12之比。以前被称为分子量。01:535/281-1-2物质的量及其单位是用于计量指定的微观基本单元(如分子、原子、离子、电子等微观粒子)或其特定组合的一个物理量物质的量符号：n单位：摩[尔]（mole）、mol01:536/281-1-2物质的量及其单位系统中的物质的量若为

1mol，表示该系统中所包含的基本单元数与0.012kg12C的原子数目相等。

0.012kg12C所含的碳原子数目称为阿伏加德罗常数[Avogadro]（NA）(6.022×1023个)。01:537/281-1-2物质的量及其单位

1molH2表示有NA个氢分子

2molC表示有2NA个碳原子

3molNa+表示有3NA个钠离子

4mol(H2+½O2)表示有4NA个(H2+½O2)的特定组合体，其中含有4NA个氢分子和2NA个氧分子01:538/281-1-2物质的量及其单位在使用摩尔这个单位时，一定要指明基本单位(以化学式表示)，否则示意不明。例如:笼统说“1mol氢”难以断定是指1mol氢分子还是指1mol氢原子或1mol氢离子01:539/281-1-2物质的量及其单位

如含1molO2和4molN2的混合气体中,O2和N2的摩尔分数分别为：x(O2)=1mol/(1+4)mol=1/5

x(N2)=4mol/(1+4)mol=4/5在混合物中，B的物质的量(nB)与混合物的物质的量(n)之比，称为组分B的物质的量分数(xB)，又称B的摩尔分数摩尔分数01:5310/281-1-3摩尔质量和摩尔体积

例如1molH2的质量为2.02×10-3kgH2的摩尔质量为2.02×10-3kg·mol-1某物质的质量(m)除以该物质的物质的量(n)M=m/n

M的单位：kg·mol-1或g·mol-1摩尔质量01:5311/281-1-3摩尔质量和摩尔体积

例如在标准状况(STP)(273.15K及101.325kPa下)，任何理想气体的摩尔体积为：Vm,273.15K=0.022414m3·mol-1

=22.414L·mol-1≈22.4L·mol-1某气体物质的体积(V)除以该气体物质的量(n)

Vm=V/n单位：m3·mol-1摩尔体积01:5312/281-1-4物质的量浓度

溶液中某溶质B的物质的量(nB)除以溶液的体积(V)。cB=nB/V

对溶液来说，即1L溶液中所含溶质B的物质的量单位：摩(尔)每升单位符号：mol·L-1例如若1L的NaOH溶液中含有0.1mol的NaOH，其浓度可表示为：

c(NaOH)=0.1mol·L-1物质的量浓度简称为浓度物质的量浓度(cn)01:5313/281.物质聚集状态有三种：气态（gaseousstate）、液态（

liquidstate）和固态（

solidstate）。聚集状态粒子间距离粒子运动压缩性扩散性固体小不活跃－－液体较小不活跃很小有气体大活跃有有1-1-5气体的计量01:5314/282.研究气体性质的意义(1)是物质的一种较简单的聚集状态。(2)许多生化过程和化学变化都是在空气中发生的。(3)许多气体参与了重要的化学反应。3.气体的基本特征1-1-5气体的计量(1)无固定的形状和体积。(2)扩散性和易被压缩性。(3)分子间距离大,分子间作用力小。(4)不同气体可以任意比例均匀混合。(5)密度小。01:5315/284.理想气体的基本假定(1)气体分子本身只有质量而没有体积。（2）气体分子间没有相互作用力。（3）气体分子之间的碰撞,包括分子与分子、分子与器壁之间的碰撞,是完全弹性碰撞――无动能损耗.5.气体压力的产生1-1-5气体的计量气体分子碰撞器壁01:5316/281-1-5气体的计量

理想气体状态方程pV=nRTp——气体的压力，单位为帕(Pa)

V——体积，单位为立方米(m3)

n——物质的量，单位为摩(mol)

T——热力学温度，单位为“开”(K)

R——摩尔气体常数01:5317/28

适用对象实际工作中，当压力不太高、温度不太低的情况下，气体分子间的距离大，分子本身的体积和分子间的作用力均可忽略，气体的压力、体积、温度以及物质的量之间的关系可近似地用理想气体状态方程来描述。01:5318/28

摩尔气体常数实验测知1mol理想气体在标准状况下的体积为22.414×10-3m3,则

101.325×103Pa×22.414×10-3m31mol×273.15K=R=pV/nT=8.3144Pa·m3·mol-1·K-1=8.3144J·mol-1·K-101:5319/28理想气体状态方程的应用1)求摩尔质量M=mRT/pV2)求密度ρ

=

m/V

ρ=pM/RT或M=ρRT/p1.计算p,V,T,n中的任意物理量2.确定气体的密度和摩尔质量01:5320/281-1-5气体的计量

理想气体分压定律

气体的分压(pB)

——气体混合物中，某一分气体B对器壁所施加的压力。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。道尔顿分压定律——混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。

p=

ΣpB01:5321/28

总压与分压的关系如组分气体B的物质的量为nB混合气体的物质的量为n混合气体的体积为V则它们的压力：pB=nBRT/V

p=nRT/V将两式相除，得pB

nBp

n＝为组分气体B的摩尔分数nBnpB=pnBn则01:5322/28

总压与分压的关系同温同压下,气体物质的量与其体积成正比则VBnBVn=pB

nBp

n＝而所以pB=

pVBV01:5323/2801:5324/28

解m(CO2)5.00gM(CO2)44.01g·mol-1n(CO2)===0.114molp(CO2)==Pan(CO2)RT0.114×8.314×303.15

V1.00×10-2=2.87×104Pap(N2)=p-p(O2)-p(CO2)=(9.33-2.67-2.87)×104Pa=3.79×104Pa体积为10.0L含N2、O2、CO2的混合气体,T=30℃、p=93.3kPa,其中:p(O2)=26.7kPa,CO2的含量为5.00g,试计算N2、CO2分压。例01:5325/281-1-6化学计量化合物和非计量化合物

能表明组成化学物质的各元素原子数目之间最简单的整数比关系,因此又称最简式化学式分子式能表明分子型物质中一个分子所包含的各种元素原子的数目。分子式可能和最简式相同，也可能是最简式的整数倍。例如：对于那些非分子型物质,只能用最简式表示例如：离子型化合物氯化钠，习惯上以最简式NaCl表示。分子型物质化学式分子式气态氯化铝AlCl3Al2Cl6水H2OH2O01:5326/281-1-6化学计量化合物和非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，这类化合物又称整比化合物或道尔顿体。例如：一氧化碳中氧与碳质量比恒为4∶3原子比恒为1∶1化学计量化合物01:5327/281-1-6化学计量化合物和非计量化合物组成可在一个较小范围内变动