全国高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第1讲气

全国高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座全国高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座 第第 1 1 讲讲 气气 体体 全国高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座 第 1 讲 气 体 竞赛要求 气体 理想气体标准状态 理想气体状态方程 气体密度 分压定律 气体相对分子质量测定原理 知识梳理 一 气体 气体 液体和固体是物质存在的三种状态 气体的研究对化学学科的发展起过重大作用 气体与液体 固体相比 较 具有两个明显特点 1 扩散性 当把一定量的气体充入真空容器时 它会迅速充满整个容器空间 而且均匀分布 少量气体可以充满很大的容器 不同种的气体可以以任意比例均匀混合 2 可压缩性 当对气体加压时 气体体积缩小 原来占有体积较大的气体 可以压缩到体积较小的容器中 二 理想气体 如果有这样一种气体 它的分子只有位置而无体积 且分子之间没有作用力 这种气体称之为理想气体 当然它 在实际中是不存在的 实际气体分子本身占有一定的体积 分子之间也有吸引力 但在低压和高温条件下 气体 分子本身所占的体积和分子间的吸引力均可以忽略 此时的实际气体即可看作理想气体 三 理想气体定律 1 理想气体状态方程 将在高温低压下得到的波义耳定律 查理定理和阿佛加德罗定律合并 便可组成一个方程 pV nRT 1 1 这就是理想气体状态方程 式中 p 是气体压力 V 是气体体积 n 是气体物质的量 T 是气体的绝对温度 热力学温度 即摄氏度数 273 R 是气体通用常数 在国际单位制中 它们的关系如下表 表 1 1 R 的单位和值 p V n T R 国际单位制 Pa m3 mol K 8 314 或 kPa dm3 mol K 8 314 1 1 式也可以变换成下列形式 pV RT 1 2 p 则 1 3 式中 m 为气体的质量 M 为气体的摩尔质量 为气体的密度 对于一定量 n 一定 的同一气体在不同条件下 则有 1 4 如果在某些特定条件下 将 1 1 1 2 和 1 3 式同时应用于两种不同的气体时 又可以得出一些特殊 的应用 如将 1 1 式 n 在等温 等压 等容时应用于各种气体 则可以说明阿佛加德罗定律 因为物质的量相等 的气体 含有相等的分子数 若将 1 2 式 在等温 等压和等容时应用于两种气体 则得出 1 5 如果将 1 3 式 在等温等压下应用于两种气体 则有 1 6 若令 D D 为第一种气体对第二种气体得相对密度 则有 D 或 M1 DM2 1 7 已知 M 2g mol 29g mol 则 M1 2 D 或 M1 29D D 为某气体相对 H2 的密度 D 为某气体相对空气的密度 2 气体分压定律和分体积定律 1 气体分压定律 当研究对象不是纯气体 而是多组分的混合气体时 由于气体具有均匀扩散而占有容器全部空间的特点 无论是 对混合气 还是混合气中的每一组分 均可按照理想气体状态方程式进行计算 当一个体积为 V 的容器 盛有 A B C 三种气体 其物质的量分别为 nA nB nC 每种气体具有的分压分别是 pA pB pC 则混合气的总物质的量为 n nA nB nC 1 8 混合气的总压为 p pA pB pC 1 9 在一定温度下 混合气体的总压力等于各组分气体的分压力之和 这就是道尔顿分压定律 计算混合气各组分的分压有两种方法 根据理想气态方程计算 在一定体积的容器中的混合气体 p V n RT 混合气中各组分的分压 就是该组分单独占据总体积时所产生的 压力 其分压数值也可以根据理想气态方程式求出 pAV nART 1 10 pBV nBRT 1 11 pCV nCRT 1 12 根据摩尔分数计算 摩尔分数 XA 为混合气中某组分 A 的物质的量与混合气的总的物质的量之比 XA 1 13 混合气体中某组分的分压等于总压与摩尔分数的乘积 pA p XA 1 14 2 气体分体积定律 在相同的温度和压强下 混合气的总体积 V 等于组成混合气的各组分的分体积之和 V VA VB VC 1 15 这个定律叫气体分体积定律 高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座 第第 2 2 讲讲 溶液溶液 竞赛要求 分散系 胶体 溶解度 亨利定律 稀溶液通性 溶液浓度 溶剂 包括混合溶剂 知识梳理 一 分散系的基本概念及分类 一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质中所形成的体系称分散系 被分散的物质称分散质 把分散质分 开的物质称分散剂 按照分散质粒子的大小 常把分散系分为三类 见表 2 1 表 2 1 分散系铵分散质粒子的大小分类 分散系类型 分散质粒子直径 nm 分散质 主要性质 实例 分散系 分散质 分散剂 分子分散系 1 小分子 离子或原子 均相 稳定 扩散快 颗粒能透过半透膜 糖水 糖 水 胶体分散系 高分子溶液 1 100 大分子 均相 稳定扩散慢 颗粒不能透过半透膜 血液 蛋白质 水 溶胶 1 100 分子的小聚集体 多相 较稳定 扩散慢 颗粒不能透过半透膜 胶体 n 水 粗分散系 100 分子的大聚集体 多相 不稳定 扩散很慢 颗粒不能透过半透膜 泥水 泥土 水 在体系中物理性质和化学性质完全相同的一部分称相 分子分散系又称溶液 因此溶液是指分散质分子 离子或原子均匀地分散在分散剂中所得的分散系 溶液可分为 固态溶液 如某些合金 气态溶液 如空气 和液态溶液 最常见也是最重要的是液态溶液 特别是以水为溶 剂的水溶液 二 溶解度和饱和溶液 1 溶解度 在一定温度下的饱和溶液中 在一定量溶剂中溶解溶质的质量 叫做该物质在该温度下的溶解度 易溶于水的固 体的溶解度用 100 g 水中溶解溶质的质量 g 表示 一定温度下 难溶物质饱和溶液的 物质的量 浓度也常 用来表示难溶物质的溶解度 例如 298 K 氯化银的溶解度为 1 10 5 mol L 1 2 饱和溶液 在一定温度下 未溶解的溶质跟已溶解的溶质达到溶解平衡状态时的溶液称为饱和溶液 在饱和溶液中 存在着 下列量的关系 高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座 第第 3 3 讲讲 化学热力学基础化学热力学基础 竞赛要求 热力学能 内能 焓 热容 自由能和熵的概念 生成焓 生成自由能 标准熵及有关计算 自由能变化与反 应的方向性 吉布斯 亥姆霍兹方程极其应用 范特霍夫标准熵及其应用 热化学循环 知识梳理 一 基本概念 1 体系和环境 体系 我们研究的对象 称为体系 环境 体系以外的其它部分 称为环境 例如 我们研究杯子中的 H2O 则 H2O 是体系 水面上的空气 杯子皆 为环境 当然 桌子 房屋 地球 太阳也皆为环境 但我们着眼于和体系密切相关的环境 即为空气和杯子等 又如 若以 N2 和 O2 混合气体中的 O2 作为体系 则 N2 是环境 容器也是环境 按照体系和环境之间的物质 能量的交换关系 将体系分为三类 1 敞开体系 既有物质交换 也有能量交换 2 封闭体系 无物质交换 有能量交换 3 孤立体系 既无物质交换 也无能量交换 例如 一个敞开瓶口 盛满热水的瓶子 水为体系 则是敞开体系 若加上一个盖子 则成为封闭体系 若将瓶 子换成杜瓦瓶 保温瓶 则变成孤立体系 热力学上研究得多的是封闭体系 2 状态和状态函数 状态 由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的一种存在形式 称为体系的状态 状态函数 确定体系状态的物理量 是状态函数 例 某理想气体体系 n 1 mol p 1 013 105 Pa V 22 4 dm3 T 273 K 这就是一种存在状态 我们称其处于一种标准状态 是由 n p V T 所确定下来的体 系的一种状态 因而 n p V T 都是体系的状态函数 状态一定 则体系的状态函数一定 体系的一个或几个 状态函数发生了变化 则体系的状态也要发生变化 始态和终态 体系变化前的状态为始态 变化后的状态为终态 状态函数的改变量 状态变化始态和终态一经确 定 则状态函数的改变量是一定的 例如 温度的改变量用 T 表示 则 T T T 同样理解 n p V 等的意义 3 过程和途径 高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座 第第 4 4 讲讲 原子结构与元素周期律原子结构与元素周期律 竞赛要求 核外电子运动状态 用 s p d 等来表示基态构型 包括中性原子 正离子和负离子 核外电子排布 电离能 电子亲合能 电负性 四个量子数的物理意义及取值 单电子原子轨道能量的计算 s p d 原子轨道图像 元 素周期律与元素周期系 主族与副族 过渡元素 主 副族同族元素从上到下性质变化一般规律 同周期元素从 左到右性质变化一般规律 原子半径和离子半径 s p d ds f 区元素的基本化学性质和原子的电子构型 元素在周期表中的位置与核外电子结构 电子层数 价电子层与价电子数 的关系 最高氧化态与族序数的关系 对角线规则 金属性 非金属性与周期表位置的关系 金属与非金属在周期表中的位置 半金属 主 副族重要 而常见元素的名称 符号及在周期表中的位置 常见氧化态及主要形态 铂系元素的概念 知识梳理 一 核外电子的运动状态 1 微观粒子的二重性 1 光的波动性 波长 传播方向上相邻两个波峰 波谷 间距离 频率 v 频率就是物质 光子 在单位时间内振动的次数 单位是 Hz 1Hz 1 s 1 光速 c v 真空中 2 998 10 8 m s 1 3 10 8 m s 1 大气中降低 但变化很小 可忽略 波数 cm 1 2 光的微粒性 1900 年根据实验情况 提出了原子原子只能不连续地吸收和发射能量的论点 这种不连续能量的基本单位称为 光量子 光量子的能量 E 与频率 v 成正比 即 E h 4 1 式中 h 为普朗克常数 等于 6 626 10 34 J s 3 白光是复色光 可见光的颜色与波长 颜色 紫 兰 青 绿 黄 橙 红 波长 nm 400 430 430 470 470 500 500 560 560 590 590 630 630 760 4 电子的波粒二重性 物质波 1923 年德布罗意 L de Broglie 类比爱因斯坦的光子学说后提出 电子不但具