1化学反应中能量与质量的关系无机化学整理天津大学ppt课件

1、第一章第一章 化学反应中的化学反应中的质量关系和能量关系质量关系和能量关系第一节第一节 化学反应中的计量化学反应中的计量1-1-1 相对原子质量和相对分子质量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。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。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。称为同位素。 自然界中氧就有三种同位素自然界中氧就有三种同位素: : 16O 17O 16O 17O 18O18O含量含量/%

2、 99.759 0.037 0.204/% 99.759 0.037 0.204 碳也有三种同位素：碳也有三种同位素： 12C 12C 13C 14C13C 14C含量含量/% 98.892 1.108/% 98.892 1.1081-1-1 相对原子质量和相对分子质量相对原子质量和相对分子质量 例如：例如： Ar(H) = 1.0079 Ar(H) = 1.0079 Ar(O) = 15.999 Ar(O) = 15.999相对原子质量相对原子质量(Ar)(Ar)元素的平均原子质量与核素元素的平均原子质量与核素12C12C原子原子质量的质量的1/121/12之比。之比。以往被称为原子量。以往

3、被称为原子量。1-1-1 相对原子质量和相对分子质量相对原子质量和相对分子质量例如：例如： Mr(H2O)= 18.0148 18.01 Mr(H2O)= 18.0148 18.01 Mr(NaCl)= 58.443 58.44 Mr(NaCl)= 58.443 58.44相对分子质量相对分子质量(Mr)(Mr)物质的分子或特定单元的平均质量与核素物质的分子或特定单元的平均质量与核素12C12C原子质量原子质量的的1/121/12之比。之比。以前被称为分子量。以前被称为分子量。1-1-2物质的量及其单位物质的量及其单位 是用于计量指定的微观基本单元是用于计量指定的微观基本单元 ( (如分子、原

4、子、离子、电子等微观如分子、原子、离子、电子等微观 粒子粒子) )或其特定组合的一个物理量或其特定组合的一个物理量物质的量物质的量符号：符号：n n单位：摩单位：摩 尔尔 （molemole）、）、molmol1-1-2物质的量及其单位物质的量及其单位 系统中的物质的量若为系统中的物质的量若为 1 mol 1 mol，表示该系统中所包含的基本单元数与表示该系统中所包含的基本单元数与0.012kg12C0.012kg12C的原子数的原子数目相等。目相等。 0.012 kg 12C 0.012 kg 12C所含的碳原子数目称为阿伏加德罗常数所含的碳原子数目称为阿伏加德罗常数AvogadroAvog

5、adro（NANA） (6.022 (6.02210231023个个) )。1-1-2物质的量及其单位物质的量及其单位 1mol H2 1mol H2表示有表示有NANA个氢分子个氢分子2mol C2mol C表示有表示有2NA2NA个碳原子个碳原子3mol Na+3mol Na+表示有表示有3NA3NA个钠离子个钠离子4mol (H2+4mol (H2+O2)O2)表示有表示有4NA4NA个个(H2+(H2+O2)O2)的特定组合体的特定组合体，其中含有，其中含有4NA4NA个氢分子和个氢分子和2NA2NA个氧分子个氧分子1-1-2物质的量及其单位物质的量及其单位 在使用摩尔这个单位时，一定

6、要指明基本单位在使用摩尔这个单位时，一定要指明基本单位( (以化学以化学式表示式表示) )，否则示意不明。，否则示意不明。例如例如: : 笼统说笼统说“1mol“1mol氢氢”难以断定是指难以断定是指1mol1mol氢分子氢分子还是指还是指1mol1mol氢原子或氢原子或1mol1mol氢离子氢离子1-1-2物质的量及其单位物质的量及其单位 如如 含含1molO21molO2和和4molN24molN2的混合气体中的混合气体中, , O2 O2和和N2N2的摩尔分数分别为：的摩尔分数分别为：x(O2)=1mol/(1+4)mol =1/5x(O2)=1mol/(1+4)mol =1/5x(N2

7、)=4mol/(1+4)mol =4/5x(N2)=4mol/(1+4)mol =4/5在混合物中，在混合物中，B B的物质的量的物质的量(nB)(nB)与混合与混合物的物质的量物的物质的量(n)(n)之比，称为组分之比，称为组分B B的的物质的量分数物质的量分数(xB)(xB)，又称，又称B B的摩尔分数的摩尔分数摩尔分数摩尔分数1-1-3 摩尔质量和摩尔体积摩尔质量和摩尔体积 例如例如 1mol H2的质量为的质量为2.0210-3kg H2的摩尔质量为的摩尔质量为2.0210-3kgmol-1某物质的质量某物质的质量(m)除以该物质的物质的量除以该物质的物质的量(n)M = m/n M的

8、单位：的单位：kgmol-1或或gmol-1摩尔质量摩尔质量1-1-3 摩尔质量和摩尔体积摩尔质量和摩尔体积 例如例如 在标准状况在标准状况(STP)(273.15K及及101.325kPa下下)，任何理，任何理想气体的摩尔想气体的摩尔体积为：体积为：Vm,273.15K = 0.022414 m3mol-1 = 22.414Lmol-1 22.4Lmol-1某气体物质的体积某气体物质的体积(V)除以该气体物质的量除以该气体物质的量(n) Vm = V/n 单位：单位： m3mol-1摩尔体积摩尔体积1-1-4 物质的量浓度物质的量浓度 溶液中某溶质溶液中某溶质B的物质的量的物质的量(nB)除

9、以溶液的体积除以溶液的体积(V)。cB = nB/V 对溶液来说，即对溶液来说，即1L溶液中所含溶质溶液中所含溶质B的物质的量的物质的量 单位：摩单位：摩(尔尔)每升每升 单位符号：单位符号：molL-1例如例如 若若1L的的NaOH溶液中含有溶液中含有0.1 mol 的的NaOH，其浓度，其浓度可表示为：可表示为： c(NaOH) = 0.1 molL-1物质的量浓度简称为浓度物质的量浓度简称为浓度物质的量浓度物质的量浓度(cn)1-1-5 气体的计量气体的计量2.2.研究气体性质的意义研究气体性质的意义(1)(1)是物质的一种较简单的聚集状态。是物质的一种较简单的聚集状态。(2)(2)许多

10、生化过程和化学变化都是在空气中发生的。许多生化过程和化学变化都是在空气中发生的。(3)(3)许多气体参与了重要的化学反应。许多气体参与了重要的化学反应。3.3.气体的基本特征气体的基本特征1-1-5 气体的计量气体的计量(1)(1)无固定的形状和体积。无固定的形状和体积。(2)(2)扩散性和易被压缩性扩散性和易被压缩性 。(3)(3)分子间距离大分子间距离大, ,分子间作用力小。分子间作用力小。(4)(4)不同气体可以任意比例均匀混合。不同气体可以任意比例均匀混合。(5)(5)密度小。密度小。4. 4. 理想气体的基本假定理想气体的基本假定 (1) (1) 气体分子本身只有质量而没有体积。气体

11、分子本身只有质量而没有体积。 （2 2气体分子间没有相互作用力。气体分子间没有相互作用力。 （3 3气体分子之间的碰撞气体分子之间的碰撞, , 包括分子与分子、分子与包括分子与分子、分子与器壁之间的碰撞器壁之间的碰撞, , 是完全弹性碰撞是完全弹性碰撞无动能损耗无动能损耗. . 5. 5. 气体压力的产生气体压力的产生 1-1-5 气体的计量气体的计量气体分子碰撞器壁气体分子碰撞器壁1-1-5 气体的计量气体的计量 理想气体状态方程理想气体状态方程pV = nRTp气体的压力，单位为帕气体的压力，单位为帕(Pa)V体积，单位为立方米体积，单位为立方米(m3)n物质的量，单位为摩物质的量，单位为

12、摩(mol)T热力学温度，单位为热力学温度，单位为“开开”(K)R摩尔气体常数摩尔气体常数 适用对象适用对象 实际工作中，当压力不太高、温度不太低的情况下，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。关系可近似地用理想气体状态方程来描述。 摩尔气体常数摩尔气体常数实验测知实验测知1mol理想气体在标准状况下的体积为理想气体在标准状况下的体积为 22.4141

13、0-3 m3, 那么那么 101.325103Pa22.41410-3 m31mol273.15KR= pV/nT= 8.3144 Pam3mol-1K-1= 8.3144 Jmol-1K-1理想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用1-1-5 气体的计量气体的计量 理想气体分压定律理想气体分压定律 气体的分压气体的分压(pB) 气体混合物中，某一分气体气体混合物中，某一分气体B对器壁所对器壁所施加的压力。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。生的压力。道尔顿分压定律道尔顿分压定律混合气体的总压力等于各

14、组分气体的分压之混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。和。 p = pB 总压与分压的关系总压与分压的关系如如 组分气体组分气体B的物质的量为的物质的量为nB 混合气体的物质的量为混合气体的物质的量为n 混合气体的体积为混合气体的体积为V则它们的压力：则它们的压力： pB = nBRT/V p = nRT/V将两式相除，得将两式相除，得pB nBp n为组分气体为组分气体B B的摩尔分数的摩尔分数nBn 总压与分压的关系总压与分压的关系同温同压下同温同压下, ,气体物质的量与其体积成正比气体物质的量与其体积成正比 那么那么pB nBp npB = pVBV 解解m(CO2) 5.00gM(

15、CO2) 44.01gmol-1n(CO2)= = =0.114molp(CO2)= = Pa n(CO2)RT 0.1148.314303.15 V 1.0010-2=2.87104 Pap(N2)=p-p(O2)-p(CO2)=(9.33-2.67-2.87)104Pa =3.79104 Pa 体积为体积为10.0L10.0L含含N2N2、O2O2、CO2CO2的混合气体的混合气体, ,T=30T=30、p =93.3kPa, p =93.3kPa, 其中其中:p(O2)=26.7kPa, :p(O2)=26.7kPa, CO2CO2的含量为的含量为5.00g, 5.00g, 试计算试计算

16、N2N2、CO2CO2分压。分压。例例1-1-6 化学计量化合物和非计量化合物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, 因此又称最简式因此又称最简式化学式化学式分子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。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：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对于那些非分子型物质,只能用最简式表示只能用最简式表示例如：离子型化合物氯化钠，习惯上以

17、最例如：离子型化合物氯化钠，习惯上以最 简式简式NaCl表示。表示。1-1-6 化学计量化合物和非计量化合物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整数比的化合物，这类化合物又称整比化合物或道尔顿体。合物或道尔顿体。例如：例如：一氧化碳中氧与碳质量比恒为一氧化碳中氧与碳质量比恒为4 3原子比恒为原子比恒为1 1化学计量化合物化学计量化合物1-1-6 化学计量化合物和非计量化合物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，而又保持基本结构不变的化合物组成可在一个较小范围内变动，而又保持基本结构不变的化合物，这类