第一章物质的聚集状态

1、 无机化学无机化学 第二版第二版 无机化学 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材 教育部高职高专规划教材教育部高职高专规划教材 第二版第二版 主编主编 胡伟光胡伟光 张桂珍张桂珍 l课程内容多、信息量较大。课程内容多、信息量较大。l每课时讲授内容多、进度较快每课时讲授内容多、进度较快,课外作业量较少。课外作业量较少。 l 通常采用集中安排习题课的方法，对学习的内容进行通常采用集中安排习题课的方法，对学习的内容进行总结复习。总结复习。l自习时间相对较多，强调自学能力的提高。自习时间相对较多，强调自学能力的提高。l注重应用能力和实践能力的训练和培养。注重应用能力和实

2、践能力的训练和培养。 无机化学课程的学习方法无机化学课程的学习方法l无机化学是化工类专业的重要基础课，无机化学是化工类专业的重要基础课， 设有理论课和设有理论课和实验课，它们是一个整体，是互相补充和完善的实验课，它们是一个整体，是互相补充和完善的,学习学习中不能偏废。中不能偏废。 l 无机化学课的内容涉及面广，无机化学课的内容涉及面广， 学习中要着重于物理学习中要着重于物理意义的理解，并应用这些概念和理论来说明元素和化意义的理解，并应用这些概念和理论来说明元素和化合物的性质及其有关无机化学的问题。合物的性质及其有关无机化学的问题。 l学习中要及时的复习，学会总结归纳，提炼重点知识，形成学习学习

3、中要及时的复习，学会总结归纳，提炼重点知识，形成学习能力。能力。l无机化学是化工类专业重要的基础课，具有承前启后的重要作用，无机化学是化工类专业重要的基础课，具有承前启后的重要作用，希望同学们给以高度的重视。希望同学们给以高度的重视。l勤于学习，善于思考，提高分析问题和解决问题的能力，为勤于学习，善于思考，提高分析问题和解决问题的能力，为后续的专业课程学习奠定坚实的基础。后续的专业课程学习奠定坚实的基础。 第一章第一章 物资的聚集状态物资的聚集状态学习目标：学习目标：l掌握物质三态的性质和主要特点。掌握物质三态的性质和主要特点。 l掌握理想气体状态方程式、气体分压定律及应掌握理想气体状态方程式

4、、气体分压定律及应用。用。l掌握化学反应热效应，正确书写热化学方程式。掌握化学反应热效应，正确书写热化学方程式。l掌握盖斯定律应用及有关计算方法。掌握盖斯定律应用及有关计算方法。 本章目录本章目录第一节第一节 基本概念基本概念第二节第二节 物质的聚集状态物质的聚集状态第三节第三节 化学反应中的能量关系化学反应中的能量关系 第一节第一节 基本概念基本概念为研究问题的方便，需先确定研究对象的范围和界限，为研究问题的方便，需先确定研究对象的范围和界限，即将某一部分物体或空间，人为地和自然界的其余部分分即将某一部分物体或空间，人为地和自然界的其余部分分开开来，作为研究的重点。来，作为研究的重点。系统：

5、系统：被划出来作为研究对象的这部分物体或空间称为系被划出来作为研究对象的这部分物体或空间称为系统。统。环境：环境：系统以外的其它部分，则称为环境。实际上，系统以外的其它部分，则称为环境。实际上，环境环境通通常是指与系统有相互影响的有限部分。常是指与系统有相互影响的有限部分。 系统与环境间可以存在真实界面，也可以不存在界面。系统与环境间可以存在真实界面，也可以不存在界面。 第一节第一节 基本概念基本概念相：相：系统中物理和化学性质相同而且完全均匀的一部分系统中物理和化学性质相同而且完全均匀的一部分称为相。称为相。相与相之间有分界面，可以用机械的方法把它们分离开。相与相之间有分界面，可以用机械的方

6、法把它们分离开。 这里的这里的“均匀均匀”是指一种微观尺度的均匀，但一个相不是指一种微观尺度的均匀，但一个相不一定只含一种物质。一定只含一种物质。【例【例1】乙醇和水混合形成的溶液：乙醇和水混合形成的溶液： 互溶均匀，含两种物互溶均匀，含两种物 质，质， 是一个液相。是一个液相。【例【例2】油和水混合：油和水混合： 不互溶，含两种物资，二者之间存在着明显的界面，不互溶，含两种物资，二者之间存在着明显的界面， 是一个二相系统。是一个二相系统。 第二节第二节 物资的聚集状态物资的聚集状态物资的物资的“三态三态” 气态气态 ：液态：液态：分子间距介于气体和固体之间分子间距介于气体和固体之间 ，具有一

7、定的体，具有一定的体 积和流动性，其形状随容器的形状而定，难以压缩积和流动性，其形状随容器的形状而定，难以压缩。 固态：固态：分子间距离最小，作用力较强。分子间距离最小，作用力较强。 具有一定的形状和体积，且不易被压缩。具有一定的形状和体积，且不易被压缩。分子间距离最大，作用力最弱，可无限制膨胀分子间距离最大，作用力最弱，可无限制膨胀，均匀地充满任意形状的容器，气体本身没有均匀地充满任意形状的容器，气体本身没有具体的形状，且易被压缩。具体的形状，且易被压缩。小结：物质的气、液、固三种聚集状态决定于物质分子间距的大小。当外界小结：物质的气、液、固三种聚集状态决定于物质分子间距的大小。当外界 条件

8、改变时，物质可以从一种聚集状态转变成另一种聚集状态。条件改变时，物质可以从一种聚集状态转变成另一种聚集状态。 想一想：想一想： 分子间距的大小与外界条件密切相关。为什么？分子间距的大小与外界条件密切相关。为什么？ 第二节第二节 物资的聚集状态物资的聚集状态一、气体一、气体1.理想气体理想气体定义：定义：理想气体分子只有位置而不占有体积。理想气体分子只有位置而不占有体积。 是一个具有质量的几何点。是一个具有质量的几何点。 分子之间没有相互吸引力分子之间没有相互吸引力。 分子之间及分子与其比之间发生的碰撞不造成动能损失。分子之间及分子与其比之间发生的碰撞不造成动能损失。【注意】【注意】1.1.理想

9、气体只是一人为的气体模型，实际中它是不存在的。理想气体只是一人为的气体模型，实际中它是不存在的。 理想气体是真实气体的一个理想模型理想气体是真实气体的一个理想模型。 2. 一般真实气体，如氮、氧、氢、氦等，在温度不太低，压强不一般真实气体，如氮、氧、氢、氦等，在温度不太低，压强不太大时，都可以近似看做理想气体。太大时，都可以近似看做理想气体。 3.不同的气体具有共同的规律，说明这些规律反映了气体的共性。不同的气体具有共同的规律，说明这些规律反映了气体的共性。 引入理想气体概念的目的：引入理想气体概念的目的：为了将实际问题简单化，形成一个标准。为了将实际问题简单化，形成一个标准。 2.理想气体状

10、态方程理想气体状态方程低压下气体的低压下气体的n、V与与T之间的关系即状态方程：之间的关系即状态方程： （1.1）R比例常数，大小与比例常数，大小与n、V、T 以及气体的种类无关，称之为气以及气体的种类无关，称之为气体普适常数。体普适常数。 pVnRT mnMmpVRTM 因为： 118.31441RJ molKmpMRTRTV （1.2）（1.3） 【例【例1-1 】 某气体在某气体在20、l00kPa下的体积为下的体积为50dm3，求将该气体变到，求将该气体变到200kPa、80状态下的体积。状态下的体积。解：解：p1 、 V1、T1分别代表始态下气体的压力、体积和温度，以分别代表始态下气

11、体的压力、体积和温度，以p2、V2、T2分别代表终态下的相应的量，因气体的物质的量分别代表终态下的相应的量，因气体的物质的量n不变，不变，根据公式（根据公式（1.1）有）有 p1 = l00kPa、V1= 50dm3 T1=（273.1520） K = 293.15K p2 = 200kPa、T2 =（273.1580）K = 353.15K代入公式，可求得代入公式，可求得:331 2212 1100 353.155030.12200 293.15pTVVdmdmp T1 12212pVp VTT【例【例22 】 一个体积为一个体积为40.0dm3的氮气钢瓶，在的氮气钢瓶，在25 时，使用前压

12、力为时，使用前压力为12.5Mpa.求钢瓶压力降为求钢瓶压力降为10.0 Mpa时所用去的氮气质量。时所用去的氮气质量。 解：使用前钢瓶中解：使用前钢瓶中N2的物质的量为：的物质的量为： n1=molKKmolJRTVpmpa2022515.273()314.80.405.1233611010molKKmolJRTVmppa1612515.273314.80.400.1033621010 n2=所用氮气的质量为所用氮气的质量为：m = (n1-n2)M=(202-161)mol l28.028.0molg=1.11.110103 3g = 1.1kgg = 1.1kg3.分压定律分压定律 l

13、分压的概念分压的概念 通常各种通常各种互不反应互不反应的气体都能以任何比例完全混合成为均匀的混的气体都能以任何比例完全混合成为均匀的混合气体。在混合气体中任一组分气体都对器壁施以压力，对器合气体。在混合气体中任一组分气体都对器壁施以压力，对器壁壁的单位面积来说，的单位面积来说，某种气体所施的力某种气体所施的力就是该气体的分压强。就是该气体的分压强。 即：在同一温度下，某气体组分即：在同一温度下，某气体组分B： 单独存在且占有与混合气体单独存在且占有与混合气体相同体积相同体积时，所具有的压强称为该气时，所具有的压强称为该气体的分压强，用体的分压强，用 表示。表示。 而混合气体中所有组分共同作用于

14、容器器壁单位面积上的力，称而混合气体中所有组分共同作用于容器器壁单位面积上的力，称为总压强，用为总压强，用 表示。表示。Bpp 总压和分压究竟有什么关系呢？总压和分压究竟有什么关系呢？ 当气体混合物压强较低时，低压下气体混合物的总压等于组成混当气体混合物压强较低时，低压下气体混合物的总压等于组成混合物的各种气体分压之和合物的各种气体分压之和 - 分压定律：分压定律： （1-4）12Bpppp 理想气体状态方程不仅适用于单一组分气体，而且也适用于多种理想气体状态方程不仅适用于单一组分气体，而且也适用于多种组分组成的混合气体。组分组成的混合气体。 分压定律的另一种表达形式：分压定律的另一种表达形式

15、： 对于低压下气体混合物中各种气体，有对于低压下气体混合物中各种气体，有112222pVnRTpVnRTpVnRTpV nRT(1-5)312123;BBnnnnpp pp ppppnnnn 即 BBnyn112233;BBpy p py p py ppy p即 令气体摩尔分数用 表示 ,则有： 用公式（1.5）各组分的方程式分别除以 可得: 物理意义 ：低压下气体混合物中，某一组分的分压等于其在混合物中的摩尔分数与混合气体总压的乘积。【例【例1-3】 今有今有293K、30KPa的氧气的氧气1L和和293K、15KPa的氮氧气的氮氧气4L，将这两，将这两种气体同时装入种气体同时装入3L的容器

16、中，温度仍为的容器中，温度仍为293K，试求此混合气体的总，试求此混合气体的总压力。压力。 解：解： 首先求出各个气体的分压力。因为温度不变，首先求出各个气体的分压力。因为温度不变， 即：即：22ONppp30KPa1L = 于是总压力为：= 1 10KPa a 2 20KPa = 3a = 30KPa a30KPa1L = 2Op3L 故2Op= 1= 10KPa a 15KPa4L = 3L 2Np 2Np= 2 20KPa a 故 ，二、液体二、液体特点：特点：没有固定的外形和显著的膨胀性。没有固定的外形和显著的膨胀性。 没有确定的体积，流动性、掺混性、表面张力，固定的凝没有确定的体积，

17、流动性、掺混性、表面张力，固定的凝固点和沸点。某些方面接近于气体，更多的方面类似固体。固点和沸点。某些方面接近于气体，更多的方面类似固体。1.1.液体的蒸汽压液体的蒸汽压蒸发过程和凝聚过程：蒸发过程和凝聚过程：蒸发：蒸发是液体变成蒸汽的过程。蒸发：蒸发是液体变成蒸汽的过程。凝固：蒸汽分子与液面撞击时，被捕获进入液体的过程。凝固：蒸汽分子与液面撞击时，被捕获进入液体的过程。饱和蒸汽压：饱和蒸汽压：V V凝聚凝聚=V =V 蒸发蒸发 动态平衡动态平衡 这种平衡状态下该气体在容器中的分压称为饱和蒸汽压。简称蒸汽这种平衡状态下该气体在容器中的分压称为饱和蒸汽压。简称蒸汽压。压。 蒸汽压是物质的一种特性

18、，常用来表征液态分子在一定温度下蒸发蒸汽压是物质的一种特性，常用来表征液态分子在一定温度下蒸发成气态分子的倾向大小成气态分子的倾向大小。(1)液体的蒸汽压表达了一定温度下液体蒸发的难易程度，它是液体液体的蒸汽压表达了一定温度下液体蒸发的难易程度，它是液体分子间作用力大小的反映。一般来说，液体的分子间力越弱，液分子间作用力大小的反映。一般来说，液体的分子间力越弱，液体越易蒸发，其蒸汽压越高。体越易蒸发，其蒸汽压越高。(2) 液体的蒸汽压随温度的升高而增大。液体的蒸汽压随温度的升高而增大。(3)蒸汽压与液体的多少和在液体上方的蒸汽体积无关。蒸汽压与液体的多少和在液体上方的蒸汽体积无关。想一想：想一

19、想： 1.水、乙醇、乙醚三种物质分子的极性、分子间作水、乙醇、乙醚三种物质分子的极性、分子间作用力和蒸汽压的用力和蒸汽压的 大小？大小？2.常温下，为什么酒精比水易挥发？常温下，为什么酒精比水易挥发？ 【结论】某温度下，蒸汽压大的物质为易挥发物【结论】某温度下，蒸汽压大的物质为易挥发物质。质。 2.液体的沸点液体的沸点 沸点沸点：液体的蒸汽压等于外界压力时的温度即为液体：液体的蒸汽压等于外界压力时的温度即为液体的沸点。的沸点。 液体的沸点随外界压力而变化，压力越大，沸点越高。液体的沸点随外界压力而变化，压力越大，沸点越高。 想一想：想一想： 1. 海拔高的地方海拔高的地方 ，为什么水的沸点不到

20、，为什么水的沸点不到100，食品，食品难煮熟？难煮熟？ 2.沸腾和蒸发有什么联系和区别？沸腾和蒸发有什么联系和区别？ 在常压下蒸馏易于分解或被空气氧化的物质怎样进行在常压下蒸馏易于分解或被空气氧化的物质怎样进行分离和提纯？分离和提纯？ 减压蒸馏：减压蒸馏：将容器内液体表面的压力降低，使液体在将容器内液体表面的压力降低，使液体在较低的温度下沸腾而被蒸馏出来。这是利用沸点和外较低的温度下沸腾而被蒸馏出来。这是利用沸点和外界压力的关系。界压力的关系。 减压蒸馏是减压蒸馏是分离分离和和提纯提纯液体或低熔点固体有机物的一液体或低熔点固体有机物的一种主要方法。种主要方法。 第三节第三节 化学反应中的能量关

21、系化学反应中的能量关系一、化学反应热效应一、化学反应热效应1. 反应热效应：若化学反应时，系统不做非反应热效应：若化学反应时，系统不做非体积功，且反应终止与反应初始时的温度体积功，且反应终止与反应初始时的温度相同，则系统吸收或放出的热量，称反应相同，则系统吸收或放出的热量，称反应的热效应。的热效应。 2. 恒容热效应：在恒容条件下进行的反应的恒容热效应：在恒容条件下进行的反应的热效应。热效应。 Qv =U2-U1= U U称为内能称为内能 3. 恒压热效应：化学反应在恒压条件下进行，恒压热效应：化学反应在恒压条件下进行，其反应热称为恒压热效应。其反应热称为恒压热效应。Qp=H2-H1= H H

22、称为焓：称为焓： H=U+PVH 热化学方程式：表示化学反应及其热效应的化学方程式热化学方程式：表示化学反应及其热效应的化学方程式 。 例：例如下列反应在热化学标准状态及例：例如下列反应在热化学标准状态及298K下的热化学方程式下的热化学方程式为：为： （1） C(s) + O2(g) CO2(g)； rHm = - 393.51kJ/mol （2） H2O(g) H2(g) + O2(g)； rHm = + 241.84kJ/mol其中（其中（1）表示反应放出热量）表示反应放出热量393.51 kJ/mol。 （2）式表示反应吸收热量）式表示反应吸收热量241.84 kJ/mol。 二、热化

23、学方程式二、热化学方程式 1. 注明温度和压力条件，如在注明温度和压力条件，如在298K下进行，习惯可不注明。下进行，习惯可不注明。 2. 反应的焓变与反应式中的化学计量系数有关。反应的焓变与反应式中的化学计量系数有关。 3. 在反应式中注明物质的聚集状态。在反应式中注明物质的聚集状态。 4. 逆反应的热效应与正反应的热效应数值相等而符号相反逆反应的热效应与正反应的热效应数值相等而符号相反。书写热化学方程式的注意事项：书写热化学方程式的注意事项： 盖斯定律盖斯定律 任一化学反应，不论是一步完成还是分几步完成的，任一化学反应，不论是一步完成还是分几步完成的，其总的热效应是完全相同的。其总的热效应

24、是完全相同的。 换言之：换言之： 化学反应的热效应只决定于反应物的化学反应的热效应只决定于反应物的始态始态和生成物的和生成物的终态终态，而与过程的途径无关。，而与过程的途径无关。 【 问题】问题】 C(s)+O2(g)CO(g) 上述反应，在碳燃烧生成上述反应，在碳燃烧生成CO的同时，必然有部分的同时，必然有部分CO2生成，如何计算反应的热效应？生成，如何计算反应的热效应？ 始态始态C(石墨石墨)+O2(g) 终点终点CO2(g) rHm(CO2) 途径途径1 rHm(CO) rHm这两步焓变之和，即：这两步焓变之和，即：rHm(CO2) = rHm(CO) + rHm通过查表，便可求出通过查

25、表，便可求出rHm(CO)。利用黑斯定律，可以通过计算间接求得某些反应的热效应。利用黑斯定律，可以通过计算间接求得某些反应的热效应。 CO(g) + 21O2(g)利用黑斯定律，可以通过计算间接求得某些反应的热效应。利用黑斯定律，可以通过计算间接求得某些反应的热效应。 定义：在一定温度（通常为定义：在一定温度（通常为298K）及标准压力下，由元素的稳）及标准压力下，由元素的稳定单质生成定单质生成1mol纯物质的反应纯物质的反应 焓变，称为该化合物的标准摩尔焓变，称为该化合物的标准摩尔生成热，简称生成热或生成焓。用生成热，简称生成热或生成焓。用 fH0m 表示表示 ，单位，单位 KJ.mol-1根据生成热定义，根据生成热定义，稳定单质稳定单质的标准摩尔生成热的标准摩尔生成热等于零等于零。 四、标准摩尔生成焓四、标准摩尔生成焓 例如：例如：H2(g) + O2(g) = H2O(l) ； fHm = -285.85kJ/mol C(石