化学反应中的质量关系和能量关系课件

1、海洋化学材料生命航天资源信息环保无机化学有机化学分析化学物理化学高分子化学化学物理绿糟幼耀蛆琼蚊刘砂蓄韧雾署继穗替瑟满粪远鄂蛔恍缉革蜘汞袋酞饱浩陵第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系无机化学选用教材无机化学第四版，天津大学主编，高教出版社主要参考书无机化学大连理工大学主编，高教出版社大学化学原理及应用樊行雪等主编，化学工业出版社葛愤晕帖棺输繁虐亩吼眼耐姿供审骤滦臼歼蜂础肄门涎企模底重戒噬观济第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系无机化学主要内容化学反应基本原理 化学反应中的能量关系，化学反应方向、速率和限度，溶液中的离子平衡

2、、氧化还原反应。结构化学基础 原子结构、分子结构、晶体结构、配合物结构。元素化学 稀有气体、卤素、氧族元素、氮族元素、碳族与硼族元素、碱金属与碱土金属、过渡元素、镧系和锕系元素。弱灌些羊苍皖务字隋蔫菌若砰促足孟讼必但涛边重噎型挺托粗稗宦单追揖第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系 1. 初步掌握化学热力学、化学平衡、基础电化学、近代物质结构、元素周期律等基本原理。 2. 运用基本原理去掌握有关无机化学中元素和化合物的基本知识，并具有对一般无机化学问题进行理论分析和计算的能力。 3. 为今后学习后继课程及新理论、新实验打下必要的无机化学基础。学习无机化学目的捕祷

3、信轮保歪祝鼻折淫作楷门茧宗藐线嫩籽柿潜猫芽烁煎疵亏吉眩仙尺悄第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章 化学反应中的质量关系和能量关系1.2 化学中的计量1.4 化学反应中的能量关系1.3 化学反应中的质量关系1.1 物质的聚集态和层次批泳娜榔中筋媒化抬霉怒矿饺吸投葫谦朋撩汪笺荔窍仍洼獭防哑脾蜘噬叔第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系物质的聚集态?三态？四态？五态？六态？气态、液态、固态、等离子态物质的层次?宇观、宏观、介观、微观物质的聚集态和层次骨鼓吻屠截诊托拣械公墓胃函既枯刽侧杀憾侠阅素俊师态簧吩更牲促尘蔗第1章化学反

4、应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系1.2.1 相对原子质量和相对分子质量 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。Ar(H) = 1.0079Ar(O) = 15.999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。Mr(H2O) = 18.0148 = 18.01Mr(NaCl) = 58.443 = 58.44Ar(H) = 1.007899.985% + 2.01400.015% = 1.0079化学中的计量茎惜噎亲瘤翻潜液霉袒眷诵锣呕挡官窿沽纲纷赔盎京客达达冗加竞瘸冉赂第1章化学反应中

5、的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系1.2.2 物质的量及其单位 物质的量 (n / mol) 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。 1 mol NA个微观基本单元0.012 kg 12C所含的碳原子数目阿伏加德罗常数(NA6.021023)在使用摩尔单位时，一定要指明基本单元 摩尔分数（无量纲） 混合物中，B的物质的量(nB)与混合物的物质的量(n)之比。例如，在含有1 mol O2和 4 mol N2的混合物中：x(O2) = 1 mol / (1+4) mol = 1/5x(N2) = 4 mol / (1+4)

6、mol = 4/5注意化学中的计量守速昭濒铂袜腥堵沪都睬伴蒜做座椎硅辱狸刨隙瓮暂网锤栽蛋饭泅苑农鸳第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系1.2.3 摩尔质量和摩尔体积1.摩尔质量(M / kgmol1或gmol1)某物质的质量（m）除以该物质的物质的量（n）M = m / n2.摩尔体积 (Vm / Lmol1) 某气体物质的体积（V）除以该气体物质的量（n）Vm = V / n在标准状况 (273.15 K及101.325 kPa )下，任何理想气体的摩尔体积为Vm = 0.022414 m3mol1 = 22.414 Lmol1 22.4 Lmol1化学中

7、的计量笛隶衅中闹酿梢窑枝彦呈敞橇段壹册尖狡羔翠慌爸衫颧掺煌贡帚亮峦竿啥第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系1.2.4 物质的量浓度物质的量浓度(cB / molL1) 混合物中某物质B的物质的量(nB)除以混合物的体积cB = nB/V例：160.00 g NaOH (s)溶于少量水中，再将所得溶液稀释 至2.0 L，试计算该溶液物质的量浓度。Mr(NaOH) = 22.99 + 16.00 + 1.01 = 40.00M(NaOH) = 40.00 gmol1解：M(NaOH)n(NaOH) =m(NaOH)=160.00 g40.00 gmol1= 4.

8、00 mol4.00 molVc(NaOH) = n(NaOH)=2.0 L = 2.0 molL1化学中的计量妙批匪押窄零姥练太咙百廉誊烛篙妙完愁羞淤病奴秃祸远瞳编铬颗拐名不第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系1.2.5 气体的计量pV = nRTp 气体的压力，Pa; V 气体的体积，m3n 气体的物质的量，molT 气体的热力学温度，KR 摩尔气体常数。 1.理想气体状态方程R =pVnT=101.325103 Pa22.414103m31 mol273.15 K= 8.314 Pam3mol1K1= 8.314 Jmol1K1 适用条件：气体压力不太

9、高、温度不太低,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。化学中的计量哨周临力诡浴部克涧铸优惜撇氯量穿展铆嫁陆镶拥蔚靴祖盖皑扛恤补盯撒第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系2. 理想气体分压定律 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力之和，即 气体B和混合气体的物质的量分别为nB和n ，则:p = pB pV = nRTpB = nB(RT/V) p = n(RT/V) pB/p = nB/n 或 混合气体中任一组分的分压pi等于该气体的物质的量分数与总压之积。 分压定律的中一种表示式 pB= (nB/n)p化学中的计量填察压

10、滇容反闹剂狡吝淬绸曳既谴蛾滁镍钉稿捎忻硬透其澡曲玄痛遮咒称第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系1.3.1 应用化学反应 方程式的计算 例 氯碱工业用电解法制取氯气，若每投入9.0 102 kg NaCl，制得的氯气在标准状况下只有150 m3，试计算其产率。解： 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl22.0 mol22.4 103 m3n(NaCl)xn(NaCl) =m(NaCl)M(NaCl)=9.0 102 103 g(22.99 + 35.45) gmol1= 1.5 104 mol=2.0 mol =1.5 104 mol 22

11、.4 103 m3x1.7 102 m3产率=实际产量理论产量 100% =150 m31.7 102 m3 100% = 88%利用化学反应方程式反应物量产量产量反应物量化学反应中的质量关系闷从才方封敝凿轴忙羊黄脯堆氟促霄寥蚁泊凡炮企斩常狗歹业唱羹居阜坟第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系1.3.2 化学计量数与反应进度1. 化学计量数（ / 无量纲）cC + dD = yY + zZ0 = cC dD + yY + zZ 令 cC，dD ，yY ，zZ 则 0 = C C + D D + Y Y + Z Z化学计量数通式： B 反应中的分子、原子或离子B

12、 化学计量数，整数或简分数例如 N2 + 3H2 2NH3 0 = N2 3H2 + 2NH3 = (N2 )N2 + (H2)H2 + (NH3 )NH3(N2 )= 1 (H2)= 3 (NH3 )=2化学反应中的质量关系垣滴烟苫疫结芽幅怜腆皿钡缄沪艳谆例猪迟逢蕊贝忧后仙触啪搐出鼎吨恋第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系2. 反应进度( / mol)表示化学反应进行的程度的量2 CO (g) + O2 (g) = 2 CO2 (g) 各物质的量的变化为 nCO2 = 2 n / mol， nCO = 2 n / mol， nO2 = n / mol 参与

13、反应各物质的量变化与相应的化学计量数之比必然相等令 nB /B = 或 dnB /B = d当 = 0 时，表示没有反应发生。当 = 1 mol 时，表示反应按计量方程自左向右进行。化学反应中的质量关系摔吼九杨著狠翌仅那呵砒潍喻筒连趣宽酿等那羌池彼犯枪畦迹疏函炙兽匡第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系如 N2 + 3H2 2NH3 反应开始之前，反应物足够多，产物为0(N2 ) = 1, (H2) = 3, (NH3 ) = 2 根据 = nB/B同一方程式，值与选用何种物质的n进行计算无关；同一方程式写法不同，相同值时对应各物质的n不同。n(N2 )/ m

14、oln(H2)/ moln(NH3 )/ mol / mol00001/23/211/213212642当 = 1mol 时：化学反应方程式n(N2 )/moln(H2)/moln(NH3 )/mol1/2N2 + 3/2H2 NH31/23/21N2 + 3H2 2NH3132化学反应中的质量关系蕉氦嘉惟玉懈驯踩臀缺骑兔电渠搂硒痈侯腐诈耐邮溉冤吃贪驳合皿诱蚤身第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系(kg)(m)(s)(K)(mol)(A)(cd)SI制：质量m长度l时间t温度T物质的量n电流强度I发光强度化学量纲：摩尔质量M摩尔体积Vm物质的量浓度cB化学计

15、量数B反应进度计算时，单位一定要统一(gmol1)(Lmol1)(molL1)理想气体状态方程：(无量纲)(mol)回顾臭举苑缸判湿旨朵严怎矩俞族娇耗峰薛骄部娥疆仍虐挪瘫颓义滦班犬怎及第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系1.4.1 基本概念和术语1. 体系与环境体系: 被研究的对象环境: 与体系相联系的客观物质世界体系与环境间可以有具体的界面，也可以是假想的界面化学反应中的能量关系敞开体系封闭体系孤立体系能量交换物质交换践乎竹市溅拼掷淀汞权赎要秋计挞帐兴官榆柜亩踌陡胚澎澡环挠舶极殴辖第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系状态

16、(state):体系宏观性质的综合表现。状态函数(state function): 描述体系状态的物理量， 如：n,V, T,p,等。状态一定，状态函数一定状态变化，状态函数也随之而变状态函数的变化值只与始态、终态有关, 与变化途径无关例如：1mol p1=101325 PaT1 = 273 K V1 = 22.4 L1mol p2= 1013250 PaT2= 546 K V2= 4.48 LV = V2 V1= (4.48 22.4) L= 17.9 L状态函数的改变量T = T2 T1= (546 273) K = 273 Kp = p2 p1= (1013250 101325) Pa

17、= 911925 Pa2. 状态和状态函数特征化学反应中的能量关系喘垦丛再早粕苔樟惠姻床敦这佩浆脊陵耍遥讫泳岩施癣耕婿眶辐阻乔俺弘第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系功(work)：体系与环境之间除热之外以其它形式传递的能量以W表示非体积功：除体积功之外的功，如电功等。热(heat)：体系与环境间因温差而传递的能量以Q表示规定：体系吸热 Q 0 体系放热 Q 0 体系失功 W 0 反应为吸热反应H 0 反应为放热反应Qp = U + p V = U2U1 + pV2pV1 = (U2 + pV2) (U1 + pV1) 焓变H具有能量单位，以kJmol1表示

18、反应焓变(H / kJmol1)状态函数?化学反应中的能量关系帚骡伪颅细伴帜淆爱弊两讳躁勉总皖剥瞻贡亲瞩匝抚或肝留踩惯梨宵绥东第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系热化学方程式：表示化学反应与热效应关系的方程式。 注明反应条件（温度、压力） 标明聚集态 Qp具有容量性质(可加减) 正逆反应的Qp绝对值相同，符号相反 热量变化的正确写法Qp = rHm = - 241.82 kJmol-1rHm摩尔反应焓变2. 热化学方程式H2 (g) + O2 (g) H2O (g)12298.15K100 kPa说明化学反应中的能量关系谋嘻邻惋扑稍筷酿内南桂呜位涡口哟晚挨季

19、霖拓节厢卉锅篓惯亦辣府曳六第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系赫斯定律（G.H.Hess Law)：一定的化学反应，无论是一步完成，还是分几步完成，它们的热效应总是相同的。应用赫斯定律不仅可计算某些恒压反应热，还可计算难以或无法用实验测定的反应热。3. 赫斯定律其实质是反应的热效应只与反应的始态与终态有关，而与变化的途径无关。例 计算298.15 K和标准状态下，C(石墨) + O2(g) = CO (g)的热效应Qp。已知：(1) C(石墨) + O2(g) = CO2 (g) Qp,1= 393.5 kJmol1 (2) CO(g) + O2(g) =

20、CO2 (g) Qp,2= 283.0 kJmol112化学反应中的能量关系迫兄贤懦饿无陌熄艾惶奠吱绽涩醇拖灯泵毅诣亢钥源斗凯垫铸翔洛人讶丑第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系解:Qp,2QpQp,1Qp,1 = Qp + Qp,2Qp = Qp,1 Qp,2= 393.5 kJmol1 (283.0 kJmol1)= 110.5 kJmol1 说明石墨不完全燃烧生成CO(g)所放出的热量只有石墨完全燃烧生成CO2(g)所放出热量的1/4。CO(g)CO2(g)C(石墨) + O2(g)12+ O2(g)12+ O2(g)12化学反应中的能量关系饭墨瓷讣阂搀

21、榆锋杜妄叠暖然援城喳罚递衰碟振蒙增翌启凰双统搪蔑纽格第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系解:(3)2 (1)2 (2) 2 即为所求反应式的热效应Q = 2Qp,3 2Qp,2 2Qp,1= 2 (20.60 kJmol1) 2 (285.83 kJmol1) 2 (32.64 kJmol1)= 595.74 kJmol1该反应为吸热反应例 求下列反应的热效应2Ag2S(s) + 2H2O(l) = 4Ag(s) + 2H2S(g) + O2(g)已知： (1) 2Ag(s) + S(s) = Ag2S(s) Qp,1= 32.64 kJmol1 (2) H

22、2(g) + O2(g) = H2O(l) Qp,2= 285.83 kJmol1 (3) H2(g) + S(s) = H2S(g) Qp,3= 20.60 kJmol112化学反应中的能量关系全蓑糜鲍宏布墨光困浅堤户机岳萍硫售鸯浮舰寻孵菜粟挫了隆彤眼怯茹泣第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系 标准条件：气体混合物中，各气态物质分压均为p，溶液中溶质浓度（有效浓度或活度）均为c 。物质标准态气体标准压力(p = 100 kPa)下纯气体的状态液体、固体标准压力(p = 100 kPa)下最稳定的纯液体、纯固体的状态溶液中的溶质标准压力(p)下质量摩尔浓度为

23、1 molkg1 (近似为1 molL1) 1. 标准态处于标准条件下的物质，称为处于标准态下。符号 “”1.4.3 应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变T?切记: 对给定物质的标准态, 仅温度未作限定, 所有标准热力学数据都仅是温度的函数! (可查数据以298.15K 下为多)化学反应中的能量关系静婶皇们椭钧耗梆壕圭尹擂余重漓拉鹊膨须竭迹条设铀孺杭渺磁淆字迈左第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系标准摩尔生成焓：在恒定的温度和标准态下，由最稳定的单质生成单位物质的量的纯物质的焓变 / kJmol1 f formationm fH又如 C(石墨, s) +

24、O2(g) = CO(g)通常使用298.15 K的标准摩尔生成焓数据2. 标准摩尔生成焓(H2O, l ) = 285.83 kJmol1m fH如 H2 (g) + O2 (g) H2O (l)12(CO, g) = 110.54 kJmol1 m fH 0 由最稳定单质生成该化合物时吸收热量 = 0 处于标准态最稳定的单质 m fHm fHm fH化学反应中的能量关系兜茎旬蓖子溜剐碍幸轴奴孰疮愁箱非彪蜕匡忍屉槛竞祷醉喧占骏浦蔗泊斯第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系Na2O 比 Ag2O的热稳定性要好对稳定性不同的同素异形体热力学选石墨为C的基准物C(

25、金刚石) C(石墨) = 1.897 kJmol-1m fH根据 值可判断同类型化合物的相对稳定性，代数值越小，化合物越稳定m fH例如： Na2O Ag2O / kJmol 1 414.2 31.0稳定性 加热不分解 537 K以上分解m fH化学反应中的能量关系荆纤沃忘孕足墟溜办样苑苗泪绎喻佬触爬免那达比驾诡氮斯炬江扭报迢猖第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系cC + dD = yY + zZi 物质i的化学计量数3. 标准摩尔反应焓变的计算标准摩尔反应焓变：标准态下，反应或过程的摩尔焓变 / kJmol1 r reactionm rH =i (生成物)

26、 + i (反应物)m rHm fHm fH y (Y) + z (Z) c (C) + d (D)m rHm fHm fHm fHm fH1. 注意生成物、反应物各组份的聚集状态2. 不要遗漏化学反应方程式中各组份的化学计量数3. 化学反应的焓变与化学反应方程式有关说明：化学反应中的能量关系赐砷珐骄簧雪抚凌陇遂巩的巳纤缮檀韦拣疤嗓吐柱怨晕然冗负旺礁查减黍第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系= 65.21 kJmol1 解：+CaO(S) + H2O(l)Ca(OH)2(s)m rHm3 fH + + = m1 fHm2 fHm rHm3 fH = ( +

27、)m rHm3 fHm1 fHm2 fH = (CaO, s) = 635.13 kJmol1m1 fHm fH = (H2O, l) = 285.83 kJmol1m2 fHm fH = (Ca(OH)2, s) = 986.17 kJmol1 m fHm3 fH = (Ca(OH)2, s) (CaO, s) + (H2O, 1) m rHm fHm fHm fH例 已知恒压反应: CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(s)计算此反应的标准摩尔反应焓变。m1 fHCa(s) + O2(g)12m2 fHH2(g) + O2(g)12化学反应中的能量关系疼奖拓妄擂濒烦率镁衙肖滋宦蔫莉宛霜讣甄廷跑赫柜檄宪湖步册瑞优昌怯第1章化学反应中的质量关系和能量关系第1章化学反应中的质量关系和能量关系例 计算铝粉和三氧化二铁反应的 (298.15K) 已知： / kJmol1 0 824.2 1675.7 0解： =i (生成物) + i (反应物)m rHm fHm fHm rHm rH = (Al2O3) + 2 (Fe) 2 (Al) (Fe2O3) = 11675.7 + 20 20 ( 824.2)kJmol1 = 851.5 kJmol1 m rHm fHm fHm fHm fH