大学化学课件：绪论

1、大学化学,绪 论,化学(chemistry)是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构、性能、应用及相互转化规律的科学。 化学涉及存在于自然界的一切物质以及由人类创造的新物质，它还涉及存在于自然界的许多变化以及由化学家和物理学家发明和创造的新变化。,一、 化学的定义,化学变化的基本特征： 1. 化学变化是质的变化； 2. 化学变化服从质量守恒定律； 3. 化学变化过程伴随能量变化。, 是自然科学的基础学科之一，是一门承上启下的中心学科。,二、化学的地位, 化学是理论与应用并重的科学，其应用为人类创造了大量物质财富。 化学不断制造出新分子、新物质，为其他技术的发展提供了基础。,* 掌握近代化学基本

2、理论、基本知识（化学反应基本原理，平衡过程及其利用，物质结构与性能）和基本技能。 * 了解这些理论知识和技能在工程实际的应用。 * 培养科学思维、科学方法、创新精神。,三、 工科大学化学的教学目的,参考书籍： （1）大学化学 、 金继红 主编、 化学工业出版社； （2） 其他教科书，如 物理化学、 无机化学上册、 大学化学、 无机及分析化学。,网络视频： 1.物理化学、朱文涛、 清华大学, 第1、2、3、5章; 2.结构化学 、孙宏伟、南开大学, 第6章; 3. 无机化学、大学化学、无机及分析化学, 自己找视频, 第4章。,第一章 物质的聚集状态,大学化学,通常情况下，物质三种可能的聚集状态（

3、物质分子集合的状态）: 气态、液态、固态(gaseous state, liquid state, and solid state)。处于某种聚集状态的物质相应称为气体、液体和固体(gas, liquid, and solid)。,气、液、固三种聚集态各有特点。气体分子间距离相距甚远，其本身的体积远小于容器的容积，气体分子间作用力很小，加之分子的无规则运动，就使得气体具有高扩散性和高压缩性，没有一定的形状和体积。液体分子间的平均距离较气体小得多，分子间的作用力较大，较难压缩，因此，液体虽然没有固定的形状，但却有一定的体积。固体粒子结合紧密，不能自由运动，既难于压缩，更不能流动。因此，固体有一定

4、的形状和体积。,The structure of ice,聚集状态在一定条件下相互转化。例如：分子间作用力使分子聚集在一起，在空间形成一种较规则的有序排列。当温度升高时，分子热运动加剧。分子的热运动力图破坏固体或液体的有序排列而变成无序状态，物质的宏观状态就可能发生变化，由一种聚集状态变为另一种聚集态。例如从固态变为液态，或从液态变为气态。,继续升高温度，气态分子热运动加剧，当温度足够高时，原子会彼此分离，分子分裂成原子的过程称解离。若进一步升高温度，原子的外层电子会摆脱原子核的束缚成为自由电子。失去电子的原子成为带电的离子，这个过程称为电离。当电离产生的带电离子数量很多时，电离的气体行为将主

5、要取决于离子和电子间的库仑作用力而与普通气体不同。这是物质的第四种聚集状态，称等离子态。 气体、液体和等离子体都可在外力场作用下流动，所以也统称为流体。液体和固体分子间空隙小，故称为凝聚态。,气体的特征:,1、 扩散性(气体的扩散是指气体分子会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，直到气体物质浓度处处均等。) 2、压缩性 3、无一定的体积和形状,通常用n、p、T、V来描述气体的状态。,1.1 气体,1. 波义耳定律,在一定温度下，一定量气体的体积与其压力的乘积为一常数。,大多数气体只是在低压下服从波义耳定律。,1.1.1理想气体的状态方程,（n， T 一定）,2. 盖吕萨克定律,一定量的气体在压力

6、一定时，其体积与热力学温度T的商为常数。,t 为气体的摄氏温度，热力学温度T的单位为开尔文，符号为K。,在低压下服从盖吕萨克定律。,（n， p 一定）,3. 理想气体状态方程,理想气体(ideal gas)是分子间没有作用力，分子本身没有体积的一种气体。,低压、高温下的气体可近似看成理想气体。在压力趋于零时，所有实际气体可视为理想气体。,结合波义耳定律、盖吕萨克定律和阿伏伽德罗定律（等温等压下，气体的体积和它的物质的量成正比）得到理想气体状态方程。,p是气体的压力，单位是Pa（帕斯卡），V是气体体积，单位是m3，n是气体物质的量，单位是mol（摩尔），T是热力学温度，单位是K（开尔文）， ，称

7、为摩尔气体常量。,（Vm为摩尔体积，单位m3mol-1）,理想气体状态方程,在p、V、T的非零区间，p、V、T、n的关系准确地符合pV=nRT的气体称为理想气体。,可以像使用普通数字一样对国际单位（SI单位）进行乘、除运算。 注意非SI单位与SI单位之间的换算关系，如 1 min=60 s “量值”用“数值”和“单位”的乘积表示： 量值=数值单位 物理量的符号用“斜体字母”表示，“数值”和“单位”用“正体”表示。例如 V=2.35 m3 V/m3=2.35,关于单位的几点说明,摩尔气体常量（R）数值和单位,因为,则,标准状况下1 mol 气体的体积为22.4 L。,1. 氧气钢瓶的体积为50

8、dm3，20 时，钢瓶内气体的压力为1.5 MPa，用理想气体状态方程估算氧气的质量。 解：由理想气体状态方程，得 氧气的摩尔质量为32 gmol-1，钢瓶中氧气的质量为,2. 25 时，0.8000 g氩气充于0.5000 dm3的瓶中，瓶内气体的压力为99.285 kPa，计算氩气的摩尔质量和在标准状况（0 ，101.325 kPa）下氩气的密度。 解： 设氩气的摩尔质量为M，理想气体状态方程变形为 （15）,气体的密度 ，式（15）可变换为,1.道尔顿分压定律,各组分的物质的量之和为混合气体总物质的量：,，某组分的分压力(partial pressure)，等于该气体与混合气体温度相同并

9、单独占有总体积V时所表现的压力。,1.1.2分压定律和 分体积定律,道尔顿分压定律： 在温度与体积一定时，混合气体的总压力p等于各组分气体的分压力pB之和。 只适用于理想气体混合物，对于低压下的真实气体混合物也可近似适用。,令,xB称为组分B的物质的量分数或摩尔分数，所有组分的摩尔分数之和等于1。,分压定律也可表示为组分B的分压等于总压p乘以组分B的摩尔分数xB。,分压定律:,3. 实验室中用金属锌与盐酸反应制取氢气，用排水集气法在水面收集氢气。25 、100 kPa下收集了350 cm3的气体，计算收集的氢气的质量。已知25 时水的饱和蒸气压为3.1690 kPa。 解：用排水集气法收集到的

10、气体包括水蒸气和氢气。已知25 时水的饱和蒸气压为3.1690 kPa，由分压定律可知，氢气的分压为 氢气的物质的量：,氢气的摩尔质量 ，收集的氢气的质量为,2. 阿马格分体积定律,右边各项是温度为T, 压力为p的组分B单独存在时所占据的体积。,（B组分的分体积）,阿马格分体积定律：在温度与压力一定时，混合气体的总体积V等于各组分气体的分体积VB之和。,某组分的分体积(partial volume)等于该气体与混合气体温度、压力相同并单独存在时占有的体积。,分体积定律也可表示为组分B的分体积VB等于总体积V乘以组分B的体积分数B或摩尔分数xB。,（体积分数）,分体积定律,阿马格分体积定律严格讲

11、只适用于理想气体混合物，但对于低压下的真实气体混合物也可近似适用。,4. 空气主要由N2及O2组成，它们的体积分数分别为79%和21%，试求空气的平均摩尔质量。 解：设空气的总质量为m，总物质的量为n，则平均摩尔质量为： 气体的摩尔分数等于体积分数，所以,范德华方程：,a和b都是与物质有关的经验常数。a与分子间的吸引力大小有关，越容易液化的气体，气体分子间的引力越大，a越大；b与分子本身的体积有关，分子体积越大，b越大。,1.1.3实际气体,5. 40 时，1.00 mol CO2气体，存储于1.20 dm3的容器中，实验测得压力为1.97 MPa，试分别用理想气体状态方程和范德华方程计算CO

12、2气体的压力，并和实验值比较。 解：用理想气体状态方程计算 计算值与实验值误差 由表1.1查出CO2的 ，,计算值与实验值误差,一种或几种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系统(disperse system) 。 溶液(solution)是一种物质以分子或离子的状态均匀地分布在另一种物质中形成均匀的分散系统。 胶体被分散的物质的粒子半径约为10-910-7。,1.3 溶液,为方便起见，通常将溶液中的组分区分为溶剂(solvent)和溶质(solute)。,不同的物质在形成溶液时往往有热量和体积的变化，有时还有颜色的变化。溶解过程不是单纯的物理变化，也不是单纯的化学变化，而是复杂的物理

13、化学变化。,根据溶质的种类，溶液分为电解质溶液和非电解质溶液两种。,1）物质B的物质的量分数（物质B的摩尔分数）,nB是溶液中各组分的物质的量总和。,是一个量纲为1的量。,定义：,nB是物质B的物质的量。,1.3.1溶液浓度表示法,2）物质B的质量分数,定义：,mB是物质B的质量。,mB是溶液中各组分的质量总和。,是一个量纲为1的量。,3）溶质的质量摩尔浓度,定义,质量摩尔浓度的单位是molkg-1。,其优点是（1）可以用准确称样的方法配制溶液；,（2）浓度不随温度而改变。,nB是物质B的物质的量；mA是溶剂的质量。,4）物质B的物质的量浓度,定义：,物质的量浓度的常用单位为moldm-3。,nB是物质B的物质的量，V是溶液的体积。,20 时，将2.50 gNaCl溶于497.5 g水，若此溶液的密度为,1.002 gcm-3，求该溶液的质量摩尔浓度、物质的量浓度、 物质的量分数及质量分数。,解：NaCl的摩尔质量：,H2O的摩尔质量：,。,，,溶液体积,溶液的质量摩尔浓度,物质的量浓度,物质的量分数,质量分数,作业,二、计算题 2，4，5，7 ，9 （1， 3， 6自己练习，不交） 注意：7题，分别写出始、末态的物质的量。 9题，先设有1 dm3或