大学基础课程无机化学课件p化学中的计量进行.ppt
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1、第一章 化学反应中的 质量关系和能量关系,1-1 化学反应中的计量,1-2 化学反应中的质量关系,1-3 化学反应中的能量关系,第一章 化学反应中的质量关系 和能量关系,第一节 化学反应中的计量,1.1.1 相对原子质量和相对分子质量,1.1.2 物质的量及其单位,1.1.3 摩尔质量和摩尔体积,1.1.4 物质的量浓度,1.1.5 气体的计量,一、理想气体状态方程,pV = nRT,波义尔定律:当n和T一定时,气体的V与p成反比 V 1/p (1) 查理盖吕萨克定律:n和p一定时,V与T成正比 V T (2) 阿佛加德罗定律:p和T一定时,V与n成正比 V n (3),以上三个经验定律的表达
2、式合并得: V nT/p (4),实验测得(4)的比例系数是R,于是得到 pV=nRT (5) 这就是理想气体状态方程式,p气体的压力,单位为帕(Pa) V体积,单位为立方米(m3) n物质的量,单位为摩(mol) T热力学温度,单位为“开”(K) R摩尔气体常数,提问:R的取值和单位是什么?,七个基本量: l、m、t、T、 I、n、lv,在STP下,p=101.325kPa,T=273.15K n=1.0mol 时,Vm=22.414L=22.41410-3m3,若单位取得不同的话,则R的值也会不同,我们在计算时一定要注意R取值的单位与P,V单位相配套!,气体常数的几种常用数值和量纲,分子体
3、积与气体体积相比可以忽略不计 分子之间没有相互吸引和排斥 分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞 不造成动能损失,理想气体:,根据研究结果表明:低压高温下的实际气体性质接近于理想气体性质。 这时气体的压力、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。,二、理想气体状态方方程式的应用,1、 计算p,V,T,n四个物理量之一。 应用范围:温度不太低,压力不太高的真实气体。,2、气体摩尔质量的计算,M = Mr gmol-1,3、气体密度的计算, = m / V, =,计算过程可不写单位,但结果要写单位,1、分压和分压定律,三、理想气体分压定律,气体的分压(pB)气体混合物中,某一
4、组分气体B对器壁所施加的压力。,即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。,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之和。 p = pB,=,结论:1)混合气体总压等于各组分气体分压之和 道尔顿分压定律,推之,令, 摩尔分数,某组分气体的“物质的量”与混合气体的总“物质的量” 之比成为该组分气体的摩尔分数。,则,结论:2)组分气体的分压力与其摩尔分数成正比,2、分体积 体积分数,混合气体中各组分气体的相对含量可以用分压表示,也可以用气体的分体积或体积分数来表示。,分体积VB :混合气体中某一组分B单独存在并具有与混 合气体相同温度和压力时所占有的体积。,当同T
5、,P 时,=,体积分数,可见摩尔分数与体积分数在数值上是相同的。,结论:3)混合气体总体积等于各组分气体分体积 之和分体积定律,即,结论:4)分压等于总压与该组分气体的体积分数乘积,4、实际气体状态方程式,实际气体是不同于理想气体的,实际气体与理想 气体具有一个偏差。因而不遵守理想气体状态方 程式。 但是有一个修正的方程式:Van der Waals 方程,a,b分别称为Van der waals常量,第二节 化学反应中的质量关系,1.2.1 应用化学反应方程式的计算,1.2.2 化学计量数与反应进度,一、 化学计量数(),化学反应 cC + dD = yY + zZ 移项: 0 = -cC
6、- dD + yY + zZ 令 -c =C、-d =D、y =Y、z=Z,则得 0 =CC +DD +YY + ZZ,可简化写出化学计量式的通式:,规定:反应物的化学计量数为负, 产物的化学计量数为正。,B包含在反应中的分子、原子或离子。 B数字或简分数,称为(物质)B的化学计量数。,0 = - N2 - 3H2 + 2NH3 = (N2)N2 + (H2)H2 +(NH3)NH3,N2、H2、NH3的化学计量数: (N2) = -1、(H2) = -3、(NH3) = 2 表明反应中每消耗1mol N2和3mol H2生成2mol NH3,设有化学反应:,aA + bB cC t0 n0A
7、 n0B n0C t nA nB nC,=0mol时: n0A = nA; n0B = nB ; n0C= nC 即= 0 mol 时, 反应没有进行, 这是 t0 时刻的反应进度,二、反应进度(),=1mol 时: n0A - nA=a ; n0B - nB =b; nC - n0C =c 即: 以a个A粒子与b个B粒子为一个单元,进行了 6.02 1023(1mol)单元反应。,当 = 1 mol 时, 我们说进行了1摩尔的反应.,注意: 反应进度必须对应具体的反应方程式!,aA + bB cC,同种化学反应, 若反应方程式的化学计量数不同,反应进度相同,反应物与产物的变化量也不相同。,N
8、2 + 3H2 2NH3,= 1 mol 时,表示生成了2 mol 的NH3,表示生成了 1 mol 的NH3,1/2N2 + 3/2H2 NH3,对于同一化学反应方程式,不论是以反应物还是生成物来计算, 同一时刻的都是相等的。,N2 + 3H2 2NH3,某一时刻消耗掉10mol N2 , 则此时必然消耗掉 30mol 的H2 , 同时生成20mol的NH3 。 则:,例,N2、H2、NH3的化学计量数 (N2) = -1、(H2) = -3、(NH3) = 2,当00时,若有足够量的N2和H2,而n(NH3)0,根据 nB B、 nB/B,第三节 化学反应中的能量关系,化学反应是反应物分子
9、中旧键的削弱、断裂和产物分子新键形成的过程。前者需要吸收能量, 后者则会释放能量。 因此,化学反应过程往往伴随有能量的吸收或释放。,如:煤燃烧时放热; 碳酸钙分解要吸热; 原电池反应可产生电能; 电解食盐水要消耗电能; 镁条燃烧时会放出耀眼的光; 叶绿素在光作用下使二氧化碳和水转化为糖类。,应用热力学的基本原理和方法研究化学中有关 问题的学科叫化学热力学。,化学热力学主要讨论在化学变化和物理变化中 伴随发生的能量变化。,化学热力学的研究范围: 指定条件下化学反应能否自发进行? 化学反应进行的程度? 化学反应中的能量变化?,化学热力学的研究特点:研究宏观性质的变化, 不考虑物质微观结构。只需了解
10、反应始、终态, 不考虑反应过程。,体系(系统):所需研究的那部分物质或空间, 简单地说就是被研究对象。,环境:体系之外与体系有一定联系的其它物质 或空间。,1.3.1 基本概念和术语,一、体系和环境,物质,体系,敞开体系 封闭体系 孤立体系,体系与环境之间既有物质交换,又有能量交换,体系与环境之间没有物质交换,只有能量交换,体系与环境之间既无物质交换,又无能量交换,体系+环境孤立体系,n=1mol,p=1.013105Pa, V=22.410-3m3,T=273K,n=1mol,p=2.026105Pa, V=11.210-3m3,T=273K,通常用体系的宏观可测性质(V、p、T、)来描述体
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