无机化学---第一章 化学反应中的质量关系和能量关系.ppt

第一节化学反应中的计量 无机化学 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 2018/12/30 1-1-1 相对原子质量和相对分子质量 1-1-1 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。 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称为同位素。 自然界中氧就有三种同位素: 16O 17O 18O 含量/% 99.759 0.037 0.204 碳有两种同位素： 12C 13C 相对含量/% 98.892 1.108 2018/12/30 1-1-1 相对原子质量和相对分子质量 相对原子质量(Ar) 被定义为元素的平均原子质量与 核素12C原子质量的1/12之比，以往被 称为原子量。 例如： Ar(H) = 1.0079 Ar(O) = 15.999 2018/12/30 1-1-1 相对原子质量和相对分子质量 相对分子质量(Mr) 被定义为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.(以前被称为分子量) 例如：Mr(H2O)= 18.0148 18.01 Mr(NaCl)= 58.443 58.44 2018/12/30 1-1-2 物质的量及其单位 1-1-2 物质的量及其单位 是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。 符号为n 单位为摩尔（mole）、mol 物质的量 2018/12/30 物质的量及其单位 1-1-2 物质的量及其单位 系统中的物质的量若为摩尔， 表示该系统中所包含的基本单元数与 0.012kg12C的原子数目相等。 0.012 kg 12C 所含的碳原子数目 (6.0221023个)称为阿伏加德罗常数 Avogadro（NA）。 2018/12/30 物质的量及其单位 1-1-2 物质的量及其单位 1mol H2表示有NA个氢分子 2mol C表示有2NA个碳原子 3mol Na+表示有3NA个钠离子 4mol (H2+O2)表示有4NA个 (H2+O2)的特定组合体，其中含有 4NA个氢分子和2NA个氧分子。 2018/12/30 1-1-2 物质的量及其单位 在使用摩尔这个单位时，一定要指 明基本单位(以化学式表示)否则示意 不明。 例如: 笼统说“1mol氢” 难以断定是指1mol氢分子 还是指1mol氢原子或1mol氢离子 2018/12/30 1-1-2 物质的量及其单位 在混合物中，B的物质的量(nB)与混合物 的物质的量(n)之比，称为组分B的物质 的量分数(xB)，又称B的摩尔分数。 如 含1molO2和4molN2的混合气体中, O2和N2的摩尔分数分别为： x(O2)=1mol/(1+4)mol =1/5 x(N2)=4mol/(1+4)mol =4/5 摩尔分数 2018/12/30 1-1-3 摩尔质量和摩尔体积 1-1-3 摩尔质量和摩尔体积 例如 1mol H2的质量为2.0210-3kg H2的摩尔质量为2.0210-3kgmol-1 摩尔质量 某物质的质量(m)除以该物质的物质的量(n) M = m/n M的单位kgmol-1或gmol-1 2018/12/30 1-1-3 摩尔质量和摩尔体积 例如 在标准状况(STP)(273.15K及 101.325kPa下)，任何理想气体的摩尔 体积为： Vm,273.15K = 0.022414 m3mol-1 = 22.414Lmol-1 22.4Lmol-1 摩尔体积 某气体物质的体积(V)除以该气体物质 的量(n) Vm = V/n 2018/12/30 1-1-4 物质的量浓度 1-1-4 物质的量浓度 混合物中某物质B的物质的量(nB) 除以混合物的体积(V): cB = nB/V 对溶液来说，即1L溶液中所含溶质 B的物质的量 。 单位：摩(尔)每升 单位符号：molL-1 例如 若1L的NaOH溶液中含有0.1 mol 的NaOH，其浓度可表示为： c(NaOH) = 0.1 molL-1 物质的量浓度简称为浓度 物质的量浓度(cn) 2018/12/30 1-1-5 气体的计量 1-1-5 气体的计量 理想气体状态方程 pV = nRT 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 2018/12/30 理想气体状态方程 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。 2018/12/30 理想气体状态方程 实验测知1mol气体在标准状况下的体 积为22.41410-3m3, 则 101.325103Pa22.41410-3 m3 1mol273.15K = R= pV/nT = 8.3144 Pam3mol-1K-1 = 8.3144 Jmol-1K-1 2018/12/30 1-1-5 气体的计量 理想气体分压定律 气体的分压(pB)气体混合物中，某一 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 2018/12/30 理想气体分压定律 如 组分气体B的物质的量为nB 混合气体的物质的量为n 混合气体的体积为V 则它们的压力： pB = nBRT/V p = nRT/V 将两式相除，得 pB nB p n 为组分气体B的摩尔分数 nB n pB= p nB n 则 2018/12/30 理想气体分压定律 同温同压下,气态物质的量与其体积成正比 则 VB nB V n = pB nB p n 而 所以 pB = p VB V 2018/12/30 体积为10.0L含N2、O2、CO2的混合气体， T=30、p=93.3kPa, 其中:p(O2)=26.7kPa, CO2的含量为5.00g, 试计算N2、CO2分压。 解m(CO2) 5.00g M(CO2) 44.01gmol-1 n(CO2)= = =0.114mol p(CO2)= = Pa n(CO2)RT 0.1148.314303.15 V 1.0010-2 =2.87104Pa p(N2)=p-p(O2)-p(CO2)=(9.33-2.67-2.87)104Pa =3.79104Pa 例 n p 9.33104 n(O2) p(O2) 2.67104 = = =0.286 2018/12/30 1-1-6化学计量化合物和非计量化合 物 1-1-6 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，因此又称最简式 化学式 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。 分子式可能和最简式相同，也可能是最简 式的整数倍。例如 分子型物质 化学式 分子式 气态氯化铝AlCl3Al2Cl6 水H2OH2O 对于那些非分子型物质,只能用最简式表示。 例如：离子型化合物氯化钠，习惯上以最 简式NaCl表示。 2018/12/30 1-1-6 化学计量化合物和非计量化合物 化学计量化合物 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 合物或道尔顿体。 例如： 一氧化碳中氧与碳质量比恒为43 原子比恒为11 2018/12/30 1-1-6 化学计量化合物和非计量化合物 非化学计量化合物 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，这类化合物偏离 了原子互为整数比的关系，又称为非整比 化合物或贝多莱体。 例如: 还原 WO3 或加热WO2 与WO3 的 混合物，均可制得WO2.92。 又如: 方铁矿的物相分析发现, 在900 时其组成为FeO1+x(0.09 0, H 0 放热反应：Qp 0, H 0 如：2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) HQp=-571.66kJmol-1 H2(g) + O2(g) H2O(l) H Qp=-285.83kJmol-1 1 2 2018/12/30 热化学方程式 表示化学反应与热效应关系的方程式 rHm摩尔反应焓变 rHm = -241.82 kJmol-1 H2(g) + O2(g) H2O(g) 298.15K 100kPa 如 1 2 表示在298.15K、100kPa下，当反应进度 =1mol时(1mol H2(g)与 mol O2(g)反应， 生成1molH2O(g)时)，放出241.82kJ热量。 1 2 2018/12/30 热化学方程式 注意： 1.注明反应的温度、压力等。 2.注明各物质的聚集状态。 如 rHm = -241.82 kJmol-1 H2(g) + O2(g) H2O(g) 298.15K 100kPa 1 2 3.同一反应,反应式系数不同, rHm不同 。 rHm = -483.64 kJmol-1 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) 4.正、逆反应的Qp的绝对值相同, 符号相反。 HgO(s) Hg(l) + O2(g) rHm = 90.83 kJmol-1 1 2 Hg(l) + O2(g) HgO(s) rHm = -90.83 kJmol-1 1 2 2018/12/30 赫斯(Hess)定律 在恒温恒压或恒温恒容条件下，体系不做 非体积功，则反应热只取决于反应的始态 和终态，而与变化过程的具体途径无关。 即化学反应的焓变只取决于反应的始态和 终态，而与变化过程的具体途径无关。 C(s) + O2(g) rHm CO(g) + O2(g) 1 2 H1H2 CO2(g) rHm= H1+ H2 应用赫斯定律不仅可计算某些恒压反应 热，而且可计算难以或无法用实验测定 的反应热。 H1 = rHm-H2=(-393.51)-(282.98)kJmol-1 =-110.53 kJmol-1 2018/12/30 1-3-31-3-3应用标准摩尔生成焓计算标准应用标准摩尔生成焓计算标准 摩尔反应焓变摩尔反应焓变 1-3-3应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变 标准(状)态 物质标准态 气体标准压力(p =100kPa)下纯气体 液体 固体 标准压力(p =100kPa)下 纯液体、纯固体、 溶液中 的溶质 标准压力(p )下质量摩尔浓度为 1molkg-1(近似为1molL-1) 2018/12/30 标准摩尔生成焓 定义：标准态下，由最稳定的纯态单质生 成单位物质的量的某物质的焓变 (即恒压反应热)。 符号： fHm 单位： kJmol-1 2. fHm代数值越小, 化合物越稳定。 3.必须注明温度，若为298.15K时可省略。 1.最稳定纯态单质fHm=0, 如fHm(石墨)=0。 注意： 高温时分解-157.3CuO(s) 加热不分解-635.09CaO(s) 稳定性fHm/(kJmol-1)物质 2018/12/30 标准摩尔反应焓变的计算 化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物 的标准摩尔生成焓的总和减去反应物的标 准摩尔生成焓的总和。 化学反应： cC + dD = yY + zZ (任一物质均处于温度T的标准态) rHm = yfHm(Y) + zfHm(Z) - cfHm(C) + dfHm(D) rHm =ifHm (生成物)+ifHm (反应物) 计算时,注意系数和正负号 2018/12/30 计算时,注意系数和正负号 计算恒压反应: 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)的rHm 例1 解： 4NH3(g)+5O2 4NO+6H2O(g) fHm/kJmol-1 -46.11 0 90.25 -241.82 rHm = 4fHm(NO,g) + 6fHm(H2O,g) - 4fHm(NH3,g) + 5fHm(O2,g) =4(90.25)+6(-241.82)-4(-46.11)kJmol-1 = -905.48kJmol-1 2018/12/30 (rHm)3=2(rHm)2=-