第一章 化学反应中的质量关系和能量关系(1)

1、无机化学无机化学于爱敏于爱敏 第一章第一章 化学反应中的化学反应中的质量关系和能量关系质量关系和能量关系1目录目录1.1 物质的聚集态和层次物质的聚集态和层次(自学自学)1.2 化学中的计量化学中的计量1.3 化学反应中的质量关系化学反应中的质量关系1.4 化学反应中的能量关系化学反应中的能量关系2第一章第一章 化学反应中的化学反应中的质量关系和能量关系质量关系和能量关系第二节第二节 化学中的计量化学中的计量31.2.1相对原子质量和相对分子相对原子质量和相对分子质量质量核素核素：具有确定：具有确定质子数质子数和和中子数中子数的一类的一类 单核粒子称为核素。单核粒子称为核素。元素元素：元素是具

2、有：元素是具有相同质子数相同质子数的一类单的一类单 核粒子的总称。核粒子的总称。同位素同位素：质子数相等而中子数不等质子数相等而中子数不等的同的同 一元素的原子互称为同位素。一元素的原子互称为同位素。45自然界中氧就有三种同位素自然界中氧就有三种同位素: 16O 17O 18O含量含量/% 99.759 0.037 0.204碳有两种同位素：碳有两种同位素： 12C 13C含量含量/% 98.892 1.108相对原子质量和相对分子质量相对原子质量和相对分子质量相对原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被定义为元素的平均原子质量与核素12C原子质量的原子质量的1/12之

3、比之比。( (以往被称为原子量以往被称为原子量) ) ( (J. DaltonJ. Dalton) )例如：例如： Ar(H) = 1.0079 Ar(O) = 15.9996相对原子质量和相对分子质量相对原子质量和相对分子质量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被定义为物质的分子或特定单元的平均质量与核素质量与核素12C原子质量的原子质量的1/12之比。之比。(以以前被称为分子量前被称为分子量)例如：例如：Mr(H2O)= 18.0148 18.01 Mr(NaCl)= 58.443 58.4471.2.2 物质的量及其单位物质的量及其单位物质的量物质

4、的量：是用于计量指定的微观基本单元，：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。符号为特定组合的一个物理量。符号为 n 单位名称摩单位名称摩尔尔(mole)，单位符号，单位符号mol8系统中的物质的量若为系统中的物质的量若为摩尔，表示该系摩尔，表示该系统中所包含的基本单元数与统中所包含的基本单元数与0.012kg0.012kg1212C C的原的原子数目相等。子数目相等。 0.012 kg 12C 所含的碳原子数目所含的碳原子数目(6.0221023个个)称为称为阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数Avogadro（

5、NA）。）。 91.2.2 物质的量及其单位物质的量及其单位1mol H2表示有表示有NA个氢分子个氢分子2mol C表示有表示有2NA个碳原子个碳原子3mol Na+ +表示有表示有3NA个钠离子个钠离子4mol (H2+O2)表示有表示有4NA个个(H2+O2)的特的特定组合体，其中含有定组合体，其中含有4NA个氢分子和个氢分子和2NA个个氧分子。氧分子。101.2.2 物质的量及其单位物质的量及其单位注意！注意！在使用摩尔这个单位时，一定要指明基本单在使用摩尔这个单位时，一定要指明基本单元元(以化学式表示以化学式表示)否则示意不明。否则示意不明。 例如例如: 笼统说笼统说“1mol氢氢”

6、难以断定是指难以断定是指1mol氢氢分子还是指分子还是指1mol氢原子或氢原子或1mol氢离子氢离子111.2.2 物质的量及其单位物质的量及其单位摩尔分数摩尔分数：在混合物中，：在混合物中，B的物质的量的物质的量(nB)与混合物的物质的量与混合物的物质的量(n)之比，称为之比，称为组分组分B的物质的量分数的物质的量分数(xB)，又称，又称B的摩的摩尔分数。尔分数。12如如：含含1molO2和和4molN2的混合气体中的混合气体中, O2和和N2的摩尔分数分别为：的摩尔分数分别为： x (O2)=1mol/(1+4)mol =0.2 x (N2)=4mol/(1+4)mol =0.81.2.3

7、 摩尔质量和摩尔体积摩尔质量和摩尔体积摩尔质量摩尔质量(M)：某物质的质量某物质的质量(m)除以该物质的物质的量除以该物质的物质的量(n)M = m/n M的单位的单位kgmol-1或或gmol-113例如：例如：1mol H2的质量为的质量为2.0210-3kgH2的摩尔质量为的摩尔质量为2.0210-3kgmol-11.2.3 摩尔质量和摩尔体积摩尔质量和摩尔体积摩尔体积摩尔体积(Vm)：某气体物质的体积某气体物质的体积(V)除以该气体物质的量除以该气体物质的量(n)Vm = V/n Vm的单位的单位Lmol-1或或m3mol-114例如例如 在标准状况在标准状况(STP)(273.15K

8、及及101.325kPa下下)，任何理想气体的摩尔体积为：，任何理想气体的摩尔体积为：Vm,273.15K = 0.022414 m3mol-1 = 22.414Lmol-1 22.4Lmol-11.2.4 物质的量浓度物质的量浓度物质的量浓度物质的量浓度(cB)（简称为浓度）（简称为浓度）：混合物中某物质混合物中某物质B的物质的量的物质的量(nB)除以除以混合物的体积混合物的体积(V): cB = nB/V 15例如例如 若若1L的的NaOH溶液中含有溶液中含有0.1 mol 的的NaOH，其浓度可表示为：，其浓度可表示为： c(NaOH) = 0.1 molL-1161.2.5 气体的计量

9、气体的计量气体的基本特征：气体的基本特征：具有可压缩性和扩散性。具有可压缩性和扩散性。理想气体：理想气体： 气体分子之间没有相互吸引和气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于排斥，分子本身的体积相对于气体所占体积完全可以忽略。气体所占体积完全可以忽略。 符合理想气体状态方程符合理想气体状态方程理想气体状态方程：理想气体状态方程： pV = nRT R摩尔气体常数摩尔气体常数 在在STP下下p=101.325kPa，T=273.15Kn=1 mol时，时，Vm=22.414L=22.41410-3m3 1718101.325103Pa22.41410-3 m31mol273.15K=

10、R= pV/nT= 8.314 Pam3mol-1K-1= 8.314Jmol-1K-11. 计算p，V，T，n四个物理量之一。2.气体摩尔质量的计算MmnM = Mr gmol-1 理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的应用pVmRTM RTMmpV nRTpV 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。pV = nRT =RTpMpVmRTM = m / VpRTM3.气体密度的计算理想气体分压定律：理想气体分压定律：气体的分压气体的分压(pB)气体混合物中，某气体混合物中，某一组分气体一组分气体B对器壁所施加的压力。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即等于相同温度下

11、该气体单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力。合气体相同体积时所产生的压力。道尔顿分压定律道尔顿分压定律混合气体的总压力混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。等于各组分气体的分压之和。 p = pB21nBnnBn22 pB p= 如如 组分气体组分气体B的物质的量为的物质的量为nB 混合气体的物质的量为混合气体的物质的量为n 混合气体的体积为混合气体的体积为V则它们的压力：则它们的压力： pB = nBRT/V pV = nRT/V两式相除可以得到：两式相除可以得到： nB n则则 pB= p （ 为组分气体为组分气体B的的摩尔分数摩尔分数 ） 同温同压下同温同压下, ,气态物质的量与

12、其体积成正比，气态物质的量与其体积成正比，则则23 体积为体积为10.0L的容器中含的容器中含N2、O2、CO2的混合气的混合气体体，T=30、p=93.3kPa, 其中其中:p(O2)=26.7kPa, CO2的含量为的含量为5.00g, 试计算试计算N2、CO2分压。分压。解解m(CO2) 5.00gM(CO2) 44.01gmol-1n(CO2)= = =0.114molp(CO2)= = Pa n(CO2)RT 0.1148.314303.15 V 1.0010-2=2.87104Pap(N2)=p-p(O2)-p(CO2)=(9.33-2.67-2.87)104Pa =3.79104

13、Pa例例241.2.6 化学计量化合物和化学计量化合物和非计量化合物非计量化合物化学式化学式：表明组成化学物质的各元素原子数：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，又称最简式。目之间最简单的整数比关系，又称最简式。分子式分子式：表明分子型物质中一个分子所包含：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。的各种元素原子的数目。分子式可能和最简式相同，也可能是最简式分子式可能和最简式相同，也可能是最简式的整数倍。的整数倍。25分子型物质分子型物质 化学式化学式 分子式分子式气态氯化铝气态氯化铝AlCl3Al2Cl6水水H2OH2O对于那些非分子型物质对于那些非分子型物质,只能用最简式表示只能用最简式表示。例如：离子型化合物氯化钠，习惯上以最例如：离子型化合物氯化钠，习惯上以最简式简式NaCl表示。表示。 化学计量化合物化学计量化合物：具有确定组成且各种元素：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，这类化合的原子互成简单整数比的化合物，这类化合物又称物又称整比化合物整比化合物或或道尔顿体道尔顿体。例如：例如：一氧化碳中氧与碳质量比恒为一氧化碳中氧与碳质量比恒为4 3原子比恒为原子比恒为1 126非化学计量化合物非化学计量化合物：组成可在一个较小范围：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，内变动，而又保