《无机化学》课件

1.《无机化学》

课程的性质

化学的研究对象——在原子、分子水平上，研究物质的组成、结构、性能，物质的化学变化规律及变化中的能量关系。无机化学课程的性质——基础课程，对化学作一整体的阐述和讨论。课程特点：

1）简明、概括地反映化学学科的一般原理、基本规律和研究方法2）用化学的观点分析、认识工程技术中的化学问题，起化学与工程技术间的桥梁作用。

绪论11.《无机化学》课程的性质绪论12．《无机化学》课程的任务1）了解近代化学的基本理论，掌握必要的化学基本知识和基本技能。2）了解化学在工程技术上的应用，能运用化学的观点来理解相关学科中涉及化学的有关问题。3）学会正确的学习方法和研究问题的方法。22．《无机化学》课程的任务1）了解近代化学的基本理论，掌握必3．《无机化学》课程的学习内容1）化学变化宏观规律化学热力学基础、化学动力学基础（化学反应速率）、化学平衡、氧化还原（电化学）及其应用2）物质的微观结构理论原子结构与周期系、化学键与分子、结构晶体结构3）元素部分（简）4）化学与环境*33．《无机化学》课程的学习内容1）化学变化宏观规律34．《无机化学》课程的学习方法(1)学习过程中要把握每一章节的重点：在学习每一章时要明确了解这一章的主要内容是什么？要解决什么问题？(2)无机化学中有一些简单的公式：要注意数学推导过程，这样在记不住的时候可以推出来；(3)注意章节间的联系：把新学到的知识与前面的知识相联系，在每次听课前应复习前面课程的相关内容，通过前后联系，反复思考才能融会贯通；(4)重视习题：习题是培养思考问题和独立解决问题能力的重要环节，可以加深对课程内容的理解；(5)课前要自学，课中要记笔记：记笔记可以使自己的注意力更加集中，锻炼手脑并用，使思维处于活跃状态。(6)做实验（单独一门课程）：通过实验加深对所学知识的理解和认识，培养动手能力及分析和解决问题的能力，掌握一些基本操作。同时要做实验预习及写实验报告。44．《无机化学》课程的学习方法(1)学习过程中要把握每一章节5．参考书[1]浙江大学大学化学教研组．普通化学．第5版．北京：高等教育出版社，2002[2]重庆大学大学化学教研室．大学化学．第2版．重庆：重庆大学出版社，2004[3]天津大学无机化学教研室．无机化学（上册）．第2版．北京：高等教育出版社，1992

55．参考书56．课程考核主要分为：[1]考试成绩：60%；[2]考勤：10%，旷课二次不能参加考试，迟到二次算一次旷课；[3]平时作业成绩：10%，三次不交作业，不能参加考试[4]实验成绩：20%，如无实验成绩，则无成绩66．课程考核主要分为：6Chapter1化学中的能量关系（热力学基础）ChemicalThermodynamics第1章7Chapter1化学中的能量关系（热力学基础）第1章7（1）了解化学热力学的基本概念和术语（2）掌握热力学第一定律及相关计算（3）理解反应热与反应焓变，并能熟练应用盖斯定律本章学习要求：8（1）了解化学热力学的基本概念和术语本章学习要求：8化学热力学ChemicalThermodynamics热力学:研究自然界各种形式能量之间相互转化的规律，以及能量转化对物质的影响的科学。把热力学用来研究化学现象以及与化学有关的物理现象的科学就叫化学热力学。9化学热力学ChemicalThermodynamics热力化学反应能否发生（反应方向）能量转换（热效应）反应限度（化学平衡）反应速率反应机理化学热力学化学动力学反应的可能性反应的现实性ChemicalReaction10化学反应能否发生（反应方向）能量转换（热效化学反应能否发生（反应方向）能量转换（热效应）反应限度（化学平衡）反应速率反应机理化学热力学化学动力学反应的可能性反应的现实性ChemicalReaction11化学反应能否发生（反应方向）能量转换（热效①热化学：化学和物理变化中的能量转换问题。以热力学第一定律为基础。(thefirstlawofthermodynamics)②化学和物理变化进行的方向和限度。以以热力学第二定律为基础。(thesecondlawofthermodynamics))研究内容包括两个方面12①热化学：化学和物理变化中的能量转换问题。以热力学第一定律为Fe2O3+3CO=2Fe+CO2问题：出口气体中还有22％～28％CO。以前认为是CO与铁矿石接触时间不够。解决办法：加高炉身。结果：出口气体中CO含量并未明显减少。热力学计算表明，此反应不能进行到底，不可能再降低CO的含量。(可逆反应平衡)例:高炉炼铁13Fe2O3+3CO=2Fe+CO2例:高炉炼铁131.1基本概念体系：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境：体系之外，与体系密切联系的其它物质和空间。开放体系Open~

有物质和有能量交换封闭体系Closed~

无物质和有能量交换1.体系与环境systemandenvironment图1.1体系的分类[观看动画]孤立体系Isolated

无物质和无能量交换141.1基本概念体系：作为研究对象的那一部分物质和空间。开2.体系的性质质量、体积、温度、压力、密度等体系的一切宏观性质叫做体系的热力学性质，简称体系的性质。按特征分为二类：强度性质(intensiveproperty):取决于体系的自身的性质，与物质的量无关，如T，P，密度，粘度等，不具有加和性。广度性质(extensiveproperty)：具有加合（和）性，与物质的量成正比，如m,V,E能量是具有广度性质的量，比如5kg与20kg的炸药能量不一样。思考：能量？152.体系的性质质量、体积、温度、压力、密度等体系3.状态与状态函数stateandstatefunction状态函数用于表示体系性质的物理量X称状态函数，如气体的压力p、体积V、温度T等。状态就是体系一切性质的总和。如体系的宏观性质都处于定值，则体系为平衡态。状态变化时，体系的宏观性质也必然发生部分或全部变化。163.状态与状态函数stateandstatefunc状态函数的特点与状态一一对应;状态函数之间是相互关联的，如pV=nRT;当体系的状态发生变化时，状态函数的变化量只与体系的始、末态有关，而与变化的实际途径无关。图1.2状态函数的性质以下例子说明：当体系由始态变到终态时，体系的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。外压从3pº变为p°V

T3pº17状态函数的特点与状态一一对应;图1.2状态函数的性质以下例状态函数可分为两类：状态函数可分为两类(因为体系性质分为二类):广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等。强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力等。思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。强度性质（类似于质量/体积=密度）18状态函数可分为两类：状态函数可分为两类(因为体系性质分为二类4.过程与途径process&road体系状态发生任何的变化称为过程；可逆过程体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后，如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。可逆过程是理想化过程，无限接近热力学平衡态

实现一个过程的具体步骤称途径。思考：过程与途径的区别。设想如果你要把20°C的水烧开，要完成“水烧开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。（此时吸收的热q是一个过程量，请问此时的q是不是状态函数？）194.过程与途径process&road体系状态发生任1.2热化学与焓thermo-chemistryandenthalpy热力学第一定律thefirstlawofthermodynamics封闭体系，不做非体积功时，若体系从环境吸收热Q，且环境对体系做功w，根据能量守恒,则体系热力学能的增加ΔU(U2–U1)为：ΔU

=Q+w热力学第一定律的实质是能量守恒定律在热力学中的的应用。其中，热力学能也称为内能。201.2热化学与焓thermo-chemistryande1.热力学能thermodynamicenergy

(内能internalenergy)体系内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平动、转动、振动以及电子运动和核运动。思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在10000m高空，以400m/s飞行的飞机上，后者静止在地面上。两者的内能相同吗？答：相同。内能的特征：广度性质的状态函数无绝对数值(无法测定)单位：kJ/mol由于分子内部运动的相互作用十分复杂，因此目前尚无法测定内能的绝对数值。211.热力学能thermodynamicenergy(内能2.功与体积功work在物理或化学变化的过程中，体系与环境除热以外的方式交换的能量都称为功。功的符号规定：（注意功符号的规定尚不统一）体系对环境做功为负,w<0环境对体系作功为正,w>0由于体系体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功w体。所有其它的功统称为非体积功w′。w=w体+

w′222.功与体积功work在物理或化学变化的过程中，体系与环境功与体积功work功的特征：过程量，不是状态函数有绝对数值单位：kJ/mol思考：1mol理想气体，密闭在1)气球中，2)钢瓶中；将理想气体的温度提高20ºC时，是否做了体积功？答:1)做体积功，2)未做体积功。23功与体积功work功的特征：思考：1mol理想气体，密闭在1体积功w体的计算等外压过程中，体积功w体=-p

外(V2–V1)=-p外ΔV

pl

p外=F/A，l=ΔV/A2，因此，体积功w体=F·

l

=(p外·

A)·(-ΔV/A)

=-p外ΔV图1.4体积功示意图P外=F/A24体积功w体的计算等外压过程中，体积功plp外=F/理想气体的体积功理想气体的定义：气体分子不占有体积，气体分子之间的作用力为0的气态体系被称为理想气体。理想气体的状态方程：例1mol理想气体从始态100kPa,22.4dm3经等温恒外压p2=50kPa膨胀到平衡，求体系所做的功。解：终态平衡时的体积为：负值表示体系对外做功（没有得到功）。25理想气体的体积功理想气体的定义：气体分子不占有体积，气体分子可逆过程体积功*拣去沙子设砝码对体系施加了p2的压力，砝码和砂子施加了p1的压力，当将砂子一粒一粒地拣去，体系沿下图的折线从始态变到终态。piΔViPi+1拣去一粒砂子，体系的压力从pi+1变为pi，同时体系的体积变化为ΔVi，这一微小过程中体系做功：

piΔVi，整个过程中做功：当砂子足够小时，pi可以用体系的压力来代替。pi=nRT/Vi,并可以用积分代替加和：(p1,V1)(p2,V2)图1.5可逆过程的体积功26可逆过程体积功*拣去沙子设砝码对体系施加了p2的压力，砝码和3.热Qheat在物理或化学变化的过程中，体系与环境存在温度差而交换的能量称为热。热的符号规定：

Q>0,体系吸热为正 Q<0,体系放热为负（环境Q正好相反）

热Q不是状态函数，与过程有关，不能说体系有多少热，只能说明在这一过程中吸收或放出多少热（量）热的特征：过程量，不是状态函数有绝对数值（不同途径可能有不同的值）单位：kJ/mol??因此就想能不能将热的计算（限定过程条件）与状态函数之间的变化量相关联273.热Qheat在物理或化学变化的过程中，体系与环境存1.2.2焓与反应热（热效应）1.焓（条件：等温、等压、W非=0的封闭体系）∵由热力学第一定律：△U=Qp+W=Q-p△V

Q=(U2-U1)+p(V2–

V1)等压p2=p1

=(U2+p

2V2)–(U1+p1V1)令

H

=

U+p

V则Qp

=H2–

H1=ΔHH称为焓，是一个重要的热力学函数。等压过程加下标p281.2.2焓与反应热（热效应）1.焓（条件：等温、等压公式Qp

=ΔH=H2-H1的意义：1）等压热效应即为焓的增量，故QP也只决定于始终态，而与途径无关。2）可以通过ΔH的计算求出的QP值。思考：焓是状态函数吗？能否知道它的绝对数值？答：是状态函数，因为U是，pV（nRT）也是，但不能知道它的绝对数值。焓29公式Qp=ΔH=H2-H1的意义：思考：焓是状态函数吗？焓的性质其特征主要有：复合状态函数,能量量纲,由H=U+PV即可知,状态一定,值定物理意义不太直观，仅当封闭体系,等T,等P,W非=0时,在此特定条件下,qp

=ΔH=H2-H1,吸热H增,放热H减具有广度性质,与物质的量有关,加和性H与聚集态有关:H(g)>H(l)>H(s)H与温度有关:H(高温)>H(低温),低温到高温要吸热30焓的性质其特征主要有：30焓的性质

对于化学反应,等压过程的热qp等于体系的焓变ΔH即qp=ΔH=H生成物-H反应物H生成物>H反应物,ΔH>0,体系吸收热量,焓增加,为吸热反应H生成物<H反应物,ΔH<0,体系放出热量,焓减少,为放热反应当过程反向进行时,ΔH要改变符号 ΔH(正)=H2－H1 ΔH(逆)=H1－H2=－ΔH(正)31焓的性质312.反应热（热效应）Qv与Qp已知 等压时：

Qp=ΔH(即恒压反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变体系的热焓)

；那等容时的热效应呢?由热力学第一定律可知:

ΔU=Q

–

W=Q-pΔV(如等容则V2=V1,ΔV=0)所以:

Qv=ΔU(即恒容反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变体系的热力学能)体系在等温等压或等温等容过程中,不做非体积功时所吸收或放出的热(热量)叫做此过程的热效应.322.反应热（热效应）Qv与Qp已知 等压时：由热力学第一定热效应Qv与Qp对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气相来说，体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物质的量。思考：若反应C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

的Qp,m为–393.5kJ·mol–1，则该反应的QV,m为多少？答：该反应的Δn(g)=0，QV

=Qp小结 对于没有气态物质参与的反应或Δn(g)=0的反应，QV=Qp 对于有气态物质参与的反应，且Δn(g)0的反应，QVQpQp–

QV

=n2(g)RT–n1(g)RT=Δn(g)RT对于理想气体反应，有：由H=U+pV可以推出Qp=Qv+pΔV33热效应Qv与Qp对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相热效应示例例：已知下列反应：C6H6(l)+7.5O2(g)→6CO2(g)+3H2O(l)在298.15K,101325Pa时，ΔU=-3165.74kJ/mol,试求反应的Qp.解：由于反应是在等温T、等压P下进行Δn=（6-7.5）=-1.5Qp=ΔU+Δn·RT=-3165.74kJ/mol+(-1.5)*8.314*298.15*10-3

kJ/mol=-3169.46kJ/mol34热效应示例例：已知下列反应：C6H6(l)+7.5O2(g)热效应的测量弹式量热计35热效应的测量弹式量热计35化学计量数一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系.B称为B的化学计量数。符号规定：反应物：

B为负；产物：B为正。若化学反应计量式为:36化学计量数一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系.反应进度reactionprogress反应进度ξ

的定义：反应进度的单位是摩尔（mol），它与化学计量数的选配有关。nB

为物质B的物质的量，dnB表示微小的变化量。或定义思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？答：有关。如对于反应：0

=–N2

–3H2+2NH3

，当有1molNH3生成时，反应进度为0.5mol。若将反应写成则反应进度为1mol。37反应进度reactionprogress反应进度ξ的定义3.赫斯（Hess）定律化学反应的恒压或恒容质热效应只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。(总反应的热效应等于各分步反应的热效应之和)始态

C(石墨)+O2(g)终态

CO2(g)中间态

CO(g)+½O2(g)即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。ΔrHmθ是什么意义呢，后面马上介绍383.赫斯（Hess）定律化学反应的恒压或恒容质热效应只与赫斯定律示例例已知反应和的反应焓，计算的反应焓，解：式(1)式(2)式(3)39赫斯定律示例例已知反应和的反应焓，计算的反应焓，解：式(1)4.反应标准摩尔焓变ΔrHmθ热力学标准态：气体物质的标准态：标准压力p下表现出理想气体性质的纯气体状态溶液中溶质B的标准态是:标准压力p

下，质量摩尔浓度为m

(1.0mol.kg-1),采用近似c=1.0mol.dm-3)液体或固体的标准态是:标准压力p

下的纯液体或纯固体。请注意：压力必为标准压力，温度不是标准状态规定的条件404.反应标准摩尔焓变ΔrHmθ热力学标准态：气体物质的标Δr

HmθΔr

Hmθreaction反应进度ξ=1mol热力学标准态请注意：温度不是标准状态规定的条件，但许多重要数据是298.15K获得的，此时的焓变记为：

ΔrHmθ（298.15K）ΔrHmθ:指在标态下，发生了反应进度为1mol的化学反应的焓变称之为该化学反应的标准摩尔焓变。注意：ΔrHmθ与反应式写法有关41ΔrHmθΔrHmθreaction反应进度ξ=1molΔr

Hmθ的计算方法盖斯定律知：若化学反应可以加和，则其反应热也可以加和。引出ΔfHmθPlsturntoPage18,example1.8,求Cu(s)+1/2O2=CuO(s)的ΔrHmθ(298.15K)42ΔrHmθ的计算方法盖斯定律知：若化学反应可以加和，则其反5.标准摩尔生成焓ΔfHmθ标准状态时,由参考态单质生成1mol某物质的化学反应的标准摩尔焓变称为标准摩尔生成焓。ΔfHmθform生成1mol物质热力学标准态参考态单质通常指标准压力和该温度下最稳定的单质。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l)等。但P为白磷(s)，即P（s，白）,Br2(l)。显然，参考态单质的标准生成焓为0。435.标准摩尔生成焓ΔfHmθ标准状态时,由参考态单质生成1ΔfHmθ298.15K时的数据可以从手册及教材的附录中查到。思考：以下哪些反应的恒压反应热不是生成焓(反应物和生成物都是标准态)?(1)(2)(3)答：（2）不是请问：O2(g)的生成焓是多少？C（石墨）的生成焓是多少？C（金刚石）的生成焓是多少？44ΔfHmθ298.15K时的数据可以从手册及教材的附录中查由ΔfHmθ计算ΔrHmθ示例例：已知恒压反应(298.15K)：CaO(s)+H2O(l)>Ca(OH)2(s)应用盖斯定律及ΔfHmθ(298.15K),求此反应的焓变ΔrHmθ。

解：

首先设计此化学反应的热力学循环过程：45由ΔfHmθ计算ΔrHmθ示例例：已知恒压反应(29由ΔfHmθ计算ΔrHmθ示例可见反应可以经过二个不同的历程从始态终态（绿色和蓝色）所以有：ΔrH1θ+ΔrH2θ+ΔrH298.15θ=ΔrH3θ思考ΔrH1θ，ΔrH2θ，ΔrH3θ与生成焓的关系?46由ΔfHmθ计算ΔrHmθ示例可见反应可以经过二个不同的由ΔfHmθ计算ΔrHmθ示例由标准生成焓的定义可知：ΔrH1θ=ΔfHmθ(CaO,s)、ΔrH2θ=ΔfHmθ(H2O,l)ΔrH3θ=ΔfHmθ(Ca(OH)2,s)所以ΔrH298.15θ=ΔrH3θ-（ΔrH1θ+ΔrH2θ）=ΔfHmθ(Ca(OH)2,s)-ΔfHmθ(CaO,s)+ΔfHmθ(H2O,l)=-65.21kJ/mol结论：任意反应aA+bB=gG+dDΔrHmθ(298.15K)=(gΔfHmθG+dΔfHmθD)-(aΔfHmθA+bΔfHmθB)=ΣB

ΔfHmθ

产物-ΣB

ΔfHmθ

反应物=ΣB

ΔfHmθ47由ΔfHmθ计算ΔrHmθ示例由标准生成焓的定义可知：结标准摩尔反应焓变计算示例解：从手册查得298.15K时Fe2O3和Al2O3的标准摩尔生成焓分别为–824.2和–1675.7kJ·mol-1。例

试计算铝热剂点火反应的反应计量式为：48标准摩尔反应焓变计算示例解：从手册查得298.15K时Fe2注意事项物质的聚集状态，查表时仔细应用物质的标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓时需要注意公式中化学计量数与反应方程式相符数值与化学计量数的选配有关；温度的影响思考：正反应与逆反应的反应热的数值相等，符号相反。对吗？答：对。这也是热化学定律的重要内容。49注意事项物质的聚集状态，查表时仔细应用物质的标准摩尔生成焓例

设反应物和生成物均处于标准状态，计算1mol乙炔完全燃烧放出的能量。解：从手册查得298.15K时，各物质的标准摩尔生成焓如下。226.80-393.5-285.9ΔfHmθ(298.15K)例,注意格式50例设反应物和生成物均处于标准状态，计算1mol乙炔完全燃Briefsummary因为Q是过程量不易测量等T,等PW非=0限定条件

△U=Q+W广度性质的状态函数能量形式（绝对值无）单位：kJ/molH=U+pVQp=H2-H1=△H热效应赫斯定律

ΔfHmθ(298.15K)△U(Qv)51Briefsummary因为Q是过程量不易测量等T,复习思考题1、标准摩尔生成焓与反应的标准摩尔焓变答：标准摩尔生成焓：在标态下，由指定的（最稳定的）单质生成单位物质的量的纯物质时的焓变，用ΔfHmθ表示;反应的标准摩尔焓变：在标态下，反应过程的摩尔焓变，用ΔrHmθ表示.答：描述系统状态的性质或物理量叫做状态函数。状态函数取决于系统的状态本身，而与变化的具体途径没有关系.即状态一定，值一定；殊途同归，值变相等；周而复始，值变为0.只有H为状态函数，而q,w不是状态函数，因为它们与途径有关，可以称之为途径函数.2、什么叫做状态函数？q,w,H是否为状态函数？WHY？52复习思考题1、标准摩尔生成焓与反应的标准摩尔焓变答：标准摩尔复习思考题3、如何利用精确测定的qv来求qp和ΔH？4、化学热力学中的“标准状态”指的是什么？对于单质，化合物所规定的标准摩尔生成焓有何区别？答：热力学中的标准状态是指系统在P=1Pθ、c=cθ条件下的状态，对于温度没有限制，在任意温度下都有标准态。答：利用Qp=ΔH，Qv=ΔU，Qp-Qv=ΔnRT53复习思考题3、如何利用精确测定的qv来求qp和ΔH？4、化学作业P248，10，12，15，1854作业P2454本章小结掌握若干热力学基本概念（如状态函数、热力学标准态、反应进度、焓等）和定容热效应Qv的测定等;理解热化学定律(1stlaw)及其应用；掌握反应的标准摩尔焓变的近似计算；55本章小结掌握若干热力学基本概念（如状态函数、热力学标准态、反1.《无机化学》

课程的性质

化学的研究对象——在原子、分子水平上，研究物质的组成、结构、性能，物质的化学变化规律及变化中的能量关系。无机化学课程的性质——基础课程，对化学作一整体的阐述和讨论。课程特点：

1）简明、概括地反映化学学科的一般原理、基本规律和研究方法2）用化学的观点分析、认识工程技术中的化学问题，起化学与工程技术间的桥梁作用。

绪论561.《无机化学》课程的性质绪论12．《无机化学》课程的任务1）了解近代化学的基本理论，掌握必要的化学基本知识和基本技能。2）了解化学在工程技术上的应用，能运用化学的观点来理解相关学科中涉及化学的有关问题。3）学会正确的学习方法和研究问题的方法。572．《无机化学》课程的任务1）了解近代化学的基本理论，掌握必3．《无机化学》课程的学习内容1）化学变化宏观规律化学热力学基础、化学动力学基础（化学反应速率）、化学平衡、氧化还原（电化学）及其应用2）物质的微观结构理论原子结构与周期系、化学键与分子、结构晶体结构3）元素部分（简）4）化学与环境*583．《无机化学》课程的学习内容1）化学变化宏观规律34．《无机化学》课程的学习方法(1)学习过程中要把握每一章节的重点：在学习每一章时要明确了解这一章的主要内容是什么？要解决什么问题？(2)无机化学中有一些简单的公式：要注意数学推导过程，这样在记不住的时候可以推出来；(3)注意章节间的联系：把新学到的知识与前面的知识相联系，在每次听课前应复习前面课程的相关内容，通过前后联系，反复思考才能融会贯通；(4)重视习题：习题是培养思考问题和独立解决问题能力的重要环节，可以加深对课程内容的理解；(5)课前要自学，课中要记笔记：记笔记可以使自己的注意力更加集中，锻炼手脑并用，使思维处于活跃状态。(6)做实验（单独一门课程）：通过实验加深对所学知识的理解和认识，培养动手能力及分析和解决问题的能力，掌握一些基本操作。同时要做实验预习及写实验报告。594．《无机化学》课程的学习方法(1)学习过程中要把握每一章节5．参考书[1]浙江大学大学化学教研组．普通化学．第5版．北京：高等教育出版社，2002[2]重庆大学大学化学教研室．大学化学．第2版．重庆：重庆大学出版社，2004[3]天津大学无机化学教研室．无机化学（上册）．第2版．北京：高等教育出版社，1992

605．参考书56．课程考核主要分为：[1]考试成绩：60%；[2]考勤：10%，旷课二次不能参加考试，迟到二次算一次旷课；[3]平时作业成绩：10%，三次不交作业，不能参加考试[4]实验成绩：20%，如无实验成绩，则无成绩616．课程考核主要分为：6Chapter1化学中的能量关系（热力学基础）ChemicalThermodynamics第1章62Chapter1化学中的能量关系（热力学基础）第1章7（1）了解化学热力学的基本概念和术语（2）掌握热力学第一定律及相关计算（3）理解反应热与反应焓变，并能熟练应用盖斯定律本章学习要求：63（1）了解化学热力学的基本概念和术语本章学习要求：8化学热力学ChemicalThermodynamics热力学:研究自然界各种形式能量之间相互转化的规律，以及能量转化对物质的影响的科学。把热力学用来研究化学现象以及与化学有关的物理现象的科学就叫化学热力学。64化学热力学ChemicalThermodynamics热力化学反应能否发生（反应方向）能量转换（热效应）反应限度（化学平衡）反应速率反应机理化学热力学化学动力学反应的可能性反应的现实性ChemicalReaction65化学反应能否发生（反应方向）能量转换（热效化学反应能否发生（反应方向）能量转换（热效应）反应限度（化学平衡）反应速率反应机理化学热力学化学动力学反应的可能性反应的现实性ChemicalReaction66化学反应能否发生（反应方向）能量转换（热效①热化学：化学和物理变化中的能量转换问题。以热力学第一定律为基础。(thefirstlawofthermodynamics)②化学和物理变化进行的方向和限度。以以热力学第二定律为基础。(thesecondlawofthermodynamics))研究内容包括两个方面67①热化学：化学和物理变化中的能量转换问题。以热力学第一定律为Fe2O3+3CO=2Fe+CO2问题：出口气体中还有22％～28％CO。以前认为是CO与铁矿石接触时间不够。解决办法：加高炉身。结果：出口气体中CO含量并未明显减少。热力学计算表明，此反应不能进行到底，不可能再降低CO的含量。(可逆反应平衡)例:高炉炼铁68Fe2O3+3CO=2Fe+CO2例:高炉炼铁131.1基本概念体系：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境：体系之外，与体系密切联系的其它物质和空间。开放体系Open~

有物质和有能量交换封闭体系Closed~

无物质和有能量交换1.体系与环境systemandenvironment图1.1体系的分类[观看动画]孤立体系Isolated

无物质和无能量交换691.1基本概念体系：作为研究对象的那一部分物质和空间。开2.体系的性质质量、体积、温度、压力、密度等体系的一切宏观性质叫做体系的热力学性质，简称体系的性质。按特征分为二类：强度性质(intensiveproperty):取决于体系的自身的性质，与物质的量无关，如T，P，密度，粘度等，不具有加和性。广度性质(extensiveproperty)：具有加合（和）性，与物质的量成正比，如m,V,E能量是具有广度性质的量，比如5kg与20kg的炸药能量不一样。思考：能量？702.体系的性质质量、体积、温度、压力、密度等体系3.状态与状态函数stateandstatefunction状态函数用于表示体系性质的物理量X称状态函数，如气体的压力p、体积V、温度T等。状态就是体系一切性质的总和。如体系的宏观性质都处于定值，则体系为平衡态。状态变化时，体系的宏观性质也必然发生部分或全部变化。713.状态与状态函数stateandstatefunc状态函数的特点与状态一一对应;状态函数之间是相互关联的，如pV=nRT;当体系的状态发生变化时，状态函数的变化量只与体系的始、末态有关，而与变化的实际途径无关。图1.2状态函数的性质以下例子说明：当体系由始态变到终态时，体系的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。外压从3pº变为p°V

T3pº72状态函数的特点与状态一一对应;图1.2状态函数的性质以下例状态函数可分为两类：状态函数可分为两类(因为体系性质分为二类):广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等。强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力等。思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。强度性质（类似于质量/体积=密度）73状态函数可分为两类：状态函数可分为两类(因为体系性质分为二类4.过程与途径process&road体系状态发生任何的变化称为过程；可逆过程体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后，如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。可逆过程是理想化过程，无限接近热力学平衡态

实现一个过程的具体步骤称途径。思考：过程与途径的区别。设想如果你要把20°C的水烧开，要完成“水烧开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。（此时吸收的热q是一个过程量，请问此时的q是不是状态函数？）744.过程与途径process&road体系状态发生任1.2热化学与焓thermo-chemistryandenthalpy热力学第一定律thefirstlawofthermodynamics封闭体系，不做非体积功时，若体系从环境吸收热Q，且环境对体系做功w，根据能量守恒,则体系热力学能的增加ΔU(U2–U1)为：ΔU

=Q+w热力学第一定律的实质是能量守恒定律在热力学中的的应用。其中，热力学能也称为内能。751.2热化学与焓thermo-chemistryande1.热力学能thermodynamicenergy

(内能internalenergy)体系内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平动、转动、振动以及电子运动和核运动。思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在10000m高空，以400m/s飞行的飞机上，后者静止在地面上。两者的内能相同吗？答：相同。内能的特征：广度性质的状态函数无绝对数值(无法测定)单位：kJ/mol由于分子内部运动的相互作用十分复杂，因此目前尚无法测定内能的绝对数值。761.热力学能thermodynamicenergy(内能2.功与体积功work在物理或化学变化的过程中，体系与环境除热以外的方式交换的能量都称为功。功的符号规定：（注意功符号的规定尚不统一）体系对环境做功为负,w<0环境对体系作功为正,w>0由于体系体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功w体。所有其它的功统称为非体积功w′。w=w体+

w′772.功与体积功work在物理或化学变化的过程中，体系与环境功与体积功work功的特征：过程量，不是状态函数有绝对数值单位：kJ/mol思考：1mol理想气体，密闭在1)气球中，2)钢瓶中；将理想气体的温度提高20ºC时，是否做了体积功？答:1)做体积功，2)未做体积功。78功与体积功work功的特征：思考：1mol理想气体，密闭在1体积功w体的计算等外压过程中，体积功w体=-p

外(V2–V1)=-p外ΔV

pl

p外=F/A，l=ΔV/A2，因此，体积功w体=F·

l

=(p外·

A)·(-ΔV/A)

=-p外ΔV图1.4体积功示意图P外=F/A79体积功w体的计算等外压过程中，体积功plp外=F/理想气体的体积功理想气体的定义：气体分子不占有体积，气体分子之间的作用力为0的气态体系被称为理想气体。理想气体的状态方程：例1mol理想气体从始态100kPa,22.4dm3经等温恒外压p2=50kPa膨胀到平衡，求体系所做的功。解：终态平衡时的体积为：负值表示体系对外做功（没有得到功）。80理想气体的体积功理想气体的定义：气体分子不占有体积，气体分子可逆过程体积功*拣去沙子设砝码对体系施加了p2的压力，砝码和砂子施加了p1的压力，当将砂子一粒一粒地拣去，体系沿下图的折线从始态变到终态。piΔViPi+1拣去一粒砂子，体系的压力从pi+1变为pi，同时体系的体积变化为ΔVi，这一微小过程中体系做功：

piΔVi，整个过程中做功：当砂子足够小时，pi可以用体系的压力来代替。pi=nRT/Vi,并可以用积分代替加和：(p1,V1)(p2,V2)图1.5可逆过程的体积功81可逆过程体积功*拣去沙子设砝码对体系施加了p2的压力，砝码和3.热Qheat在物理或化学变化的过程中，体系与环境存在温度差而交换的能量称为热。热的符号规定：

Q>0,体系吸热为正 Q<0,体系放热为负（环境Q正好相反）

热Q不是状态函数，与过程有关，不能说体系有多少热，只能说明在这一过程中吸收或放出多少热（量）热的特征：过程量，不是状态函数有绝对数值（不同途径可能有不同的值）单位：kJ/mol??因此就想能不能将热的计算（限定过程条件）与状态函数之间的变化量相关联823.热Qheat在物理或化学变化的过程中，体系与环境存1.2.2焓与反应热（热效应）1.焓（条件：等温、等压、W非=0的封闭体系）∵由热力学第一定律：△U=Qp+W=Q-p△V

Q=(U2-U1)+p(V2–

V1)等压p2=p1

=(U2+p

2V2)–(U1+p1V1)令

H

=

U+p

V则Qp

=H2–

H1=ΔHH称为焓，是一个重要的热力学函数。等压过程加下标p831.2.2焓与反应热（热效应）1.焓（条件：等温、等压公式Qp

=ΔH=H2-H1的意义：1）等压热效应即为焓的增量，故QP也只决定于始终态，而与途径无关。2）可以通过ΔH的计算求出的QP值。思考：焓是状态函数吗？能否知道它的绝对数值？答：是状态函数，因为U是，pV（nRT）也是，但不能知道它的绝对数值。焓84公式Qp=ΔH=H2-H1的意义：思考：焓是状态函数吗？焓的性质其特征主要有：复合状态函数,能量量纲,由H=U+PV即可知,状态一定,值定物理意义不太直观，仅当封闭体系,等T,等P,W非=0时,在此特定条件下,qp

=ΔH=H2-H1,吸热H增,放热H减具有广度性质,与物质的量有关,加和性H与聚集态有关:H(g)>H(l)>H(s)H与温度有关:H(高温)>H(低温),低温到高温要吸热85焓的性质其特征主要有：30焓的性质

对于化学反应,等压过程的热qp等于体系的焓变ΔH即qp=ΔH=H生成物-H反应物H生成物>H反应物,ΔH>0,体系吸收热量,焓增加,为吸热反应H生成物<H反应物,ΔH<0,体系放出热量,焓减少,为放热反应当过程反向进行时,ΔH要改变符号 ΔH(正)=H2－H1 ΔH(逆)=H1－H2=－ΔH(正)86焓的性质312.反应热（热效应）Qv与Qp已知 等压时：

Qp=ΔH(即恒压反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变体系的热焓)

；那等容时的热效应呢?由热力学第一定律可知:

ΔU=Q

–

W=Q-pΔV(如等容则V2=V1,ΔV=0)所以:

Qv=ΔU(即恒容反应过程中，体系吸收的热量全部用来改变体系的热力学能)体系在等温等压或等温等容过程中,不做非体积功时所吸收或放出的热(热量)叫做此过程的热效应.872.反应热（热效应）Qv与Qp已知 等压时：由热力学第一定热效应Qv与Qp对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气相来说，体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物质的量。思考：若反应C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

的Qp,m为–393.5kJ·mol–1，则该反应的QV,m为多少？答：该反应的Δn(g)=0，QV

=Qp小结 对于没有气态物质参与的反应或Δn(g)=0的反应，QV=Qp 对于有气态物质参与的反应，且Δn(g)0的反应，QVQpQp–

QV

=n2(g)RT–n1(g)RT=Δn(g)RT对于理想气体反应，有：由H=U+pV可以推出Qp=Qv+pΔV88热效应Qv与Qp对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相热效应示例例：已知下列反应：C6H6(l)+7.5O2(g)→6CO2(g)+3H2O(l)在298.15K,101325Pa时，ΔU=-3165.74kJ/mol,试求反应的Qp.解：由于反应是在等温T、等压P下进行Δn=（6-7.5）=-1.5Qp=ΔU+Δn·RT=-3165.74kJ/mol+(-1.5)*8.314*298.15*10-3

kJ/mol=-3169.46kJ/mol89热效应示例例：已知下列反应：C6H6(l)+7.5O2(g)热效应的测量弹式量热计90热效应的测量弹式量热计35化学计量数一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系.B称为B的化学计量数。符号规定：反应物：

B为负；产物：B为正。若化学反应计量式为:91化学计量数一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系.反应进度reactionprogress反应进度ξ

的定义：反应进度的单位是摩尔（mol），它与化学计量数的选配有关。nB

为物质B的物质的量，dnB表示微小的变化量。或定义思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？答：有关。如对于反应：0

=–N2

–3H2+2NH3

，当有1molNH3生成时，反应进度为0.5mol。若将反应写成则反应进度为1mol。92反应进度reactionprogress反应进度ξ的定义3.赫斯（Hess）定律化学反应的恒压或恒容质热效应只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。(总反应的热效应等于各分步反应的热效应之和)始态

C(石墨)+O2(g)终态

CO2(g)中间态

CO(g)+½O2(g)即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。ΔrHmθ是什么意义呢，后面马上介绍933.赫斯（Hess）定律化学反应的恒压或恒容质热效应只与赫斯定律示例例已知反应和的反应焓，计算的反应焓，解：式(1)式(2)式(3)94赫斯定律示例例已知反应和的反应焓，计算的反应焓，解：式(1)4.反应标准摩尔焓变ΔrHmθ热力学标准态：气体物质的标准态：标准压力p下表现出理想气体性质的纯气体状态溶液中溶质B的标准态是:标准压力p

下，质量摩尔浓度为m

(1.0mol.kg-1),采用近似c=1.0mol.dm-3)液体或固体的标准态是:标准压力p

下的纯液体或纯固体。请注意：压力必为标准压力，温度不是标准状态规定的条件954.反应标准摩尔焓变ΔrHmθ热力学标准态：气体物质的标Δr

HmθΔr

Hmθreaction反应进度ξ=1mol热力学标准态请注意：温度不是标准状态规定的条件，但许多重要数据是298.15K获得的，此时的焓变记为：

ΔrHmθ（298.15K）ΔrHmθ:指在标态下，发生了反应进度为1mol的化学反应的焓变称之为该化学反应的标准摩尔焓变。注意：ΔrHmθ与反应式写法有关96ΔrHmθΔrHmθreaction反应进度ξ=1molΔr

Hmθ的计算方法盖斯定律知：若化学反应可以加和，则其反应热也可以加和。引出ΔfHmθPlsturntoPage18,example1.8,求Cu(s)+1/2O2=CuO(s)的ΔrHmθ(298.15K)97ΔrHmθ的计算方法盖斯定律知：若化学反应可以加和，则其反5.标准摩尔生成焓ΔfHmθ标准状态时,由参考态单质生成1mol某物质的化学反应的标准摩尔焓变称为标准摩尔生成焓。ΔfHmθform生成1mol物质热力学标准态参考态单质通常指标准压力和该温度下最稳定的单质。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l)等。但P为白磷(s)，即P（s，白）,Br2(l)。显然，参考态单质的标准生成焓为0。985.标准摩尔生成焓ΔfHmθ标准状态时,由参考态单质生成1ΔfHmθ298.15K时的数据可以从手册及教材的附录中查到。思考：以下哪些反应的恒压反应热不是生成焓(反应物和生成物都是标准态)?(1)(2)(3)答：（2）不是请问：O2(g)的生成焓是多少？C（石墨）的生成焓是多少？C（金刚石）的生成焓是多少？99ΔfHmθ298.15K时的数据可以从手册及教材的附录中查由ΔfHmθ计算ΔrHmθ示例例：已知恒压反应(298.15K)：CaO(s)