大學(xué)無機(jī)化學(xué)第四版第一章課件

1、 College of Material Chemistry and Chemical Engineering 1.1 物質(zhì)的聚集態(tài)和層次物質(zhì)的聚集態(tài)和層次 1.2 化學(xué)中的計量化學(xué)中的計量第一章第一章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系系和能量關(guān)系1.4 化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系 1.3 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系 1.1 物質(zhì)的聚集態(tài)和層次物質(zhì)的聚集態(tài)和層次 1.1.1 物質(zhì)的聚集態(tài)物質(zhì)的聚集態(tài) 1.1.1.1 物質(zhì)三態(tài)物質(zhì)三態(tài) 日常生活中人們接觸到的自然界物質(zhì)通常有氣體日常生活中人們接觸到的自然界物質(zhì)通常有氣體（gas）、液體（）、液體（liq

2、uid）和固體（）和固體（solid）三種聚集狀）三種聚集狀態(tài)。態(tài)。其中氣體、液體屬流態(tài)，液體、固體屬凝聚態(tài)。其中氣體、液體屬流態(tài)，液體、固體屬凝聚態(tài)。 在一定條件下，氣、液、固三態(tài)還可以共存，如在在一定條件下，氣、液、固三態(tài)還可以共存，如在0.01 C、611.6 Pa下，水、冰、水蒸氣可以共存。下，水、冰、水蒸氣可以共存。 1.1.1.2 等離子態(tài)等離子態(tài) 在足夠高的溫度或輝光放電條件下，氣體分子會在足夠高的溫度或輝光放電條件下，氣體分子會部分甚至幾乎完全解離為原子并進(jìn)一步電離為氣態(tài)離部分甚至幾乎完全解離為原子并進(jìn)一步電離為氣態(tài)離子。一般情況下，這種電離的氣體包含正、負(fù)電荷總子。一般情況下

3、，這種電離的氣體包含正、負(fù)電荷總數(shù)相等的正離子、電子，以及少量電中性的原子、分?jǐn)?shù)相等的正離子、電子，以及少量電中性的原子、分子。當(dāng)電離產(chǎn)生的帶電粒子達(dá)到一定的密度并能持續(xù)子。當(dāng)電離產(chǎn)生的帶電粒子達(dá)到一定的密度并能持續(xù)存在足夠長的時間，存在足夠長的時間，這種高電離的氣體與原來未電離這種高電離的氣體與原來未電離時相比較，性質(zhì)上（導(dǎo)電性、粒子間作用力、受磁場時相比較，性質(zhì)上（導(dǎo)電性、粒子間作用力、受磁場的影響以及化學(xué)反應(yīng)活性等）發(fā)生了根本性的變化，的影響以及化學(xué)反應(yīng)活性等）發(fā)生了根本性的變化，呈現(xiàn)為一種有別于氣、液、固三態(tài)的新物態(tài)呈現(xiàn)為一種有別于氣、液、固三態(tài)的新物態(tài)等離等離子態(tài)（子態(tài)（plasma

4、 state），意指其中粒子所帶的正電荷量），意指其中粒子所帶的正電荷量和負(fù)電荷量相等。和負(fù)電荷量相等。 只要急劇加熱到只要急劇加熱到2萬攝氏度左右，所有物質(zhì)都呈等萬攝氏度左右，所有物質(zhì)都呈等離子態(tài)。離子態(tài)。 由于等離子體的獨特性能，等離子體技術(shù)在許多由于等離子體的獨特性能，等離子體技術(shù)在許多科技領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，除了被應(yīng)用于照明、金屬焊科技領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，除了被應(yīng)用于照明、金屬焊接、表面鍍膜、表面刻蝕等一般性的技術(shù)領(lǐng)域外，在接、表面鍍膜、表面刻蝕等一般性的技術(shù)領(lǐng)域外，在化學(xué)、化工領(lǐng)域如化學(xué)合成、高分子聚合、濺射制膜、化學(xué)、化工領(lǐng)域如化學(xué)合成、高分子聚合、濺射制膜、化學(xué)氣相沉積及發(fā)動機(jī)廢氣治

5、理等方面均有應(yīng)用?；瘜W(xué)氣相沉積及發(fā)動機(jī)廢氣治理等方面均有應(yīng)用。尤尤其是冷等離子體技術(shù)，在化學(xué)、化工領(lǐng)域更具有實用其是冷等離子體技術(shù)，在化學(xué)、化工領(lǐng)域更具有實用價值，原因是高能量的電子可使反應(yīng)物分子、原子電價值，原因是高能量的電子可使反應(yīng)物分子、原子電離激活為活性粒子而利于反應(yīng)，而且反應(yīng)又能在較低離激活為活性粒子而利于反應(yīng)，而且反應(yīng)又能在較低的溫度下進(jìn)行。的溫度下進(jìn)行。 自然界中的物質(zhì)除了有氣、液、固、等離子態(tài)以自然界中的物質(zhì)除了有氣、液、固、等離子態(tài)以外，在特殊條件下還有超固體、中子態(tài)、磁性超流態(tài)外，在特殊條件下還有超固體、中子態(tài)、磁性超流態(tài)以及輻射場態(tài)等。以及輻射場態(tài)等。 1.1.2 物質(zhì)的

6、層次物質(zhì)的層次 物理學(xué)家把自然界中的物質(zhì)按個體（或粒子）的空間物理學(xué)家把自然界中的物質(zhì)按個體（或粒子）的空間尺度大小及運動規(guī)律劃分為三個層次：尺度大小及運動規(guī)律劃分為三個層次：層次層次 空間尺度空間尺度 遵循運動規(guī)律遵循運動規(guī)律 實例實例宇觀宇觀 106m 相對論力學(xué)相對論力學(xué) 地球、太陽、星云地球、太陽、星云宏觀宏觀 (10-8106) m 牛頓力學(xué)牛頓力學(xué) 交通工具交通工具微觀微觀 0； 系統(tǒng)放熱： Q 0。 系統(tǒng)與環(huán)境之間除熱之外以其它形式傳遞的能量 。 lFWex非體積功 功不是狀態(tài)函數(shù)pexV1l體積功：系統(tǒng)對環(huán)境做功，W0（得功）2.功( W )規(guī)定：Vpex12exVVplApe

7、x1.4.2.2 熱力學(xué)能熱力學(xué)能熱力學(xué)能(U)： 系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子的全部 能量之和，也稱內(nèi)能。 U是狀態(tài)函數(shù)。 UUU12 熱力學(xué)能變化只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān)，與變化途徑無關(guān)。1.4.2.3 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律WQU對于封閉系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律為：熱力學(xué)定律的實質(zhì)是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律。U1 U2QWU2 = U1 + Q + WU2 - U1 = Q + W1.4.2.4 焓變和熱化學(xué)方程式焓變和熱化學(xué)方程式1.焓和焓變對于封閉系統(tǒng)，在定容過程中UQVQV為定容反應(yīng)熱。VpQUpex12HHH0, 0HH放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)在定壓過程中，焓：焓變：Qp = H狀態(tài)函數(shù)pVUH111222)

8、(VpUVpUQp112212VpVpQUUp12ex12VVpQUUp反應(yīng)的摩爾焓變 rHm2.熱化學(xué)方程式BBB0在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)的摩爾熱力學(xué)能變rUmnUUUBmrnHHHBmr熱化學(xué)方程式：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)： 表示化學(xué)反應(yīng)及其反應(yīng)熱(標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變)關(guān)系的化學(xué)反應(yīng)方程式。2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)(298.15K) = -483.64kJmol-1rHm稱為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。rHm氣體：T，p = p =100kPa液、固體：T，p 下，純物質(zhì)溶液：溶質(zhì)B，bB=b =1molkg-1cB=c =1molL-12H2(g)+O2(g) 2H2O(g)(298.15K)

9、= -483.64kJmol-1rHm 聚集狀態(tài)不同時， 不同。rHm2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)(298.15K) = -571.66kJmol-1rHm 化學(xué)計量數(shù)不同時， 不同。rHm(298.15K) = -241.82kJmol-1rHmH2(g)+ O2(g) H2O(g)21對于無氣體參加的反應(yīng)，W = pex V=0有氣體參加的反應(yīng)：WQU3. 的關(guān)系rUmrHm=rUmrHm=pex VrHm n(g)RT=rHmRTB(g)=VpHUex4. 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓 在溫度T下,由參考狀態(tài)單質(zhì)生成物質(zhì)B(B=+1)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，稱為物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。(B,相態(tài),

10、T) ，單位是kJmol-1fHmH2(g)+ O2(g) H2O(g)21(H2O ,g,298.15K) = -241.82kJmol-1fHmfHm(參考態(tài)單質(zhì),T)=0 5. 標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓 在溫度T下, 物質(zhì)B (B= -1)完全氧化成指定產(chǎn)物時的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，稱為物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓。)g(COC2) l (OHH2)O(l2H(g)CO (g)OOH(l)CH222233(B,相態(tài),T) ，單位是kJmol-1cHm(CH3OH ,l,298.15K) = -440.68kJmol-1cHm0), g,CO(2TcHm0), l ,OH(2TcHm1.4.2.5 Hess定律定

11、律始態(tài)終態(tài)中間態(tài) 化學(xué)反應(yīng)不管是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱總是相同的。rHmrHm,1rHm,2rHm,1rHm,2rHm+=或rHm=rHm,i 例：已知298.15K下，反應(yīng)：計算298.15K下，CO的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。應(yīng)用：1.利用方程式組合計算rHm)(gCO (g)OC(s)(1)22(1) = -393.5kJmol-1rHm(g)CO (g)OCO(g)(2)2221(2) = -282.98kJmol-1rHm解：利用Hess定律)(gOC(s)2)g(CO)g(O221 gCO2途徑1途徑2解法二：(1)rHm(3)rHm(2)rHm=+(1)rHm(2)rHm(3)r

12、Hm-=(1)rHm(2)rHm(3)rHm= -110.53kJmol-1(g)CO(g)OC(s)22222)(gCO(g)OCO(g)11CO(g)(g)OC(s)22(1)rHm(2)rHm(3)rHm2. 由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓求反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變(g)5O(g)4NH23(g)6H(g)O5(g)2N222 gOH6)4NO(g2rHm=?fHm(NO,g)4fHm(H2O,g)6fHm(NH3,g)4fHm(O2,g)5(NO,g)+4fHm(H2O,g)6fHm(NH3,g)+-4fHm(O2,g)5fHmrHm=490.25+6(-241.82) -4 (-46.11)-0kJmol-1=905.4 8kJmol-