第一章 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系

第一章化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系第1頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月1.鞏固高中化學(xué)的一些基本概念和計量觀念2.了解化學(xué)計量數(shù)、反應(yīng)進(jìn)度、體系和環(huán)境、狀態(tài)函數(shù)及熱、功和熱力學(xué)能的基本概念和常用術(shù)語3.熟悉化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系4.掌握熱化學(xué)方程式的正確書寫5.掌握運用赫斯定律和標(biāo)準(zhǔn)生成焓計算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱教學(xué)要點：第2頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)中的計量無機化學(xué)第3頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的一類單核粒子稱為核素。

元素是具有相同質(zhì)子數(shù)的一類單核粒子的總稱。

質(zhì)子數(shù)相等而中子數(shù)不等的同一元素的一些原子品種互稱為同位素。

自然界中氧就有三種同位素:

16O17O18O含量/%99.7590.0370.204

碳有兩種同位素：12C13C相對含量/%98.8921.1081.1.1

相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量第4頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月相對原子質(zhì)量(Ar)

被定義為元素的平均原子質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的1/12之比，以往被稱為原子量。例如：

Ar(H)=1.0079

Ar(O)=15.9991.1.1

相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量第5頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月相對分子質(zhì)量(Mr)

被定義為物質(zhì)的分子或特定單元的平均質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的1/12之比.(以前被稱為分子量)例如：Mr(H2O)=18.0148≈18.01

Mr(NaCl)=58.443≈58.441.1.1相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量第6頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

是用于計量指定的微觀基本單元(如分子、原子、離子、電子等微觀粒子)或其特定組合的一個物理量。

符號為n單位為摩[爾]（mole）、mol物質(zhì)的量1.1.2物質(zhì)的量及其單位第7頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)中的物質(zhì)的量若為１mol，表示該系統(tǒng)中所包含的基本單元數(shù)0.012kg12C的原子數(shù)目相等。

0.012kg12C所含的碳原子數(shù)目(6.022×1023個)稱為阿伏加德羅常數(shù)[Avogadro]（NA）。

1.1.2物質(zhì)的量及其單位第8頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

1molH2表示有NA個氫分子

2molC表示有2NA個碳原子

3molNa+表示有3NA個鈉離子

4mol(H2+?O2)表示有4NA個(H2+?O2)的特定組合體，其中含有4NA個氫分子和2NA個氧分子。1.1.2物質(zhì)的量及其單位第9頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

在使用摩爾這個單位時，一定要指明基本單位(以化學(xué)式表示)否則示意不明。例如:籠統(tǒng)說“1mol氫”難以斷定是指1mol氫分子還是指1mol氫原子或1mol氫離子1.1.2物質(zhì)的量及其單位第10頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月在混合物中，B的物質(zhì)的量(nB)與混合物的物質(zhì)的量(n)之比，稱為組分B的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(xB)，又稱B的摩爾分?jǐn)?shù)。如含1molO2和4molN2的混合氣體中,O2和N2的摩爾分?jǐn)?shù)分別為：x(O2)=1mol/(1+4)mol=1/5

x(N2)=4mol/(1+4)mol=4/5摩爾分?jǐn)?shù)1.1.2物質(zhì)的量及其單位第11頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月例如1molH2的質(zhì)量為2.02×10-3kgH2的摩爾質(zhì)量為2.02×10-3kg·mol-1摩爾質(zhì)量某物質(zhì)的質(zhì)量(m)除以該物質(zhì)的物質(zhì)的量(n)M=m/n

M的單位kg·mol-1或g·mol-11.1.3摩爾質(zhì)量和摩爾體積第12頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

例如在標(biāo)準(zhǔn)狀況(STP)(273.15K及101.325kPa下)，任何理想氣體的摩爾體積為：Vm,273.15K=0.022414m3·mol-1

=22.414L·mol-1≈22.4L·mol-1某氣體物質(zhì)的體積(V)除以該氣體物質(zhì)的量(n)Vm=V/n摩爾體積1.1.3摩爾質(zhì)量和摩爾體積第13頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

混合物中某物質(zhì)B的物質(zhì)的量(nB)除以混合物的體積(V):cB=nB/V

對溶液來說，即1L溶液中所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量。單位：摩(爾)每升單位符號：mol·L-1例如若1L的NaOH溶液中含有0.1mol的NaOH，其濃度可表示為：

c(NaOH)=0.1mol·L-1物質(zhì)的量濃度簡稱為濃度物質(zhì)的量濃度(cn)1.1.4物質(zhì)的量濃度第14頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月理想氣體狀態(tài)方程pV=nRTp——氣體的壓力，單位為帕(Pa)

V——體積，單位為立方米(m3)

n——物質(zhì)的量，單位為摩(mol)

T——熱力學(xué)溫度，單位為“開”(K)

R——摩爾氣體常數(shù)，單位不同，數(shù)值不同

8.3144J·mol-1·K-11.1.5氣體的計量第15頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

實際工作中，當(dāng)壓力不太高、溫度不太低的情況下，氣體分子間的距離大，分子本身的體積和分子間的作用力均可忽略，氣體的壓力、體積、溫度以及物質(zhì)的量之間的關(guān)系可近似地用理想氣體狀態(tài)方程來描述。理想氣體狀態(tài)方程第16頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

理想氣體分壓定律氣體的分壓(pB)——氣體混合物中，某一組分氣體B對器壁所施加的壓力。即等于相同溫度下該氣體單獨占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力。道爾頓分壓定律——混合氣體的總壓力等于各組分氣體的分壓之和。

p=ΣpB1.1.5氣體的計量第17頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

如組分氣體B的物質(zhì)的量為nB混合氣體的物質(zhì)的量為n混合氣體的體積為V則它們的壓力：

pB=nBRT/V

p=nRT/V將兩式相除，得pB

nBp

n＝為組分氣體B的摩爾分?jǐn)?shù)nBnpB=pnBn則第18頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

理想氣體分壓定律同溫同壓下,氣態(tài)物質(zhì)的量與其體積成正比則

VBnBVn=pB

nBp

n＝而所以pB=pVBV第19頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

體積為10.0L含N2、O2、CO2的混合氣體，T=30℃、p=93.3kPa,其中:p(O2)=26.7kPa,CO2的含量為5.00g,試計算N2、CO2分壓。解m(CO2)5.00gM(CO2)44.01g·mol-1n(CO2)===0.114molp(CO2)==Pan(CO2)RT0.114×8.314×303.15

V1.00×10-2=2.87×104Pap(N2)=p-p(O2)-p(CO2)=(9.33-2.67-2.87)×104Pa=3.79×104Pa例n

p9.33×104n(O2)p(O2)2.67×104===0.286第20頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.6化學(xué)計量化合物和非計量化合物化學(xué)計量化合物具有確定組成且各種元素的原子互成簡單整數(shù)比的化合物，這類化合物又稱整比化合物或道爾頓體。組成可在一個較小范圍內(nèi)變動，而又保持基本結(jié)構(gòu)不變的化合物，這類化合物偏離了原子互為整數(shù)比的關(guān)系，又稱為非整比化合物或貝多萊體。非化學(xué)計量化合物第21頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系第二節(jié)化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系無機化學(xué)第22頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月原理：質(zhì)量守恒定律

1.2.1應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)方程式的計算第23頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月1.化學(xué)計量數(shù)(

)

化學(xué)反應(yīng)

cC+dD=yY+zZ移項0=-cC-dD+yY+zZ

令-c=νC，-d=νD，y=νY，z=νZ

1.2.1化學(xué)計量數(shù)與化學(xué)進(jìn)度得

0=νCC+νDD+νYY+νZZ

第24頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月簡化寫出化學(xué)計量式的通式：

0＝∑νBB

BB——包含在反應(yīng)中的分子、原子或離子νB——數(shù)字或簡分?jǐn)?shù)，稱為(物質(zhì))B的化學(xué)計量數(shù)

稱

B為化學(xué)計量式中B的計量數(shù)。規(guī)定：對于反應(yīng)物，

B為負(fù)值；

B對于生成物為正值1.化學(xué)計量數(shù)(

)

第25頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

N2+3H2=2NH30=－N2－3H2+2NH3

=ν(N2)N2+ν(H2)H2+ν(NH3)NH3N2、H2、NH3的化學(xué)計量數(shù)ν(N2)=-1，ν(H2)=-3，ν(NH3)=2表明反應(yīng)中每消耗1molN2和3molH2,生成2molNH3例第26頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2.反應(yīng)進(jìn)度對于化學(xué)計量方程式若定義表示物質(zhì)變化量除以相應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)，SI單位：mol。稱為反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)開始時，

0=0，則對于生成物第27頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月反應(yīng)進(jìn)度--ξ

n(N2)/mol

n(H2)/mol

n(NH3)/molξ/mol0000-1/2-3/211/2-1-321-2-642對同一化學(xué)反應(yīng)方程式，反應(yīng)進(jìn)度(ξ)的值與選用反應(yīng)式中何種物質(zhì)的量的變化進(jìn)行計算無關(guān)。例第28頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

**注意**

同一化學(xué)反應(yīng)如果化學(xué)反應(yīng)方程式的寫法不同（亦即νB不同）相同反應(yīng)進(jìn)度時對應(yīng)各物質(zhì)的量的變化會有區(qū)別。第29頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

例如：當(dāng)ξ=1mol時反應(yīng)方程式N2+H2=NH3N2+3H2=2NH3

n(N2)/mol--1

n(H2)/mol--3

n(NH3)/mol1212321232例第30頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系無機化學(xué)作業(yè)：習(xí)題：P24-1，6，8第31頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月上節(jié)回顧道爾頓分壓定律p=∑pB化學(xué)計量數(shù)3.反應(yīng)進(jìn)度同一化學(xué)反應(yīng)如果化學(xué)反應(yīng)方程式的寫法不同（亦即νB不同）相同反應(yīng)進(jìn)度時對應(yīng)各物質(zhì)的量的變化(Δn)會有區(qū)別。第32頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系第三節(jié)化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系無機化學(xué)第33頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)

Qp=-571.66kJ·mol-1吸熱放熱第34頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

化學(xué)反應(yīng)是反應(yīng)物分子中舊鍵的削弱、斷裂和產(chǎn)物分子新鍵形成的過程。前者需要吸收能量,后者則會釋放能量。因此，化學(xué)反應(yīng)過程往往伴隨有能量的吸收或釋放。第35頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月如：煤燃燒時放熱；碳酸鈣分解要吸熱；原電池反應(yīng)可產(chǎn)生電能；電解食鹽水要消耗電能；鎂條燃燒時會放出耀眼的光；葉綠素在光作用下使二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖類。化學(xué)反應(yīng)過程往往伴隨有能量的吸收或釋放第36頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月熱力學(xué)：研究能量互相轉(zhuǎn)換規(guī)律的一門科學(xué)化學(xué)熱力學(xué)：利用熱力學(xué)規(guī)律研究化學(xué)變化熱力學(xué)定律：熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律——變化中的熱效應(yīng)熱力學(xué)第二定律：dS≥δQ/T——變化的方向和限度熱力學(xué)第三定律：規(guī)定熵?zé)崃W(xué)第零定律：熱平衡互通性——定義溫度第37頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.1基本概念和術(shù)語

1.體系和環(huán)境體系:所需研究的那部分物質(zhì)或空間。環(huán)境:體系之外與體系有一定聯(lián)系的其它物質(zhì)或空間。體系環(huán)境物質(zhì)能量體系敞開體系封閉體系孤立體系第38頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月封閉體系敞開體系孤立體系1.體系和環(huán)境第39頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)：能表征體系特性的宏觀性質(zhì)稱為狀態(tài)函數(shù)如n,p,V,T,U,H,S,G狀態(tài)函數(shù)的特點：(1)體系的狀態(tài)一確定，各狀態(tài)函數(shù)均有確定值。(2)體系狀態(tài)發(fā)生變化時,各狀態(tài)函數(shù)的改變量，只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān),與變化的途徑無關(guān)。(3)描述體系所處狀態(tài)的各狀態(tài)函數(shù)之間往往是有聯(lián)系的。pV=nRT第40頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月始態(tài)p1=1.01×105PaT1=298K恒溫過程p2=2.02×105PaT1=298K恒壓過程p2=2.02×105PaT2=398K終態(tài)恒壓過程p1=1.01×105PaT2=398K恒溫過程第41頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.功和熱熱(Q)：體系和環(huán)境之間因溫度不同而傳遞或交換的能量的形式。功和熱是體系的狀態(tài)發(fā)生變化時，體系和環(huán)境傳遞或交換能量的兩種形式。非功即熱體系吸熱，Q為正值；體系放熱，Q為負(fù)值。功(W)：除了熱之外其它傳遞或交換的能量形式。功體積功:體系體積變化反抗外力所做的功非體積功:除體積功外的功，如電功環(huán)境對體系做功，W為正值；體系對環(huán)境做功，W為負(fù)值。[注意]功和熱的數(shù)值以體系得失能量為準(zhǔn)功和熱不是狀態(tài)函數(shù)單位均為J、kJ第42頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.熱力學(xué)能(以往稱內(nèi)能)熱力學(xué)能(U)——體系內(nèi)部能量的總和。包括體系內(nèi)分子的內(nèi)動能、分子間相互作用能、分子內(nèi)部能量，但不包括體系整體運動的動能和在外力場中的位能。由于體系內(nèi)部質(zhì)點的運動及相互作用很復(fù)雜，所以體系熱力學(xué)能的絕對值無法測知。單位——J、kJ是狀態(tài)函數(shù)

U=U(終態(tài))-U(始態(tài))第43頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

在任何變化過程中，能量不會自生自滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，能量總值不變。5.能量守恒定律——熱力學(xué)第一定律封閉體系：始態(tài)(1)→終態(tài)(2)

熱力學(xué)能的變化等于體系從環(huán)境吸收的熱量加上環(huán)境對體系所做的功。熱力學(xué)第一定律

U=U2-U1=Q+W/view/1588995.htm第44頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變化學(xué)反應(yīng)時，如果體系不做非體積功，當(dāng)反應(yīng)終態(tài)的溫度恢復(fù)到始態(tài)的溫度時，體系所吸收或放出的熱量，稱為該反應(yīng)的反應(yīng)熱。如：2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)

Qp=-571.66kJ·mol-1H2(g)+

O2(g)→H2O(l)

Qp=-285.83kJ·mol-112通常,反應(yīng)熱的數(shù)值為反應(yīng)進(jìn)度

=1mol(即發(fā)生1摩爾反應(yīng))時的反應(yīng)熱。

第45頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.恒壓反應(yīng)熱和反應(yīng)焓變恒壓反應(yīng)熱(Qp):

化學(xué)反應(yīng)在恒溫恒壓條件下進(jìn)行，如果體系不做非體積功，此時的反應(yīng)熱稱為該反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱。有氣體參與的反應(yīng)：

反應(yīng)始態(tài)(1)→反應(yīng)終態(tài)(2)

U=Qp+W

=Qp-p

V恒壓反應(yīng)熱不等于體系熱力學(xué)能的變化第46頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

反應(yīng)焓變

U=Qp+WU2-U1=Qp-p

V

Qp=(U2-U1)

-

p(V2-V1)Qp=(U2+pV2)–(U1+pV1)焓:

H=U+pV說明：（1）H無明確物理意義（2）H是狀態(tài)函數(shù)（3）單位J、kJ（4）絕對值無法測知

H=H2-H1=Qp第47頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

H=H2-H1=Qp化學(xué)反應(yīng)在封閉體系中、恒壓條件下進(jìn)行，如果體系不做非體積功：化學(xué)反應(yīng)的焓變等于恒壓反應(yīng)熱吸熱反應(yīng)：Qp>0,H>0放熱反應(yīng)：Qp<0,H<0如：2H2(g)+O2(g)

→

2H2O(l)

H＝Qp=-571.66

kJ·mol-1

H2(g)

+

O2(g)

→

H2O(l)

H＝

Qp=-285.83

kJ·mol-112反應(yīng)焓變第48頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式

rHm——摩爾反應(yīng)焓變

rHm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+

O2(g)

H2O(g)

298.15K100kPa如12表示在298.15K、100kPa下，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度

=1mol時(1molH2(g)與molO2(g)反應(yīng)，生成1molH2O(g)時)，放出241.82kJ熱量。12第49頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

熱化學(xué)方程式注意：

1.注明反應(yīng)的溫度、壓力等。

2.注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。s,l,g如

rHm=-241.82kJ·mol-1H2(g)+

O2(g)

H2O(g)

298.15K100kPa123.同一反應(yīng),反應(yīng)式系數(shù)不同,

rHm不同

。

rHm

=

-483.64kJ·mol-12H2(g)+O2(g)→2H2O(g)

4.正、逆反應(yīng)的Qp的絕對值相同,符號相反。HgO(s)→Hg(l)+O2(g)

rHm

=90.83kJ·mol-112Hg(l)+O2(g)→HgO(s)

rHm

=-90.83kJ·mol-112第50頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.赫斯(Hess)定律即化學(xué)反應(yīng)的焓變只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化過程的具體途徑無關(guān)。C(s)+O2(g)

rHmCO(g)+O2(g)12

H1

H2CO2(g)

rHm=

H1+H2應(yīng)用赫斯定律不僅可計算某些恒壓反應(yīng)熱，而且可計算難以或無法用實驗測定的反應(yīng)熱。

H1=

rHm-H2=[(-393.51)-(282.98)]kJ·mol-1=-110.53kJ·mol-1總反應(yīng)的反應(yīng)熱等于各步反應(yīng)的反應(yīng)熱之和第51頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變

1.標(biāo)準(zhǔn)(狀)態(tài)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)氣體標(biāo)準(zhǔn)壓力(p=100kPa)下純氣體液體固體標(biāo)準(zhǔn)壓力(p=100kPa)下純液體、純固體、溶液中的溶質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)壓力(p)下質(zhì)量摩爾濃度為1mol·kg-1(近似為1mol·L-1)*標(biāo)準(zhǔn)態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)狀況的區(qū)別第52頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓

fHm定義：標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，由最穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的某物質(zhì)的焓變(即恒壓反應(yīng)熱)。符號：

fHmformation單位：kJ·mol-1第54頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

fHm?代數(shù)值越小,化合物越穩(wěn)定。3.必須注明溫度，若為298.15K時可省略。溫度對焓變的影響較小1.最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)

fHm=0,如

fHm(石墨)=0。注意：

rHm?=1.895kJmol-1

fHm?(金剛石）=

fHm?+

fHm?(石墨)=1.895kJmol-1高溫時分解-157.3CuO(s)加熱不分解-635.09CaO(s)穩(wěn)定性

fHm/(kJ·mol-1)物質(zhì)第55頁，課件共59頁，創(chuàng)作于2023年2月

3