《物質(zhì)的變化及計算》課件

物質(zhì)的變化及計算物質(zhì)的變化是化學(xué)的核心概念之一，它指的是物質(zhì)組成的改變。物質(zhì)的變化可以分為物理變化和化學(xué)變化。課程目標(biāo)了解物質(zhì)的組成理解原子、元素和分子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元。學(xué)習(xí)元素周期表，掌握元素性質(zhì)的規(guī)律。掌握物質(zhì)變化的原理理解化學(xué)反應(yīng)的基本概念，掌握化學(xué)反應(yīng)的類型。學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)的速率、平衡和熱效應(yīng)，并能進(jìn)行相關(guān)的計算。物質(zhì)的基本組成原子原子是構(gòu)成物質(zhì)的最小粒子，也是構(gòu)成元素的最小單位。分子分子是由兩個或多個原子通過化學(xué)鍵結(jié)合形成的。離子離子是帶電的原子或原子團(tuán)。原子結(jié)構(gòu)原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，它由原子核和電子云組成。原子核位于原子的中心，包含質(zhì)子和中子。質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電荷。電子云由圍繞原子核運動的電子組成，電子帶負(fù)電荷。原子核的質(zhì)量占原子總質(zhì)量的絕大部分，而電子質(zhì)量非常小。原子核的體積也遠(yuǎn)小于原子的大小，原子的大部分空間被電子云占據(jù)。原子結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，因此了解原子結(jié)構(gòu)對于理解化學(xué)變化至關(guān)重要。元素周期表元素周期表是化學(xué)中最重要的工具之一。它將所有已知元素按原子序數(shù)排列，并根據(jù)其電子構(gòu)型和化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分組。周期表展示了元素周期律，即元素的性質(zhì)隨原子序數(shù)的增加而呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律?；瘜W(xué)鍵1原子間相互作用原子之間通過吸引力結(jié)合形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，叫做化學(xué)鍵。2穩(wěn)定性提升化學(xué)鍵的形成使得原子達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)，降低能量。3種類常見化學(xué)鍵包括離子鍵、共價鍵和金屬鍵。離子鍵電荷吸引金屬原子失去電子形成帶正電的陽離子，非金屬原子得到電子形成帶負(fù)電的陰離子。相反電荷相互吸引，形成離子鍵。電荷平衡離子鍵的形成遵循電荷守恒原理，陽離子和陰離子相互結(jié)合，使整個化合物保持電中性。晶體結(jié)構(gòu)離子化合物通常以晶體形式存在，晶體中離子以規(guī)則的排列方式排列，構(gòu)成堅固的晶格結(jié)構(gòu)。共價鍵原子共享電子非金屬原子之間相互作用形成共價鍵。通過共享電子對，原子達(dá)到穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu)。共用電子對共價鍵由兩個原子共享一對或多對電子形成，形成共用電子對。極性共價鍵當(dāng)兩個原子具有不同的電負(fù)性時，共用電子對偏向電負(fù)性較強(qiáng)的原子，形成極性共價鍵。非極性共價鍵當(dāng)兩個原子具有相同的電負(fù)性時，共用電子對位于兩個原子之間，形成非極性共價鍵。金屬鍵1金屬原子排列金屬原子緊密排列，形成晶體結(jié)構(gòu)。2自由電子金屬原子最外層電子易于脫離原子核，形成自由電子。3靜電吸引金屬陽離子與自由電子之間存在著靜電吸引力，形成金屬鍵。4特性金屬鍵解釋了金屬的導(dǎo)電性、延展性、導(dǎo)熱性和光澤。物質(zhì)的分類物質(zhì)是多種多樣的。根據(jù)物質(zhì)的組成和性質(zhì)，可以將物質(zhì)分成不同的類別。純物質(zhì)和混合物純物質(zhì)由一種物質(zhì)組成的物質(zhì)，具有固定的組成和性質(zhì)，例如水、氧氣等?；旌衔镉蓛煞N或多種物質(zhì)混合而成，沒有固定的組成和性質(zhì)，例如空氣、海水等。純物質(zhì)和混合物的區(qū)別純物質(zhì)的組成和性質(zhì)固定，混合物的組成和性質(zhì)不固定。溶液的組成溶質(zhì)溶液中被溶解的物質(zhì)。溶質(zhì)可以是固體、液體或氣體。例如，在食鹽水中，食鹽是溶質(zhì)。溶劑溶解溶質(zhì)的物質(zhì)。溶劑通常是液體，但也可以是固體或氣體。例如，在食鹽水中，水是溶劑。濃度的計算濃度是溶液中溶質(zhì)的量與溶液總體積的比值，用于衡量溶液的濃度。濃度可以用多種方式表示，例如摩爾濃度(mol/L)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)(g/g)或體積百分比(mL/mL)。濃度的計算公式取決于所使用的濃度單位和溶液的組成。1摩爾濃度溶質(zhì)的摩爾數(shù)除以溶液的體積。2質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶質(zhì)的質(zhì)量除以溶液的質(zhì)量。3體積百分比溶質(zhì)的體積除以溶液的體積乘以100%。溶解度和溶解度曲線溶解度是指在一定溫度下，某物質(zhì)在100克溶劑中達(dá)到飽和狀態(tài)時所能溶解的該物質(zhì)的質(zhì)量。溶解度曲線表示不同溫度下，物質(zhì)溶解度的變化規(guī)律。它可以幫助我們直觀地了解溶解度與溫度的關(guān)系，并預(yù)測不同溫度下物質(zhì)的溶解情況?；瘜W(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)是物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的過程，涉及原子和分子重新排列，形成新的物質(zhì)。化學(xué)反應(yīng)的類型放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)是指反應(yīng)過程中釋放能量的化學(xué)反應(yīng)，例如燃燒反應(yīng)和中和反應(yīng)。吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)是指反應(yīng)過程中吸收能量的化學(xué)反應(yīng)，例如冰塊融化和碳酸氫鈉分解。可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)是指反應(yīng)可以同時向正向和逆向進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，例如氫氣和碘反應(yīng)生成碘化氫。氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)是指涉及電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)反應(yīng)，例如金屬與酸反應(yīng)生成氫氣?；瘜W(xué)反應(yīng)的摸平衡可逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)在特定條件下，正逆反應(yīng)速率相等，體系中各物質(zhì)的濃度保持不變，達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，體系中各物質(zhì)的濃度不再變化，但反應(yīng)并未停止。平衡移動當(dāng)改變條件（溫度、濃度、壓強(qiáng)等）時，平衡會向減小該改變的影響的方向移動，以重新達(dá)到平衡?；瘜W(xué)平衡常數(shù)定義化學(xué)平衡常數(shù)(K)是衡量可逆反應(yīng)在平衡狀態(tài)下，產(chǎn)物濃度與反應(yīng)物濃度的比率。表達(dá)式對于可逆反應(yīng)aA+bBcC+dD，平衡常數(shù)K可用以下表達(dá)式表示：K=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b意義K值越大，表明平衡時產(chǎn)物濃度更高，反應(yīng)傾向于正向進(jìn)行；K值越小，表明平衡時反應(yīng)物濃度更高，反應(yīng)傾向于逆向進(jìn)行?；瘜W(xué)反應(yīng)的速率化學(xué)反應(yīng)速率是指化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度，它反映了單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度或生成物濃度的變化量。影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有很多，例如反應(yīng)物的濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等。影響反應(yīng)速率的因素溫度溫度升高，分子動能增加，碰撞頻率和有效碰撞次數(shù)增加，反應(yīng)速率加快。濃度反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越快。催化劑催化劑可以降低反應(yīng)活化能，提高反應(yīng)速率，但它本身在反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變。接觸面積反應(yīng)物接觸面積越大，反應(yīng)速率越快?；钚蕴课交钚蕴渴且环N多孔的碳材料，具有巨大的表面積和豐富的微孔結(jié)構(gòu)?；钚蕴靠梢晕娇諝饣蛩卸喾N物質(zhì)，例如氣體、有機(jī)物、重金屬等?；钚蕴课降脑硎俏锢砦?，主要是由于活性炭表面上的微孔結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)對被吸附物的吸引力?；瘜W(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)化學(xué)反應(yīng)過程中伴隨著能量的變化，稱為熱效應(yīng)。能量的釋放或吸收決定了反應(yīng)是放熱還是吸熱。熱化學(xué)方程式1化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)物和生成物的化學(xué)式2反應(yīng)熱反應(yīng)熱的變化用△H表示，單位是kJ/mol3反應(yīng)方向正反應(yīng)放熱，△H為負(fù)值；正反應(yīng)吸熱，△H為正值4反應(yīng)條件溫度、壓力等條件影響反應(yīng)熱的數(shù)值反應(yīng)熱的計算反應(yīng)熱是指化學(xué)反應(yīng)過程中釋放或吸收的熱量。根據(jù)熱力學(xué)定律，反應(yīng)熱可以利用化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的焓變計算。反應(yīng)熱焓變放熱反應(yīng)焓變?yōu)樨?fù)值吸熱反應(yīng)焓變?yōu)檎等紵磻?yīng)與熱效應(yīng)燃燒的本質(zhì)燃燒是一種快速放熱反應(yīng)，通常伴隨有發(fā)光現(xiàn)象。反應(yīng)物和生成物燃燒反應(yīng)中，可燃物與氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氧化物并釋放能量。熱效應(yīng)燃燒反應(yīng)通常釋放大量的熱量，稱為放熱反應(yīng)。應(yīng)用燃燒反應(yīng)在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，例如發(fā)電、供暖和燃料燃燒。氧化還原反應(yīng)金屬與酸反應(yīng)金屬原子失去電子，被氧化，形成金屬離子。氫離子得到電子，被還原，形成氫氣。例如，鋅與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和氫氣。鐵生銹鐵與空氣中的氧氣和水反應(yīng)，形成氧化鐵，即鐵銹。鐵原子失去電子，被氧化，氧氣得到電子，被還原。燃燒反應(yīng)物質(zhì)與氧氣反應(yīng)生成氧化物并放出熱量。可燃物中的原子失去電子，被氧化，氧氣得到電子，被還原。例如，甲烷燃燒生成二氧化碳和水。電化學(xué)原理電解利用電流驅(qū)動非自發(fā)化學(xué)反應(yīng)原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電極電解池中進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的場所電解質(zhì)導(dǎo)電的溶液或熔融鹽電池和電解池電池電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，通過化學(xué)反應(yīng)釋放電子產(chǎn)生電流。常見的電池類型有干電池、鋰電池等。將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能利用化學(xué)反應(yīng)釋放電子電解池電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置，通過外加電流驅(qū)動非自發(fā)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。例如，電解水產(chǎn)生氫氣和氧氣。將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能利用電流驅(qū)動非自發(fā)化學(xué)反應(yīng)電解的應(yīng)用1金屬冶煉電解可以用于冶煉一些活性金屬，例如鈉、鎂、鋁等。2電鍍電解可以將金屬鍍在其他金屬表面，例如鍍金、鍍銀等。3電解水制氫電解水可以產(chǎn)生氫氣和氧氣，氫氣可以作為清潔能源。4電解制備化工產(chǎn)品電解可以用來制備一些重要的化工產(chǎn)品，例如氯氣、氫氧化鈉等。課堂小結(jié)物質(zhì)的變化物質(zhì)的變化分為物理變化和化學(xué)變化。物理變化不產(chǎn)生新物質(zhì)，化學(xué)變化產(chǎn)生新物質(zhì)?；瘜W(xué)計算化學(xué)計算是運用化學(xué)定律和化學(xué)方程式進(jìn)行計算?；瘜W(xué)計算可以幫