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1、海洋,化学,材料,生命,航天,资源,信息,环保,无机化学,有机化学,分析化学,物理化学,高分子化学,化学物理,无机化学,选用教材,无机化学第四版，天津大学主编，高教出版社,主要参考书,无机化学大连理工大学主编，高教出版社,大学化学原理及应用樊行雪等主编，,化学工业出版社,无机化学主要内容,化学反应基本原理 化学反应中的能量关系，化学反应方向、速率和限度， 溶液中的离子平衡、氧化还原反应。,结构化学基础 原子结构、分子结构、晶体结构、配合物结构。,元素化学 稀有气体、卤素、氧族元素、氮族元素、碳族与硼族元素、碱金属与碱土金属、过渡元素、镧系和锕系元素。,1. 初步掌握化学热力学、化学平衡、基础电
2、化学、近代物质结构、元素周期律等基本原理。 2. 运用基本原理去掌握有关无机化学中元素和化合物的基本知识，并具有对一般无机化学问题进行理论分析和计算的能力。 3. 为今后学习后继课程及新理论、新实验打下必要的无机化学基础。,学习无机化学目的,第1章 化学反应中的质量关系和能量关系,1.2 化学中的计量,1.4 化学反应中的能量关系,1.3 化学反应中的质量关系,1.1 物质的聚集态和层次,物质的聚集态? 三态？四态？五态？六态？ 气态、液态、固态、等离子态 物质的层次? 宇观、宏观、介观、微观,物质的聚集态和层次,1.2.1 相对原子质量和相对分子质量,相对原子质量（Ar）,元素的平均原子质量
3、与核素12C原子质量的1/12之比。,Ar(H) = 1.0079 Ar(O) = 15.999,相对分子质量（Mr）,物质的分子或特定单元的平均质量与核素12C原子质量 的1/12之比。,Mr(H2O) = 18.0148 = 18.01 Mr(NaCl) = 58.443 = 58.44,Ar(H) = 1.007899.985% + 2.01400.015% = 1.0079,化学中的计量,1.2.2 物质的量及其单位,物质的量 (n / mol) 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特定组合）的一个物理量。,1 mol NA个微观基本单元 0.012 kg
4、 12C所含的碳原子数目阿伏加德罗常数(NA6.021023),在使用摩尔单位时，一定要指明基本单元,摩尔分数（无量纲） 混合物中，B的物质的量(nB)与混合物的物质的量(n)之比。,例如，在含有1 mol O2和 4 mol N2的混合物中：,x(O2) = 1 mol / (1+4) mol = 1/5 x(N2) = 4 mol / (1+4) mol = 4/5,注意,化学中的计量,1.2.3 摩尔质量和摩尔体积,1.摩尔质量(M / kgmol1或gmol1),某物质的质量（m）除以该物质的物质的量（n）,M = m / n,2.摩尔体积 (Vm / Lmol1),某气体物质的体积（
5、V）除以该气体物质的量（n）,Vm = V / n,在标准状况 (273.15 K及101.325 kPa )下， 任何理想气体的摩尔体积为,Vm = 0.022414 m3mol1 = 22.414 Lmol1 22.4 Lmol1,化学中的计量,1.2.4 物质的量浓度,物质的量浓度(cB / molL1) 混合物中某物质B的物质的量(nB)除以混合物的体积,cB = nB/V,例：160.00 g NaOH (s)溶于少量水中，再将所得溶液稀释 至2.0 L，试计算该溶液物质的量浓度。,Mr(NaOH) = 22.99 + 16.00 + 1.01 = 40.00 M(NaOH) = 4
6、0.00 gmol1,解：,化学中的计量,1.2.5 气体的计量,pV = nRT,p 气体的压力，Pa; V 气体的体积，m3 n 气体的物质的量，mol T 气体的热力学温度，K R 摩尔气体常数。,1.理想气体状态方程,= 8.314 Pam3mol1K1,= 8.314 Jmol1K1,适用条件：气体压力不太高、温度不太低,分子间的距离大， 分子本身的体积和分子间的作用力均可忽略。,化学中的计量,2. 理想气体分压定律,道尔顿分压定律： 混合气体的总压力等于各组分气体的分压力之和，即,气体B和混合气体的物质的量分别为nB和n ，则:,p = pB pV = nRT,pB = nB(RT
7、/V) p = n(RT/V),pB/p = nB/n 或,混合气体中任一组分的分压pi等于该气体的物质的量分数与总压之积。, 分压定律的中一种表示式,pB= (nB/n)p,化学中的计量,1.3.1 应用化学反应 方程式的计算,例 氯碱工业用电解法制取氯气，若每投入9.0 102 kg NaCl，制得的氯气在标准状况下只有150 m3，试计算其产率。,解： 2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2 + Cl2,化学反应中的质量关系,1.3.2 化学计量数与反应进度,1. 化学计量数（ / 无量纲）,cC + dD = yY + zZ,0 = cC dD + yY + zZ,令 cC，d
8、D ，yY ，zZ,则 0 = C C + D D + Y Y + Z Z,例如 N2 + 3H2 2NH3,0 = N2 3H2 + 2NH3 = (N2 )N2 + (H2)H2 + (NH3 )NH3,(N2 )= 1 (H2)= 3 (NH3 )=2,化学反应中的质量关系,2. 反应进度( / mol),表示化学反应进行的程度的量,2 CO (g) + O2 (g) = 2 CO2 (g),各物质的量的变化为 nCO2 = 2 n / mol， nCO = 2 n / mol， nO2 = n / mol,参与反应各物质的量变化与相应的化学计量数之比必然相等,令 nB /B = 或 d
9、nB /B = d,当 = 0 时，表示没有反应发生。 当 = 1 mol 时，表示反应按计量方程自左向右进行。,化学反应中的质量关系,如 N2 + 3H2 2NH3 反应开始之前，反应物足够多，产物为0,(N2 ) = 1, (H2) = 3, (NH3 ) = 2 根据 = nB/B,同一方程式，值与选用何种物质的n进行计算无关； 同一方程式写法不同，相同值时对应各物质的n不同。,化学反应中的质量关系,(kg),(m),(s),(K),(mol),(A),(cd),计算时，单位一定要统一,(gmol1),(Lmol1),(molL1),理想气体状态方程：,(无量纲),(mol),回顾,1.
10、4.1 基本概念和术语 1. 体系与环境,体系: 被研究的对象 环境: 与体系相联系的客观物质世界,体系与环境间可以有具体的界面，也可以是假想的界面,化学反应中的能量关系,状态(state):体系宏观性质的综合表现。,状态函数(state function): 描述体系状态的物理量， 如：n,V, T,p,等。,状态一定，状态函数一定 状态变化，状态函数也随之而变 状态函数的变化值只与始态、终态有关, 与变化途径无关,2. 状态和状态函数,特征,化学反应中的能量关系,功(work)：体系与环境之间除热之外以其它形式传递的能量 以W表示,非体积功：除体积功之外的功，如电功等。,热(heat)：体
11、系与环境间因温差而传递的能量 以Q表示,规定：体系吸热 Q 0 体系放热 Q 0,热不是状态函数,规定：体系得功 W 0 体系失功 W 0,功不是状态函数,3. 功和热,体积功：由于体系体积变化而与环境交换的功，如膨胀功等。,状态函数?,化学反应中的能量关系,5. 能量守恒,U具有能量单位，它是体系的一种性质，其改变量（U）只取决于体系的始态和终态，而与体系状态变化的途径无关。 U是状态函数。,热力学能(thermodynamic energy) ：体系内所有粒子除整体势能及整体动能外全部能量的总和（U / J）。,包括：分子平动能、转动能、振动能，分子间势能， 原子间键能，电子运动能，核内基
12、本粒子间核能。,能量守恒定律(law of conservation of energy)，即热力学第一定律(the first law of thermodynamic)，在任何过程中，能量是不会自生自灭的，只能从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能量的总值保持不变。,4. 热力学能,状态函数?,化学反应中的能量关系,根据能量守恒定律：,U2 = U1 + Q + W,U = Q + W,例 在353 K和1.01 105 Pa下，1 g液态乙醇(C2H5OH)蒸发变成同温、同压下的气体，吸热853 J，因气体膨胀而做功63 J，求体系及环境热力学能的变化。,解：,U体系 = Q + W
13、= 853 J 63 J = 790 J,U环境 = 853 J + 63 J = 790 J,U体系+ U环境 = 0,（体系+ 环境）的总能量不变,规定：1. 体系对环境做功，W为 ；反之，W为+ 2. 体系吸收热量，Q为+ ；反之，Q为,化学反应中的能量关系,1.4.2 反应热与反应焓变,1. 恒压反应热和反应焓变,化学反应热：发生化学反应时，体系不做非体积功，反应终态温度恢复到反应始态温度时，体系吸收或放出的热量。,恒压反应热 Qp：恒压条件下进行的化学反应，有气体参加或生成，体系与环境间交换体积功 W 时的热效应。,封闭体系，恒压过程，体系对环境做体积功 W = p (V2 V1)
14、由热力学第一定律：,(1) U Qp ，两者差值 pV (2) 体系只作体积功时，W才等于pV,注意,化学反应中的能量关系,有气体参加或生成的反应，设气体为理想气体,pV = nRT,pV = (n)RT,n为气态生成物的物质的量与气态反应物物质的量之差,Qp = U + pV,化学反应中的能量关系,如果一个反应分几步进行，则反应总过程的焓变等于各步焓变之和。 H = H1 + H2 + Hn,由于U、p、V为状态函数，其组合也必为状态函数,令 H = U + pV，H定义为焓(enthalpy),Qp = H2 H1 = H,只有在恒压过程和只做体积功的条件下，体系的焓变在数值上才等于恒压反
15、应过程热效应Qp,H 0 反应为吸热反应,H 0 反应为放热反应,Qp = U + p V = U2U1 + pV2pV1 = (U2 + pV2) (U1 + pV1),焓变H具有能量单位，以kJmol1表示,反应焓变(H / kJmol1),状态函数?,化学反应中的能量关系,热化学方程式：表示化学反应与热效应关系的方程式。,注明反应条件（温度、压力） 标明聚集态 Qp具有容量性质(可加减) 正逆反应的Qp绝对值相同，符号相反 热量变化的正确写法,Qp = rHm = - 241.82 kJmol-1,rHm摩尔反应焓变,2. 热化学方程式,说明,化学反应中的能量关系,赫斯定律（G.H.He
16、ss Law)：一定的化学反应，无论是一步完成，还是分几步完成，它们的热效应总是相同的。,应用赫斯定律不仅可计算某些恒压反应热，还可计算难以或无法用实验测定的反应热。,3. 赫斯定律,其实质是反应的热效应只与反应的始态与终态有关，而与变化的途径无关。,化学反应中的能量关系,解:,Qp,2,Qp,1,Qp,1 = Qp + Qp,2,Qp = Qp,1 Qp,2,= 393.5 kJmol1 (283.0 kJmol1),= 110.5 kJmol1,说明石墨不完全燃烧生成CO(g)所放出的热量只有石墨完全燃烧生成CO2(g)所放出热量的1/4。,CO(g),CO2(g),化学反应中的能量关系,
17、Q = 2Qp,3 2Qp,2 2Qp,1,= 595.74 kJmol1,该反应为吸热反应,化学反应中的能量关系,标准条件：气体混合物中，各气态物质分压均为p，溶液中溶质浓度（有效浓度或活度）均为c 。,1. 标准态,处于标准条件下的物质，称为处于标准态下。符号 “”,1.4.3 应用标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓变,T?,切记: 对给定物质的标准态, 仅温度未作限定, 所有标准热力学数据都仅是温度的函数! (可查数据以298.15K 下为多),化学反应中的能量关系,又如 C(石墨, s) + O2(g) = CO(g),通常使用298.15 K的标准摩尔生成焓数据,2. 标准摩尔生成焓,
18、化学反应中的能量关系,Na2O 比 Ag2O的热稳定性要好,对稳定性不同的同素异形体,热力学选石墨为C的基准物,化学反应中的能量关系,cC + dD = yY + zZ,i 物质i的化学计量数,3. 标准摩尔反应焓变的计算,标准摩尔反应焓变：标准态下，反应或过程的摩尔焓变 / kJmol1 r reaction,1. 注意生成物、反应物各组份的聚集状态,2. 不要遗漏化学反应方程式中各组份的化学计量数,3. 化学反应的焓变与化学反应方程式有关,说明：,化学反应中的能量关系,= 65.21 kJmol1,解：,+,化学反应中的能量关系,例 计算铝粉和三氧化二铁反应的 (298.15K) 已知：
19、/ kJmol1 0 824.2 1675.7 0,化学反应中的能量关系,由键焓估算反应热,例 求298.15 K和标准态下，H2(g) + F2(g) = 2HF(g) 的 。,解：,H = iHb(反应物) +iHb(生成物),H + 2Hb(HF) = Hb(FF) + Hb(HH),H = Hb(FF) + Hb(HH) 2Hb(HF),+,H = (436 + 158) 2 566 kJmol1 = 538 kJmol1,化学反应中的能量关系,例 试由键焓估算298 .15 K时，乙烷分解为乙烯和氢气反应： H3CCH3(g) H2C=CH2(g) + H2(g) 的H,解：,乙烷结构,乙烯结构,H = 6 Hb(CH) + Hb(CC) 4 Hb (CH) + Hb(C=C) + Hb(HH) = 6 416 + 356 4 416 + 598 + 436 kJmol1 = 154 kJmol1,化学反应中的能量关系,总结,一、概念 系统和环境 状态函数 过程与途径 热和功 热力学能U 焓H = U + PV,二、计算 热力学第一定律：U = Q + W ( 封闭系统，不做非体积功 ) 物质的标准摩尔生成焓fHm （p, cB, 298.15K） 计算反应的标准摩尔焓变 rHm = (ifHm) 生成物 + ( ifHm )反应物,回顾,