《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)》教材配套PPT電子課件

《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)》教材配套PPT電子課件,無(wú)機(jī)及分析化學(xué),無(wú)機(jī),分析化學(xué),教材,配套,PPT,電子,課件 第一章第一章 氣體及熱化學(xué)方程式氣體及熱化學(xué)方程式1.1 氣體氣體1.2 化學(xué)化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系反應(yīng)中的能量關(guān)系學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 要要 點(diǎn)點(diǎn)1、理解理想氣體、體系與環(huán)境、狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)的概念；2、掌握理想氣體狀態(tài)方程、道爾頓分壓定律和蓋斯定律的計(jì)算；3、掌握Qp、U、rHm、rHm、fHm、rSm、rSm、Sm、rGm、rGm、fGm的概念及有關(guān)計(jì)算和應(yīng)用；4、掌握熱化學(xué)方程式的書寫；前 言化學(xué)反應(yīng)中常涉及到的兩個(gè)問(wèn)題:(1)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向、程度以及反應(yīng)過(guò)程中的能量變化關(guān)系(2)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢即化學(xué)反應(yīng)的速率問(wèn)題可能性現(xiàn)實(shí)性化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)初步化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)平衡1.1 氣體1.理想氣體狀態(tài)方程pV=nRTp壓力，Pa；V體積，m；物質(zhì)的量，mol；T熱力學(xué)溫度，K；R摩爾氣體常數(shù)，又稱氣體常數(shù)。表明了氣體的p、V、T、n四個(gè)量之間的關(guān)系 pV=mRT/M=pM/RT在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1摩爾氣體的體積Vm=22.41410-3m3，R=pV/nT=m/V=8.314Pam3/(molK)=8.314J/(molK)R的數(shù)值與氣體的種類無(wú)關(guān)，所以也稱通用氣體常數(shù)壓力不太高、溫度不太低時(shí)的實(shí)際氣體：理想氣體理想氣體低溫或高壓時(shí)的實(shí)際氣體：理想氣體理想氣體理想氣體：氣體分子本身無(wú)體積、分子間無(wú)作用力道爾頓分壓定律：分壓：在相同溫度下，各組分氣體占有與混合氣體相同體積時(shí)，所產(chǎn)生的壓力。（1）（2）分體積：組分氣體在保持混合氣體的溫度、壓力下，單獨(dú)存在時(shí)所占有的體積。例1:25時(shí)，裝有0.3MPaO2的體積為1dm3的容器與裝有0.06MPaN2的體積為2dm3的容器用旋塞連接。旋塞打開，待兩氣體混合后，計(jì)算：（1）O2、N2的物質(zhì)的量；（2）O2、N2的分壓力；（3）混合氣體的總壓力（4）O2、N2的分體積解解：（1）混合前后氣體物質(zhì)的量沒(méi)有發(fā)生變化：（2）O2、N2的分壓是它們各自單獨(dú)占有3dm3時(shí)所產(chǎn)生的壓力。當(dāng)O2由1dm3增加到當(dāng)N2由2dm3增加3dm3到時(shí)：（3）混合氣體總壓力：（4）O2、N2的分體積：注意：?jiǎn)挝坏慕y(tǒng)一和換算！1.系統(tǒng)和環(huán)境熱力學(xué)中把人們所研究的對(duì)象稱為系統(tǒng)；而把系統(tǒng)以外與系統(tǒng)密切相關(guān)的其它物質(zhì)和空間稱為環(huán)境。系統(tǒng)與環(huán)境之間可以根據(jù)能量與物質(zhì)的交換情況，分為三類：(3)隔離系統(tǒng)：也稱孤立系統(tǒng)，系統(tǒng)與環(huán)境之間既無(wú)物 質(zhì)交換也無(wú)能量交換。(1)敞開系統(tǒng)：系統(tǒng)與環(huán)境之間有物質(zhì)和能量的交換；(2)封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與環(huán)境之間有能量交換但無(wú)物質(zhì)交換；1.2 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)系一、基本概念2.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)由一系列表征系統(tǒng)性質(zhì)的宏觀物理量（如壓力、溫度、密度、體積等）所確定下來(lái)的系統(tǒng)的存在形式稱系統(tǒng)的狀態(tài)。藉以確定系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量稱為系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)。狀態(tài)函數(shù)具有以下性質(zhì)：(1)狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)一定；狀態(tài)變則狀態(tài)函數(shù)隨之改變。(2)狀態(tài)函數(shù)變化只與系統(tǒng)的終始態(tài) 有關(guān)，而與變化的具體途徑無(wú)關(guān)。P V n T均為狀態(tài)函數(shù)均為狀態(tài)函數(shù) 3.過(guò)程與途徑當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生一個(gè)任意的變化時(shí)，我們說(shuō)系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)過(guò)程，系統(tǒng)狀態(tài)變化的不同條件,我們稱之為不同的途徑。三種過(guò)程：恒壓過(guò)程、恒溫過(guò)程和恒容過(guò)程。恒溫過(guò)程恒溫過(guò)程恒容過(guò)程恒容過(guò)程恒壓過(guò)程恒壓過(guò)程系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)的變化過(guò)程可以采取不同的方式，每一種方式就稱為一種途徑。狀態(tài)函數(shù)的變化只取決于終狀態(tài)函數(shù)的變化只取決于終始態(tài)而與途徑無(wú)關(guān)始態(tài)而與途徑無(wú)關(guān)熱和功是系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)與環(huán)境之間的兩種能量交換形式，單位均為J或kJ。4.功和熱熱熱系統(tǒng)與環(huán)境之間因存在溫度差異而發(fā)生的能量交換形式稱為熱，用Q來(lái)表示功功系統(tǒng)懷環(huán)境之間無(wú)物質(zhì)交換時(shí),除熱以外的其他各種能量交換形式稱為功，用W來(lái)表示從以上可知從以上可知 Q和和W并不是狀態(tài)函數(shù)并不是狀態(tài)函數(shù)熱力學(xué)中對(duì)W和Q的符號(hào)的規(guī)定如下：(1)系統(tǒng)向環(huán)境吸熱，Q取正值（Q0，系統(tǒng)能量升高）系統(tǒng)向環(huán)境放熱，Q取負(fù)值（Q0，系統(tǒng)能量升高）系統(tǒng)對(duì)環(huán)境做功，功取負(fù)值（W0，系統(tǒng)能量降低）體積功：由系統(tǒng)體積變化而與環(huán)境產(chǎn)生的功，W=-pV功非體積功:除體積功以外的所有其它功WfW=-pV+Wf 5.熱力學(xué)能與熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)能即內(nèi)能，它是系統(tǒng)內(nèi)部各種形式能量的總和，用符號(hào)U表示，單位J或kJ，包括系統(tǒng)中分子的平動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)能、振動(dòng)能、電子運(yùn)動(dòng)和原子核內(nèi)的能量以及系統(tǒng)內(nèi)部分子與分子間的相互作用的位能等。在實(shí)際化學(xué)過(guò)程中，U的絕對(duì)值不可能得到!在隔離系統(tǒng)中，能的形式可以相互轉(zhuǎn)化，但不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)自行消失。若把隔離系統(tǒng)分成系統(tǒng)與環(huán)境兩部分，系統(tǒng)熱力學(xué)能的改變值U等于系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量傳遞。熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律：U (Q+W)=0 或或 U=Q+W 解：由熱力學(xué)第一定律U（系統(tǒng)）=Q+W=100kJ+(50kJ)=50kJU（環(huán)境）=Q+W=(100kJ)+50kJ)=50kJ系統(tǒng)凈增了50kJ的熱力學(xué)能，而環(huán)境減少了50kJ的熱力學(xué)能，系統(tǒng)與環(huán)境的總和保持能量守恒。即U（系統(tǒng)）+U（環(huán)境）=0例2:某過(guò)程中，系統(tǒng)從環(huán)境吸收100kJ的熱，對(duì)環(huán)境做功50kJ，求該過(guò)程中系統(tǒng)的熱力學(xué)能變和環(huán)境的熱力學(xué)能變。二、熱化學(xué)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中總是伴有熱量的吸收和放出，熱化學(xué)就是把熱力學(xué)理論與方法應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)中，計(jì)算與研究化學(xué)反應(yīng)的熱量及變化規(guī)律的學(xué)科。1.化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)產(chǎn)生的原因：對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，可將反應(yīng)物看成體系的始態(tài)，生成物看成體系的終態(tài)，由于各種物質(zhì)熱力學(xué)能不同，當(dāng)反應(yīng)發(fā)生后，生成物的總熱力學(xué)能與反應(yīng)物的總熱力學(xué)能就不相等，這種熱力學(xué)能變化在反應(yīng)過(guò)程中就以熱和功的形式表現(xiàn)出來(lái)。反應(yīng)熱效應(yīng)反應(yīng)熱效應(yīng) 系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，在只做體積功不做非體積功的等溫過(guò)程等溫過(guò)程中吸收和放出的熱量?；瘜W(xué)反應(yīng)通常在恒容或恒壓條件下進(jìn)行，因此化學(xué)反應(yīng)通常在恒容或恒壓條件下進(jìn)行，因此化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)分為恒容反應(yīng)熱和恒壓反應(yīng)熱?；瘜W(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)分為恒容反應(yīng)熱和恒壓反應(yīng)熱。（1）恒容反應(yīng)熱在等溫條件下，若系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是恒容且不做非體積功的過(guò)程，則該過(guò)程中與環(huán)境之間交換的熱就是恒容反應(yīng)熱。以符號(hào)“QV”來(lái)表示。恒容反應(yīng)熱定義彈式量熱器說(shuō)明說(shuō)明 恒容過(guò)程中系統(tǒng)的熱量變化全部用來(lái)恒容過(guò)程中系統(tǒng)的熱量變化全部用來(lái) 改變系統(tǒng)的熱力學(xué)內(nèi)能改變系統(tǒng)的熱力學(xué)內(nèi)能（2）恒壓反應(yīng)熱在等溫條件下，若系統(tǒng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是恒壓且只做體積功不做非體積功的過(guò)程，則該過(guò)程中與環(huán)境之間交換的熱就是恒壓反應(yīng)熱，其量符號(hào)為“Qp”由熱力學(xué)第一定律得：U=QppVQp=U+pV=U+(p2V2p1V1)=(U2+p2V2)(U1+p1V1)定義H=U+pVQp=H2H1=H說(shuō)明：恒溫恒壓下只做體積功的過(guò)程中，系統(tǒng)吸收的熱量全部用于增加系統(tǒng)的焓。即Qp=H熱力學(xué)中將H稱為焓，它具有能量的量綱，無(wú)明確的物理意義。它是狀態(tài)函數(shù)，其絕對(duì)值也無(wú)法確定。1.當(dāng)反應(yīng)物和生成物都為固態(tài)和液態(tài)時(shí)，反應(yīng)的pV值很小，可忽略不計(jì)，故HU。2.對(duì)有氣體參加或生成的化學(xué)反應(yīng)，pV值較大，假設(shè)為理想氣體，H=U+n(g)RT其中n(g)=即n(g)=生成物氣體的物質(zhì)的量反應(yīng)物氣體的物質(zhì)的量 U和和 H 的關(guān)系的關(guān)系(Qp和和QV)由U=QppV和Qp=H得U=HpV例3:在298.15K和100kPa下，1mol乙醇完全燃燒放出1367kJ的熱量，求該反應(yīng)的H和U。(反應(yīng)為：C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)解：該反應(yīng)在恒溫恒壓下進(jìn)行，所以H=Qp=1367kJU=Hn(g)RT=(1367)kJ(1)mol8.314103kJmol1K1298.15K=1364kJ可見(jiàn)即使在有氣體參加的反應(yīng)中，pV(即n(g)RT)與H相比也只是一個(gè)較小的值。因此，在一般情況下，可認(rèn)為：H在數(shù)值上近似等于U，在缺少U的數(shù)據(jù)的情況下可用H的數(shù)值近似。2.2.熱化學(xué)反應(yīng)方程式熱化學(xué)反應(yīng)方程式（1）正確書寫出化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式。同一反應(yīng)，不同的化學(xué)計(jì)量方程式，其反應(yīng)熱的數(shù)值不同表明化學(xué)反應(yīng)與反應(yīng)熱關(guān)系的化學(xué)反應(yīng)方程式叫熱化熱化學(xué)反應(yīng)方程式。學(xué)反應(yīng)方程式。C(石墨)O2(g)CO2(g)rHm393.509kJmol1/2C(石墨)1/2O2(g)1/2CO2(g)rHm1/2393.509kJmol（3）應(yīng)注明反應(yīng)溫度，如果在298.15K，通常可以省略不寫。C(石墨)O2(g)CO2(g)rHm393.509kJmolC(金剛石)O2(g)CO2(g)rHm395.404kJmol（2）應(yīng)注明參與反應(yīng)的諸物質(zhì)的聚集狀態(tài)，以g、l、s表示氣、液、固態(tài)。聚集狀態(tài)不同化學(xué)熱效應(yīng)不同.3.物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài) 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是在溫度T及標(biāo)準(zhǔn)壓力p(100kPa)下的狀態(tài)，簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。右上標(biāo)“”表示標(biāo)準(zhǔn)態(tài)；熱力學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：（1）純理想氣體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是該氣體處于標(biāo)準(zhǔn)壓力p0下的狀態(tài)；混合理想氣體中任一組分的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是該氣體組分的分壓為p時(shí)的狀態(tài)；（2）純液體（或純固體）物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)就是標(biāo)準(zhǔn)壓力p下的純液體（或純固體）。（3）溶液中溶質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是指標(biāo)準(zhǔn)壓力p下溶質(zhì)的濃度為1mol.l-1時(shí)的理想溶液。必須注意必須注意:在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的規(guī)定中指規(guī)定了壓力在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的規(guī)定中指規(guī)定了壓力p，并沒(méi)有規(guī)定溫度并沒(méi)有規(guī)定溫度!4.標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓fHm定義：在溫度及標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變即為物質(zhì)在溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，用fHm，單位為kJmol。穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為零。碳為石墨，硫?yàn)樾狈搅?，磷為紅磷等。如：C(石墨)O2(g)CO2(g)Hm393.509kJmol則CO2(g)的fHm393.509kJmolH2(g,298.15k,p)+O2(g,298.15k,p)H2O(l,298.15k,p)fHm(H2O，l)=285.830kJmol1水合離子標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下由最穩(wěn)定純態(tài)單質(zhì)溶于大量水形成無(wú)限稀薄溶液，并生成1mol水合離子B(aq)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變。符號(hào)為fHm(B,aq,298.15K)。規(guī)定氫離子為參考狀態(tài)，298.15K時(shí)由單質(zhì)H2(g)生成1mol的水合氫離子的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零1/2H2(g)+aqH+(aq)+efHm(H+,aq,298,15K)=0kJmol1其他離子與之比較，便可得到它們的水合離子的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓。例4：指出下列物質(zhì)中哪些物質(zhì)的fHm0。(a)Fe(s)(b)O3(g)（c）C(石墨）(d)Ne(e)Cl2(g)答：(b)和(c)例5：下列反應(yīng)中哪個(gè)反應(yīng)的Hm代表AgCl(s)的fHm(a)Ag(aq)Cl(aq)AgCl(s)(b)Ag(s)1/2Cl2(g)AgCl(s)(c)AgCl(s)Ag(s)1/2Cl2(g)(d)Ag(s)AuCl(aq)Au(s)AgCl(s)答：(b)5.蓋斯定律1840，俄國(guó)化學(xué)家蓋斯在不做其它功并處于恒容或恒壓的情況下，任一化學(xué)反應(yīng)，不論是一步完成的，還是分幾步完成的，其化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)總是相同的，即化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)只與始、終狀態(tài)有關(guān)而與具體途徑無(wú)關(guān)。根據(jù)蓋斯定律，可以間接地求算一些不易直接準(zhǔn)確測(cè)定或不能直接測(cè)定的反應(yīng)熱。(1)C(s)O2CO2(g)H1(2)C(s)1/2O2CO(g)H2(3)CO(g)1/2O2CO2(g)H3C(s)O2CO2(g)CO(g)1/2O2H1IH2IIIIIH3H1=H2+H3(1)C(s)+O2(g)CO2(g)H1)(2)C(s)+1/2O2(g)CO(g)H2(3)CO(g)+1/2O2(g)CO2(g)H3=H1H2必須注意:在利用化學(xué)反應(yīng)方程式之間的代數(shù)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算，把相同項(xiàng)消去時(shí)，不僅物質(zhì)種類必須相同，而且狀態(tài)（即物態(tài)、溫度、壓力等）也要相同，否則不能相消。6.由標(biāo)準(zhǔn)生成焓計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)溫度T、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的反應(yīng)物溫度T、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的生物溫度T、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下參加反應(yīng)的有關(guān)穩(wěn)定單質(zhì)HmIHmIIHmIIIHm(I)Hm(II)Hm(III)Hm(I)Hm(III)Hm(II)解：Hm=BfHm(B)=2fHm(CO2,g)+3fHm(H2O,g)3fHm(O2,g)fHm(C2H5OH,l)=2(393.51kJmol1)+3(241.82kJmol1)30kJmol1(277.69kJmol1)=1234.79kJmol1反應(yīng)焓變H=rHm=2mol(1234.79kJmol1)=2469.58kJ例6:92gC2H5OH(l)于恒定298.15K、100kPa條件下與理論量的O2(g)進(jìn)行下列反應(yīng)C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g)求這一過(guò)程的反應(yīng)焓變。