《無機(jī)及分析化學(xué)》教材配套PPT課件

無機(jī)及分析化學(xué)教材配套PPT課件,無機(jī)及分析化學(xué),無機(jī),分析化學(xué),教材,配套,PPT,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)問題:(1)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向、程度以及反應(yīng)過程中的能量變化關(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：氣體分子本身無體積、分子間無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)境之間既無物 質(zhì)交換也無能量交換。(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關(guān)。P V n T均為狀態(tài)函數(shù)均為狀態(tài)函數(shù) 3.過程與途徑當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生一個(gè)任意的變化時(shí)，我們說系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)過程，系統(tǒng)狀態(tài)變化的不同條件,我們稱之為不同的途徑。三種過程：恒壓過程、恒溫過程和恒容過程。恒溫過程恒溫過程恒容過程恒容過程恒壓過程恒壓過程系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)的變化過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)而與途徑無關(guān)始態(tài)而與途徑無關(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來表示功功系統(tǒng)懷環(huán)境之間無物質(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)過程中就以熱和功的形式表現(xiàn)出來。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程等溫過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程，則該過程中與環(huán)境之間交換的熱就是恒容反應(yīng)熱。以符號(hào)“QV”來表示。恒容反應(yīng)熱定義彈式量熱器說明說明 恒容過程中系統(tǒng)的熱量變化全部用來恒容過程中系統(tǒng)的熱量變化全部用來 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程，則該過程中與環(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說明：恒溫恒壓下只做體積功的過程中，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，無明確的物理意義。它是狀態(tài)函數(shù)，其絕對(duì)值也無法確定。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?？梢允÷圆粚?。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，并沒有規(guī)定溫度并沒有規(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)求這一過程的反應(yīng)焓變。