无机及分析化学(上) 教案.doc

1、长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿第一讲绪 论一、化学研究的对象什么是化学？研究物质的组成、结构、性质及其变化规律和变化过程中能量关系的一门科学.化学研究的对象化学研究的简单历程：19 世纪-20 世纪上半叶：发现新元素及其化合物，元素周期律的发现是化学发展史上的里程碑。20 世纪下半叶：合成新分子化学具体研究的内容：化学物质的分类、合成、反应、分离、表征、设计、性质、结构、应用、相互关系。二、化学的主要分支无机化学：元素及其化合物(除碳、氢化合物及其衍生物) ，研究的主要内容为元素、单质及无机物的来源、制备、性质、变化和应用.分析化学：研究物质化学组成和结构的分析方法及

2、其有关理论按原理分为化学分析（含量在 1%以上的常量组分分析）和仪器分析（一般适合于微量甚至痕量分析.）按任务分: 定性分析; 定量分析; 结构分析.有机化学：研究有机化合物的来源、制备、结构、性 质、应用以及有关理论的科学，又称碳化合物的化学。研究的主要内容:有机物性质、结构、合成方法、有机物间相互转变及其变化规律和理论. 物理化学：研究所有物质系统的化学行为的原理、规律和方法的学科。研究主要内容: 化学热力学、化学动力学、结构化学三、 无机及分析化学课程的主要内容及课程的性质1.课程的主要内容:平衡：从化学热力学角度研究化学平衡基本原理以及平衡移动的基本规律.，具体讨论酸碱平衡、沉淀生成与

3、溶解平衡、氧化还原平衡、配位平衡.结构：研究原子结构、分子结构和晶体结构的基本规律,了解物质的第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿性质、化学反应与结构的关系.性质：在元素周期律的基础上研究一些主要元素及其重要化合物的结构、组成、性质及其变化规律,了解一些主要元素及其重要化合物在有关领域的应用.应用：应用四大化学平衡的原理进行物质的分离,制备以及测定2.课程的性质整合无机化学和分析化学的内容，目的是节约时间，避免重复几大类专业学习该门课程。四、化学在社会中的地位和作用皮尔达尔（美）：“化学是满足社会需要的中心学科”福井千一（日）：“化学注定是中心学科的占有者”1、 衣食

4、住行和日常生活2、 从社会发展看工业、农业、国防，国际上的热点问题（例如环境保护、 能源开发、 功能材料、生命过程）都需要化学来解决。五、怎样学习化学动力：好奇心、兴趣、责任感、敬业精神实践：I hear , I forget ; I read , I remember ; I do , I understand !方法：适合自己的学习方法六、本门课程学习要求和考核方式学习要求：课前预习、 上课认真听讲、做好笔记、课后复习、独立完成作业考核方式：50%期末测试 +50%平时成绩（考勤 30%+作业 30%+平时测试 30%+笔记 10%）参考书籍：1.无机及分析化学呼世斌著，高等教育出版社。2

5、.无机及分析化学 （第三版）南京大学编，高等教育出版社出版3.无机化学北师大等校编，高等教育出版社。4.分析化学华中师范大学编，高等教育出版社。5. 无机及分析化学学习指导.浙江大学编. 高等教育出版社，2004 年第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿第二讲第一章 溶液和胶体教学目的：1.了解分散系的分类及主要特征。2.掌握溶液浓度的表示方法及浓度的换算。3.掌握稀溶液的依数性及其定量规律。4.熟悉胶体的基本概念、结构及其性质等。5.了解高分子溶液、表面活性物质、乳浊液的基本概念和特征。教学重点：1.物质的量、摩尔质量、物质的量浓度等概念；2.稀溶液的依数性、胶体结构

6、、胶体的稳定性与聚沉方法。学习难点：对稀溶液依数性的理解,胶体结构与胶体聚沉。一、分散系溶液：凡是由一种或多种物质分散在另一种物质中形成的混合体系。1.定义分散系：一种（或几种）物质分散成为微小粒子分布在另外一种物质中所构成的系统包括分散质(被分散的物质) 和分散剂（容纳分散质的物质） 分散质和分散剂可以是固体、液体或气体。2.分散系的特点：分散质处于被分割成粒子的不连续状态，分散剂处于连续状态分散系的分类（1）按聚集状态分为（表 1-1）分散质和分散剂的聚集状态（2）按分散质粒子大小分类的各种分散系（表 1-2）低分子或离子分散系、液体分散系和粗分散系胶体：由颗粒直径在 10-910-7m

7、的分散质而组成的体系二、溶液浓度的表示方法物质以分子、离子或原子的形式分散于另一种物质中所形成的均匀稳定的系统(或称体系)称为溶液。溶液分为气体溶液、液体溶液和固体溶液，通常所说的溶液是指液体溶液。最常见的溶液是水溶液，简称为溶液。第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿1、溶液组成量度的表示方法（1）物质的量浓度cB B 的物质的量浓度 ，单位为 molL-1。 nB 物质 B 的物质的量，单位为 mol。V 混合物的体积，单位为 L 。 注意: 使用物质的量单位 mol 时，要指明物质的基本单元。例： c(KMnO4)=0.10molL-1 c(1/5KMnO4)=0

8、.10molL-1 的两个溶液。两种溶液浓度数值相同，但是，它们所表示 1 L 溶液中所含 KMnO4 的质量是不同的，前者15.8 克， 后者为 3.16 克。（2）质量摩尔浓度bB 溶质 B 的质量摩尔浓度，单位为 molKg-1。nB 溶质 B 的物质的量，单位为 mol。mA 溶剂的质量，单位为 kg。（3）摩尔分数 nBB 的物质的量，SI 单位为 mol； n 混合物总的物质的量，SI 单位为 mol； 单位：物质 B 的摩尔分数，量纲为一。两组分的溶液系统 ：溶质 B 的摩尔分数:溶剂 A 的摩尔分数:所以对任何一个多组分系统，则 AnnBBABn1B1i（4）质量分数 B 的质

9、量分数，量纲为一。第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿(1) 物质的量浓度与质量分数cB 溶质 B 的量浓度; 溶液的密度;wB溶质 B 的质量分数; MB 溶质 B 的摩尔质量。(2)物质的量浓度与质量摩尔浓度 cB 溶质 B 的量浓度; 溶液的密度;m 溶液的质量;nB 溶质 B 的物质的量讲解 P9 例 1-2三、稀溶液的通性 稀溶液的通性，或者称为依数性(colligative property) :指稀溶液蒸气压的下降、沸点上升、凝固点下降和稀溶液的渗透压与溶液中溶质的独立质点数有关，而与溶质的本身性质无关。1.溶液蒸气压的下降 饱和蒸气压,简称蒸气压(p

10、o) ：将一种纯液体（纯溶剂）置于一个密封容器中，当蒸发为气态的溶剂粒子数目与气态粒子凝聚成液态的溶剂粒子数目相等时，这时液体上的蒸气所具有的压力称为溶剂在该温度下的饱和蒸气压。拉乌尔定律法国物理学家拉乌尔(Roult F M) 在 1887 年总结出一条关于溶剂蒸气压的规律。p =poA由于 A 十 Bl，即 Al 一 B所以 p = po（1- B）=p o-p oB po-p = p oBp = po-p = p oBmBBB/MmMVmn mnVcBBp 溶液蒸气压的下降值，单位为 Pa；B 溶质的摩尔分数。第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿结论 : 在一定

11、温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压的下降值与溶质的摩尔分数成正比。拉乌尔定律2.溶液沸点升高和疑固点下降沸点是指系统中液体的蒸气压等于外界压强时度。在一定的外压下，任何纯液体都有一定的沸点。外界压强为 1.0105Pa 时，纯水的沸点为 100。拉乌尔根据实验结果推导出：Tb = KbbBTb溶液沸点的变化值，单位为 K 或 ；bB溶质的质量摩尔浓度，单位为 molkg-1;Kb溶液沸点上升常数，单位为 Kkgmol-1 或kgmol-1, Kb只与溶剂的性质有关，而与溶质的本性无关。不同的溶剂有不同的 Kb 值 。书表 1-3 几种溶剂的 Tb 和 Kb即：难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高

12、值与溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的性质无关。需要指出的是: 溶液的沸点不是恒定的，而纯液体有固定沸点，原因是随着溶液的沸腾，溶剂不断蒸发，溶液的浓度逐渐增大，蒸气压不断降低，因此沸点升高数值越来越大, 当溶液达到饱和后，沸点不再变化。若继续蒸发，溶液中的溶质就要析出。我们所说的溶液的沸点是指某溶液刚开始沸腾时的温度。溶液的凝固点又称为冰点，是指液体蒸气压与固体纯溶剂蒸气压相等时系统的温度，也是纯物质的固相与液相共存 (即达到平衡) 时的温度。例如冰和水在 0时蒸气压相等，故水的凝固点是 0，在此温度下，第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿水和冰可以相互转化，即液

13、体的凝固和固体的熔化处于平衡状态。溶液凝固首先是溶液中溶剂的凝固，因此溶液的凝固点实际为溶液中溶剂的蒸气压与固态溶剂的蒸气压相等时的温度。根据拉乌尔的实验结果：难挥发性非电解质稀溶液的凝固点降低Tf 与溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。其关系式为:Tf=kfbBkf 称为溶剂的摩尔凝固点下降常数，k f 只与溶剂的性质有关，单位为: kgmol-1 或 Kkgmol-1。 常见溶剂的 kf 列于表 1 中。Tf 溶液凝固点下降值，单位为 K 或；bB溶质的质量摩尔浓度，单位为 mo1kg-1；思考题： 1、难挥发物质的溶液在不断沸腾时，它的沸点是否恒定？在冷却过程中它的凝固点是否恒

14、定？2、用测凝固点的方法来估算溶质的相对分子质量。第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿第三讲3、溶液的渗透压 渗透：由物质粒子通过半透膜单向扩散的现象。半透膜：在两个不同浓度的溶液之间，存在一种能有选择地通过或 阻止某些粒子的物质。 渗透压：为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力。 1886 年荷兰物理学家范特荷甫（Vant Hoff）指出：稀溶液的渗透压（）与溶液浓度和温度的关系是：V = nBRT 即 = cBRT 溶液的渗透压，单位为 Pa； cB溶液的浓度，单位为 mo1L-1； R气体常数，为 8.314kPaLmol-1

15、K-1； T体系的温度，单位为 K上式表明：在一定的温度下，溶液的渗透压与溶液的浓度成正比， 而与溶质的本性无关。根据溶液的渗透压，可测定溶质的摩尔质量，特别是高分子化合物的摩尔质量。反渗透是在溶液一方所加的额外压力超过渗透压，使溶液中的溶剂分子反向渗透的现象。反渗透方法在海水淡化、污水处理等方面前景较好，现在关键问题是寻找理想的半透膜。测定溶液渗透压，估算溶质的相对分子质量。稀溶液的定理：难挥发、非电解质稀溶液的某些性质(蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压)与一定量的溶剂中所含溶质的物质的量成正比，而与溶质的本性无关。思考题 ：稀溶液的各项通性，为什么不适用于浓溶液和电解质？四、胶体溶

16、液 胶体分散系：溶胶 （如 Fe(OH)3 胶体和 As2S3 胶体等）高分子溶液（淀粉溶液和蛋白质溶液等）1、分散度和表面吸附分散系的分散度(dispersion degree)常用比表面积来衡量。第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿s分散质的比表面积，单位是 m-1；S分散质的总表面积，单位是 m2；V分散质的体积，单位是 m3。表面能：把物质内部分子拉向表面，须吸收能量, 克服指向物质内部的力。当这些内部分子转移出来，形成新表面时，这部分能量就转变成表面层分子的势能，因而表面层分子比内部分子的能量高，高出部分的能量称为表面能。物质分散程物质分散程度越大，比表面越

17、大，表面能就越高。液体和固体都有自动减小表面能的能力。通常以吸附的途径来降低物质的表面能。表面吸附：物质表面质点吸附其它质点，其为一放热过程，也是一个自发过程。2 、胶团的结构以稀 AgNO3 与过量的 KI 反应制备的 AgI 溶胶为例，说明胶团结构。VSsKI 过量时形成的 AgI 胶团结构示意图AgI 胶团结构简式：（AgI) m nI-（n-x ）K +x-xK+胶核 电位离子 反离子 反离子 吸附层 扩散层 胶粒 胶团第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿式中 m、n、x 分别表示胶核中 AgI 的数目，电位离子数和吸附层中反离子数。m、n、x 皆为不确定的数

18、，即使同一溶胶的不同的胶团, 其 m、n、x 也不相同。若以过量 AgNO3 制备 AgI 溶胶时，则电位离子是 Ag+，而反离子是NO3-，胶团结构式为(AgI) mn Ag+(n-x) NO3-x+x NO3-例 1：氢氧化铁溶胶式通过三氯化铁在沸水中水解而制成的。FeCl3 +H2O=Fe(O H) 2Cl+2 HClFe (O H) 2 Cl+2H2O=Fe(O H) 3+HClFe ( OH) 2 Cl= FeO+Cl +H2O其胶团结构式为：Fe(OH) 3mnFeO+(n-x)Cl x+xCl例 2：硫化砷溶胶的制备通常是将 H2S 气体通入砷酸溶液中生成淡黄色的硫化砷溶胶。H3

19、 AsO3+H2S= As2S3+6H2OH2S= HS-+H+三硫化二砷胶团结构简式表示为: (As 2S3)mnHS-(n-x)H+x-xH+硅胶的胶团结构简式表示为: (H 2SiO3)mnHSiO3-（n-x）H +X-xH+注: 在制备胶体时,一定要有稳定剂存在。通常稳定剂就是在吸附层中的离子。3胶体溶液的性质（1）溶胶的光学性质丁铎尔效应1869 年，丁铎尔(Tyndall)在研究胶体时，将一束光线照射到透明的溶胶上，在与光线垂直方向上观察到一条发亮的光柱。这一现象称为丁铎尔效应。丁达尔效应是胶体所特有的现象，可通过该效应来鉴别溶液与胶体。光线照射到物体表面时，可能产生两种情况：1

20、）颗粒直径远远大于入射光的波长，此时入射光被完全反射，不出现丁达尔效应2）颗粒直径比入射波长小，则发生光的散射作用而出现丁达尔现象。3）颗粒直径很小，小于 1 nm，对光的散色极弱，则发生光的透色现象。溶胶的粒子直径在 1100nm，一般可见光的波长范围在 400760nm第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿可见光通过溶胶时便产生明显的散射作用。 注：高分子溶液、溶质与溶剂没有明显的界面，对光的散射作用弱，其丁铎尔效应没有胶体明显。（2）溶胶的动力学性质溶胶的布朗运动在超显微镜下看到溶胶的散射现象的同时，还可以看到溶胶中的发光点并非是静止不动的，它们是在作无休止、无规

21、则的运动。产生原因：胶粒受力不平衡及胶粒的热运动产生的结果：胶体的扩散作用 动力学稳定性（3）溶胶的电学性质电泳 电泳：在电场中，溶胶体系的溶胶粒子在分散剂中能发生定向迁移。根据电泳实验判断溶胶粒子的带电性。注：溶胶粒子带电的主要原因 ：（1）吸附作用选择性吸附与其组成相关的离子例：氢氧化铁溶胶，由于 Fe(OH)3 对 FeO+的吸附因而溶胶带正电。（2）电离作用溶胶表面电离，使胶粒带电例 ：硅胶粒子带电就是因为 H2SiO3 电离形成 HSiO3-，并附着在表面而带负电。4胶体的稳定性和聚沉（1）溶胶的稳定性聚沉：胶体分散系中的分散质从分散剂中分离出来的过程称为聚沉影响溶胶聚沉的因素主要有

22、：电解质对溶胶的聚沉作用（最重要的方法）电解质聚沉的主要原因：中和了胶粒的电荷 破坏了胶粒的溶剂化膜。聚沉值：指一定时间内，使一定量的溶胶完全聚沉所需要的电解质的最低浓度。单位 mmoll-1聚沉能力：是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。注:与胶粒带相反电荷的离子的价数影响最大，价数越高，聚沉能力越强。例：对 Fe(OH)3 正溶胶：聚沉能力：K 3Fe(CN)6MgSO4AlCl3第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿对 As2S3 负溶胶：聚沉能力 AlCl3MgS

23、O4K3Fe(CN)6对带相同电荷的离子，其聚沉能力随离子水化半径的增大而减小。例：对带负电溶胶：聚沉能力 Rb+K +Na +Li + ；Ba 2+Sr 2+ Ca2+Mg 2+ 对带正电溶胶：聚沉能力 F-Cl-Br- I-例：等体积的 0.08mol/L NaBr 溶液和 0.1mol/L 的 AgNO3 溶液混合制AgBr溶胶，分别加入相同浓度的下述电解质溶液，其聚沉能力的大小次序如何？ (1)KCl,(2) Na3PO4,(3)MgSO4,(4) Na2SO4 解：2431溶胶的互相聚沉两种带有相反电荷的溶胶按适当比例相互混合，溶胶会发生聚沉。聚沉的主要原因：胶粒所带电荷被中和例：

24、明矾净水作用。天然水中胶态的悬浮物大多带负电，明矾在水中水解产生的 Al(OH)3 溶胶带正电，它们相互聚沉而使水净化。 Al(OH) 3mn Al3+（n-x ） SO42- 2x+x SO42- 温度对溶胶稳定性的影响加热能破坏胶体的主要原因:胶粒运动加剧,碰撞机会增多。胶粒所带电量减少。 （吸附大多数是放热过程，升温有利于解析）胶体本身的浓度过高原因：浓度过高，碰撞机会增加，导致聚沉五高分子溶液和乳浊液 自学第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿第四讲第二章 化学反应得一般原理教学目的：1理解反应进度、系统与环境、状态与状态函数的概念；2掌握热与功的概念和计算，掌

25、握热力学第一定律的概念；3掌握的概念及有关计算和应用4掌握标准平衡常数 的概念及表达式的书写；掌握 与 的关系及有关计算；5了解反应速率、基元反应、反应级数的概念；理解活化分子、活化能、催化剂的概念；了解影响反应速率的因素及其应用。mrrmfrmrp S H UQfrmrG KrGK教学重点：1功、热、热力学能、焓、熵、自由能的概念及含义2反应焓变、熵变、自由能变的计算方法;3吉布斯-亥姆霍兹方程及有关应用 ;学习难点：熵的含义、化学反应中常涉及到的两个问题:(1) 化学反应进行的方向、程度以及反应过程中的能量变化关系 可能性 化学热力学 化学热力学初步和化学反应平衡(2) 化学反应进行的快慢

26、即化学反应的速率问题 现实性 化学动力学 化学反应速率 一、基本概念和术语1化学反应进度（1） 化学反应计量方程式对任一已配平的化学反应方程式有： 物质 B 的化学计量数，量纲为一注意：反应物的化学计量数为负值；生成物的化学计量数为正值例： 其化学计量数分别（2）化学反应进度为： ksai表示化学反应进行的程度的物理量，单位 mol。定义式：第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿积分式：注： 无论以反应物或生成物表示反应进度，其值均相同。例：反应进度的物理意义B032NH123)(H 21)( 1)( dndBB1、 BBn。n1 、32NH、 mol)n(NH3 0.

27、5mol21)(31.52n2表明：每消耗掉 a mol 物质 A 的同时，也消耗掉 b mol 的物质 B，并生成g mol 的物质 G 和 d mol 物质 D反应进度与化学反应计量方程式的写法有关例: 2系统和环境系统：热力学中所研究的对象环境：系统以外与系统密切相关的其它物质和空间据系统与环境之间的关系，可把系统分为三种：敞开系统：系统与环境之间既有物质交换又有能量交换。封闭系统：系统与环境之间没有物质交换，只有能量交换。孤立系统：系统和环境之间既无物质交换，又无能量交换3状态与状态函数状态：是指系统所有宏观性质的综合表现如压力、温度、密度、体积等。状态函数：描述系统状态的宏观性质称为

28、状态函数。状态函数的特点：（1）它的数值仅仅取决于系统的状态。状态一定，状态函数一定，状态变则状态函数随之改变。状态函数变化只与系统的终始态有关，而第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿与变化的具体途径无关（2）系统的状态函数之间有某种联系和制约关系据各宏观性质是否与系统的物质的量有关状态函数分为两类：广度性质：凡与系统内物质的量成正比的状态函数称为广度性质， 也叫容量性质，广度性质具有加合性。如质量、体积等。强度性质：凡与系统中物质的量无关，仅与体系自身特性有关的性质，称为强度性质。强度性质不具有加和性。如浓度、温度等。1molnn 1moldDgGbBa DGB、3

29、2NH1 1mol)(NHn 1mol)n( 33 、 、 0.52)( 3 4过程与途径过程：起始到终了，称为一个过程，它是体系状态变化的经过。据过程中系统的 P、V、T 变化特点，将过程分为以下几种：(1)等温过程： T1=T2=T 环 (2)等压过程： p1=p2=p 外(3)等容过程： V1=V2(4)绝热过程：系统的状态变化是在绝热条件下进行的。(5)循环过程：系统的变化由初始态出发，经历一系列变化，又回到原来的初始态。始态和终态为同一状态，此过程的状态函数改变量为零。问：一般化学反应属于什么过程？什么体系？一般的化学反应是等温等压或等温等容过程 ,封闭体系途径：系统从始态到终态的变

30、化过程可以采取不同的方式，每一种方式就称为一种途径。5热和功热：由于系统与环境间温度的差异而产生的能量交换形式称为热， 用符号 Q 表示。热单位为 J 或 kJ。热力学规定：系统吸热，Q （体系到能量） ；系统放热，Q （体系失能量）功：除热以外，系统与环境之间以其它形式传递的能量称为功。用符号 W 表示。功单位为 J 或 kJ。热力学中规定：系统对环境作功，W （体系失能量） ；环境对系统做功，W （体系到能量）W 可分为两类： We 体积功，W 非体积功(有用功)体积功是由于系统体积发生变化而做的功，其物理意义为系统体积变化、反抗外压作用而与环境进行的能量。当系统的压强与环境的压强相等时：

31、P 1= P2 =P 外 We=P 外 (V2-V1) We= P V若考虑非体系功，则 We= P V+Wf第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿热和功都是变化过程中交换或传递的能量。没有过程就没有热和功，热和功都不是状态函数。6热力学能与热力学第一定律（1）热力学能（U）内能：包括宏观的能和微观的能，宏观的例如动能、势能；微观的例如分子的平动能、转动能。热力学能：指在不考虑系统整体运动的动能和系统整体处于外力场中所具有的势能的情况下，系统内所有微观粒子全部能量之和（包括系统中分子的平动能、转动能、振动能、电子运动和原子核内的能量以及系统内部分子与分子间的相互作用的位

32、能等） ，又称为内能，用符号 U表示，单位 J 或 kJ 。注：热力学能是状态函数，其变化量与途径无关，在实际化学过程中，U 的绝对值不可能到。特点：体系得重要状态函数，广度性质，具有加和性。例：50g 水的热力学能为 1.则 100g 水的热力学能为 1（）热力学第一定律热力学：定量的研究能量相互转化过程所遵循的科学热力学第一定律：将能量守恒与转化定律用于具体的热力学系统即得到热力学第一定律，具体内容为封闭系统发生状态变化时，其热力学能的变化等于系统与环境传递的热与功的总和。二、热化学化学反应过程中总是伴有热量的吸收和放出，热化学就是把热力学理论与方法应用于化学反应中，计算与研究化学反应的热

33、量及变化规律的学科。1化学反应热效应指系统发生化学 反应时，在只做体积功不做非体积功的等温过程中吸收或放出的热量。（1）恒容反应热在等温条件下，若系统发生化学反应是恒容且不做非体积功的过程，则该过程中与环境之间交换的热就是恒容反应热，以符号“Q V”来表示。第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿据热力学第一定律恒温恒容过程中系统的热量变化全部用来改变系WQU0 Vp0V 、。QU统的热力学内能。（2）恒压反应热在等温条件下，若系统发生化学反应是恒压且只做体积功不做非体积功的过程，则该过程中与环境之间交换的热就是恒压反应热，其量符号为 Qp由热力学第一定律H-焓，具有能量

34、的量纲，无物理意义，状态函数，绝对值无法确定。 即意义：恒压只做体积功的过程中，封闭系统吸收的热量全部用于增加系统的焓。H 0 系统从环境吸热，吸热反应 H 0 系统向环境放热，放热反应H 和 U 一样，其绝对值无法测量，但在一定条件下，可以从系统与环境间热量的传递来衡量系统 H 的变化。a. 当反应物和生成物都为固态和液态时，反应的 值很小，可忽略不计, 。b. 对有气体参加或生成的化学反应， 值较大，不可忽略。第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿即使在有气体参加的反应中，p V(即 n(g)RT)与 H 相比也只是一个较小的值。因此，在一般情况下，可认为：H 在数

35、值上近似等于U， WQUHQp12)Vp(pQ12pVp p、 )(12VUp21)(12)1)(12 VUH、VpQ，pVVpp0(g)nB、 RTnUpB()HB在缺少 U 的数据的情况下可用 H 的数值近似。第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿第五讲2盖斯定律1840 俄国化学家盖斯指出： 在不做其它功并处于恒容或恒压的情况下，任一化学反应，不论是一步完成的，还是分几步完成的，其化学反应的热效应总是相同的，即化学反应热效应只与始、终状态有关而与具体途径无关。根据盖斯定律，可以间接地求算一些不易直接准确测定或不能直接测定的反应热。条件：在不做体系功和处于恒压或处于

36、恒容情况下。注：为了求反应热，可把反应设计成分步进行，至于反应是否按设计的途径进行，则无关紧要。3标准摩尔反应焓变（1）摩尔反应焓变表示当反应进度为 1mol 时的热效应，单位 或如果一反应进度为 的反应焓变为 ，则 Hr（2）物质的标准态标准状态：指在温度 T 及标准压力 p(100kPa)下的状态，简称标准态，用“ ”表示。热力学中的标准态：a. 纯理想气体物质的标准态是该气体处于标准压力 p下的状态，混合理想气体中任一组分的标准态是该气体组分的分压为 p时的状态。b.纯液体（或纯固体）物质的标准态就是标准压 力 p下的纯液体（或纯固体） 。注：在标准态的规定中只规定了压力 p 并没有规定

37、温度（3）标准摩尔反应焓变化学反应中，任何物质均处于温度 T 时的标准状态下，该反应的摩第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿尔反应焓变称为标准摩尔反应焓变，以 表示，T 为热力学温度。4、热化学反应方程式热化学反应方程式：表明化学反应与反应热关系的化学反应方程书写化学反应计量方程式。mrH322122H，(g)CO()1CO(g) 3s ()()() )( (g)OCs2H21gC (g)2()213 (1)rmr1olkJ1lJmrH注意点：a. 同一反应，不同的化学计量方程式，其反应热的数值不同；b. 应注明参与反应的诸物质的聚集状态，以 g、l、s 表示气、液、

38、固态，聚集状态不同化学热效应不同。c. 应注明反应温度，如果在 298.15K，通常可以省略不写。5标准摩尔生成焓在温度及标准态下，由稳定单质生成 1mol 物质的标准摩尔反应焓变即为物质在温度下的标准摩尔生成焓，用 ，单位。稳定单质的标准生成焓为零：碳（石墨） ，硫（斜方硫） ，磷（红磷）答 (b) (c)(b) AgCl(s)ul(aq)Ags) (d)Cl21Ag(sl) (c lC21baqa 第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿6标准摩尔燃烧焓在标准态下 1mol 物质完全燃烧（或完全氧化）生成标准态的产物的反 1molkJmcH1m22 1mol39.50

39、kJ2H (g)CO1()(C21 l.g 、 1m22 ol395.40kJ (g)()() 、 mfH1molkJ1m22 ol39.50kJH (g)CO()(C 、 1mf ol39.50kJ,H1222 l28.J (l)()1(g) 、 (l) eN(g) d cO bFesa 2mf、。0H Hmfr 、 、应热效应为该物质的标准摩尔燃烧焓， ，单位 。完全燃烧： HCl(aq)(g)l N)(gSO (l)H (g)CO2222 7标准摩尔反应焓变的计算（1）由生成焓求反应热 ()()rmBfmHI提问 ： 298.15K 时物质的标准生成焓可查表， 可据上式计算，mrH其它温

40、度如何计算？ 与温度有关，但 受温度影响很小，可用 298.15K 下mfH)(THmr的 近似其他温度下的代替 ，即r )()15.298(Tmrmr （2）由燃烧焓求反应热第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿、ffr )()(rH(I)mr IImrr r第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿)(H)()H)(I)mcBmcBmr 、cr第六讲三、 化学反应的方向和限度1化学反应的自发性自发过程的共同特点例 自发方向 推动力 自发条件 限度 做功 逆向作用水流 高 低 h h (2)同一物质且聚集状态相同时,温度越高， 越大 ;(3)T 一

41、定时，压强越大，气体物质的 越小;(4)分子的摩尔质量越大， 越大；若分子摩尔质量相近则分子结构越复杂， 越大。（4）标准摩尔反应熵变熵是状态函数，对任一反应其标准摩尔反应熵变为注：物质的 随温度的增大而增大，但 受反应温度的影响很小，即：3、化学反应方向的判据1878 美国化学家吉布斯证明：对于一个恒温恒压下、非体积功等于零的自发过程，该过程的焓、熵和温度三者的关系为：热力学中定义： 0T)(,Sm0STHTSHG)(,S(,0K)(,S)m*mmr B,r0(K)* 0T 0)(, SmT)(B, Smg),(ml),(ms, )(, mT)(B,Sm(B)Smrmr 23S(g)COas

42、Ca 298.15K、 、 113,m2,mBr Kol160.5Jol9.J23.79 s)()Sg(Ss)(aO,v)(mrTT)(, Sm)5.298(rSmrG吉布斯函数： 单位 KJmol-1第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿对于一个变化的系统，状态函数 G 的改变称吉布斯函数变 G ，那么在恒温、恒压、非体系功等于零的状态变化中 吉布斯用热力学证明，对于恒温、恒压、非体系功等于零的自发过程中化学反应自发与混乱度和能量的关系：P47 表 2-1 温度对自发反应的影响4标准摩尔生成吉布斯函数与标准摩尔反应吉布斯函数变温度 T 及标准状态下，由稳定单质(参考单

43、质) 生成 1mol 物质 B 的标准摩尔反应吉布斯 自由能变 ，称为该物质 B 在温度 T 的标准摩尔生成吉布斯自由能 ，单位在标准状态下所有稳定单质的 对于任一化学反应，其反应的 的计算方法：(1) 当 T = 298.15 K 时mfGf 1olkJmrG、 、( 0G 、。SH (1)、0，0 (2) 。G。、 、 0G0S0H(3)、 、(4)1fl0)(B,298.5K(298.15K)mfBr (2) 当 T = T K 时第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿第七讲四、化学平衡1可逆反应与化学平衡（1）在同一条件下能同时可向正逆两个方向进行的化学反应称为

44、可逆反应，并把从左向右进行的反应称作正反应；从右向左进行的反应则称作逆反应 223 N(g)3H() N(g) 、AaqClAls l(s)()(aq)ga gls 、原则上所有的化学反应都具有可逆性，只是可逆程度不同，用表示可逆反应。（2）化学平衡在恒温恒压且非体积功为零时，随着反应的进行，系统的 不断变化，直至最终系统的 G 值不再改变，此时 ，反应达到了化学平衡。化学平衡具有以下特征：a、化学平衡是一个动态平衡；b、条件发生了变化，原有的平衡将被破坏，代之以新的平衡。c、在一定温度下化学平衡一旦建立，平衡常数 则一定。2 平衡常数（1）实验(经验)平衡常数在一定温度下，对任何可逆反应达到

45、平衡时，以化学反应方程式中化学计量数为幂指数的反应方程式中各物种的浓度（或分压）的乘积为一常数,叫实验平衡常数（或经验平衡常数）,以 表示，单位不能确定，它的大小表示化学反应进行的程度。mrG0mr(298.15K)ST(298.15K)H(298.15)Gmrmrmr rrr (.)(.)() rBp)(KBc)(KpcK、对于一般的可逆反应： aAbB dDeE平衡时： 若为气体： deDEcaKdpabABK223 N(g)3H() N(g)、 23(NH)第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿有关平衡常数的几点说明：a、气体反应: )(HpNK (g)2H ()

46、3(g)N 232p322 、b、溶液反应c、复相反应（固体和纯液体不写入式中） 23 22CaO(s)H(aq) C(aq)O()(l) d、平衡常数表达式和数值与反应式的书写有关22p(g)I I(g)( K22p1/22()I(g) HI()Kp()（2）标准平衡常数（ ）平衡常数表达式中，有关组分的浓度(或分压) 用相对浓度 (或相对分压)来表示，即 或 ，( 其中 ， )，标准cp10kPa1cmolL平衡常数是量纲为一的量，无单位“ ”它的大小反应化学反应进行的程K度。BK(c/)B(p/)（3）多重平衡规则一个给定化学反应计量方程式的平衡常数，无论反应分几步完成， 其平衡常数表达式完全相同，也就是说当某总反应为若干个分步反应之和（或之差）时，则总反应的平衡常数为这若干个分步反应平衡常数的乘积（或商） 。（4）化学反应的程度在化工生产中常用转化率来衡量化学反应进行的程度第 页长 江 大 学 工 程 技 术 学 院 教 案 /讲 稿3平衡常数与标准摩尔吉布斯函数变（1）平衡常数与标准摩尔吉布斯自由能在恒温恒压、不做非体积功条件下的化学反应方向判据：上式把动力学与热力学联系起来，只要知道了某温度下反应的标准摩尔吉布斯自由能变，就可以求出反应的标准平衡常数。 值愈小，则 值愈大，反应进行的愈完全。（2）化学反