上科版高一化学第一章《物质及其变化》教案

上科版高一化学第一章《物质及其变化》教案物质

及其变化

教学要求

1．了解物质的聚集状态和相，掌握分压定律、分体积定律及其计算。

2．会利用理想气体方程式进行有关计算。

3．熟悉热力学第一定律及其相关概念。

4．掌握化学反应热效应。

5．掌握热化学方程式；反应热、反应焓变的计算；盖斯定律及有关计算。教学时数6学时

第一节物质的聚集状态

各种物质总是以一定的聚集状态存在的。

常温、常压下，通常有气、液、固三种聚集状态，各具特征，在一定条件下可相互转化。

1、气体（g）：分子间作用力小，无一定的体积和形状，具有扩散性和可压缩性。

2、液体（l）：分子间作用力介于气体和固体之间，有一定的体积，无固定的形状，具有流动性。

3、固体（s）：具有一定体积、一定形状，及一定程度的刚性。

1.1气体

气体的存在状态主要由体积V、压力P、温度T和物质的量n四个因素决定，称为气体的状态函数。

１.理想气体状态方程式

只有位置而没有大小，且气体分子之间没有相互作用力的气体，称为理想气体。显然理想气体是一种假设的情况，真实气体当压力不太高且温度不太低时可看作是理想气体。描述理想气体体积、压力、温度和物质的量之间关系的

方程式称为理想气体状态方程式。

当体积和温度一定时，理想气体的压力与其物质的量成正比：n p ∝； 当压力和温度一定时，理想气体的体积与其物质的量成正比：n V ∝； 一定物质的量的理想气体的压力或体积都与温度成正比：n p ∝；或n V ∝。

我们将这几个式子合并在一起，得：

nRT pV =（理想气体状态方程式）

式中：

p (压力) V （体积） n （物质的量） T （温度） R (常数)

标准单位 Pa m 3 mol K 8.314

R 是一个与气体种类无关的常数，称为摩尔气体常数或简称气体常数。当式中各量单位取国际单位制：压力（Pa ）、体积（m 3）、n （mol ）时，R 数值可由标准状况下1mol 理想气体的状态函数值求得：

2.气体分压定律

1）混合气体(如空气)和组分气体(如组成空气的氧气、氮气等)：

2）分压力：各组分气体占有与混合气体相同的体积时所产生的压力叫做该组分气体的分压力（p i ）。混合气体的压力称为总压。

3）道尔顿分压定律：英国科学家道尔顿于1801年通过大量的实验总结出：

混合气体的总压等于各组分气体的分压之和。

i p p p p p +⋅⋅⋅+++=321

混合气体的状态同样可用理想气体状态方程式来描述：

RT n V p 总总=

对于每一种组分气体，都有

RT n V p i i =

则

== 8.314 N ·m ·mol -1·K -1 R == == p V nT 101325 Pa ×22.414×10－3 m 3 1.000 mol ×273.15K == 8.314 J ·mol -1·K -1

总总n n p p i i =

总总n n p p i i ⨯= 我们把总n n i 叫做混合气体中组分气体i 的摩尔分数，总p p i 叫做组分气体

i 的压力分数。

例1．在0.0100 m 3 容器中含有 2.50×10-3 mol H 2，1.00×10-3 mol He 和3.00×10-4mol Ne ，在35℃时总压为多少？

解：

p 总 == p (H 2) + p (He) + p (Ne) ==640 + 256 + 76.8 == 973 (Pa)

3．气体的分体积定律

当组分气体的压力和温度与混合气体相同时，组分气体单独存在时所占有的体积称为各组分气体的分体积，则混合气体的总体积等于各组分气体的分体积之和。

V = V 1 + V 2 + V 3 + …＋V i

则

V i / V 总=n i /n 总

V i = V 总×n i /n 总

P 总可通过压力表测出，Pi 则很难被直接测出，可通过分析、计算求得：

P i V = n i RT （1） P 总V = n 总RT （2）

由（1）÷（2）， 得：

P i / P 总 = n i / n 总 = X i （摩尔分数）

∴P i = X i P 总

计算分压的关键在于如何求得组分气体的摩尔分数。

求混合气体的摩尔分数，常用的方法是通过混合气体进行气体分析，测得各组分气体的体积分数总V V i 。

p (H 2) == == == 640 Pa n (H 2)RT V 2.50×10-3 mol × 8.314 J·mol -1·K -1×(273 + 35)K 0.0100 m 3

p (He) == == == 256 Pa n (He)RT V 1.00×10-3 mol × 8.314 J·mol -1·K -1×(273 + 35)K 0.0100 m 3 p (Ne) == == == 76.8 Pa n (Ne)RT V 3.00×10-4 mol × 8.314 J·mol -1·K -1×(273 + 35)K 0.0100 m 3

1.2液体

1.液体的蒸汽压：

当液体的蒸发速率与其气体的凝聚速率相等时，达到动态平衡。此时，液面上方该种液体的蒸汽为饱和蒸汽，饱和蒸汽的压力为该温度下的饱和蒸汽压。

液体的饱和蒸汽压（简称蒸汽压）与液体的性质有关，可表示液体挥发能力的大小。饱和蒸汽压越大，液体的挥发能力越强。

饱和蒸汽压与温度有关：温度越高，饱和蒸汽压越大。如水的饱和蒸气压在0℃为61.3 Pa ，在室温25℃为3.173 kPa ，在100℃时为101.325 kPa 。

例2．如果在25℃时用排水集气法由锌和盐酸制备氢气：Zn(s) + 2H + == Zn 2+ + H 2(g)，总压（实验室大气压）为98.6 kPa (已知25℃时水的饱和蒸汽压为3.17 kPa),收集的气体体积为 2.50×10-3 m 3。求：

（1）试样中氢的分压；

（2）收集到的氢的质量；

（3）若经干燥剂干燥后能得到多少体积的干燥氢气？（由学生自己做）

（4）干燥剂共吸收了多少体积的水蒸汽？（由学生自己做）

解：

(1) 在实验室中用排水集氢法收集的气体的总压等于氢气的分压与水蒸汽的分压之和，同时也等于实验室的大气压。所以：

p 总 = p (H 2) + p (H 2O)

p (H 2) = p 总 － p (H 2O) = 98.6 kPa － 3.17 kPa = 95.4 kPa

(2)

(3) 此问题可有多种解法：

m (H 2) = p (H 2)V M (H 2) RT 95.4×103 Pa × 0.00250 m 3 × 2.02 g·mol -1

8.314 J·mol -1·K -1 × 298 K

= = 0.194 g V(H 2) = m (H 2)RT Pv 0.194g ×8.314 J·mol -1·K -1×298 K 98.6 ×103 Pa ×2.02 g·mol -1

= = 2.41×10-3 m 3