第一章 物质的聚集状态

定义：在一定温度（通常为298K）及标准压力下，由元素的稳 定单质生成1mol纯物质的反应 焓变，称为该化合物的标准摩尔 生成热，简称生成热或生成焓。用 △fH0m 表示 ，单位 KJ.mol-1
根据生成热定义，稳定单质的标准摩尔生成热等于零。
例如：
H2(g) + O2(g) = H2O(l) ； C(石墨) + O2(g) = CO2(g) ΔfHm = -285.85kJ/mol ΔfHm = -393.5kJ/mol
2. 一般真实气体，如氮、氧、氢、氦等，在温度不太低，压强不 太大时，都可以近似看做理想气体。 3.不同的气体具有共同的规律，说明这些规律反映了气体的共性。
引入理想气体概念的目的：
为了将实际问题简单化，形成一个标准。
2.理想气体状态方程
低压下气体的n、V与T之间的关系即状态方程：
pV nRT
（1.1）
R—比例常数，大小与n、、V、T 以及气体的种类无关，称之为气 体普适常数。 R 8.31441J mol 1 K 1 因为：n
pM
m M
pV
m RT M
（1.2）
m RT RT V
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（1.3）
【例1-1 】
某气体在20℃、l00kPa下的体积为50dm3，求将该气体变到200kPa、 80℃状态下的体积。 解：p1 、 V1、T1分别代表始态下气体的压力、体积和温度，以p2、 V2、T2分别代表终态下的相应的量，因气体的物质的量n不变， p2V2 根据公式（1.1）有 p1V1
始态 C(石墨)+O2(g)
ΔrH－m(CO2) 途径1
终点 CO2(g)
ΔrH－m(CO)
1 2
ΔrH－m
CO(g)
+
O2(g)
这两步焓变之和，即：ΔrHm(CO2) = ΔrHm(CO) + ΔrHm
通过查表，便可求出ΔrHm(CO)。
利用黑斯定律，可以通过计算间接求得某些反应的热效应。
四、标准摩尔生成焓
第一节 基本概念 第二节 物质的聚集状态
第三节 化学反应中的能量关系
第一节
基本概念
为研究问题的方便，需先确定研究对象的范围和界限， 即将某一部分物体或空间，人为地和自然界的其余部分分 开 来，作为研究的重点。 系统：被划出来作为研究对象的这部分物体或空间称为系 统。 环境：系统以外的其它部分，则称为环境。实际上，环境 通 常是指与系统有相互影响的有限部分。
其中（1）表示反应放出热量393.51 kJ/mol。 （2）式表示反应吸收热量241.84 kJ/mol。
书写热化学方程式的注意事项：
1. 注明温度和压力条件，如在298K下进行，习惯可不注明。 2. 反应的焓变与反应式中的化学计量系数有关。 3. 在反应式中注明物质的聚集状态。
4. 逆反应的热效应与正反应的热效应数值相等而符号相反。
6 3 3
n2=
p
2
V
RT

10.0 10 8.314 J
6
p
a
40.0 10
3
m
3
m ol K 273.15 25K
161 m ol
3 所用氮气的质量为：m = (n1-n2)M=(202-161)mol×28.0 g m ol=1.1×10 g = 1.1kg
3.分压定律
【例2—2 】
一个体积为40.0dm3的氮气钢瓶，在25℃ 时，使用前压力为12.5Mpa. 求钢瓶压力降为10.0 Mpa时所用去的氮气质量。 解：使用前钢瓶中N2的物质的量为： n1 =
12.5 10 p 40.0 10 m p1V a 202m ol J RT 8.314 m ol K ) (273.15 25K
30KPa×1L = pO ×3L
2
故 pO2 = 10KPa
15KPa×4L = p N ×3L
2
故
p N 2 = 20KPa
于是总压力为：
p pO2 pN2 = 10KPa ＋20KPa = 30KPa
，
二、液体 特点：①没有固定的外形和显著的膨胀性。 ②没有确定的体积，流动性、掺混性、表面张力，固定的凝 固点和沸点。某些方面接近于气体，更多的方面类似固体。 1.液体的蒸汽压 蒸发过程和凝聚过程： 蒸发：蒸发是液体变成蒸汽的过程。 凝固：蒸汽分子与液面撞击时，被捕获进入液体的过程。 饱和蒸汽压：V凝聚=V 蒸发 动态平衡 这种平衡状态下该气体在容器中的分压称为饱和蒸汽压。简称蒸汽 压。
p1 y1 p; p2 y2 p; p3 y3 p;
;即pB yB p
物理意义 ：低压下气体混合物中，某一组分的分压等于其在混合物中的摩尔分数与混合气体总压的乘积。
【例1-3】
30KPa×1L =
今有293K、30KPa的氧气1L和293K、15KPa的氮氧气4L，将这两 种气体同时装入3L的容器中，温度仍为293K，试求此混合气体的总 压力。 解： 首先求出各个气体的分压力。因为温度不变， 即：
p1 = l00kPa、V1= 50dm3 T1=（273.15＋20） K = 293.15K p2 = 200kPa、T2 =（273.15＋80）K = 353.15K代入公式，可求得:
T1

T2
V2
p1T2 100 353.15 V1 50dm3 30.12dm3 p2T1 200 293.15
小结：物质的气、液、固三种聚集状态决定于物质分子间距的大小。当外界 条件改变时，物质可以从一种聚集状态转变成另一种聚集状态。
想一想： 分子间距的大小与外界条件密切相关。为什么？
第二节
物资的聚集状态
一、气体 1.理想气体 定义：①理想气体分子只有位置而不占有体积。 ②是一个具有质量的几何点。 ③分子之间没有相互吸引力。 ④分子之间及分子与其比之间发生的碰撞不造成动能损失。 【注意】1.理想气体只是一人为的气体模型，实际中它是不存在的。 理想气体是真实气体的一个理想模型。
想一想：
1.水、乙醇、乙醚三种物质分子的极性、分子间作 用力和蒸汽压的 大小？
2.常温下，为什么酒精比水易挥发？
【结论】某温度下，蒸汽压大的物质为易挥发物 质。
2.液体的沸点
沸点：液体的蒸汽压等于外界压力时的温度即为液体 的沸点。 液体的沸点随外界压力而变化，压力越大，沸点越高。 想一想： 1. 海拔高的地方 ，为什么水的沸点不到100℃，食品 难煮熟？ 2.沸腾和蒸发有什么联系和区别？
分压的概念 通常各种互不反应的气体都能以任何比例完全混合成为均匀的混 合气体。在混合气体中任一组分气体都对器壁施以压力，对器壁 的单位面积来说，某种气体所施的力就是该气体的分压强。 即：在同一温度下，某气体组分B： 单独存在且占有与混合气体相同体积时，所具有的压强称为该气 体的分压强，用 pB 表示。 而混合气体中所有组分共同作用于容器器壁单位面积上的力，称 为总压强，用 p表示。
在常压下蒸馏易于分解或被空气氧化的物质怎样进行 分离和提纯？ 减压蒸馏：将容器内液体表面的压力降低，使液体在 较低的温度下沸腾而被蒸馏出来。这是利用沸点和外 界压力的关系。 减压蒸馏是分离和提纯液体或低熔点固体有机物的一 种主要方法。
第三节
化学反应中的能量关系
一、化学反应热效应 1. 反应热效应：若化学反应时，系统不做非 △H 体积功，且反应终止与反应初始时的温度 相同，则系统吸收或放出的热量，称反应 的热效应。 2. 恒容热效应：在恒容条件下进行的反应的 热效应。 Qv =U2-U1= △U U称为内能 3. 恒压热效应：化学反应在恒压条件下进行， 其反应热称为恒压热效应。 Qp=H2-H1= △H H称为焓： H=U+PV



无机化学课程的学习方法
无机化学是化工类专业的重要基础课， 设有理论课和 实验课，它们是一个整体，是互相补充和完善的,学习 中不能偏废。
无机化学课的内容涉及面广， 学习中要着重于物理 意义的理解，并应用这些概念和理论来说明元素和化 合物的性质及其有关无机化学的问题。



学习中要及时的复习，学会总结归纳，提炼重点知识，形成学习 能力。 无机化学是化工类专业重要的基础课，具有承前启后的重要作用， 希望同学们给以高度的重视。
盖斯定律
任一化学反应，不论是一步完成还是分几步完成的， 其总的热效应是完全相同的。 换言之： 化学反应的热效应只决定于反应物的始态和生成物的 终态，而与过程的途径无关。
【 问题】
C(s)+O2(g)→CO(g) 上述反应，在碳燃烧生成CO的同时，必然有部分CO2 生成，如何计算反应的热效应？
利用黑斯定律，可以通过计算间接求得某些反应的热效应。
二、热化学方程式
热化学方程式：表示化学反应及其热效应的化学方程式 。
例：例如下列反应在热化学标准状态及298K下的热化学方程式 为： （1） C(s) + O2(g) → CO2(g)； ΔrH－m = - 393.51kJ/mol
（2） H2O(g) → H2(g) + O2(g)； ΔrH－m = + 241.84kJ/mol
无机化学
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无机化学
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 教育部高职高专规划教材
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主编 胡伟光 张桂珍
高职教与学特点:
课程内容多、信息量较大。 每课时讲授内容多、进度较快,课外作业量较少。 通常采用集中安排习题课的方法，对学习的内容进行 总结复习。 自习时间相对较多，强调自学能力的提高。 注重应用能力和实践能力的训练和培养。
第一节 基本概念
相：系统中物理和化学性质相同而且完全均匀的一部分 称为相。 相与相之间有分界面，可以用机械的方法把它们分离开。 这里的“均匀”是指一种微观尺度的均匀，但一个相不 一定只含一种物质。 【例1】乙醇和水混合形成的溶液： 互溶均匀，含两种物 质， 是一个液相。 【例2】油和水混合： 不互溶，含两种物资，二者之间存在着明显的界面， 是一个二相系统。
p1 V n 1 RT p2V n2 RT p2V n2 RT
(1-5)
用公式（1.5）各组分的方程式分别除以
pV nRT
p1
可得:
; 即 pB nB p n
令气体摩尔分数用
yB
nB n
表示 ,则有：
n n1 n p; p2 2 p; p3 3 p; n n n
总压和分压究竟有什么关系呢？ 当气体混合物压强较低时，低压下气体混合物的总压等于组成混 合物的各种气体分压之和 - 分压定律：
p p1 p2 pB
（1-4）
理想气体状态方程不仅适用于单一组分气体，而且也适用于多种 组分组成的混合气体。 分压定律的另一种表达形式：
对于低压下气体混合物中各种气体，有
也表示生成1mol水和1mol二氧化碳气体时放出热量
（生成热）为285.85kJ和393.5kJ。
在理解标准摩尔生成焓时需注意以下几点：
（1）在生成焓的定义中暗含着处于标准状态下的最稳 定单质的标准生成焓都为零。 （2）任何物质的焓的绝对值都是未知的，所以化合物 的生成焓实际上是一个相对值。 （3）1mol某化合物分解为组成它的元素的最稳定单质 时，其标准反应焓与该化合物的标准摩尔生成焓相差 一个负号，这是因为生成与分解反应的初终状态正好 相反。
蒸汽压是物质的一种特性，常用来表征液态分子在一定温度下蒸发 成气态分子的倾向大小。
(1)液体的蒸汽压表达了一定温度下液体蒸发的难易程度，它是液体 分子间作用力大小的反映。一般来说，液体的分子间力越弱，液 体越易蒸发，其蒸汽压越高。 (2) 液体的蒸汽压随温度的升高而增大。
(3)蒸汽压与液体的多少和在液体上方的蒸汽体积无关。
第二节
物资的聚集状态
物资的“三态”
气态 ： 分子间距离最大，作用力最弱，可无限制膨胀， 均匀地充满任意形状的容器，气体本身没有 具体的形状，且易被压缩。 液态：分子间距介于气体和固体之间 ，具有一定的体 积和流动性，其形状随容器的形状而定，难以压缩。 固态：分子间距离最小，作用力较强。 具有一定的形状和体积，且不易被压缩。

勤于学习，善于思考，提高分析问题和解决问题的能力，为 后续的专业课程学习奠定坚实的基础。

第一章
物资的聚集状态
学习目标： 掌握物质三态的性质和主要特点。 掌握理想气体状态方程式、气体分压定律及应 用。 掌握化学反应热效应，正确书写热化学方程式。 掌握盖斯定律应用及有关计算方法。
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