无机化学1章

2. 理想气体方程 理想气体方程 ：pV = nRT p —— 气体的压强，单位是Pa(帕斯卡)或kPa (千帕) V —— 气体的体积，单位是m3 (立方米) n —— 气体的物质的量，单位是mol (摩尔) T —— 气体的热力学温度，单位是K (开尔文) R —— 理想气体常数量，等于8.31441 J· mol-1· K-1 从理想气体方程式中可以看出： 当n，T一定时，压强和体积的乘积等于常数: pV = k，p1V1= p2V2 同样当体积和温度一定时，压强正比于物质的量(即P∝n)。 也就是说在理想气体方程式中有四个变量P、V、n和T，如果确定了其中三个变 量，就可以算出另一个变量。
2.热化学方程式 C(s) +O2(g) → CO2(g), Hmo = -393.51 kJ· mol-1
此反应为放热反应。
又如:
CaCO3 (s) CaO(s) CO2 ( g ), H o 179.2 kJ mol1
此反应是吸热反应。 H是恒压反应热（条件：恒温恒压），又称为反 应焓，等于恒压热效应Qp。 问题：焓H是否是状态函数？(H = U + PV)
5.焓
U = Q + W 由于恒压条件下，Q ＝ Qp， W = -∫V1V2p外dV=-p外V, 因此 U = Q p- p外V
则 Q p＝ U + p外V＝U2-U1 + pV2- pV1
＝ （U2+ pV2） -（U1 - pV1）
定义H=U+pV, H为焓，是状态函数，那么，
• Qp= H2-H1= H, H为焓变。
气体状态方程）
解：1）0.5 mol C2H4(g)反应时， H1＝ -68.49 kJ 1 mol C2H4(g)反应时， H＝ 2H1 = -136.98 kJ 2) 由H=U+pV 得， H=U+（pV)= U+ pV= U+ pV产物 - pV反应物
代入理想气体状态方程，
Qp = QV + (n)RT U = Qp + 18.314 298.210-3 =-134.50 kJ
例1：C(石墨)+O2(g) = CO2(g) rHm1=-393.5kJ· mol-1 CO(g)+0.5O2(g)===CO2(g) rHm3=-283.０kJ· mol-1
求C(石墨)+0.5O2(g)===CO(g)的rHm2=？
始态 C石墨+O2(g) rHm2 CO(g)+0.5O2(g) rHm
2017年4月28日 12时2分
例：1.某理想气体在恒压100KPa下膨胀， 体积从20 L变到50 L，同时吸收2.24kJ的热 量，求系统热力学能的变化。
答案:W = -100 (50-20) 10-3 = -3 kJ
Q = 2.24 kJ
U = 2.24 - 3 = -0.76 kJ
分类 敞开系统 封闭系统 孤立系统
物质交换 有 无 无
能量交换 有 有 无
1.1.2 过程与途径
过程：系统从始态到终态变化的经过。
途径：完成这个过程的具体步骤、路线。
常见的过程有：
1. 恒温过程：T = T环，dT = 0
2.恒压过程：p= p环，dp = 0
3.恒容过程：dV = 0
1.1.3状态与状态函数
已知CO和Fe2O3标准摩尔生成焓分别为-110.5 和824.2 kJ· mol-1 解: rHm = 2 fHm(Fe)+2 fHm (CO)-fHm(Fe2O3 ) - 3 rHm = 0+3(-110.5)- (-824.2)-0 = 492.7 kJ· mol-1
7. 标准摩尔燃烧焓
2017年4月28日 12时2分
热化学反应方程式书写要点：
1. 写出化学计量方程式 2. 注明参与反应各物质的聚集状态、温度和压力。气、 液、固分别用g、l、s、aq表示，标准状态下（298 K， 101 kPa)温度和压力可不写。
3. 方程式与Hmo 用逗号分开。
4. Hmo 的后面，用括号注明反应的温度，298 K不写。 说明：热化学方程式可以象代数式那样相加或相减。
6. 标准摩尔生成焓 (fHm) （掌握）
定义：标准状态下由元素的稳定单质生成1 mol化合物的
焓变，称为该化合物的摩尔生成焓或摩尔生成热，用
fHm表示。 如: C(s, 石墨) + 2H2 (g) =CH4 (g), fHm= -74.85 kJ· mol-1 稳定单质的摩尔生成焓为零。 应用：化学反应的标准摩尔反应焓等于生成物的产物的 标准摩尔生成焓之和减去反应物标准摩尔生成焓之和。
已知反应：CaO(s) + H2O(l) = Ca(OH)2(s)
fHm
-635
-285
-986
kJmol-1
求此反应的标准摩尔反应焓 rHm 。 答案:-66 kJmol-1
2017年4月28日 12时2分
例：利用物质的标准摩尔生成焓计算下列反应的标准 反应热
Fe2O3 + 3C(石墨) = 2Fe(s) + 3CO(g)
问题：U 是否为状态函数？
1. 热力学第一定律 （掌握）
在任何过程中，能量不能消灭也不能生成，它只 能从一种形式转化成另一种形式，从一个物体传 给另一个物体。
如：在一封闭系统中 始态 U1 过程中 与环境交换热和功 QW 根据能量守恒定律：△U = U2 - U1 = Q + W 热力学能的改变（△U ）：等于系统吸收的热量 和得到的功的和。 终态 U2
PN = 25 200/300 = 16.67 kPa
2
混合后总压强为 P总 = 16.67 + 16.67 = 33.34 kPa
2. 液态 3. 固态 4. 溶液 自学
1.3 化学反应中的能量关系
1.1.5热力学能：内能 （掌握）
热力学能：系统内部一切能量的总和 。用U表示 。
包括分子运动的动能，分子间的势能以及分子、 原子内部所蕴藏的能量。
功
*功有不同的形式：
热力学中涉及最多的功是系统因体积变化 而与环境交换的能量，称为体积功。 体积功： W=- p ΔV 单位： J、kJ 体积功以外的其它功（如电功、表面功等 ）都称为非体积功。 注意：热和功不是状态函数，不取决于过程的始、终态，而 与途径有关。
1.2 物质的状态
自学
1.2 物质的聚集状态
1.2. 1 气态
1. 理想气体
（1）气体分子看作数学上的一个质点，即分子本身的体积等于零。在低 压下的实际气体比高压下的气体更接近于理想气体。 （2）气体分子之间的相互作用力等于零。即分子之间可以发生弹性碰撞， 两分子碰撞后总动能不发生改变，分子碰撞后不能发生相互“结合”或化 学反应。在高温下的实际气体比低温下的气体更接近于理想气体。 （3）气体分子不被容器壁吸附。 总之，在封闭体系中理想气体的质点数(分子数)不会发生变化。
状态：系统的基本性质的集合
状态函数：表征和确定系统状态的宏观性质，例如： 温度、压力、体积等。 状态函数的特点：状态确定时状态函数也是确定的， 当状态发生改变时，状态函数也发生变化。其变化值 与与具体途径无关。 “状态一定值一定,周而复始状态函数值的变化零。”
如：水（25℃) → 水（50℃），方法有:直接加热，先升温再降 温，或先降温再升温。
• 在恒温恒压条件下，化学反应的热效应等于反应的焓
变。
例：在298.2K和101.kPa的恒定压力下，0.5 mol C2H4(g)和H2(g)按下式
反应，放热68.49 kJ
C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g) 若1 mol C2H4(g)进行如上反应，求1）H ，2）U（设气体服从理想
的本质。
第一章
化学反应中的基本概念和能量关系
1.1 基 本 概 念 1.1.1系统和环境
系统：被划作研究对象的部分。 环境：系统以外，与系统密切 联系的其它所有物质。
敞开系统
封闭系统
孤立系统
孤立系统是一种科学的抽象,对于科 学研究有重要意义.
系统的划分： 根据系统与环境间的关系可将系统分为三大类：
定义：标准状态下1 mol有机物质完全燃烧时的焓变，称 为该化合物的摩尔燃烧焓或摩尔燃烧热，用cHm表示。
如: C(s, 石墨) +O2 (g) =CO2 (g), fHm= -393.5 kJ· mol-1
cHm(石墨)= -393.5 kJ· mol-1 H2(g) + 0.5 O2 (g) =H2O (l), fHm= -286 kJ· mol-1 cHm(H2)= -286 kJ· mol-1 应用：化学反应的标准摩尔反应焓等于反应物的的标准摩 尔燃烧焓之和减去产物标准摩尔生成焓之和。
无机化学
安保礼 G607， 电话：66132670
化学的研究目的 任何自然科学的最终目标都是要为人类造福，使人 类生活的更美好。
(1)，保证人类的生存 (衣、食)
(2)，提高人类的生活质量(住、行)
(3)，延长人类的寿命(药物开发)
对于特定的化学反应，人们关心如下问题： 1. 反应中的能量关系？ 2. 这个化学反应能否自发进行？反应方向如何判断？ 3. 反应进行的最大限度是多少？化学反应中的质量关系？ 4.化学反应进行的速率如何？反应的历程（反应的中间步骤）是 怎样的？如果反应本质上是能够进行的，实际反应速率很慢， 就要寻找适当的催化剂以加快反应速率。 5.进一步了解物质的结构和性能之间的关系，深入探讨化学反应
3. 盖斯定律 化学反应的反应热（恒压或恒容下）只与 物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。 例如：
始态 C(石墨) + O2(g)
H r m, 2
Δ H r m, 1
终态 CO2(g)
H r m, 3
1 CO(g) O 2 (g) 2
有： Δ r H m, 1 = r H m, 2 + r H m, 3
例题：在100 kPa下，0℃时空气的密度(ρ)为1.29 kg· m-3,试计算该 空气的平均摩尔质量。
解： n=m/M m为质量，M为摩尔质量； ρ= m/V；
T = 273.15 K
n M p RT RT RT V V M
m
RT M p
RT 1.29 8.314 273.15 M p 100000
= 0.0298 kg· mol-1 = 28.9 g· mol-1
理想气体的分压定律
气体的压强是气体分子撞击容器壁的结果，所以总的气体压强 等于各气体的分压之和。 p = p1 + p2+ …… + px 把某一气体的分压比上总压，可以得到
pi ni V P nRT n V ni RT
ni pi P n
例：在25℃将50 m3 压强为100kPa的氧气和25 m3压强 为200kPa的氮气混合，混合后的体积为300m3，
求混合后的总压强。
解：因为 p1V1= p2V2 混合后氧气的分压为 pO =VO pO ’ / V =50100/300 = 16.67 kPa
2 2 2
混合后氮气的分压为
1.1.4热和功（掌握）
热 (Q) ：系统与环境之间因温度的不同而 环 境 传递的能量。 热 单位为J或kJ。 Q﹥ Q﹤ 规定：系统从环境吸热时， Q为正值； 系统向环境放热时，Q为负值。 体 系 功(W)：除了热以外的各种被传递的能量。 单位为J或kJ。
w﹥ w﹤
规定：环境对系统做功时，W为正值； 系统对环境做功时，W为 负值。 热和功是否为状态函数？

终态
1
CO2(g)
rHm3
rHm2 = rHm1 - rHm3 rHm2 = -110.5 kJ· mol-1
4. 热力学标准状态
气体物质：100kPa压力下处于理想气体状态的纯物质。
液体和固体： 100kPa 压力下的液态和固态纯物质。
温度可以任选，通常选 298 K。
溶液中溶质——其浓度为1.0 mol/L (c)
•物质的聚集状态不同，其标准摩尔生成焓也不同。
如H2O(l),H2O(g)。
2017年4月28日 12时2分
r H
0 m
( i f H
0 m ,生成物
) ( i Fra Baidu bibliotek H
0 m ,反应物
)
即：标准反应焓△Ho等于生成物标准摩尔生成焓 之和减去反应物标准摩尔生成焓之和。
由标准生成焓计算化学反应热