普通化学课件第一章

学习要求
辨证的思维 发展的眼光 实践的方法
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● 使用教材
《普通化学 (第六版)》， 浙江大学普通化学教研组 编， 徐端 钧，方文军，聂晶晶，沈宏修订；高等教育出版社，2011年.
● 参考教材
(1) Chemical Principles, Peter Atkins, Loretta Jones, 2nd Ed., W. H. Freeman and Company, 2001.
封闭系统 只有能量交换
隔离系统 无物质和能量交换
图1.1 系统的分类
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系统的分类
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2. 相 系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分 称为相。根据相的概念，系统可分为： 单相（均匀）系统 多相（不均匀）系统 相与相之间有明确的界面。
1) 101.325kPa，273.15K(0°C)下，H2O(l), H2O(g) Question 和H O(s)同时共存时系统中的相数为多少。 2 2) CaCO3(s)分解为CaO (s)和CO2(g)并达到平衡的系 统中的相数。 答：1）在此条件下，存在3相（气、液、固各一相）； 2）3相（气体1相，固体2相）
创始人
四次化学革命的领军人物
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量子化学奠基 之一
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元 素 周 期 律 的 发 现
门捷列夫, D. I. Mendeleev Zeitschrift fü r Chemie, 12, 405-6 (1869) 1834-1907, 俄国
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4
化学的发展历程
● 四次化学革命及元素周期律的发现 ● 化学键理论的建立与发展
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英国化学家波义耳 （1627-1691）法国化学家拉瓦锡
化学之父 （1743-1794）
英国化学家道尔顿 近代化学之父 （1766-1844） 美国化学家鲍林 （1901-1994） 科学原子论
V T
图1.2 状态函数的性质
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广度性质和强度性质
状态函数可分为两类： 广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等。 强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力等。
Question
思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商
即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可 以得出什么结论？
设想如果你要把20 °C的水烧开，要完成“水烧开”这个 过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常 压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。
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4.
过程与途径
等温过程: T1 = T2 = Tex 等压过程: p1 = p2 = pex
等容过程: V1 = V2
可逆过程 体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后， 如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原， 这样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限 接近平衡条件下进行的过程。
1869年，门捷列夫和德国化学家迈尔(J. L. Meyet, 1830-1895)独立发 现元素周期律。二者都是在编写教科书过程中完成这一重大发现的。迈 尔对元素性质研究偏重于物理性质，而门捷列夫则更多地着眼于元素的 化学性质。 元素周期律的发现在化学发展史上具有划时代的意义，它把看起来 孤立的杂乱无章的化学元素知识，纳入到一个严整的自然体系之中，揭 示了自然界一最基本的规律，使化学研究进入了系统化阶段，使化学发 展史上继原子论之后一次重大的综合，成为化学的主要基石之一。
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状态函数的特点
状态函数是状态的单值函数：状态一定，其值一定。 系统的状态发生变化，状态函数的值也要发生变化，其变化 值只取决于系统的始态和终态，而与变化的实际途径无关。 以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数 压力p和体积V的变化量与途径无关。
外压从3pº 变为p° 3pº
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联系方式：
赵敬哲: 82548686 (office) zhaojz@hnu.edu.cn
教学网址：
http://kczx.hnu.cn/ 在课程网站排名中查找《大学化学概论》
网页在完善中
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第 章
1
热化学与能源
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本章学习要求：
化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障 化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中 起关键作用 化学是生命科学的重要支柱
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3. 学习的目的、内容和要求
学习目的
了解当代化学学科的概貌 用化学的观点分析、认识生活和工作中的化学问题
学习内容
理论化学 应用化学： 化合物知识；化学在相关学科中的应用 实验化学
q c s m s (T2 T 1) C s T
摩尔反应热（反应热与反应进度之比）：
qm q / ξ
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Question
思考：热化学中有等容热效应和等压热 效应之分。前者的反应条件是等温、等 容，后者的反应条件是等温、等压。用 弹式热量计测量的热效应是等容热效应 还是等压热效应？ 答：等容热效应。
研究现状(2000年) 化合物>2000万种 时间分辨率：1 fs 空间分辨率：0.1nm 分析所需最小量：10 -13 g。
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化学的定义：
化学是在原子和分子水平上研究物质 的组成、结构和性质及其变化规律和 变化过程中能量关系的科学。
化学是研究包括原子、分子、分子片、超分子等各种 物质的不同层次与复杂程度的聚集态的合成和制备、 反应和转化，分离和分析，结构和形态，化学物理性 能和生物与生理活性及其规律和应用的科学。
目录
1.1 热化学 1.2 反应热与焓 1.3 能源的合理利用*
选读材料 Ⅰ. 核裂变 Ⅱ. 核聚变
本章小结
核能
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பைடு நூலகம்
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1 .1
热化学
1.1.1 几个基本概念
1. 系统与环境
系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。 环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和 空间。
开放系统 有物质和能量交换
普通化学
General Chemistry
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绪论
化学是一门既古老又年轻的科学。
化学是研究和创造物质的科学，同工农业生产和国防现代 化，同人民生活和人类社会等都有非常密切的关系。 化学是一门中心性的、实用的和创造性的科学，主要是研 究物质的分子转变规律的科学。 化学与物理一起属于自然科学的基础学科。
(2) General Chemistry - Principles and Modern Applications, 8th Ed., P. H. Pettrucci, W. S. Harwood, F. G. Herring, Prentice Hall, 2002. (3) 《近代化学导论(上下册)》，申泮文主编，高等教育出版社，2002. (4) 《普通化学原理(第三版)》, 华彤文、陈景祖、严洪杰、王颖霞、 卞江、李彦著，北京大学出版社，2005.
了解等容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验 计算
方法。
了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化 学定律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热 效应与热力学能变的关系。 初步掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。
了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。
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解：用化学反应通式表示为：
0= - N2 - 3H2 + 2NH3
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6.
反应进度
d dn B
反应进度ξ 的定义：
B
nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。
或定义:

nB
B

nB ( ) nB (0)
B
反应进度的单位是摩尔（mol）， 它与化学计量数的选配有关。
答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度 性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。
推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？
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4.
过程与途径
系统状态发生任何的变化称为过程； 实现一个过程的具体步骤称途径。
Question 思考：过程与途径的区别。
化学是创造新物质的分子科学。
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化学变化的三大特征
1) 化学变化是质变—— 化学变化是旧化学键破坏和新化学 键形成的过程，其实质是化学键的重新改组。 2) 化学变化是定量的变化 —— 化学变化涉及原子核外电子 的重新组合，而原子核并不发生变化。因此在化学变化前后， 参与反应的元素种类不会变化。由于原子核外电子的总数未 变，所以化学变化前后物质的总质量不变，即服从质量守恒 定律，而且参与反应的各种物质之间有确定的计量关系。 3) 化学变化伴随着能量变化 ——由于各种化学键的键能不 同，所以当化学键发生改组时，必然伴随着能量的变化，伴 随着体系与环境的能量交换。
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2. 热效应的测量
热效应的数值大小与 具体途径有关。 热效应可在弹式热量 计中精确地测量。测 量反应热是热化学的 重要研究内容。
动画：弹式量热计
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设有n mol 物质完全反应，所放出的热量使弹式 热量计与恒温水浴的温度从T1上升到T2，弹式热 量计与恒温水浴的热容为 Cs(J· K-1)， 比热容为 cs(J· K-1kg-1 )，则反应热：
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示例 （p9）
例1.1 联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l)
已知： m(N2H4) = 0.5000g m(H2O) = 1210g Cb = 848 J· K-1, c(H2O)=4.18 J· g-1· K-1 T1 = 293.18 K, T2 = 294.82 K
因此，当涉及反应进度时，必须指明化学 反应方程式。
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1.1.2
热效应及其测量
1. 热效应
化学反应热效应（简称反应热）：指化学反应过程中 系统放出或吸收的热量。 热化学：研究化学反应中热量与其他能量变化的定 量关系的学科。
热化学规定：系统吸热为正，系统放热为负。
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3. 状态
状态与状态函数
就是系统一切性质的总和。有平衡态和非平 衡态之分。 如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。 状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或 全部变化。 状态函数 用于表示系统性质的物理量X 称状态函数， 如气体的压力p、体积V、温度T 等。
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解：燃烧0.5g联氨放热为
T q [ q ( H 2 O) qb ] [c( H 2 O) m( H 2 O) T cC T ]] b b
( 4.18 1210 848) ( 294.82 293.18) J 9690J 9.69kJ
(0 0.5)g / 32.0g mol 1 /( 1) 0.0156 mol
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6.
反应进度
Question 思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？
答：有关。 如反应： N2 ＋3H2 =2NH3 当有1mol NH3生成时，反应进度为 0.5mol 1 3 N H 2 NH 3 若将反应写成 2 2 2 当有1mol NH3生成时，则反应进度为1 mol。
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5.
化学计量数
一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒 关系， 通式为：
0 B B
B
B 称为B 的化学计量数。
符号规定： 反应物： B为负；产物：B为正。 附例1.1 应用化学反应通式形式表示下列合成氨的化学反应 计量方程式： N2 + 3H2 == 2NH3
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1. 化学的分支学科
无机化学：无机物
有机化学：碳氢化合物及衍生物 分析化学：测量和表征 物理化学：所有物质系统 高分子化学：高分子化合物
若干新分支：环境化学、核化学等等
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2. 化学的地位和作用
化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一 化学继续推动材料科学发展