大学无机化学第四版 课件

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在足够高的温度或辉光放电条件下，气体分子会
部分甚至几乎完全解离为原子并进一步电离为气态离
子。一般情况下，这种电离的气体包含正、负电荷总
数相等的正离子、电子，以及少量电中性的原子、分
子。当电离产生的带电粒子达到一定的密度并能持续
存在足够长的时间，这种高电离的气体与原来未电离
时相比较，性质上（导电性、粒子间作用力、受磁场
1.2.3 摩尔质量和摩尔体积
1) 摩尔质量（M） M= 物质的质量（m）
物质的量（mol） 单位：kg·mol-1或g·mol-1
2) 摩尔体积（Vm）
体积（V） Vm= 物质的量（mol）
1.2.4 物质的量浓度
n CB = B/V
Unit: mol·L-1
1.2.5 气体的计量
1.2.5.1 理想气体状态方程式 1.2.5.2 理想气体状态方程式的应用
和氮的质量。(重力加速度取9.807m/s2)
解：T=(273+20)K=293K
海水深30m处的压力是由30m高的海水和海
面的大气共同产生。海面上的空气压力为
760mmHg，则：
p=g hw+
760mmHg 760mmg
101kPa
=9.807 N/kg-1 1.03103kgm-330m+101kPa =3.03105 Nm-2 +101kPa
pV = nRT 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。
2.气体摩尔质量的计算
pVnRT
n m M
pV m RT M
M mRT pV
M = Mr gmol-1
3.气体密度的计算
M mRT pV
=m/V
M RT
p
pM = RT
1.2.5.3 气体混合物
1.2.5.3.1 分压定律 1.2.5.3.2 分压定律的应用 * 1.2.5.3.3 分体积定律
1.2.5.1 理想气体状态方程式
气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性。
人们将符合理想气体状态方程式的气体， 称为理想气体。
理想气体分子之间没有相互吸引和排斥， 分子本身的体积相对于气体所占有体积完全 可以忽略。
理想气体状态方程式：
pV = nRT
R---- 摩尔气体常量
在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K
=303kPa+101kPa
=404kPa
p(O2 ) 21kP
p(O2) p
V(O2) V
xi
V(V O 2)xi 4 20 1 140 % 05.2%
若混合气体体积为1.000L时，
V (O2) 0.52 L 52 mL Mr(H)e4.0026 m(He)MPV(He)
RT
4.00g8 2 .m 36 1 J 1o K 4 4l 10 m k4 P 1o (12 .a 0 l 9 K 0 0 3 .0 05 )L2
解：已知：T =303K，V=20.0L，n=1.50mol， a=0.6803Pa ·m6 ·mol-2， b=0.563610-4m3 ·mol-1
p1
nRT V
1.5 m 8.o3l1K 4 1m J o 1l3031K 89kPa
20.0L
p2
nRT V nb
an2 V2
1.50mo8l.314KJ 1mol1303K 20.0L0.05636mLol11.50mol
1.2.6 化学计量化合物和 非计量化合物
化学计量化合物（整比化合物）：具有确定组成且各元素原子 互成简单正数比的化合物。
解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2) =0.320mol+0.180mol+0.700mol
=1.200mol P(NH 3)Pn(NnH 3)
0.32013.03kPa35.5kP 1.200
p(O2)
n(O2) n
p
0.18035.5kPa20.0kPa 0.320
p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPa
0.63g
1.2.5.4 真实气体
1.2.5.4.1 真实气体与理想气体的
偏差 1.2.5.4.2 Van der Waals 方程
1.2.5.4.1 真实气体与理想气体的 偏差
理想气体状 态方程式仅在足 够低的压力下适 合于真实气体。
产生偏差的主 要原因是：
①气体分子本身的 体积的影响；
②分子间力的影响。
n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
R pV 101P3 a25 2. 411 0 3m 43
nT
1.0 m 27 o .13 lK 5
8.31J4 mo 1K l1
R=8.314 kPaLK-1mol-1
1.2.5.2 理想气体状态方程式的应用 1. 计算p，V，T，n四个物理量之一。
College of Material Chemistry and Chemical Engineering
第一章 化学反应中的质量关 系和能量关系
§1.1 物质的聚集态和层次 §1.2 化学中的计量 §1.3 化学反应中的质量关系 §1.4 化学反应中的能量关系
1.1 物质的聚集态和层次
• 1.1.1 物质的聚集态
1mol
m(NH4NO2)=?
0.164mol
64.04g 0.164mol
m(NH4NO2) =
1mol
=10.5g
例题：某潜水员潜至海水30m处作业，
海水的密度为1.03gcm-3，温度为20℃。在
这 种 条 件 下 ， 若 维 持 O2 、 He 混 合 气 中 p(O2)=21kPa，氧气的体积分数为多少？以 1.000L混合气体为基准，计算氧气的分体积
n1RT V
,
p2
n2 RT V
,
pn 1 V R T n 2 V R T n 1n 2 R VT
n =n1+ n2+
p
nRT V
分压的求解：
pB
nB RT V
p
nRT V
pB p
nB n
xB
pB
nB n
pxBp
x B B的摩尔分数
例题：某容器中含有NH3、O2 、N2等气 体的混合物。取样分析后，其中 n(NH3)=0.320mol ， n(O2)=0.180mol ， n(N2)=0.700mol 。 混 合 气 体 的 总 压 p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。
微观 <(10-10~10-8) m 量子力学 原子、分子、电子、核子
• 但是，随着高分辨电子显微镜的应用和制备纳 米级（1nm=10-9m）材料技术的发展，科学家 们发现在宏观物体和微观粒子区间“接壤”处 的一些物质，如直径处于纳米级（1～100 nm） 的粒子，其运动既不同于宏观物体，又有别于 微观粒子，可称为介观粒子的物质层次。
104b(m3•mol-1)
0.2370 0.2661 0.3219 0.3183 0.3913 0.4278 0.4267 0.4081 0.3707 0.4424 0.3049 0.6380 0.5636 0.8407
例题：分别按理想气体状态方程式和van der waals方程式计算1.50mol SO2在30摄氏度占有 20.0L体积时的压力，并比较两者的相对误差。 如果体积减少为2.00L，其相对误差又如何？
表1-1 某些气体的Van der Waals 常量
气体
He
H2 Ar
O2 N2 CH4 CO2 HCl
NH3 NO2 H2O C2H6 SO2 C2H5OH
10a(Pa•m6•mol-2)
0.03457 0.2476 1.363 1.378 1.408 2.283 3.640 3.716 4.225 5.354 5.536 5.562 6.803 12.18
碳元素有两种同位素：12C、13C。
在周期表上占有同一位置,化学行为几乎相同,但原子质 量不同,从而其质谱行为、放射性转变和物理性质(例如在气 态下的扩散本领)有所差异。
相对原子质量（Ar)：元素原子的平均质量与核素12C原子质量的 1/12之比。
例如：Ar(H)=1.0079 Ar(O)=15.999
2) 相对分子质量（Mr）（分子量） 分子或特定单元的平均质量与核素12C原子质量的1/12之比。 一个分子的相对分子质量等于分子内所有原子的相对质量 之和。
1.2.2 物质的量（n）及其单位
描述微观基本单元：molecule, atom, ion, electron 1) 单位：mol
1mol = 6.022×1023 (NA)个 2) 物质的量分数（摩尔分数Xi） 混合物中，某组分i的物质的量与混合物的物质的量之比。
1.1.5.4.2 Van der Waals 方程
n2 ( p a V 2 )(V nb) nRT
a,b分别称为van der waals常量。 (V-nb)=Videal等于气体分子运动的自由空间 b为1mol气体分子自身体积的影响。
分子间吸引力正比于(n/V)2 内压力 p′=a(n/V)2 pideal=preal+a(n/V)2
• 从此物理学发展出一个新的分支——介观物理 学，化学也出现了一个研究方向——纳米材料 与技术。
1.2 化学中的计量
1.2.1 相对原子质量和相对分子质量
1) 相对原子质量 （原子量） 元素：具有相同质子数的一类单核粒子的总称。
同位素：质子数相等而中子数不等的同一元素不同原子互称 为同位素。 例如：氧元素有三种同位素：16O、17O、18O
1.2.5.3.1 分压定律
组分气体：
理想气体混合物中每一种气体叫做组 分气体。
分压：
组分气体B在相同温度下占有与混合
气体相同体积时所产生的压力，叫做组分
气体B的分压。
pB
nBRT V
分压定律：
混合气体的总压等于混合气体中各组分 气体分压之和。
p = p1 + p2 + 或 p = pB
p1
(1.5mo2l()02.06.800L231) 03kPaL
189 .3 7.k 8 P k 1a P 8a 6kPa
p1p218198160 % 01.6% 1
p2
186
V 2 .0 L p 0 1 ’ 1 .8 1 9 3 k 0 p P ’ 2 1 .5 a 1 9 3 k 0
p 1 ’ p ２ ’ p ２ ’ (1.81. 5 9 1. 5 9 1) 3 9 0 130 1% 0 0 1.9 8 %
• 1.1.1.1 物质三态
•
日常生活中人们接触到的自然界物质通常有气体
（gas）、液体（liquid）和固体（solid）三种聚集状
态。
其中气体、液体属流态，液体、固体属凝聚态。
在一定条件下，气、液、固三态还可以共存，如在 0.01 C、611.6 Pa下，水、冰、水蒸气可以共存。
• 1.1.1.2 等离子态
1.2.5.3.2 分压定律的应用
例题: 可以用亚硝酸铵受热分解的方法 制取纯氮气。反应如下：
NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 如果在19℃、97.8kPa下，以排水集气法在 水面上收集到的氮气体积为4.16L，计算消 耗掉的亚硝酸铵的质量。
解： T =(273+19)K = 292K
的影响以及化学反应活性等）发生了根本性的变化，
呈现为一种有别于气、液、固三态的新物态——等离
子态（plasma state），意指其中粒子所带的正电荷量
和负电荷量相等。
•
只要急剧加热到2万摄氏度左右，所有物质都呈等
离子态。
•
由于等离子体的独特性能，等离子体技术在许多
科技领域获得广泛应用，除了被应用于照明、金属焊
外，在特殊条件下还有超固体、中子态、磁性超流态
以及辐射场态等。
• 1.1.2 物质的层次
• 物理学家把自然界中的物质按个体（或粒子）的空间 尺度大小及运动规律划分为三个层次：
层次 空间尺度 遵循运动规律
实例
宇观 >106m 相对论力学 地球、太阳、星云
宏观 >(10-8~106) m 牛百度文库力学
交通工具
p=97.8kPa V=4.16L
292K 时，p(H2O)=2.20kPa
Mr (NH4NO2)=64.04
(97.8 2.20)kPa 4.16L n(N2) = 8.314J K-1 mol -1 292K
=0.164mol
NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g)
64.04g
接、表面镀膜、表面刻蚀等一般性的技术领域外，在
化学、化工领域如化学合成、高分子聚合、溅射制膜、
化学气相沉积及发动机废气治理等方面均有应用。尤
其是冷等离子体技术，在化学、化工领域更具有实用
价值，原因是高能量的电子可使反应物分子、原子电
离激活为活性粒子而利于反应，而且反应又能在较低
的温度下进行。
•
自然界中的物质除了有气、液、固、等离子态以