普通化学第一章.ppt
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1、 是在是在原子和分子水平上原子和分子水平上研究物质的研究物质的组成、结构、性能及其变化规律和组成、结构、性能及其变化规律和变化过程中能量关系的学科。变化过程中能量关系的学科。研究的对象:研究的对象:原子、分子、生物大分子、超原子、分子、生物大分子、超分子以及物质凝聚态等层次。分子以及物质凝聚态等层次。What is chemistry?计算与信息科学物理学天文学工程科学生命科学材料科学数学地学化学化学化学的重要作用化学的重要作用废水处理废水处理新药开发新药开发优化能源优化能源提供材料提供材料 给水排水工作就是和水打交道,无论是给水工程还是排水工程,都和水的组成、性质、水中溶解物密切相关,因此相
2、应的化学知识是合格的给水排水工程技术人员知识结构中不可或缺的。治理环境污染、保护生命之水,提供合格的饮用水和生产用水,都必须首先打好化学基础。本课程的教学内容本课程的教学内容普通化学化学反应基本原理化学热力学化学动力学水化学电化学物质结构理论原子分子和晶体结构无机材料与高分子材料课程的考核方式课程的考核方式Thermochemistry and energyThermochemistry and energyThermochemistry and energy 系统的状态函数及其特点。系统的状态函数及其特点。 用实验方法测量化学反应的热效用实验方法测量化学反应的热效应应弹式热量计测量定容反应热
3、。弹式热量计测量定容反应热。 根据热力学第一定律,从理论上计根据热力学第一定律,从理论上计算化学反应的热效应。算化学反应的热效应。1 系统与相系统与相1.1 1.1 反应热的测量反应热的测量系统系统The System1.1.1基本概念基本概念(1 1)敞开系统:)敞开系统:系统与环境间既有能量交换,又有物质交换。系统与环境间既有能量交换,又有物质交换。(2 2)封闭系统:)封闭系统:系统与环境间有能量交换,没有物质交换。系统与环境间有能量交换,没有物质交换。(3 3)孤立系统:)孤立系统:系统与环境间既没有能量交换,也没有物质系统与环境间既没有能量交换,也没有物质交换。交换。本章主要讨论的就
4、是封闭系统本章主要讨论的就是封闭系统系统的分类系统的分类 定义:系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分。 特点:每个相之间有明确的界面相之间有明确的界面。相与物质的量的多少无相与物质的量的多少无关。关。 对于气体:不论有多少种,均视为一相。 对于液体:按照互溶程度来划分。 对于固体:一般含有多少种,就有多少相。相与物态不一样!相与物态不一样!(1)系统的状态)系统的状态:系统各种宏观性质:系统各种宏观性质的总和。的总和。(例如质量、温度、压力、体积、密度、(例如质量、温度、压力、体积、密度、组成等性质)组成等性质)由此可见,系统的状态是用系统的各种由此可见,系统的状态是用系统的各种宏观性
5、质来描述的,这些宏观性质就叫做宏观性质来描述的,这些宏观性质就叫做状态函数。状态函数。状态函数的特点:状态函数的特点:状态一定,其值一定。状态一定,其值一定。殊途同归,值变相等。殊途同归,值变相等。周而复始,值变为零。周而复始,值变为零。各个状态函数之间有着一定的各个状态函数之间有着一定的联系。联系。(例如理想气体状态方程: PV=nRT) 例如,一定量理想气体的状态变化,可以有下图例如,一定量理想气体的状态变化,可以有下图所示两种不同的途径:所示两种不同的途径:始始 T T1 1273 K 273 K p11 110105 5 PaPa态态 V V1 12 m2 m3 3 T T3 3273
6、 K 273 K p3 31 110106 6 PaPaV V3 30.2 m0.2 m3 3 终终 T T2 2273 K 273 K p2 22 210105 5 PaPa态态 V V2 21 m1 m3 3 加压加压加压加压减压减压p p2 2 p1 1 2 210105 5 PaPa1 110105 5 PaPa1 110105 5 PaPaV V V V2 2 V V1 1 1m1m3 3 2m2m3 3 -1m-1m3 3相同的结论相同的结论:(a)广度性质)广度性质 (又称容量性质)(又称容量性质) 特点:广度性质的数值与体系中物质的量成正特点:广度性质的数值与体系中物质的量成正
7、比。具有加和性。比。具有加和性。 如质量、体积热力学能等。如质量、体积热力学能等。(b)强度性质)强度性质 特点:强度性质的量值只决定于体系的自身特点:强度性质的量值只决定于体系的自身特性,与体系中物质的量无关。无加和性。特性,与体系中物质的量无关。无加和性。 如温度、压力、密度等。如温度、压力、密度等。3、过程与可逆过程、过程与可逆过程系统从一个状态一个状态(始态)变化到另一个状态另一个状态(终态),叫做经历了一个过程。过程。实现这一过程的具体步骤叫做途径。途径。显然:一个过程可以由不同的途径来实现。显然:一个过程可以由不同的途径来实现。可逆过程:可逆过程:当系统从一个状态变化到另一个状态,
8、再沿着原来的过程的逆过程逆过程复原后,环境也同时复原环境也同时复原的过程。例如,等温可逆过程。可逆相变过程。可逆过程的特点:可逆过程的特点: 速度无限慢,时间无限长。 效率最高。 是理想的,实际上不存在。是一种科学抽象(类似物理上的质点。)对于给定的化学反应:aA + bB = gG + dD上述方程式可写为:0 = -aA - bB + gG + dD 也即: 0 = (vBB)vB化学计量数化学计量数 显然,对于反应物,反应物,vB为负,为负, 对于生成物,生成物,vB为正。为正。vA = -a ,vB = -b ,vD = d,vG = g vB =(g + d)- (a + b) 对于
9、化学反应:0 = vBB,定义= nB/vB又因为尚未反应时,=0,因此: =nB()-nB(0) /vB反应进度的特点:1:用任何反应物或生产物来表示反应进行的程度时,所得的值都相等。2:因为vB与化学方程式的写法有关,故反应进度与化学方程式的故反应进度与化学方程式的写法也有关。写法也有关。3:反应进度等于1mol时,我们就说进行了1mol化学反应。规定吸热,规定吸热,q为正值,放热,为正值,放热,q为负值。为负值。公式中,q表示一定量的物质在一定条件下的反应热,cs表示吸热溶液的比热容。ms表示吸热溶液的质量。Cs表示吸热溶液的热容。利用弹式热量计测定反应热的步骤:利用弹式热量计测定反应热
10、的步骤:精确称取一定量的反应物,装入钢弹。密闭后将钢弹放在金属容器中,精确称取一定量的反应物,装入钢弹。密闭后将钢弹放在金属容器中,在钢弹和金属容器之间加入足够多的水,使容器与外界绝热。在钢弹和金属容器之间加入足够多的水,使容器与外界绝热。精确测定环境的起始温度精确测定环境的起始温度T1。用电火花引发反应。用电火花引发反应。反应结束后,精确测定环境的终态温度反应结束后,精确测定环境的终态温度T2 q = -q(H2O)+qb =-C(H2O)T+Cb bT其中:q为水吸收的热量, qb为金属容器等钢弹组件吸收的热量。利用弹式热量计求反应热的公式:利用弹式热量计求反应热的公式:利用弹式热量计所测
11、的反应热为利用弹式热量计所测的反应热为定容反应热!定容反应热!将0.500gN2H4(l)在盛有1210gH2O的弹式热量计的钢弹内(通入氧气)完全燃烧尽。吸热介质的热力学温度由293.18K上升至294.82K。已知钢弹组件在实验温度时的总热容Cb为848J.K-1,水的比热容为4.18J.g-1.K-1。试计算在此条件下联氨完全燃烧所放出的热量,并根据写出的化学方程式求出该反应的摩尔反应热。解:首先写出该反应的化学方程式:N2H4(l)+O2(g)N2(g)+2H2O(l)根据公式:对于0.500gN2H4的定容燃烧热q:有:有:q= -C(H2O)+Cb T= -4.18.g-1.K-1
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- 普通 化学 第一章
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