第一篇化学反应原理教学课件

第一篇第一篇 化学反应原理化学反应原理2024/7/131第一篇第一篇 化学反应原理化学反应原理内容提要（宏观层次上）内容提要（宏观层次上）（应用（应用-计算为主计算为主）1.1.化学反应在给定条件下能否朝预期方向进行？若化学反应在给定条件下能否朝预期方向进行？若能反应，目标产物的收率是多少？能反应，目标产物的收率是多少？2.2.单位时间内能生成多少目标产物？单位时间内能生成多少目标产物？内容：气体的内容：气体的pVTpVT关系；化学反应热效应；关系；化学反应热效应；化学反应速率及影响因素；化学平衡；酸碱平衡；化学反应速率及影响因素；化学平衡；酸碱平衡；沉淀溶解平衡；氧化还原平衡及电化学。沉淀溶解平衡；氧化还原平衡及电化学。2024/7/132024/7/132 2 气体的特性：气体的特性：易扩散、可压缩易扩散、可压缩 1.1.无固定体积和形状无固定体积和形状 2.2.不同气体可以任意比例相互均匀混合不同气体可以任意比例相互均匀混合 3.3.密度小，易被压缩密度小，易被压缩2024/7/132024/7/135 5理想气体的基本假定：理想气体的基本假定：1.1.忽略气体分子本身的体积，将其看成是有忽略气体分子本身的体积，将其看成是有质量的几何点。质量的几何点。2.2.忽略分子之间的相互作用力。忽略分子之间的相互作用力。实际气体在实际气体在压力不高压力不高和和温度不低温度不低的条的条件下，接近理想气体。件下，接近理想气体。2024/7/132024/7/136 6一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程p p的单位的单位V V的单位的单位R R的取值的取值PaPam m3 38.314m8.314m3 3PamolPamol-1-1KK-1-1kPakPadmdm3 3(L)(L)8.314m8.314m3 3PamolPamol-1-1KK-1-1atmatmL L0.08206Latmmol0.08206Latmmol-1 1KK-1-12024/7/132024/7/137 7 Avogadro Avogadro定律：定律：相同温度和压力下，相同体相同温度和压力下，相同体积的不同气体均含有相同数目的分子。积的不同气体均含有相同数目的分子。N NA A=6.0210=6.02102323molmol-1 -1 (pV=nRT)(pV=nRT)标准条件标准条件 状况状况(standard condition(standard condition）101.325101.325kpakpa和和273.15273.15K K（即即00）-STp-STp标准条件下标准条件下1 1molmol气体气体:体积体积 V Vm m=22.410=22.410-3-3m m3 3 22.4L22.4L =22.4dm =22.4dm3 32024/7/132024/7/138 8单位换算单位换算:1atm=101.325kpa=760mmHg1atm=101.325kpa=760mmHg1ml=1cm1ml=1cm3 3=1010-3-3L=10L=10-3-3dmdm3 3=10=10-6-6m m3 3 1m=101m=102 2cm=10cm=103 3mm=10mm=106 6um=10um=109 9nm=10nm=101212pmpmT(K)=273.15+t(T(K)=273.15+t(）2024/7/132024/7/139 9补：有效数字与科学计数法补：有效数字与科学计数法有效数字：有效数字：科学实验中实际能测量到的数字。科学实验中实际能测量到的数字。3.4568，最，最后一位是后一位是“可疑数字可疑数字”（也是有（也是有效的），其余各位数都是准确的。效的），其余各位数都是准确的。反映了所用仪器和实验方法的准确度。反映了所用仪器和实验方法的准确度。2024/7/132024/7/131010温度计：温度计：9.09.00.10.12024/7/132024/7/1311110 2 4 6 8 mg 0 2 4 6 8 mg 天平天平 0 2 4 6 8 g 0 2 4 6 8 g 台秤台秤台秤：台秤：4.5g 4.5g，称准至，称准至0.1g 0.1g，4.50.1g4.50.1g天平天平4.5mg0.0045g 4.5mg0.0045g 称准至称准至0.0001g 0.0001g 有效数字都是有效数字都是2 2位位2024/7/132024/7/131212有效数字位数有效数字位数的表示如下：的表示如下：数值数值 0.00560.0056；0.05060.0506；0.50600.5060；5656；56.056.0；56.0056.00位数位数 2 2位位 3 3位位 4 4位位 2 2位位 3 3位位 4 4位位 “0”0”在数字的中间或数字后面时在数字的中间或数字后面时,应应当包括在有效数字的位数中。但是当包括在有效数字的位数中。但是,如果如果“0”0”在数字的前面时在数字的前面时,它只是定位数字它只是定位数字,用用来表示小数点的位置来表示小数点的位置,而不是有效数字。而不是有效数字。2024/7/132024/7/131313数字的修约数字的修约 “四舍六入五成双四舍六入五成双”规则。规则。等于时，若等于时，若后面跟后面跟非零的数字，进位非零的数字，进位；若恰好是或后面；若恰好是或后面跟零时，按留双的原则跟零时，按留双的原则，前面数字是奇数，进，前面数字是奇数，进位；前面的数字是偶数，舍弃。位；前面的数字是偶数，舍弃。下列测量值修约成两位有效数字时的结果应为：下列测量值修约成两位有效数字时的结果应为：4.147 4.147 4.1 4.1；6.2623 6.2623 6.36.3；3.4510 3.4510 3.53.5；2.5500 2.5500 2.62.6；4.4500 4.4500 4.44.4。2024/7/132024/7/131414科学计数法科学计数法：把一个大于把一个大于1010的数记成的数记成n10n10 x x的形式的形式,其中其中n n是是整数位只有一位整数位只有一位的数的数,x,x为正整数为正整数,像这样的记数像这样的记数法叫做科学计数法法叫做科学计数法.用科学计数法表示下列各数：用科学计数法表示下列各数：（1 1）696000;6.9610696000;6.96105 5（2 2）1000000;1.00101000000;1.00106 6（3 3）0.000058.5.8100.000058.5.810-5-52024/7/132024/7/131515二、理想气体状态方程的应用二、理想气体状态方程的应用1.1.计算有关物理量计算有关物理量解题步骤：解题步骤：已知：列出题中所给条件，换成国际单位已知：列出题中所给条件，换成国际单位 求：未知数求：未知数 解：解：列出公式，列出公式，代入数据及其单位代入数据及其单位2024/7/132024/7/131616例例1-11-1：实验室实验室:Na+H:Na+H2 2=2NaH,=2NaH,反应前用反应前用N N2 2置置换装置。氮气钢瓶的容积是换装置。氮气钢瓶的容积是50.050.0升，温度升，温度为为2525，压力，压力15.2MPa15.2MPa。(1)(1)计算钢瓶中氮计算钢瓶中氮气的物质的量气的物质的量n n（N N2 2)和质量和质量m m（N N2 2);(2);(2)置换置换5 5次后，钢瓶压力下降至次后，钢瓶压力下降至13.8MPa13.8MPa。计算在。计算在25 25，0.100MPa0.100MPa下，平均每次耗用氮气的下，平均每次耗用氮气的体积。体积。2024/7/132024/7/131717计算中注意计算中注意公式中要代入数据和单位公式中要代入数据和单位后得结果；后得结果；另另数字间数字间相乘用相乘用“”而不要用而不要用“”；单位间用；单位间用“”2024/7/132024/7/1318182.2.确定气体的密度和摩尔质量确定气体的密度和摩尔质量 例例:1-2 Ar:1-2 Ar的质量的质量0.7990g,0.7990g,温度为温度为298.15K,298.15K,压力为压力为111.46kPa,111.46kPa,体积为体积为0.4448L0.4448L。计算氩的摩尔质量计算氩的摩尔质量M(Ar),M(Ar),相对原子质量相对原子质量A Ar r(Ar)(Ar)及标准状况下氩的密度及标准状况下氩的密度(Ar)(Ar)摩尔质量：摩尔质量：1mol1mol物质的质量。物质的质量。符号符号M,M,单位单位kgmolkgmol-1-1相对原子质量相对原子质量(原子量原子量)：元素的平均原子质：元素的平均原子质量与核素量与核素1212C C原子质量的原子质量的1/121/12的的比值比值。元素的相对原子质量（原子量元素的相对原子质量（原子量)是纯数。是纯数。2024/7/132024/7/131919相对分子质量相对分子质量:化学式中各原子相对原子质量化学式中各原子相对原子质量的总和即相对分子质量，用符号的总和即相对分子质量，用符号M Mr r表示。表示。相对分子质量在数值上等于摩尔质量相对分子质量在数值上等于摩尔质量,单位不同。单位不同。O O2 2的相对分子质量的相对分子质量 M Mr r(O(O2 2)=32)=321mol O1mol O2 2的质量的质量 m(Om(O2 2)=0.032kg)=0.032kgO O2 2的摩尔质量的摩尔质量 M=0.032kgmolM=0.032kgmol-1-1 摩尔质量的概念与化学式一一对应摩尔质量的概念与化学式一一对应2024/7/132024/7/1320202024/7/132024/7/132121课堂练习课堂练习 例：一敞口烧瓶中盛有空气，欲使其量减例：一敞口烧瓶中盛有空气，欲使其量减少四分之一，需把温度从少四分之一，需把温度从288288K K提高到多少？提高到多少？解：由题意知，解：由题意知，p p、V V恒定，恒定，则依据则依据 pV=nRTpV=nRT n n1 1RTRT1 1=n=n2 2RTRT2 2 n n1 1/n/n2 2=T=T2 2/T/T1 1 4/3=T 4/3=T2 2/288K T/288K T2 2=384K=384K2024/7/132024/7/132222 组分气体：组分气体：理想气体混合物（不发生反理想气体混合物（不发生反应）中每一种气体叫做组分气体。应）中每一种气体叫做组分气体。【O O2;2;N N2 2】各组分气体的各组分气体的相对含量相对含量可用分压可用分压p pB B、分、分体积体积V VB B、摩尔分数摩尔分数x xB B、体积分数、体积分数B B等表示。等表示。2024/7/132024/7/132323 分压：分压：一定一定温度温度下，混合气体中的某种气下，混合气体中的某种气体单独占有混合气体的体单独占有混合气体的体积体积时所呈现的压力。时所呈现的压力。O O2 2N N2 2O O2 2+N+N2 2+T T、V V、p p总总=p p1 1+p+p2 2分压定律：分压定律：混合气体的总压等于混合气体混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。中各组分气体分压之和。p=pp=p1 1+p+p2 2+或或p=p=p pB B DaltonDalton分压定律分压定律T T、V V、p p1 1T T、V V、p p2 22024/7/132024/7/132424分压定律分压定律X XB B:摩尔分数摩尔分数2024/7/132024/7/132525解：解：n(On(O2 2)=16g/32gmol)=16g/32gmol-1-1=0.5mol=0.5mol p(Op(O2 2)V=n(O)V=n(O2 2)RT)RT p(O p(O2 2)3.0dm3.0dm3 3=0.5mol8.314J=0.5mol8.314Jmolmol-1-1KK-1 1300300 p(O p(O2 2)=4.1610)=4.16102 2(kPa)(kPa)同理：同理：p(Np(N2 2)=8.31410)=8.314102 2(kPa)(kPa)p p总总=p(Op(O2 2)+p(N)+p(N2 2)=12.4810)=12.48102 2(kpa)(kpa)例：有一例：有一3.03.0dmdm3 3的容器，内盛的容器，内盛1616gOgO2 2，28gN28gN2 2，求求300300K K时时N N2 2，O O2 2的分压及混合气体的总压。的分压及混合气体的总压。2024/7/132024/7/132626排水法收集的气体是含水蒸气的混合气体。排水法收集的气体是含水蒸气的混合气体。p p气体气体p p总总p p水水温度一定，水的分压（饱和蒸气压）为定值。温度一定，水的分压（饱和蒸气压）为定值。气液两相平衡时蒸气的分压即为该液体的饱和蒸气压。气液两相平衡时蒸气的分压即为该液体的饱和蒸气压。例：例：p p7 7 1-41-42024/7/132024/7/132727据反应：据反应：XHXH2 2+2H+2H2 2O=XO=X（OHOH）2 2+2H+2H2 2生成生成0.01550.0155molmol的的H H2 2需需XHXH2 2为为0.007750.00775molmolM M（XHXH2 2）=W/n=42=W/n=42，M M（X X）=40g/mol =40g/mol CaHCaH2 2 例：例：0.326gXH0.326gXH2 2 遇水生成遇水生成X(OH)X(OH)2 2和和H H2 2，在在294294K K、1atm1atm下收集得到下收集得到0.3840.384dmdm3 3H H2 2，问问XHXH2 2是是什么氢化物？什么氢化物？(294K(294K水的饱和蒸气压是水的饱和蒸气压是2.35kPa)2.35kPa)解：所得解：所得H H2 2的物质的量为的物质的量为2024/7/132024/7/132828p pCOCO2 2O O2 2H H2 2理想气体理想气体 pV pVm m=RT=RT pV pVm m理想气体与实际气体产生偏差原因：理想气体与实际气体产生偏差原因：气体分子本身的体积气体分子本身的体积分子间力分子间力2024/7/132024/7/132929真实气体状态方程真实气体状态方程-van der Waalsvan der Waalsa a、b b均为范德华常数，由实验确定。均为范德华常数，由实验确定。a a与分子间引力有关与分子间引力有关;b b与分子自身体积有关。与分子自身体积有关。2024/7/132024/7/133030小小 结结1-1 1-1 理想气体气体状态方程理想气体气体状态方程 理想气体：分子之间没有相互吸引和排理想气体：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体积可斥，分子本身的体积相对于气体所占体积可以忽略（具有质量的几何点）。以忽略（具有质量的几何点）。实际气体在实际气体在低压低压和和高温高温的条件下，接近的条件下，接近理想气体。理想气体。2024/7/132024/7/133131计算：计算：pV=nRT;pV=nRT;注意单位注意单位kPa(Pa)kPa(Pa)、m m3 3(L)(L)、8.3148.314、K K 标准条件标准条件(standard condition,standard condition,或标准状况）或标准状况）101.325101.325kPakPa和和273.15273.15K K（即即00）-STPSTP 1.2 1.2 气体混合物气体混合物 分压：分压：一定一定温度温度下，混合气体中的某种气体单下，混合气体中的某种气体单独占有混合气体的独占有混合气体的体积体积时所呈现的压强。时所呈现的压强。分压定律：分压定律：p pB B=x=xB Bp p总总 p p总总=p=p1 1+p+p2 2+p+p3 3+p+pB B2024/7/132024/7/133232真实气体的真实气体的 van der Waalsvan der Waals理想气体与实际气体产生偏差原因：理想气体与实际气体产生偏差原因：气体分子本身的体积气体分子本身的体积分子间力分子间力2024/7/132024/7/133333计算题应注意问题计算题应注意问题1.1.解题步骤要完整：推导过程、计算公式、解题步骤要完整：推导过程、计算公式、公式中带入数据和单位公式中带入数据和单位、计算结果；、计算结果；2.2.数字间相乘用数字间相乘用“”不用不用“”，2323，不用不用2.32.3；3.3.各字母标记的意义要注明。各字母标记的意义要注明。例例p p1 1(H(H2 2),p),p2 2(H(H2 2)4.4.一个题中有一个题中有效数字的位数效数字的位数尽量相同，用科尽量相同，用科学计数法。学计数法。作业：作业：P P19-2019-20:2:2、4 4、6 62024/7/132024/7/133434课后作业课后作业1.1.某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质量分数是量分数是(N)=30.5%;(N)=30.5%;某一容器中充有该氮某一容器中充有该氮氧化物的质量是氧化物的质量是4.107g,4.107g,体积为体积为0.500L0.500L，压，压力为力为202.65kPa,202.65kPa,温度为温度为00。试求。试求 (1)(1)标准标准状况下，该气体的密度；状况下，该气体的密度；(2)(2)该氧化物的相该氧化物的相对分子质量对分子质量M Mr r和化学式。和化学式。2.2.在容积为在容积为50.0L50.0L的容器中，充有的容器中，充有140.0g140.0g的的COCO和和20.0g20.0g的的H H2 2,温度为温度为300K,300K,试计算（试计算（1 1）COCO与与H H2 2的分压；（的分压；（2 2）混合气体的总压。）混合气体的总压。2024/7/132024/7/133535