大化第一章

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,大学化学,绪 论,1,定义,化学,(chemistry),是在原子和分子水平上研究物质的,组成、结构、性能、应用及物质相互转化规律的科学。,2,研究对象,化学研究对象包括整个物质世界。,研究对象主要在,“,原子，分子及其各种凝聚态（气态、,液态、固态、等离子体等）,”,层次。,一、 化学的定义与研究对象,化学是一门具有中心性、实用性和创造性的科学。,人们的各种科学研究、生产活动、 日常生活都与化 学有联系。,化学是理论与应用并重的科学，其应用为人类创造了大量物质财富。,化学不断制造出新分子、新物质，为其他技术的发展提供了基础。,二、,化学的地位,掌握近代化学基本理论、基本知识（化学反应基本原理，平衡过程及其利用，物质结构与性能）和基本技能。,了解这些理论知识和技能在工程实际的应用。,培养科学思维、科学方法、创新精神。,三、 工科大学化学的教学目的,第一章 物质的聚集状态,大学化学,通常情况下，物质三种可能的,聚集状态,:,气态、液态、固态,(gaseous state, liquid state, and solid state),。,处于某种聚集状态的物质相应称为气体、液体和固体,(gas, liquid, and solid),。,The structure of ice,物质是由分子所组成，分子是在不停地运动着，分子间存在着相互作用力。通常情况下，分子间作用力使分子聚集在一起，在空间形成一种较规则的有序排列。当温度升高时，分子热运动加剧。分子的热运动力图破坏固体或液体的有序排列而变成无序状态，物质的宏观状态就可能发生变化，由一种聚集状态变为另一种聚集态。例如从固态变为液态，或从液态变为气态。,继续升高温度，气态分子热运动加剧，当温度足够高时，原子会彼此分离，分子分裂成原子的过程称,解离,。若进一步升高温度，原子的外层电子会摆脱原子核的束缚成为自由电子。失去电子的原子成为带电的离子，这个过程称为,电离,。当电离产生的带电离子数量很多时，电离的气体行为将主要取决于离子和电子间的库仑作用力而与普通气体不同。这是物质的第四种聚集状态，称等离子态。,气体、液体和等离子体都可在外力场作用下流动，所以也统称为流体。,气体的特征,:,1,、,扩散性,(,气体的扩散是指气体分子会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，直到气体物质浓度处处均等。）,2,、,压缩性,3,、,无一定的体积和形状,通常用,n,、,P,、,T,、,V,来描述气体的状态。,1.1,气体,1.,波义,耳,定律,在一定温度下，一定量气体的体积与其压力的乘积为一常数。,大多数气体只是在低压下服从波义耳定律。,1.1.1,理想气体的状态方程,（,n,，,T,一定）,2.,盖,吕萨克定律,一定量的气体在压力一定时，其体积与,热力学温度,T,的商为常数,。,t,为气体的摄氏温度,，热力学温度,T,的单位为开尔文，符号为,K,。,在低压下服从盖,吕萨克定律,。,（,n,，,P,一定）,3.,理想气体状态方程,理想气体,(ideal gas),是指分子间没有作用力，分子本身没有体积的一种气体。,低压、高温下的气体可近似看成理想气体。在压力趋于零时，所有实际气体可视为理想气体。,结合波义耳定律、盖,吕萨克定律和阿伏伽德罗定律（等温等压下，气体的体积和它的物质的量成正比）得到理想气体状态方程。,p,是气体的压力，单位是,Pa,（帕斯卡），,V,是气体体积，单位是,m,3,，,n,是气体物质的量，单位是,mol,（摩尔），,T,是热力学温度，单位是,K,（开尔文），,，,称为摩尔气体常数。,V,m,为摩尔体积，单位是,m,3,mol,-1,。,理想气体状态方程,可以像使用普通数字一样对国际单位（,SI,单位）进行乘、除运算。,注意非,SI,单位与,SI,单位之间的换算关系，如,1 min=60 s,。,“,物理量,”,用,“,数值,”,和,“,单位,”,（量纲）的乘积表示：,物理量,=,数值,单位,“,物理量,”,的符号用,“,斜体字母,”,表示，,“,数值,”,和,“,单位,”,用,“,正体,”,表示。例如,V,=2.35 m,3,V,/m,3,=2.35,关于单位的几点说明,摩尔气体常数（,R,）数值和单位的导出,因为,则,标准状况下,1 mol,气体的体积为,22.4 L,。,1.,氧气钢瓶的体积为,50 dm,3,，,20 ,时，钢瓶内气体的压力为,1.5 MPa,，用理想气体状态方程估算氧气的质量。,解：由理想气体状态方程，得,氧气的摩尔质量为,32 gmol,-1,，钢瓶中氧气的质量为,2. 25 ,时，,0.8000 g,氩气充于,0.5000 dm,3,的瓶中，瓶内气体的压力为,99.285 kPa,，计算氩气的摩尔质量和在,标准状况（,0 ,，,101.325 kPa,）,下氩气的密度。,解： 设氩气的摩尔质量为,M,，理想气体状态方程变形为,（,1,5,）,气体的密度 ，式（,1,5,）可变换为,1.,道尔顿分压定律,各组分的物质的量之和为混合气体总物质的量：,某组分的分压力,(partial pressure),等于该气体与混合气体温度相同并单独占有总体积,V,时所表现的压力。,（,B,组分的分压力）,1.1.2,分压定律和,分体积定律,道尔顿分压定律,： 在温度与体积一定时，混合气体的总压力,p,等于各组分气体的分压力,p,B,之和。,令,x,B,称为组分,B,的物质的量分数或,摩尔分数,，所有组分的摩尔分数之和等于,1,，,分压定律也可表示为,组分,B,的分压等于总压,p,乘以组分,B,的摩尔分数,x,B,n,1,、,n,2,、,n,3,n,k,T,、,p,、,V,混合理想气体,n,B,T,、,p,B,、,V,单一气体,B,气体分压示意图,分压定律,:,3.,实验室中用金属锌与盐酸反应制取氢气，用排水集气法在水面收集氢气。,25 ,、,100 kPa,下收集了,350 cm,3,的气体，计算收集的氢气的质量。已知,25 ,时水的饱和蒸气压为,3.1690 kPa,。,解：用排水集气法收集到的气体包括水蒸气和氢气。已知,25 ,时水的饱和蒸气压为,3.1690 kPa,，,由分压定律可知，氢气的分压为,氢气的物质的量：,氢气的摩尔质量为 ，收集的氢气的质量为,2.,阿马格分体积定律,右边各项是温度为,T,压力为,p,的组分,B,单独存在时所占据的体积。,（,B,组分的分体积）,阿马格分体积定律：,在温度与压力一定时，混合气体的总体积,V,等于各组分气体的分体积,V,B,之和。,某组分的分体积,(partial volume),等于该气体与混合气体温度、压力相同并单独存在时占有的体积。,分体积定律也可表示为,组分,B,的分体积,V,B,等于总体积,V,乘以组分,B,的体积分数,B,或摩尔分数,x,B,。,（,体积分数,）,n,A,、,n,B,、,n,C,n,k,T,、,p,、,V,混合理想气体,n,B,T,、,p,、,V,B,单一气体,B,分体积示意图,分体积定律,4.,空气主要由,N,2,及,O,2,组成，它们的体积分数分别为,79%,和,21%,，试求空气的平均摩尔质量。,解：设空气的总质量为,m,，总物质的量为,n,，则平均摩尔质量为：,气体的摩尔分数等于体积分数,，所以,范德华方程：,a,和,b,都是与物质有关的经验常数,。,a,与分子间的吸引力大小有关，越容易液化的气体，气体分子间的引力越大，,a,越大；,b,与分子本身的体积有关，分子体积越大，,b,越大。,1.1.3,实际气体,5. 40 ,时，,1.00 mol CO,2,气体，存储于,1.20 dm,3,的容器中，实验测得压力为,1.97 MPa,，试分别用理想气体状态方程和范德华方程计算,CO,2,气体的压力，并和实验值比较。,解：用理想气体状态方程计算,计算值与实验值误差,由表,1.1,查出,CO,2,的,，,计算值与实验值误差,一种或几种物质以,细分状态,分散于另一物质中形成的体系称为分散体系,(disperse system),。,溶液,(solution),是一种物质以分子或离子的状态均匀地分布在另一种物质中形成均匀的分散系统。,胶体被分散的物质的粒子半径约为,10,-9,10,-7,。,1.3,溶液,为方便起见，通常将溶液中的组分区分为溶剂,(solvent),和溶质,(solute),。,不同的物质在形成溶液时往往有热量和体积的变化，有时还有颜色的变化。溶解过程不是单纯的物理变化，也不是单纯的化学变化，而是复杂的物理化学变化。,根据溶质的种类，溶液分为电解质溶液和非电解质溶液两种。,1,）,物质,B,的物质的量分数（物质,B,的摩尔分数）,n,B,是溶液中各组分的物质的量总和。,是一个量纲为,1,的量。,定义：,n,B,是物质,B,的物质的量。,1.3.1,溶液浓度表示法,2,）物质,B,的质量分数,定义：,m,B,是物质,B,的质量。,m,B,是溶液中各组分的质量总和。,是一个量纲为,1,的量。,3,）溶质的质量摩尔浓度,定义,质量摩尔浓度的单位是,mol,kg,-1,。,其优点是（,1,）可以用准确称样的方法配制溶液。,（,2,）浓度不随温度而改变。,n,B,是物质,B,的物质的量；,m,A,是溶剂的质量。,4,）,物质,B,的物质的量浓度,定义：,物质的量浓度的单位为,mol,dm,-3,。,n,B,是物质,B,的物质的量，,V,是溶液的体积。,20 ,时，将,2.50 gNaCl,溶于,497.5 g,水，若此溶液的密度为,1.002 gcm,-3,，,求该溶液的质量摩尔浓度、物质的量浓度、,物质的量分数及质量分数。,解,：,NaCl,的摩尔质量：,，,H,2,O,的摩尔质量：,。,溶液体积,溶液的质量摩尔浓度,物质的量浓度,物质的量分数,质量分数,作业,二、计算题,2,，,4,，,5,，,7,，,9,（,1,，,3,，,6,）,注意：,7,题，分别写出始、末态的分压力。,9,题，区分不同浓度的单位。,每下周一交作业。,下次课上第二章,2.1,和,2.2,节。,7.,在,1 dm,3,的容器中放入,0.13 molPCl,5,气体，在,250,时有,80%,的,PCl,5,气体按下式分解：,PCl,5,（,g,）,= PCl,3,(g)+Cl,2,(g),计算混合气体的总压力。,解：,PCl,5,（,g,）,= PCl,3,(g)+ Cl,2,(g),开始,0.13 mol,0 0,结束,0.13,0.2 mol 0.13,0.8 mol 0.13,0.8 mol,友情链接,教育部 财政部关于批准,2008.,关于,2008,年度国家精品课程,.,省教育厅关于公布,2008,年度,.,.,2008,年省级精品课程公示,.,.,省教育厅关于评选,2008,年度,.,国家精品课程评估指标（,2008,）,国家精品课程评估指标（,2007,）,国家精品课程评估指标（,2006,）,国家精品课程教学录像上网,.,2008,年度国家精品课程申报,.,2008-2010,年国家精品课程,.,2003-2007,年度国家精品课,.,高等学校精品课程分类体系,.,具体课程列表请点击,主页,-,教育教学,-,精品课程,-,具体课程列表请点击,-2007,年度,大学化学,-,作业互动,-,习题答案,星期三,9, 10,节,045111,星期四,5, 6,节,041111,星期五,9, 10,节,041112,12,周,1,2,1,13,周,2,3,2,14,周,3,1,3,15,周,4,5,4,16,周,5,4,5,1.,实验四,2.,实验一,3.,实验七,4.,实验二,5.,实验九,实验前写预习报告（,30%,）。实验后检查数据（预习报告上）和实验台后签到（,30%,）离开。每下周一交实验报告（,40%,）。,