1、 1.1 气体定律气体定律第一章第一章 气体和溶液气体和溶液 1.2 稀溶液的依数性稀溶液的依数性 1.1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程1.1.2 气体的分压定律气体的分压定律1.1 气体定律气体定律无机化学基础教程1.1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程pV=nRT R摩尔气体常数在STP下，p=101.325 kPa,T=273.15 Kn=1.0 mol时,Vm=22.414L=22.41410-3 m3R=8.314 kPaLK-1mol-1 人们将符合理想气体状态方程的气体，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。
2、理想气体实际上并不存在，可以把温度不太低、压力不太高的真实气体当做理想气体处理。例1-1：某氧气钢瓶的容积为40.0L，27时氧气的压力为10.1MPa。计算钢瓶内氧气的物质的量。解：V=40.0 L=4.010-2 m3，T=(27+273.15)K=300.15 K p=10.1 MPa=1.01107 Pa由 pV=nRT 得：无机化学基础教程1.计算p，V，T，n中的任意物理量2.确定气体的摩尔质量M=Mr gmol-1 理想气体状态方程的应用：理想气体状态方程的应用：pV=nRT=m/V3.确定的气体密度无机化学基础教程组分气体：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
3、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。1.1.2 气体的分压定律气体的分压定律 n=n1+n2+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 分压的求解：x B B的摩尔分数 例1-2：某容器中含有NH3、O2、N2等气体。其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压为133kPa。试计算各组分气体的分压。解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700molp(N2)=p p(NH3)p(
4、O2)=(133.035.520.0)kPa =77.5 kPa无机化学基础教程分体积：混合气体中某一组分B的分体积VB是该组分单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。称为B的体积分数ppBBj=VVxppBBBBj=,例1-3：某一煤气罐在27时气体的压力为600 kPa，经实验测得其中CO和H2的体积分数分别为0.60和0.10。计算CO和H2的分压。解：根据，p(CO)=0.60600kPa=3.6102 kPap(H2)=0.10600kPa=60 kPappBBj=1.2.2 稀溶液的依数性稀溶液的依数性1.2 稀溶液的依数性稀溶液的依数性1.2.1 溶液的浓度溶液的浓
5、度1.2.1 溶液的浓度溶液的浓度1.物质的量浓度2.质量摩尔浓度 3.质量分数4.摩尔分数5.质量浓度1.溶液的蒸气压下降1.2.2 稀溶液的依数性稀溶液的依数性(1)液体的蒸气压 在一定温度下，将纯液体引入真空、密闭容器中，当液体的蒸发与凝聚速率相等时，液面上方的蒸汽所产生的压力称为该液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。记作：p*，单位：Pa或kPa。t/p*/kPa t/p*/kPa t/p*/kPa 0 0.6106 5 0.8719 10 1.2279 20 2.3385 30 4.2423 40 7.3754 50 12.3336 60 19.9183 70 31.1642 80 47.
6、3798 90 70.1365100 101.3247表1-1 不同温度下水的蒸气压*同一种液体，温度升高，蒸气压增大。*相同温度下，不同液体蒸气压不同；1.乙醚2.正己烷3.乙醇4.苯5.水 物质的蒸气压 温度关系图 当液体的蒸气压等于外界大气压时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。通常所说的沸点是指大气压为101.325kPa 时液体的正常沸点。p*纯溶剂的蒸气压p 溶液的蒸气压为。实验表明 p(1)(4)(3)。解：蒸气压由低到高的顺序为(2)(1)(4)(3)。沸点由低到高的顺序为(3)(4)(1)(2)。凝固点由低到高顺序为(2)(1)(4)0；系统放热：Q 0。2.2.2 热力
7、学第一定律热力学第一定律 系统与环境之间除热之外以其他形式传递的能量。分类：体积功，非体积功系统对环境做功，W0（得功）(2)功(W )规定：功不是状态函数pexV1恒压过程体积功的计算：2.热力学能热力学能(U)：系统内所有微观粒子的全部 能量之和，也称内能。U是状态函数。热力学能变化只与始态、终态有关，与变化途径无关。3.热力学第一定律 对于封闭系统热力学第一定律的数学表达是为：热力学第一定律的实质是能量守恒与转化定律。U1 U2QWU2=U1+Q+WU2-U1=Q+W2.3 化学反应的焓变化学反应的焓变2.3.1 化学反应热化学反应热2.3.2 热化学方程式热化学方程式 2.3.3 He
8、ss定律定律2.3.4 标准摩尔生成焓及其应用标准摩尔生成焓及其应用 1.恒容反应热 封闭系统，在恒容过程中，系统和环境之间交换的热量为恒容反应热。用用QV表示。因为：V=0，所以：体积功W=0；若系统不做非体积功，则：QV=U U 即，在恒容且非体积功为零的过程中，封闭系统从环境吸收的热等于系统热力学能的增加。2.3.1 化学反应热化学反应热2.恒压反应热与焓变 封闭系统，在恒压过程中，系统和环境之间交换的热量为恒压反应热。用Qp表示。若系统不做非体积功，则：令：U+pV=H 焓，状态函数 H=H2 H1 焓变 则：Qp=H 即，在恒压且非体积功为零的过程中，封闭系统从环境吸收的热等于系统焓
9、的增加。标准状态：表示化学反应及其反应热(标准摩尔焓变)关系的化学反应方程式。2H2(g)+O2(g)2H2O(g)气体：T，p=p =100kPa液、固体：T，p 下，纯物质溶液：溶质B，bB=b =1molkg-1cB=c =1molL-12.3.2 热化学方程式热化学方程式(298.15K)=483.64kJmol-1 称为反应的标准摩尔焓变。2H2(g)+O2(g)2H2O(g)2H2(g)+O2(g)2H2O(l)H2(g)+O2(g)H2O(g)(298.15K)=483.64kJmol-1 聚集状态不同时，不同。(298.15K)=571.66kJmol-1 化学计量式不同时，不
10、同。(298.15K)=241.82kJmol-1 化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热总是相同的。+=2.3.3 Hess定律定律始态终态中间态 例2-1：已知 298.15 K时 (1)C(s)+O2(g)CO2(g)计算反应(1)=393.5kJmol-1(2)=282.98kJmol-1 (2)CO(g)+1/2O2(g)CO2(g)(3)。(3)C(s)+1/2O2(g)CO(g)的解：解法一：解法一：利用Hess定律途径1途径2解法二：解法二：(g)CO(g)OC(s)22+222)(gCO(g)OCO(g)1+-1CO(g)(g)OC(s)22+,3,1,2,3,1,2
11、=110.53kJmol-1,1,2,3 在温度T下,由参考状态单质生成物质B(B=+1)反应的标准摩尔焓变，称为物质B的标准摩尔生成焓。H2(g)+O2(g)H2O(g)2.3.4 标准摩尔生成焓及其应用标准摩尔生成焓及其应用(B,相态,T)，单位是kJmol-1(H2O,g,298.15K)=241.82kJmol-1(参考态单质,T)=0 1.标准摩尔生成焓 2.用标准摩尔生成焓 计算反应的标准摩尔焓变 例2-2：氨的催化氧化反应方程式为 4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)用反应物和生成物的标准摩尔生成焓计算298.15 K时该反应的标准摩尔焓变。解：由附录1查得2
12、98.15 K时，各反应物和生成物的标准摩尔生成焓，=490.25+6(-241.82)-4(-46.11)-0kJmol-1=905.4 8kJmol-1=?(NO,g)4(H2O,g)6 (NO,g)+4(H2O,g)6(NH3,g)+-4(O2,g)5=(NH3,g)4(O2,g)5 结论：aA+bB yY+zZ(B,相态,T)B(T)=2.4 熵与熵变熵与熵变2.4.1 化学反应的自发变化化学反应的自发变化2.4.2 混乱度与熵混乱度与熵 水从高处流向低处；热从高温物体传向低温物体；铁在潮湿的空气中锈蚀；锌置换硫酸铜溶液反应：在没有外界作用下，系统自身发生变化的过程称为自发变化。Zn(
13、s)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(s)2.4.1 化学反应的自发变化化学反应的自发变化1.自发变化许多放热反应能够自发进行。例如：最低能量原理（焓变判据）：1878年，法国化学家 M.Berthelot和丹麦化学家 J.Thomsen提出：自发的化学反应趋向于使系统放出最多的能量。H2(g)+O2(g)H2O(l)H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)(298K)=285.83kJmol-1(298K)=55.84kJmol-12.焓变与自发变化 焓变只是影响反应自发性的因素之一，但不是唯一的影响因素。有些吸热反应也能自发进行。例如：H2O(l)H2O(g)CaCO3(s)CaO
14、(s)+CO2(g)NH4Cl(s)NH4+(aq)+Cl-(aq)=9.76kJmol-1=178.32kJmol-1=44.0kJmol-1 1.混乱度 冰的融化 建筑物的倒塌 系统有趋向于最大混乱度的倾向，系统混乱度增大有利于反应自发地进行。许多自发过程有混乱度增加的趋势。2.4.2 混乱度与熵混乱度与熵 熵是表示系统中微观粒子混乱度的一个热力学函数，其符号为S,单位Jmol-1 K-1。系统的混乱度愈大，熵愈大。熵是状态函数。熵的变化只与始态、终态有关，而与途径无关。2.熵 热力学第三定律指出：纯物质完整有序晶体在0K时的熵值为零。S0（完整晶体，0K）=0 S =ST S 0 =ST
15、 ST 物质的规定熵（绝对熵）在某温度T 和标准压力下，单位物质的量的某纯物质B的规定熵称为B的标准摩尔熵。其符号为：纯物质完整有序晶体温度变化 0K T(B,相态,T)，单位是Jmol-1 K-1(单质,相态,298.15K)0标准摩尔熵的一些规律：同一物质，298.15K时结构相似，相对分子质量不同的物质，随相对分子质量增大而增大。(s)(l)(g)(HF)(HCl)(HBr)(HI)(CH3OCH3,g)(CH3CH2OH,g)相对分子质量相近，分子结构复杂的，其 大。根据状态函数的特征，利用标准摩尔熵，可以计算298.15K时的反应的标准摩尔熵变。B对于化学反应：0=BB(T)(B,相
16、态,298.15K)(298.15K)=B0,有利于反应正向自发进行。3.反应的标准摩尔熵变 例2-4 试计算 298.15 K时反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的标准摩尔熵变。解：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)Sm/(Jmol-1K-1)92.9 39.75 213.74 (298.15K)=Sm(CaO,s)+Sm(CO2,g)-Sm(CaCO3,s)=(39.75+213.74 92.9)Jmol-1K-1=160.59 Jmol-1K-1 0有利于反应自发进行。但常温下CaCO3稳定，说明；熵变是影响反应自发性的又一重要因素，但也不是唯一的影响因素。2.5 Gibbs函数与反应的方向函数与反应的方向2.5.1 Gibbs函数与函数与Gibbs函数变函数变2.5.2 标准摩尔生成标准摩尔生成Gibbs函数函数2.5.3 Gibbs函数变与反应的方向函数变与反应的方向G Gibbs函数（Gibbs自由能）G是状态函数，单位：J 或 kJ。定义：G=HTS2.5.1 Gibbs函数与函数与Gibbs函数变函数变恒 Gibbs-Helmholts方程G Gib
