近代化学基础第4章化学反应原理(修改.ppt

2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,第 四 章 化 学 反 应 的 基 本 原 理,2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,4.1 溶液 4.1.1 物理量的表示及运算 1. 物理量的表示 物理量简称量，物理量 A 可表示为： A = {A} · [A] 数值 单位 量的符号常用拉丁字母或希腊字母表示，量的符号必须用斜体印刷，用下标、上标或侧标说明其性质 压力符号 p，密度的符号ρ，定容热容的符号CV 说明量的性质的非物理量用正体如相对原子质量的符号Ar中的下标“r”，摩尔反应焓ΔrHm中的下标“r”、 “ m”等2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,单位符号一般用小写字母，并用正体印刷，如m，s，mol等若单位来源于人名，第一个字母大写，如Pa，kJ·mol-1，K-1等 如压力 p = 101325Pa，p 是物理量的符号，Pa是压力的SI单位，101325是以Pa为单位时的量的数值 也可用SI单位的倍数单位， 如 p = 101.325kPa， p = 0.101325MPa。

在作图或列表时，可用 A / [A] = {A} 表示 如T/K=298.15，p/Pa = 101325 或 p/ kPa = 101.325 公式中若有物理量的对数项，则用ln(A/[A])表示2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,4.1.2 溶液组成的表示方法 在化学反应中总涉及到多个反应物质，对于由多个组分构成的系统称为多组分系统 广义地讲，两种或两种以上的物质均匀混合彼此呈分子状态分布者称为溶液(solution) 溶液又可分为气态溶液，固态溶液和液态溶液通常所说的溶液多是指液态溶液，又简称溶液 在溶液中，常把液体组分当作溶剂(solvent)，把溶解在其中的气体、液体或固体称为溶质(solute)，当液体溶解于液体中时，通常将含量多的组分为溶剂，相对较少的组分称为溶质2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,1 物质B的量分数 (摩尔分数，mole fraction) 溶液中物质B的物质的量与溶液中总物质量的比称为物质B的量分数4-1),式中Σ nB是溶液中溶剂和所有溶质物质量的总和。

常用xB表示溶液的组成，yB表示混合气体的组成 溶液中所有物质的量分数之和等于12019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,2. 物质B的质量分数ωB (mass fraction) 溶液中物质B的质量与溶液总质量的比称为物质B的质量分数4-2),式中Σ mB是溶液中溶剂和所有溶质的质量的总和 溶液中所有物质的质量分数之和等于12019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,3 物质B的质量浓度ρB (mass concentration) 单位体积的溶液中物质B的物质的质量称为物质B的质量浓度式中： mB 为 B 物质在体积V 的溶液中的质量； ρB 单位是 kg·m-34-3),2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,4 物质B的量浓度cB (molar concentratino) 单位体积的溶液中物质B的物质的量称为物质B的量浓度4-4),式中：V 是溶液的体积 量浓度的单位是mol·m-3； 常用单位是mol·dm-3 (也可用mol·L-1 ) 。

2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,5 物质B的质量摩尔浓度bB (molarity) 溶液中单位质量的溶剂中物质B的物质的量称为物质B的质量摩尔浓度4-5),式中：mA是溶液中溶剂的质量 质量摩尔浓度的单位是mol·kg-12019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,6 物质B的体积分数φB (volume fraction) 物质B的体积分数的定义：,(4-6),式中：Vm, B* 是与溶液具有相同的温度、压力下纯B的 摩尔体积,是总体积2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,4.1.3 理想气体状态方程 理想气体状态方程描述理想气体的T、p、V 和物 质的量n之间的关系即 pV = nRT ( 4-7 ) 在SI制中，p 的单位是Pa，V 的单位是m3，T 的 单位是K，n 的单位是molR 是摩尔气体常数，R 的 数值和单位与p, V, T 的单位有关，在SI制中， R = 8.314J·K -1·mol -1 严格遵守理想气体状态方程的气体称为理想气体。

理想气体分子之间作用力可以忽略不计，分子本身占有 的体积与气体分子运动的空间相比可以忽略不计2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,4.1.4 分压定律 由两种或两种以上的气体组成的系统称为混合气体，其中每一种气体称为一个组分 混合气体的压力是各组分气体对压力的贡献之和，称为总压每一个组分对压力的贡献称为分压 组分B 的分压 pB 是组分B与混合气体处于相同温度、相同体积下单独存在的压力 混合气体的总压等于各组分的分压之和，这就是道尔顿（Dalton）分压定律，即 p = p1 + p2 + …+ pi ( 5-8 ) 严格说来，道尔顿分压定律只对理想气体成立对于低压下的实际气体近似服从道尔顿分压定律2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,两式相比得：,yB,根据理想气体状态方程：pB = nB RT /V,即 pB = pyB (4-10) 上式表明：组分B的分压 pB 等于混合气体的总压 p与组分的摩尔分数 yB 的乘积。

2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,[例4-1] 25℃时饱和了水蒸气的乙炔气体（即该混合气体中水 蒸气分压为同温度下水的饱和蒸汽压）总压为138.7kPa于恒定 总压下冷却到10℃ ，以除去其中部分水已知水在25℃和10℃ 的饱和蒸汽压分别为3.167kPa和1.228kPa试计算25℃和10 ℃ 的混合气体中水的摩尔分数 解：25 ℃时：,10 ℃时：,2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,4.2 化学反应中的能量关系 4.2.1 化学热力学的基本概念 1. 化学热力学的研究内容及方法特点 热力学是研究自然界各种形式的能量之间相互转化的规律的一门科学把热力学的基本原理用来研究化学现象以及和化学有关的物理现象的科学就叫做化学热力学 化学热力学研究的内容主要包括以下两个方面： 1) 化学和物理变化中的能量转换问题 它以热力学第一定律为基础，通过它可以计算化学变化中的反应热，常称热化学2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,2) 化学和物理变化进行的方向和限度 它以热力学第二定律为基础，通过它判断物理、化学过程的方向；应用热力学数据计算反应的平衡常数以确定化学反应进行的限度。

 化学热力学研究的方法是一种演绎的方法 以三个热力学基本定律为基础，经逻辑推理、结合数学运算得出不同条件下的内在规律 利用实验测得的数据，应用热力学的规律可进行许多计算，解决实际问题  化学热力学研究的对象是宏观体系 研究的对象是的由大量质点组成的系统，结论具有统计意义，不适用于个别原子、分子2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,2. 系统和环境 研究的对象称为系统系统以外与其密切相关的其他部分，称为环境 根据系统与环境间的关系，可将系统分为三种： 敞开系统：系统与环境间既有物质交换，又有能量 交换 封闭系统：系统与环境间没有物质交换，只有能量 交换 隔离系统：系统与环境间既无物质交换，也无能量 交换 系统中物理性质和化学性质完全相同的部分称为相2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,3. 状态和状态函数 描述一个系统，必须确定它的温度、体积、压力、密度、组成等一系列性质 这些性质的总和描述了系统的状态通常说的系统的状态就是系统性质的综合表现状 态 性 质,决 定,描 述,,, 系统的状态一定，系统的性质都具有相应于该状态的确定的量值，与系统到达该状态的经历无关。

 当系统的任何一个性质有了变化时，系统也就由一种状态转变为另一种状态2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,系统的性质和状态间，存在着对应的关系，即状态一定，性质也一定这些由系统热力学状态所确定的物理量如体积、温度、压力、密度等，称为状态函数 状态函数的特征：  状态一定值一定  殊途同归变化等  周而复始变化零 系统的各个状态函数之间是互相联系、互相制约的如理想气体的状态方程为 pV = nRT ，当n、T、p 确定时，V 的值也就随之而定了2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,4. 过程和途径 当系统的状态发生变化时，从始态到终态的变化称为过程 完成这样一个变化所经历的具体步骤，或者说完成变化的路线，则称为变化的途径 系统由一始态变到另一终态，可以经由不同的路线，即不同的途径常见的热力学过程有下列几种： 等温过程 变化过程中温度恒定 等压过程 变化过程中压力恒定 等容过程 变化过程中体系的体积恒定 绝热过程 变化过程中体系与环境间没有热交换2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,4.1.2 热力学第一定律 1. 热(Q)与功(W) 系统与环境间由于温差而交换的能量称为热量，简称热。

用符号 Q 表示，单位为J 规定：系统吸热，Q 0 ；系统放热，Q 02019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,在一般条件下进行的化学反应，常遇到的是体积功根据功的定义，体积功可用下式计算： δW = F dx = p A dx = p dV = - p环 dV 体积功以外的功称为非体积功，以W/ 表示 功和热都不是状态函数，是在状态变化过程中系统与环境间交换的能量 功和热只有在过程中才出现，功和热的多少只有联系到某一具体的变化过程才能计算出来 若系统没有发生任何变化过程，也就没有功和热2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,2. 热力学能U (内能) 系统内部所有粒子全部能量的总和称为热力学能 包括系统内各物质分子的动能、分子间相互作用的势能及分子内部的能量所以又称为内能 内能是体系内部能量的总和，是系统自身的性质，只决定于系统的其态，是系统的状态函数 系统处于一定的状态，其内能应有一定的数值其变化量也只决定于系统的始态和终态，与变化的途径无关 系统内能的绝对值是无法确定的2019/7/1,近代化学基础第4章 国家工科化学课程教学基地,能量守恒与转化定律应用于热力学中，称为热力学第一定律。

在化学热力学中，研究的是宏观静止体系，不考。