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1、第一章第一章化學反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系化學反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系首先闡述化學中的計量,以鞏固高中化學中的有關(guān)概念,在此基礎(chǔ)上引入化學計量數(shù),反應(yīng)進度函數(shù),標準態(tài)核反應(yīng)焓變等重要概念,以闡明化學反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系。在中學化學和大學化學中起承上啟下關(guān)系。重點要求的是會應(yīng)用熱化學方程式和物質(zhì)的量標準摩爾生成焓計算標準摩爾反應(yīng)焓變?;瘜W是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及化學變化的科學?;瘜W變化又稱化學反應(yīng),是化學研究的核心部分。物質(zhì)
2、發(fā)生化學反應(yīng),常伴隨有質(zhì)量和能量的變化。例如,在空氣中燃燒24.3g鎂條,不僅會發(fā)出耀眼的白光,釋放出熱能,而且最終生成了40.3g的氧化鎂。本章專門就化學反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系進行討論。11化學中的計量化學中的計量在化學領(lǐng)域中往往要測定或計算物質(zhì)的質(zhì)量、溶液的濃度、反應(yīng)的溫度以及氣體的壓力和體積等,為此,首先需要掌握化學中常用的量和單位以及有關(guān)的定律。[粗略計算相對分子質(zhì)量時,相對原子質(zhì)量只需取至小數(shù)點后兩位數(shù)即可。]111相對原
3、子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量元素是具有相同質(zhì)子數(shù)的一類單核粒子的總稱。具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的一類單核粒子稱為核素。質(zhì)子數(shù)相等而中子數(shù)不等的同一元素的一些原子品種互稱為同位素。自然界中氧就有三種同位素:、、,他們在氧氣中的含量分別為99.759%、0.037%和0.204%;碳有兩種同位素:和它們的相對存在量分別為98.892%和1.108%。相對原子質(zhì)量(Ar)被定義為元素的平均原子質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的112之
4、比,以往被稱為原子量。例如:Ar(H)=1.0079Ar(O)=15.999英國人道爾頓(J.Dalton1766~1844年)是第一個測定原子量的人?,F(xiàn)在通過質(zhì)譜儀測定各核素的原子質(zhì)量及其在自然界的豐度后,可以確定各元素的相對原子質(zhì)量。北京大學張青蓮教授等測定的銦(In)、銻(Sb)、銥(Ir)及銪(Eu)相對原子質(zhì)量值先后被國際原子量委員會采用為國際標準,說明我國原子量測定的精確度已達到國際先進水平。相對分子質(zhì)量(Mr)被定義為物質(zhì)
5、的分子或特定單元的平均質(zhì)量與核素12C原子質(zhì)量的112之比,以前被稱為分子量。例如:Mr(H2O)=18.0148≈18.01Mr(NaCl)=58.443≈58.44112物質(zhì)的量及其單位物質(zhì)的量及其單位“物質(zhì)的量”(AmountofSubstance)是用于計量指定的微觀基本單元,如分子、原子、離子、電子等微觀粒子或其特定組合的一個物理量(符號為n),其單位名稱為摩[爾](mole),單位符號為mol。摩爾是一系統(tǒng)的物質(zhì)的量,該系統(tǒng)
6、中所包含的基本單元數(shù)與0.012kg12C的原子數(shù)目相等。0.012kg12C所含的碳原子數(shù)目(6.0221023個)稱為阿伏加德羅常數(shù)Avogadro(NA)。因此,如果某物質(zhì)系統(tǒng)中所含的基本單元數(shù)目為NA時,則該物質(zhì)系統(tǒng)的“物質(zhì)的量”即為1mol。例如:1molH2表示有NA個氫分子2molC表示有2NA個碳原子3molNa表示有3NA個鈉離子4mol(H212O2)表示有4NA個(H212O2)的特定組合體,其中含有4NA個氫分子
7、和2NA個氧分子。實際計算時,R常用值為8.314Jmol1K1[例12]在298.15K下,一個體積為50m3的氧氣鋼瓶,當它的壓力降為1500kPa時,試計算鋼瓶中剩余的氧氣質(zhì)量為多少答案:解:=30.27mol所以氧氣的摩爾質(zhì)量為32.00gmol1所剩余的氧氣質(zhì)量為:30.27mol32.00gmol1=968.6g≈0.97kg2.理想氣體分壓定律在實際工作中常遇到多組分的氣體混合物,其中某一組分氣體B對器壁所施加的壓力,稱為
8、該氣體的分壓(pB),它等于相同溫度下該氣體單獨占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力?;旌蠚怏w的壓力組分的氣體的分壓之和,此經(jīng)驗規(guī)則稱為道爾頓分壓定律,其數(shù)學表達式為:p=ΣpB(1.1.2)如組分氣體和混合氣體的物質(zhì)的量分別為和,則它們的壓力分別為:pB=nBRTV(1.1.2a)p=nRTV(1.1.2b)式中:為混合氣體的體積。將式(1.1.2a)除以式(1.1.2b),可得下式:pBp=nBn或pB=nBRTV(1.1.3)式中
9、:(nBn)為組分氣體B的摩爾分數(shù)。式(1.1.3)為分壓定律的另一種表達形式,它表明混合氣體中任一組分氣體B的分壓(pB)等于該氣體的物質(zhì)的量分數(shù)與總壓之積。工業(yè)上常用各組分氣體的體積分數(shù)表示混合氣體的組成。由于同溫同壓下,氣態(tài)物質(zhì)的量與它的體積成正比,不難導出混合氣體中組分氣體B的體積分數(shù)等于物質(zhì)B的摩爾分數(shù):VBV=nBn(1.1.4)式中:VB、V分別表示組分氣體B和混合氣體的體積。把式(1.1.4)代入(1.1.3)式得下式:
10、pB=(VBV)p(1.1.5)[例13]有一煤氣罐其容積為30.0L,27.00℃時內(nèi)壓為600KPa。經(jīng)氣體分析,儲罐內(nèi)煤氣中CO的體積分數(shù)為0.600,H2的體積分數(shù)為0.100,其余氣體的體積分數(shù)為0.300,求該儲罐中CO、H2的質(zhì)量和分壓。解:已知V=30.0L=0.0300m3p=600kPa=6.00105PaT=(273.1527.00)K=300.15K則=7.21mol根據(jù)和n(CO)=7.21mol0.600=4
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