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1、第二章,物质的变化,本章学习要求,1、了解物质的集聚状态；2、掌握理想气体状态方程式及有关计算；3、掌握气体的分压定律、分体积定律；4、掌握溶液浓度的计算方法；5、熟悉热力学第一定律；6、掌握化学反应热效应和热化学方程式；7、掌握反应热、焓变的计算方法；8、掌握盖斯定律以及相关计算。,2.1 物质的集聚状态,2.1.1 气 体,1.基本特征：,扩散性和可压缩性,气体的存在状态主要决定于四个因素：,体积 温度 压力 物质的量,2理想气体状态方程式,理想气体：假设的气体模型，要求气体分子之间完全没有作用力，分子本身也只是一个几何点，只具有位置而不占有体积。,当 n 和 T 一定时，气体的 V 与
2、p 成反比。,波义耳-马略特定律,当 n 和 p 一定时，气体的 V 与 T 成正比。,盖吕萨克定律,当 p 和 T 一定时，气体的 V 和 n 成正比。,阿伏伽德罗定律,理想气体状态方程式：,综合以上三个经验公式，得,实验测得，其比例系数是 R，则,试验证明，R的数值与气体的种类无关,摩尔气体常数R可由实验测定。如测得1.000mol气体在273.15K、101.325kPa的条件下所占的体积为22.414103m3，则得：,2.1.1 气 体,物质的量(n)mol,温度 T(temperature)T(t+273.15)K,压力 p(pressure)1 atm 760 mmHg 1013
3、25 Pa 101 kPa 0.1 MPa,体积 V(volume)1 m3 103 L 103 dm3 106 cm3,解：依据题意可知 V1 V2，n1 n2此时,当温度达到 900 K 以上时，烧瓶会炸裂。,例1 一玻璃烧瓶可以耐压 3.08 105 Pa，在温度为300 K 和压强为 1.03 105 Pa 时，使其充满气体。问在什么温度时，烧瓶将炸裂。,例2：一个体积为40.0dm3的氮气钢瓶，在25时，使用前压力为12.5MPa。求钢瓶压力将为10.0MPa时所用去的氮气质量。,2.1.1 气 体,使用前钢瓶中的氮气的物质的量为：,使用后钢瓶中的氮气的物质的量为：,所用的氮气的质量
4、为：,解：,2.1.1 气 体,例3 在25和101.325kPa下，把1.308克锌与过量稀盐酸作用，可以得到干燥氢气多少升？(MZn=65.4g/mol),解：Zn+2HCl=ZnCl2+H2,例 4 300K和 101 kPa下，1.0 dm3 某气体质量为0.65 g，求它的相对分子质量。,解：由理想气体的状态方程 pV nRT,把 带入得：,练习题：在300k、1.013105Pa时，加热一敞口细瓶颈到500K，然后封闭其细颈口，并冷却到原来的温度，求此时瓶颈内的压强。,理想气体实际上是一个科学的抽象概念，客观上并不存在理想气体，它只能看做是实际气体在压力很低时的一种极限情况。理想气
5、体严格遵从理想气体状态方程，从微观角度来看，分子本身无体积和分子间也没有作用力。当压力很低时，实际气体分子间的距离很大，彼此间的引力可以忽略不计，接近于理想气体。,当气体处于高压或者低温条件下，它们的状态变化就较显著地偏离气态方程，对方程需要按实际情况加以修正。,在压力不太高和温度不太低的情况下，一般实际气体可看作理想气体。,2.1.1 气 体,3混合气体的分压定律,混合气体：由两种或两种以上的，相互之间不发生反应的气体混合在一起组成的体系。,组分气体：混合气体中的每一种气体,混合气体的物质的量为 n 各组分气体的物质的量 ni,则,氮七八，氧二一，零点九四是惰气，还有两个零零三，二氧化碳和杂
6、气。,1)道尔顿理想气体分压定律,对于双组分体系，T，V 一定时,pB nBRT/V,pA nART/V,p总 pA+pB,+,对于多组分体系,在温度和体积恒定时，混和气体的总压力等于各组分气体分压力之和，某组分气体的分压力等于该气体单独占有总体积时所表现的压力。,总,2.1.1 气 体,总,2）分体积定律,p，T 一定时,pVA nART,pVB nBRT,V总 VA+VB,在恒温恒压下，某组分的分体积等于该组分产生与混合气体相同的压力时所占据的体积。,2.1.1 气 体,解：n总=n(H2)+n(He)+n(Ne),=(2.5010-3+1.0010-3+3.0010-4)mol=3.80
7、10-3 mol,例5 0.0100m3容器中含有2.5010-3mol H2，1.0010-3 mol He和5.0010-4 mol Ne，在27时总压为多少？,例6 制取氢气时，在 27 和 102.5 kPa 下，用排水集气法收集到气体 1.26 dm3，在此温度下水的蒸气压为 2.5 kPa，求所得氢气的质量。,解：由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合气体,其中水蒸气的分压 p(H2O)=2.5kPa,则 p(H2)=102.5 kPa 2.5 kPa=100kPa,故所得氢气的质量为:,2.1.2 液 体,液体分子间的距离比气体小得多，分子间的作用力较强。液体具有流动性，具有体积而无
8、形状，可压缩性小。,1、液体的蒸气压,(1)蒸发：,(2)凝聚：,液体分子蒸发成为气态分子时，一些气态分子撞击液面重新返回液体的过程。,液体表面某些运动速度较大的分子具有足够的能量，可以克服分子间的吸引力而逸出液面，成为气态分子的过程。,当蒸发和凝聚达到动态平衡时：,在液体上部的蒸气量不再改变，蒸气具有恒定的压力。,(3)饱和蒸气压（蒸气压）,2.1.2 液 体,饱和蒸气,在恒定温度下，与液体平衡的蒸气,溶液的蒸气压低于纯溶剂,溶液的饱和蒸气压,2.1.2 液 体,2液体的沸点,液体的蒸气压=外界压力,液体沸腾的条件：,当液体蒸气压力等于外界的压力时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。,当
9、外压为 101.3 k Pa 时，液体的沸点为正常沸点。,沸腾：在液体表面和内部同时发生的剧烈汽化现象。,(2)影响沸点高低的因素,与物质的本性有关，在一定的外压下，易挥发的液体沸点低；对于同一物质，沸点与外压有关，外压越大，沸点越高；外压一定时，纯净物具有固定的沸点。,3液体的浓度的表示方法,2.1.2 液 体,1）物质的量浓度,溶质 B 的物质的量除以混合物的体积，即单位体积溶液中所含的溶质的物质的量，用 cB 表示。,特点：较方便，实验室最常用；由于体积受温度的影响，使用时要指明温度。,SI单位mol/m3,2)质量分数,溶质 B 的质量与溶液总的质量之比。,wB：SI 单位为 1,总,
10、3)质量摩尔浓度,溶质 B 的物质的量除以溶剂 A 的质量，用符号 m 表示，SI 单位是 mol/kg。,特点：与温度无关，可用于沸点及凝固点的计算。,4）摩尔分数,溶质和溶剂都用 mol 表示，溶质的物质的量占全部溶液的物质的量的分数，用 xB 表示。,总,例4：将30gNaOH溶于水，配成500ml溶液，计算该溶液的物质的量浓度。,解：已知M(NaOH)=40g/mol,m(NaOH)=30g,则：,2.1.3 固 体,固体是物质存在的一种状态。与液体和气体相比固体有比较固定的体积和形状、质地比较坚硬。,固体里的粒子是紧紧相扣，不易进行运动；固体是固定在物质里一个特定的空间。当有外力对物
11、质施加作用时，固体的型态会被扭曲，引致永久性变形；尽管任何固体都会有热能量，粒子间可以相互震动，此粒子运动却相对不那么剧烈，并不轻易靠感觉来观察。,固体的特性：,固体的膨胀和收缩：固体受热时会膨胀、遇冷时会收缩固体的融化：固体物质受热达到熔点时，能融化成液体存在；但也有少数固体不经过液体阶段直接变成气体，即能发生升华；利用固体的升华现象可以提纯一些挥发性的固体物质。另外，一些气体在一定条件下也能直接变成固体，即能发生凝华。,固体分为晶体和非晶体。,晶体特性：,(1)有一定的几何外形；(2)有固定的熔点；(3)各向异性。,非晶体性质：,(1)没有固定的几何外形；(2)没有固定的熔点；(3)没有各
12、向异性的特点。,2.1.4 等离子体,等离子状态是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状态存在。,在日常生活中，我们会遇到各种各样的物质。根据它们的状态，可以分为三大类，即固体、液体和气体。,任何一种物质，在一定条件下都能在这三种状态之间转变。,如果温度不断升高，气体会怎样变化呢？,10000,等离子体,随着温度的升高，构成分子的原子发生分裂，形成为独立的原子气体分子的离解。如氮分子（N2）会分裂成两个氮原子（N）如果再进一步升高温度，原子中的电子就会从原子中剥离出来，成为带正电荷的原子核（称为离子）和带负电荷的电子原子的电离。当这种电离过程频繁发生，使电子和离子
13、的浓度达到一定的数值时，物质的状态也就起了根本的变化，它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态，又起名叫等离子体。,等离子体存在处,宇宙中90以上的物质都处于等离子状态。有地球表面向外，等离子体是几乎所有可见物质的存在形式，如大气外侧的电离层、日地空间的太阳风、太阳日冕、太阳内部、星际空间、闪电、极光、星云以及星团毫无例外的都是等离子体。,太阳等离子体喷流,空间天体等离子体 逃离太阳的等离子体,空间天体等离子体 聚变反应堆,地球上，人造的等离子体也越来越多的出现在我们的周围。日常生活中：日光灯、电弧、等离子体显示屏、臭氧发生器典型的工
14、业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼高技术应用：氢弹、强流束、离子源、飞行器鞘套与尾迹、惯性约束聚变,滑动电弧放电等离子体,霓虹灯,等离子电视,2.2化学反应中的质量关系和能量关系,2.2.1 质量守恒定律,质量守恒定律：参与化学反应前各物质的总质量等于反应后全部生成物的总质量。,质量守恒定律在化学反应中，具体表现为化学反应方程式。,宏观上：,旧物质 新物质,微观上：,H-H Cl-Cl H-Cl 化学键重组,例如：H2+Cl2 2HCl,2.2.2 反应的热效应 焓变,化学键重组过程：旧键断裂吸收能量 新键生成放出能量,所以，化学反应过程中必然伴随着能量变化。,反应的热效应
15、：化学反应时，系统不作非体积功，且反应前后温度相同，则系统吸收或放出的热量。,反应的热效应分为恒压热效应(Qp)和恒容热效应(QV),Qp=H生成物-H反应物=H,若焓变H0，为吸热反应；焓变H0，为放热反应。,2.2.3 热化学方程式,1热化学方程式,表示化学反应及其焓变的化学方程式。例如：,H2(g)+1/2O2(g)H2O(g)；rHm(298K)=-241.8kJmol-1,其中 r 某一指定反应(reaction)；m 反应进度为1mol，单位为kJmol-1；,标准符号，指反应各物质处于标准状态；rHm(298K)：读作温度在298K时的标准摩尔反应焓变。,2热化学方程式的注意事项
16、,（1）需要注明反应的温度和压力条件。,（2）H与化学计量数有关，应与具体的反应联系，否则无意义。,（3）需在反应式中注明物质的聚集状态。“g”为气态，“l”为液态，“s”为固态。,（4）逆反应的热效应与正反应的热效应数值相等而符合相反。,2H2(g)+O2(g)2H2O(g)；rHm(298K)=-483.6kJmol-1,2H2(g)+O2(g)2H2O(l)；rHm(298K)=-572.0kJmol-1,2H2O(l)2H2(g)+O2(g)；rHm(298K)=572.0kJmol-1,2.2.4 热化学定律,黑斯定律：一个反应若能分成两步或多步实现，则总反应的H等于各步反应的H之和
17、。即化学反应的热效应只与反应的始态和终态有关，与反应的途径无关。,例如：Sn(s)+Cl2(g)SnCl2(s)；r1Hm=-349.8 kJmol-1 SnCl2(s)+Cl2(g)SnCl4(l)；r2Hm=-195.4 kJmol-1,上面两式相加得Sn(s)+2Cl2(g)SnCl4(l)；,r3Hm=r1Hm+r2Hm=-545.2 kJmol-1,例5 已知298K时，有下列反应：C(s)+O2(g)CO2(g)；r1Hm=-393.51 kJmol-1 CO(g)+1/2 O2(g)CO2(g)；r3Hm=-282.99 kJmol-1 求反应C(s)+1/2 O2(g)CO(g
18、)的热效应。,解：反应 C(s)+O2(g)CO2(g)；r1Hm(1)可以分解为下列两个反应之和：,C(s)+1/2 O2(g)CO(g)；r2Hm(2)CO(g)+1/2 O2(g)CO2(g)；r3Hm(3),反应式(1)=(2)+(3),则：r1Hm=r2Hm+r3Hm,r2Hm=r1Hm-r3Hm=-393.51-(-282.99)kJmol-=-110.52 kJmol-1,2.2.5 生成热（生成焓）,1生成热（生成焓）,定义：在一定温度（通常为298K）及标准压力下，由元素的稳定单质生成单位物质的量的某化合物时的焓变，称为该化合物的标准摩尔生成热，简称生成热（生成焓）。,符号表
19、示：fHm,SI单位：kJmol-1,2注意事项,(1)fHm为稳定单质 1mol化合物的焓变。,Ag(s)+1/2 Cl2(g)AgCl(s)；rHm=-127.0 kJmol-1,则：fHm(AgCl，s)=-127.0 kJmol-1,(2)稳定单质的fHm=0。,如：fHm(石墨)=0 fHm(金刚石)=1.897kJmol-1,(3)非生成热反应 aA+bB=yY+zZ,其反应的热效应为：rHm=yfHm(Y)+zfHm(Z)-afHm(A)-bfHm(B)=fHm（生成物）-fHm（反应物）,生成热反应,本章小结,1、理想气体状态方程：pV=nRT2、道尔顿分压定律：p总=pA+pB+pC3、分体积定律：V总=VA+VB+VC4、体积分数=摩尔分数=压力分数，即Vi/V总=ni/n总=pi/p总5、黑斯定律：若(3)式=(1)式+(2)式，则 r3Hm=r1Hm+r2Hm6、生成热（生成焓）生成热反应：rHm=fHm 非生成热反应：rHm=fHm(生成物)-fHm(反应物),Thank You!,
