化学原理(6)
简单易懂的化学原理
简单易懂的化学原理
化学原理是指化学现象发生的基本规律和规律性，包括原子结构、化学键、化学反应等。
下面是一些简单易懂的化学原理：
1. 原子结构：原子结构由原子核和围绕原子核运动的电子组成，原子核包含质子和中子。
各元素原子的质子数不同，因此原子的性质也不同。
2. 化学键：化学键是原子之间的相互作用力，包括离子键、共价键、金属键等。
化学键的强度决定了物质的物理和化学性质。
3. 化学反应：化学反应是指化学物质之间的转化过程，包括反应物、产物以及反应条件等。
化学反应需要遵循能量守恒和物质守恒原理。
4. 反应速率：反应速率是化学反应快慢的度量，受到反应物浓度、温度、催化剂等因素影响。
反应速率越快，反应物的浓度下降越快，产物的浓度上升越快。
5. 酸碱反应：酸碱反应是指酸和碱在一定条件下发生的化学反应，生成相应的盐和水。
酸是指能够释放质子的化合物，碱是指能够接受质子的化合物。
6. 氧化还原反应：氧化还原反应是指电子的转移过程，其中一种化合物失去电子被氧化，另一种化合物获得电子被还原。
氧化还原反应在生命体系中具有重要作用。
以上是一些简单易懂的化学原理，有助于理解化学现象和化学反应的基本规律。
化学的基本概念和原理
化学的基本概念和原理化学作为一门重要的自然科学学科，探索了物质的组成、性质以及相互转化的过程。
本文将介绍化学的基本概念和原理，包括原子结构、化学反应、化学键、化学平衡和化学动力学等方面。
一、原子结构在化学中，原子是构成物质的基本单位。
根据量子力学理论，原子由原子核和绕核电子组成。
原子核由质子和中子组成，质子具有正电荷，中子则是中性的。
而绕核电子则围绕着原子核而运动，具有负电荷。
原子的核外壳层中的电子数量决定了元素的化学性质。
二、化学反应化学反应是物质发生变化的过程，涉及原子之间的重新组合和电荷的重新分配。
化学反应可以分为合成反应、分解反应、置换反应和电化学反应等多种类型。
化学方程式是表示化学反应的一种方式，用化学式和反应条件表示物质的变化过程。
三、化学键化学键是原子之间形成化合物的力。
常见的化学键包括共价键、离子键和金属键。
共价键是两个原子通过共享电子而连接在一起，形成分子化合物。
离子键是由离子之间的电荷吸引力而形成的键，通常由金属和非金属元素之间形成。
金属键则是金属元素之间形成的键，共享电子形成“电子海”。
四、化学平衡化学平衡是指在一个封闭系统中，化学反应前后物质组成保持稳定的状态。
化学平衡可以利用平衡常数来描述。
平衡常数(K)是反应物浓度与生成物浓度的比值，在一定温度下保持不变。
当反应到达平衡状态时，正向反应与逆向反应的速率相等。
五、化学动力学化学动力学研究化学反应的速率和反应机理。
反应速率取决于反应物的浓度、温度和催化剂等因素。
常见的反应速率与浓度的关系可以用速率方程表示。
反应机理则描述了反应过程中发生的分子碰撞和化学键的形成和断裂。
六、应用与发展化学的基本概念和原理在众多领域有着广泛的应用。
在生活中，化学帮助我们理解食物的成分、药物的治疗原理以及环境污染的防治措施等。
在工业领域，化学用于合成新材料、研发新药物、改善生产工艺等。
此外，在环境保护、能源开发和食品安全等问题上，化学的应用也扮演着重要的角色。
化学原理[6]化学热力学初步2_962808289
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(2) 100C水的蒸发
r H m (298K) 9.76 kJ mol-1
y
100 C H 2 O (l) H 2 O (g)
r H m (398K) 44.0 kJ mol-1
y
这些吸热反应在一定条件下均能自发发生， 说明放热只是有助于反应自发进行的因素之一， 但并不是唯一因素。
1、微观状态数 定量描述体系的混乱度，需引入微观状 态数()的概念。微观状态数：微观上体系有 多少种存在形式。 气体扩散 真空
扩 散 后 4 3 2 1 0 1 2 3 1 4 6 4 0 4 1
扩散前 左边 4 右边 0 微观状态数 1
结论： 体系粒子的活动范围变大，数目增多， 混乱度增大了，表现在微观状态数增加上。
本章讨论的反应方向是指：各物质在标 准态时，反应以自发方式进行的方向。即用 热力学预测某一反应能否自发进行。
4.1 反应焓变和自发变化
• 化学反应中，许多放热反应都能自发发生
(1) H2 (g) + 1/2O2 (g) H2O (l) y rHm (298K) = -285.83 kJmol-1 (2) H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l) y rHm (298K) = -55.84kJ.mol-1
y
BHm = 423.4 kJmol-1
y
BHm = 338.8 kJmol-1
y
BHm (C-H) = (438.5 + 462.6 + 423.4 + 338.8) / 4 = 415.8 kJmol-1 从甲烷分子四个碳氢键的断裂能不同可以 看出键焓的断裂受环境的影响，通常用同种类 型键键焓的平均值来比较键焓大小。
化学反应原理和机理
化学反应原理和机理化学反应是指化学物质之间发生的一种变化过程。
它是化学学科研究的核心内容之一，也是科学中的基础概念之一。
化学反应的原理和机理是理解化学反应的关键所在。
本文将就化学反应的原理和机理展开阐述。
一、原理化学反应是指在化学反应条件下，原子或者分子之间发生的化学变化。
化学反应的原理是基于几种基本概念和原则，这些基本原理和概念在化学反应的过程中起着重要的作用。
常见的化学反应原理如下：1.原子定律原子定律是化学反应研究的基础，它规定了每种原子具有一定的原子量，每种物质所含的原子量为其分子量的整数倍数。
在化学反应中，原子的数量应该是在反应前后保持不变的，即所谓“质量守恒定律”。
2.离子定律离子定律也是一种广泛应用的原理。
在化学反应中，某些物质可以分解成离子，被激活后的离子可以参与到反应中去。
离子的数量是能影响化学反应的速率和强度的一个因素。
3.能量守恒定律能量守恒定律表明了在化学反应中，化学能量的总和应该保持不变。
所以在化学反应中，化学能量的转化和利用是至关重要的。
二、机理化学反应过程的机理是描述反应过程的过程性、动力学和统计学的规律。
机理和原理是相互关联的，化学反应机理是化学反应研究中的另一个重要组成部分。
常见的化学反应机理如下：1.化学动力学化学动力学主要是研究反应速率和反应机理，根据化学反应的速率表推导出反应的机理。
在化学动力学研究中，常会通过探测反应物的消失和生成物的出现，来计算化学反应的速率。
2.中间体的形成和分解在化学反应的过程中，有时物质不是直接发生反应的，但是中间经由一些物质转化而变成反应物，形成所谓的中间体。
中间体对化学反应的速率和特性有非常重要的影响。
3.反应平衡和反应速率化学反应的平衡是指反应物和生成物之间达到一定比例时的状态，进而形成稳定的物质。
反应平衡与化学能量以及活化能有着密切的关系，从而影响到反应的速率和完成程度。
综上所述，化学反应原理和机理是化学反应研究的核心组成部分。
铜-锌原电池及其原理 (6)
性气味，并能使 湿润的 阳极
阴极
KI-淀 粉试纸变蓝（Cl2) 氯
铜
阴极：碳棒上有一层红 气
CuClห้องสมุดไป่ตู้溶液
色的铜析出
实验分析
通电前：分析电解质溶液中的离子情况 阳离子： H+、Cu2+ 阴离子： OH-、Cl做无规则运动
通电后：（必须直流电） （1）确定电极名称：
阳极（接电源正极） 阴极（接电源负极）
①Fe3+的氧化能力强于Cu2+，但第一阶段只能还原到Fe2+； Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+等只能在熔化状态下放电。 ②当离子浓度相差较大时 ，放电顺序要发生变化，如 Pb2+、Sn2+、Fe2+、Zn2+浓度比H+大得多时，它们可以先 放电。
练习 分析以惰性电极电解下列溶液的电极反应
（2）判断离子的放电顺序： 阳离子氧化性：Cu2+>H+ 阴离子还原性：Cl->OH-
注意:并不是所有的离子都能在电极上发生反应.
（3）判断电极产物并书写电极反应: 阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电
阳极：2Cl- -2e-→Cl2 ↑ 氧化反应 阴极：Cu2++2e- → Cu 还原反应 总式：CuCl2 电解 Cu+Cl2 ↑ （4）分析电解质溶液的变化情况： 阳极氯离子、阴极铜离子及氯化铜溶液浓 度降低
（1）硝酸银溶液 （2）氯化钠溶液 （3）稀硫酸 （4）氢氧化钠溶液
交流研讨
钠的化学性质 很活泼，这给钠的 制取带来一定的困 难，目前，世界上 金属钠的生产多数 采用电解熔融氯化 钠的方法。
化学必备知识点
1、钝化现象:铁、铝在冷的浓硝酸或浓硫酸中钝化。
钝化只在常温下用，加热条件下铁会与浓硫酸反应。
2Fe + 6H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3+ 3SO2↑ + 6H2O 钝化是指活泼金属在强酸中氧化表面生成一层致密的氧化膜组织金属进一步反应。
2、浓盐酸、浓硝酸，在离子方程式中拆开，浓硫酸不拆开。
3、在离子方程式中，澄清石灰水要拆开写成离子，浑浊石灰乳不拆。
4、有阴离子必有阳离子，有阳离子未必有阴离子，如金属中只有自由电子。
5、氢氧化钠与乙醇不反应6、阿伏伽德罗常数考点陷阱有:未告知体积，如 PH=1 的盐酸溶液中，氢离子的个数为 0.1NA。
7、苯中无 C=C 双键。
8、碳酸钠俗名是纯碱、苏打，显碱性但不是碱，是盐。
(稳定)9、小苏打是碳酸氢钠，加热分解成碳酸钠、二氧化碳和水。
(不稳定)在推断题中会出。
10、醋酸、苯酚、水、乙醇，分子中羟基上氢原子的活泼性依次减弱。
故，氢氧化钠与乙醇不反应。
11、碱金属元素的熔沸点是原子半径越大熔沸点越低;卤素单质是分子晶体，靠范德华力结合，范德华力大小与分子量有关，分子量越大范德华力越大，熔沸点也就越高。
碱金属元素是金属晶体，结合键是金属键，原子半径越小原子核间的引力越强，越难破坏，熔沸点越高。
#随着核电荷数的递增，熔沸点逐渐降低(与卤素、氧族相反)12、锂与氧气反应只生成氧化锂，钠在常温生产氧化钠，加热或完全燃烧生成过氧化钠。
13、碱金属的特殊性:锂的密度比煤油小，不能保存在煤油中，通常密封在石蜡里，钠的密度比水小，比煤油大。
14、碱金属的密度由锂到铯逐渐增大的趋势，但是有反常的钠密度比钾的大。
15、酸式盐的溶解度一般比相应的正盐大，但是碳酸钠比碳酸氢钠的溶解度大。
16、煤的干馏是化学变化，蒸馏和分馏是物理变化。
17、蛋白质的变性是化学变化，盐析是物理变化。
18、碱性氧化物一定是金属氧化物，金属氧化物不一定是碱性氧化物。
Mn2O7 是金属氧化物，但它是酸氧化物，其对应的酸是高锰酸，即 HMnO4。
化工原理6蒸馏
化工原理6蒸馏1. 简介蒸馏是一种常用的分离技术，特别适用于液体混合物的分离。
在化工工业中，蒸馏被广泛应用于石油炼制、化学品生产、药品制造等领域。
本文将介绍蒸馏的原理、工艺和常见设备。
2. 蒸馏的原理蒸馏的原理基于不同物质的沸点不同。
蒸馏过程中，液体混合物被加热至其中物质的沸点，使其蒸发，并在蒸馏塔内上升。
然后，蒸汽与冷凝器中的冷却介质接触，将蒸汽重新变为液体，实现分离。
较挥发性的物质将优先蒸发，而较不挥发性的物质较晚蒸发。
3. 蒸馏的工艺蒸馏的工艺包括以下几个步骤：3.1 加热液体混合物首先，将液体混合物加热至其中物质的沸点。
加热可以使用多种方式，如蒸汽加热、火焰加热或电加热。
3.2 蒸发当液体混合物被加热至其中物质的沸点时，液体开始蒸发，生成蒸汽。
蒸汽随后在蒸馏塔内上升。
3.3 冷凝蒸汽在蒸馏塔顶部进入冷凝器，与冷凝介质接触，冷凝成液体。
冷凝过程中，将产生副产物和所需产品。
3.4 分离通过不同组分的沸点差异，液体混合物在冷凝过程中实现分离。
较挥发性的物质先冷凝，较不挥发性的物质则较晚冷凝。
3.5 收集产品经过分离后，所需产品被收集。
副产物通常会单独收集和处理。
4. 蒸馏设备蒸馏设备是实现蒸馏过程的关键。
常见的蒸馏设备包括以下几种：4.1 蒸馏塔蒸馏塔是蒸馏过程中最重要的设备之一。
它通常由一个筒体和多个板或填料组成。
液体混合物从塔底部进入，通过逐个板或填料的交替进行蒸发和冷凝。
这种连续的蒸发和冷凝过程最终实现了分离。
4.2 冷凝器冷凝器用于将蒸汽冷凝为液体。
它通常由管道和冷却介质组成，如水或空气。
冷凝器可以采用不同的结构，如冷却管、换热器或冷凝室。
4.3 加热器加热器用于加热液体混合物，将其加热至其中物质的沸点。
加热器可以采用不同的形式，如蒸汽加热器、电加热器或火焰加热器。
4.4 分离精馏塔分离精馏塔是一种特殊的蒸馏设备，用于实现高效的分离。
它通常由多个塔板或填料层组成，可以通过不同的蒸馏段和冷凝器段实现精馏。
大学化学原理6-2
m(C6 H12 O 6 ) (C6 H12 O 6 ) V 25g 1 50g L 0.50L
四、 B 的物质的量浓度
cB
def
nB mB /M B = V V
cB 的 SI 单位为 mol· m-3，常用的单位是mol· L-1 ， mmol· L-1。
例题
例4 100 mL 正常人血清中含 326 mg Na＋ 和165 mg HCO3 ，试计算正常人血清中Na+和 HCO3 的浓 度。 解：正常人血清中 Na＋ 的浓度为：
ΔTf = kf bB
测量出难挥发非电解质稀溶液的凝固 点降低可计算出 B 的摩尔质量。
kf mB MB = ΔTf mA
例 从尿中提取出一种中性含氮化合物，将９０ mg 纯品溶解在 12 g 蒸馏水中，所得溶液的凝固点 比纯水降低了 0.233 K， 试计算此化合物的相对分 子质量。水的Kf已知. 解：k 1.86K kg mol1 , m 0.090g, m 12g, T
+ n (Na ) + c(Na ) V 0.326 g / 23.0 g mol1 0.142 mol L1 0.100 L
正常人血清中 HCO3 的浓度为：
n (HCO 3) c(HCO3 ) V 0.165 g / 61.0 g mol 1 2.70 102 mol L1 0.100 L
解：为了计算方便，取 1 kg 溶液。该物质的质量 摩尔浓度和物质的量浓度分别为：
nB mB / M B 1 kg 0.02 / 50 kg mol1 bB mA mA 1 kg (1 0.02)
4 104 mol kg1
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4
2
② Maxwell 速率分然)速率 ( most probable speed )
p
v
2 RT vp M
速率分布和温度T及分子质量m的关系
v
v
气体分子速率的实验测定– 分子束技术
③ 几种气体速率的表达式 平均速率(average speed):
HCl
NH4Cl HCl + NH3 = NH4Cl
NH3
Graham’s Law of effusion ( 1831)
在一定的温度、压力下，不同气体的扩散 速率与其摩尔质量的平方根成反比。
vA vB
MB MA
实验还发现：对于指定的气体，其扩散速率与 温度的平方根成正比
T1 vT2 T2
在任何温度、任何压力下都遵守上述状态 方程式的气体称为理想气体 在自然界中并不存在理想气体，它是一种 科学的抽象，是实际气体 p → 0 的一种极限情 况。
理想气体的微观模型：
气体分子之间相距无限远，气体分子可 看作相互之间没有任何作用力的、没有体积 的质点。
R 的求取---- 外推法
pV lim R p 0 nT
(2) 气体的压力
假定有N个质量为m的气体 分子在边长为l的立方容器 中运动，其中N1个分子速 率为v1，N2 个分子速率为 v2，…上下、左右、前后 运的分子数目各占1/3。 当左右运动的速率为v1的 分子与左器壁碰撞时，动 量变化为2m v1,连续两次与左壁碰撞的时间间隔为 Δt=2l / v1,由于碰撞而产生的作用力为
在理想气体混合物中，某组分气体的分 压即为该气体在混合物所处的温度下单独占 有混合物总体积时所具有的压力。 A(g) + B (g) T ,V, p
P : total pressure of mixture
A(g) T , V , pA
pA : partial pressure of gas A in the mixture
vT1
应用：铀同位素的分离（气体扩散法） 天然铀矿中，238U含量占99.275%。 分离时，首先将U变为气态
U UF6(g)
气体通过多层孔板 V(235UF6)/v(238UF6) = 1.004
6、理想气体分子运动论 ( Kinetic Molecular Theory of gases ) (1) 气体分子运动论的基本假设： ①气体由连续不断地作无规则运动的分子组成 ② 气体分子相距无限远，以至于分子可看作 是没有体积的质点，分子之间没有任何引力 作用。 ③气体分子的碰撞是弹性碰撞，即碰撞前后 总动量保持不变。
在低压下，实验 pV/nT 测得一定量的气 体在某给定温度 和不同压力下的 R 一组V值，用 pV/nT的值对P作 图并外推到P = 0， 所得截距即R值
p
理想气体状态方程式的其它形式：
pVm RT
m pV RT M
Vm= V/n : 气体的摩尔体积 ( Molar volume of gas ) ( m3 · mol-1 )
dN f (E) NdE
1 3 2 E RT 12 f (E) ( ) e E kT
2
③ 气体的压力随高度的分布
ph p0 e
Mgh
RT
ph 、p0 ： 分别为 在高度为 h处和海平面的大 气压力 g ：重力加速度
h
3.2 实际气体 ( Real Gases )
1、实际气体性质和理想气体的偏离 (Deviation of real gas from ideal behavior)
N1v1 N 2v2 ua N
u v
2
8RT M
根均方速率(root-mean-square speed)：
3RT M
最可几速率(most probable speed):
up 2 RT M
三者关系： up : ua : u : = 1 : 1.128 : 1.224
化学原理
Chemical Principles
（6)
第三章 Chapter
气体 物质的 聚集状态
液体 固体 等离子体
气体 Gases
超高密度态
3.1 理想气体 ( Ideal gases)
1、低压气体的几个经验定律 Boyle’s Law (1662)
在一定的温度下， 对一定量的气体
p1 V2 p2 V1
2
3、其它的实际气体状态方程式
R – K 方程
a [p ](Vm b) RT 1/ 2 (Vm b)VmT
Virial 方程
pVm B2 B 1 2 RT Vm Vm pVm 1 B2 ' p B3 ' p 2 RT
B、B’ ： virial 系数 （与分子间作用力有关）
气体混合物的总压等于各气体分压之和
p总 p1 p2 p3 pi
i
n A RT pA V
nB RT pB V (n A nB ) RT p A pB 总 V p A nA xA p总 n总
p
xA : 在气体混合物中，组分A的摩尔分数 定义： 在气体混合物中，气体 A的分压为：
V : total volume of mixture
VA : Partial volume of gas A in the mixture
气体混合物的总体积等于各组分的分体 积之和。
V总＝Vi
i
Vi xi V总
定义：
Vi V总 xi
此定义同样适合于实际气体混合物
5、气体的扩散 ( Diffusion of gas )
dN f (v) Ndv
f(v) : 速率分布函数( Speed distribution function) 是一个与温度T和速率v有关的函数
dN f (v ) dv N
f(v)dv : 分布在速率v附近单位速率间隔内的分 子数占总分子数的比例
Maxwell 速率分布函数
m 32 f (v) ( ) e 2kT
复习：第二章 阅读：5.2 , 5.3, 5.6 , 5.7 作业：2.4, , 2.13 , 2.17 , 2.22 , 2.24 [Chemistry] 5.62 预习：第三章
(2) 气体分子的能量分布 ( Energy distribution of gas molecules)
① 气体分子的动能
1 2 3 Ek mv kT 2 2
对 1mol气体： 1 3 2 Ek M v RT 2 2
② Boltzmann能量分布函数及曲线
dNE f ( E) NdE
pi p总 xi
此定义不仅适用于理想气体混合物，也适用于实际 气体混合物
分压定律的应用
4. Amagat 分体积定律 ( Amagat’s Law of partial Volume ) 在理想气体混合物中，混合气中某组分的 分体积等于该组分气体在混合气所处的温度和 压力下单独存在时所占有的体积 A(g) + B(g) T, p, V A(g) T, p, VA
2m v1 m v12 f t l
左右运动的1/3 N个分子碰撞产生的总的力为
m 2 f ( N1v12 N 2 v2 ) l
令：
2 N1v12 N 2 v2 v 1 N 3 2
2 m 1 f Nv l 3
f 1 m Nv p A 3 V
2
(2) 气体分子运动速率分布 ① Maxwell 速率分布函数 假设容器中有N个分子，速率在v～v+dv 范围内的分子数为dN
pV nRT
p : 气体的压力 ( Pressure ) ( Pa , 1 Pa = 1N / m2 ) V : 气体的体积 ( Volume ) ( m3 ) T : 气体的热力学温度 ( Temperature ) ( K , T/K = t/oC + 273.15) n : 气体的物质的量 ( Amount of substance of gas ) ( mol ) R : 摩尔气体常数 (molar gas constant ) ( R = 8.314 J· mol-1· K-1 )
pVm/RT 压缩因子： (compression Factor) Z = pVm/RT
p
2、van der Waals 方程
van der Waals equation
na ( p 2 )(V nb) nRT V
a ( p 2 )(Vm b) RT Vm
a、b : van der Waals 常数 a/Vm2 : 气体的内聚力（对气体分子间引 力的校正） b：对分子自身体积的校正 a、b的值均由实验测定
m : 气体的质量 ( mass of gas ) ( kg ) M : 气体的摩尔质量 ( Molar mass of gas ) ( kg · mol-1 )
pM RT
ρ= m/V : 气体的密度 ( Density of gas ) ( kg· m-3)
3. 理想气体混合物的分压 ( Partial pressure of a gas in a ideal mixture) (1) Dalton 分压定律 (1807 ) ( Dalton’s Law of Partial Pressure )
t Vt V0 (1 ) 273 .15
Charles – Gay-Lussac’s Law (1802 ) 在一定的压力下， 对一定量的气体
V1 T1 V2 T2
Avogadro’s Law (1811)
在相同的温度和压力下，相同体积的不同 气体含有相同数量的分子
2、理想气体状态方程 ( State equation of ideal gas )