第1章正式版

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化学发展简史： 恩格斯说过：“科学的发生和发展过程，归根 到底是由生产所决定的。”化学也正像其他科学一 样，是人类实践活动的产物。
1、古代化学 实用和自然哲学时期（—公元前后） 在以石器进行狩猎的原始社会中，人类第一个 化学上的发明就是火，火大概发明在公远前50万年。
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在这个时期，人类从炼铁、制造有色玻璃、鞣 制皮革、从植物中提取药物、染料、香料、制造陶 器等。 像我国在公元前2500-2000年时期的炼青铜 【合金，是用孔雀石和木炭来冶炼的，所含铜、锡、 铅比例为（79-96）: （20-2）： （0-2.5）】、两 汉时期发明的造纸术。 炼金术、炼丹时期（公元前后—公元1500年） 那时所谓的丹，就是今日之Pb3O4和HgS 医化学时期（公元1500—1700年）
一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系， 通式为：
0

B
B
B
（1）B 称为物质B 的化学计量数。符号规定： 反应物： B为负；产物：B为正。 例1.1 应用化学反应通式形式表示下列合成氨的化学反应计 量方程式： N2 + 3H2 =2NH3 解：用化学反应通式表示为： 0= - N2 - 3H2 + 2NH3
化学热力学、化学动力学、物质结构理论。
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第一章 热化学与能源
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1 .1 反应热的测量 1.1.1 几个基本概念 一、系统与相 1、系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。 2、环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和 空间。 例如：在烧杯中加入稀H2SO4 和几粒Zn粒，如把 H2SO4+Zn粒当成研究对象，则H2SO4+Zn粒就是体 系，而烧杯等就是环境；如把烧杯和H2SO4+Zn粒当 成体系，则周围的空气等就是环境。
指系统经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后， 如果通过逆过程能使系统和环境都完全复原，这 样的过程称为热力学可逆过程。它是在一系列无
限接近平衡条件下进行的过程。
实际过程都是不可逆过程。可逆过程是一个理想过程， 实际过程只能无限接近它 反应速率无限缓慢 系统做最大功，环境消耗最小功
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五、化学计量数和反应进度
普通化学
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从20世纪遗留下来的5大全球性难题来看，可以 看出学习化学的重要性。五大难题是： 1.人口问题——计划生育与人体保健； 2.资源问题——资源保护与充分利用； 3.能源问题——能源开发与节能； 4.粮食问题——开发新品种，增加产量； 5.环境问题——净化、美化、优化环境。 仔细思考这五大难题，就会发现都与化学有关。
（5 0） (12 .5 20 ) (7.5 10 ) mol mol mol 5mol 1 1 3 2 2
应用反应进度时，即使同一化学反应，因化学反应方程式写 法不同而导致 数值不同。 对同一反应方程式，不论选用哪种物质表示 均是相 同的。 当反应按所给化学式的系数比例进行一个单位的化学反应 时即 nB/ 1mol= B ， = 1mol．我们就说 进行了1mol的化学反应或简称摩尔反应。
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1. 化学的定义与分支学科 定义: (化学是研究物质变化的科学) 化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结 构、性质及其变化规律和变化过程中能量关系的学科。
化学的分支学科： 无机化学 有机化学 分析化学 物理化学 高分子化学 若干新分支：环境化学、核化学等等
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2. 化学的地位和作用
（2）化学和物理变化进行的方向和限度。
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化学热力学的研究特点： （1）、研究结论具有统计意义，不适用于个别原 子、分子。 （2）、计算结果只与研究对象的始态和终态有关， 而与其变化途径无关。 （3）、不涉及速率问题，只解决了一定条件下反 应的可行性问题，而对反应的现实性不作讨论。 近代化学的三大基础理论：
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1.1.2 反应热的测量
反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量。热化学 规定：系统放热为负，系统吸热为正。
摩尔反应热指当反应进度为 1mol时系统放出或吸收的热 量。 恒容反应热可在弹式量热计中 精确地测量。测量反应热是热 化学的重要研究内容。
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例： 将0.500gN2H4(l)在弹式热量计中完全燃烧,已知 C(H2O) = 4.18 J〃g-1 〃K-1 Cb（钢弹组件在实验温度时的总热容）= 848 J〃K-1 m(H2O)=1210 g T=（294.82-293.15 ）K 计算下列反应的热效应。 N2H4(l)+O2 (g) =N2(g)+2H2O (l) 解：燃烧0.5g联氨放热为 q [q(H 2 O) qb ] [c(H 2 O) m(H 2 O)T cb T ] (4.18 1210 848) (294.82 293.18)J 9690J 9.69kJ
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（3）孤立系统（isolated system） 系统与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又 称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环境 一起作为孤立系统来考虑。
二、相的定义（phase） 系统中具有相同的物理性质和化学性质的均匀部分 称为相。根据相的概念，系统可分为： 单相（均匀）系统 多相（不均匀）系统
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四、过程与可逆过程
系统状态发生任何的变化称为过程。
实现一个过程的具体步骤称为途径。
恒温，抗恒外压1atm
始态 273K,10atm
恒 温 抗 恒 外 压
273K,1atm 终态
恒 温 抗 恒 外 压
5atm
恒温抗恒外压2atm
1atm
273K,5atm
273K,2atm
途径Ⅱ
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热力学可逆过程：
qV, m 620kJ mol 1 N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l)； q p,m 570kJ mol 1 2H2(g)+O2(g)=2H2O (l)；
若不注明T, p, 皆指在T=298.15 K，p=100kPa下。
(0 0.5)g / 32.0g mol 1 /( 1) 0.0156mol
反应热与反应进度之比等于摩尔反应热qm。 qm=q/ 单位：J mol-1

qV, m q / 9.69kJ / 0.0156mol 621.2kJ mol 1
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热化学方程式 表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。其 标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之 间用分号或逗号隔开。例如：
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（2）反应进度 20世纪初比利时的Dekonder引进反应进度 的定义为：
d
nB
dnB
B
nB 为物质B的物质的量，dnB表示微小的变化量。或定义

B

nB ( ) nB (0)
B
反应进度的单位是摩尔（mol）。
思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？
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例题 当10molN2和20molH2混合通过合成塔，经多次 循环反应，最后有5molNH3生成。试分别以如下两个 方程式为基础，计算反应进度 。 (a) N2+3H2=2NH3 (b)1/2 N2 + 3/2 H2 = NH3 N2 + H2 = 20mol 12.5mol NH3 0mol 5mol
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1 .1
反应热的测量
3、根据系统与环境之间有无物质与能量的交换，把系 统分为三类： （1）敞开系统（open system）：系统与环境之间 既有物质交换，又有能量交换。
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（2）封闭系统（closed system）
系统与环境之间无物质交换，但有能量交换。
注意！在研究化学反应时，不加特殊说明，都 是按封闭体系处理。
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以炼金术改革者而出现的有巴拉塞尔斯和阿格 利柯拉。巴拉塞尔斯写道：“化学的目的并不是为 了制造金子和银子，而是为了制造药剂”。阿格利 柯拉则总结了那时的采矿和冶金技术，著成一本巨 著《论金属》。 我国明代的李时珍，不仅是一名医学家、医生， 还是一名化学家，他的巨著《本草纲目》书中列有 药材、矿物1000多种并附有制备方法、性质介绍。 明代的宋应星也像阿格利柯拉一样，总结了我国的 工业技术，著有《天工开物》一书。
相与相之间有明确的界面。
1、气体，系统内不论有多少种气体混合，只有一个 气相。 2、液体，按其互溶程度可以组成一相、两相或三 相共存。
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3、固体，如果系统中不同种固体达到了分子程度 的均匀混合，就形成了固溶体，一种固溶体就是一 个相；否则系统中含有多少种固体物质，就有多少 个固相。
思考：1) 101.325kPa，273.15K下，H2O(l), H2O(g)和H2O(s) 同时共存时系统中的相数为多少。 2) CaCO3(s)分解为CaO (s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相 数。
答： 1）在此条件下，存在3相（气、液、固各一相； 2）3相（气体1相，固体2相）
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三、状态与状态函数 1、状态：系统的状态就是系统宏观性质（例如压力、 温度、体积、能量、密度、组成等）的综合表现。或 者说系统的宏观性质的总合确定了系统的状态。
当一个系统的状态确定后，各种宏观性质都处于确 定的数值。状态变化时，系统的宏观性质也必然发 生部分或全部变化。 2、状态函数：描述系统状态的物理量。 例如：系统的质量、组成、温度、压力、体积等。
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学习内容: 理论化学：化学热力学、化学动力学、物质结 构基础。
应用化学： 化合物知识；化学在相关学科中的 应用。
实验化学：基本操作、仪器使用、数据测定、 性质或理论验证及设计性实验等。
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热力学：是研究自然界中各种形式的能量之间相互 转化的规律，以及能量转化对物质的影响的科学。 化学热力学：是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。 化学热力学研究的主要内容： （1）化学和物理变化中的能量转换问题。