大学化学第一章1
大学化学第一章1讲解
解：（1）△U系统＝（-60）＋（-40）＝-100kJ （2）△U系统＝（-40）＋（+60）＝+20kJ （3）△U系统＝（+60）＋（+40）＝100kJ （4）△U系统＝（+40）＋（-60）＝-20kJ
化学反应的反应热 化学反应系统与环境进行能量交换的 主要形式是热，称反应热或热效应。
化学反应动力学 现实性—速率 计算任意反应的∆U、∆H、∆S 、∆G和速率v。
为了便于讨论，我们先介绍以下几 个基本概念： 包括： 系统、 环境、 相、
质量守恒、 能量守恒、 状态 和 状态函数、 热和功
热力学基本概念
◆系统和环境 (system and surroundings) 系统： 作为研究对象的那一
∴ QP =△U +P△V
QP = △U +P△V
上式可化为： QP=（U2-U1）+ P（V2-V1）
即： QP=（U2+P2V2）-（U1+P1V1）
此时，令： H = U +PV 称：焓
则： QP =H2-H1=ΔH
意义：
焓：
符号：H ； H 是状态函数；
无绝对数值；
其值与n 成正比；
单位： kJ。 根据 Q 符号的规定，有：
• 也说明ΔU ，ΔH 可以通过量热实验进行直接测定。
注意下列各组状态函数表示的意义：
1.U , H 当泛指一个过程时状态函数改变量的
表示法
2.rU , r H
指明某一反应而没有指明反应进度即 不做严格的定量计算时，两个状态函
数改变量的表示法
3.rU m , r H m 表示某反应按所给定反应方程式进
大学化学第一章
第一章 习题选解3. 20℃时某地空气中水的实际蒸汽压为1.001KPa 。
此时的相对湿度是多少？若温度降低到10℃，相对湿度又如何变化？解：设水蒸气服从PV=nRT ，其他因素不变时，P 正比于绝对温度T ，故10℃时：P H2O 实际＝ 1.001×2.2932.283＝0.9669（KPa ） 查表1-1（P10）知，P H2O ，饱和是2.339 KPa （20℃）和1.228 KPa （10℃） 按相对湿度＝饱和实际，O H O H P P 22,计算，此地空气的相对湿度分别是42.80%（20℃）和78.74%（10℃），温度降低至10℃，其值增大为20℃值的80.4274.78=1.840（倍） 4. 比较并简述原因（1）不同浓度蔗糖溶液的凝固点高低；解：b/mol·Kg -1 0.1 0.2 0.5/b K t f f ⋅=∆℃ 小 大 更大/0f f t t ∆-=℃ 高 低 更低（2）同浓度不同溶质水溶液的凝固点高低；解：溶质 微粒b/mol·kg -1 /f t ∆℃ /f t ℃C 6H 12O 6 0.1 小 高NaCl=Na ++Cl - 0.2 大 低Na 2SO 4=2Na ++SO 42- 0.3 更大 更低（3）不同浓度Na 2SO 4溶液的渗透压高低。
解：Na 2SO 4⎩⎨⎧∙≈⋅-KPa RT b p kg m ol b //1渗低1.0 高2.0 更高5.05. 比较并说明理由：解：（1） BaCl 2 FeCl 2 AlCl 3 CCl 4 晶体类型 离子 过渡型（偏离子） 过渡型（偏分子） 分子熔 点 由高到低（2） SiO 2 BaO CO 2 晶体类型 原子 离子 分子硬 度 由大到小（3） MgO CaO CaF 2 CaCl 2离子键强度 由强到弱熔 点 由高到低（4） SiC SiBr 4 SiF 4 晶体类型 原子 分子 分子结合力 共价键 色散力较强 色散力，较弱熔 点 由高到低（5） 液态HF 、HCl 、HBr 、HI 靠分子间力（主要是色散力）凝聚，从左到右因分子体积增大，色散力增强，故沸点升高。
大学化学1溶液和胶体
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溶液的通性 — 溶液的沸点上升的原因
3．溶液的沸点上升（boiling point）
液体的沸点 ( boiling point ) 当P 液 = P 外，液体沸腾时的温度。
正常沸点：当P外=P标时的液体的沸点。
溶液的沸点升高
是溶液蒸气压下降的直接结果
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溶液的通性 — 溶液的沸点上升的数值
p溶液= p*-⊿p = 2.338kPa - 0.021kPa = 2.317kPa
溶液的通性 — 凝固点下降
2．液体的凝固点降低（freezing point）
凝固点：某物质的液相蒸汽压与固相蒸汽压相等时 的温度。用Tf表示 或在一定外压下，物质固、液两相平衡共存时的温 度。
如 ：H2O(l) 273K,101.3kPa H2O(s)
该温度下的饱和蒸汽压，简称蒸汽压。
加入一种难挥发的非电解质
束缚一部分高能水分子
P↓
占据了一部分水的表面
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溶液的通性 — Raoult定律
在一定温度下，难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压
(P)等于纯溶剂的蒸气压（PA*）乘以溶液中溶剂的 摩尔分数（xA ）。
p
p* A
xA
xA
nA nA nB
1.蒸气压下降 2.凝固点降低 3.沸点升高 4.渗透压力
p
p* A
xB
ΔTf＝kf • bB
ΔTb =kb• bB
= CBRT
的数值与溶液中质点 的个数成正比
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第 4 章 酸碱解离平衡和沉淀溶解平衡
4.1 电解质溶液 4.2 酸碱理论 4.3 弱电解质的解离平衡 4.4 缓冲溶液 4.5 沉淀溶解平衡
大学化学课后习题答案
第一章化学反应热教学内容1．系统、环境等基本概念； 2. 热力学第一定律； 3. 化学反应的热效应。
教学要求掌握系统、环境、功、热（恒容反应热和恒压反应热）、状态函数、标准态、标准生成焓、反应进度等概念；熟悉热力学第一定律；掌握化学反应标准焓变的计算方法。
知识点与考核点1．系统（体系）被划定的研究对象。
化学反应系统是由大量微观粒子（分子、原子和离子等）组成的宏观集合体。
2．环境（外界）系统以外与之密切相关的部分。
系统和环境的划分具有一定的人为性，划分的原则是使研究问题比较方便。
系统又可以分为敞开系统（系统与环境之间既有物质交换，又有能量交换）；封闭体系（系统与环境之间没有．．能量交换）；．．物质交换，只有孤立系统（体系与环境之间没有物质交换，也没有能量交换）系统与环境之间具有边界，这一边界可以是实际的相界面，也可以是人为的边界，目的是确定研究对象的空间范围。
3．相系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分。
在同一个系统中，同一个相可以是连续的，也可以是不连续的。
例如油水混合物中，有时水是连续相，有时油是连续相。
4．状态函数状态是系统宏观性质（T、p、V、U等）的综合表现，系统的状态是通过这些宏观性质描述的，这些宏观性质又称为系统的状态函数。
状态函数的特点：①状态函数之间往往相互制约（例如理想气体状态方程式中p、V、n、T之间互为函数关系）；②其变化量只与系统的始、末态有关，与变化的途径无关。
5*．过程系统状态的变化（例如：等容过程、等压过程、等温可逆过程等）6*．途径完成某过程的路径。
若系统的始、末态相同，而途径不同时，状态函数的变量是相同的。
7*．容量性质这种性质的数值与系统中的物质的量成正比，具有加合性，例如m（质量）V、U、G等。
8*．强度性质这种性质的数值与系统中的物质的量无关，不具有加合性，例如T、 （密度）、p（压强）等。
9．功（W）温差以外的强度性质引起的能量交换形式[Ｗ＝Ｗ体+Ｗ有]。
大学化学01第一章 气体和溶液
第一章 气体和溶液学习要求1. 了解分散系的分类及主要特征。
2. 掌握理想气体状态方程和气体分压定律。
3. 掌握稀溶液的通性及其应用。
4. 掌握胶体的基本概念、结构及其性质等。
5. 了解高分子溶液、乳状液的基本概念和特征。
1.1 气体1.1.1 理想气体状态方程气体是物质存在的一种形态，没有固定的形状和体积，能自发地充满任何容器。
气体的基本特征是它的扩散性和可压缩性。
一定温度下的气体常用其压力或体积进行计量。
在压力不太高(小于101.325 kPa)、温度不太低(大于0 ℃)的情况下，气体分子本身的体积和分子之间的作用力可以忽略，气体的体积、压力和温度之间具有以下关系式：V=RT p n (1-1)式中p 为气体的压力，SI 单位为 Pa ；V 为气体的体积，SI 单位为m 3；n 为物质的量，SI 单位为mol ；T 为气体的热力学温度，SI 单位为K ；R 为摩尔气体常数。
式(1-1)称为理想气体状态方程。
在标准状况(p = 101.325 Pa ，T = 273.15 K)下，1 mol 气体的体积为 22.414 m 3，代入式(1-1)可以确定R 的数值及单位：333V 101.32510 Pa 22.41410 m R T1 mol 27315 Kp n .-⨯⨯⨯==⨯3118.314 Pa m mol K --=⋅⋅⋅11= 8.314 J mol K --⋅⋅ (31 Pa m = 1 J ⋅)例1-1 某氮气钢瓶容积为40.0 L ，25 ℃时，压力为250 kPa ，计算钢瓶中氮气的质量。
解：根据式(1-1)333311V 25010Pa 4010m RT8.314Pa m mol K 298.15Kp n ---⨯⨯⨯==⋅⋅⋅⨯4.0mol =N 2的摩尔质量为28.0 g · mol -1，钢瓶中N 2的质量为：4.0 mol × 28.0 g · mol -1 = 112 g 。
大学化学(上)基础化学 (1)
——基础化学
University Chemistry（A）
——Foundational Chemistry
基础化学
基础化学
第1章
绪论
Introduction
基础化学
第1章 绪论
1.1 化学及其特征、形成和作用 1.2 化学与医学的关系 1.3 基础化学课程简介
基础化学
1.1 化学及其特征、形定义 化学是在原子和分子层次上研究
物质的组成、结构、性质及其变化规 律的科学 。
基础化学
化学的研究对象 是物质，是具有静止质量的实物。 场：没有静止质量，不是化学的主要研究对象 。
实物(substance) ：
场(field) ： 基础化学
星球
汽车
基础化学
分析化学
是测量和表征物质的组成（成分与含量） 和结构的学科
基础化学
物理化学
是运用物理学和数学的原理和方法研 究所有物质系统的化学行为的基本规 律的学科
基础化学
思考题
随着化学与信息、生命、材料、环境、能源、 地球、空间和核科学等朝阳科学的相互联系、 交叉和渗透，化学学科必将形成了更多的边 缘分支学科，这种说法，对吗？
分子
无线电波（电磁场）
光子
化学研究的具体对象
原子、分子、结构单元 高分子、生物大分子、超分子 分子、原子的维数、尺度 分子、原子的不同聚集态和组装态 分离和分析 结构和构象 粒度和形貌 物理和化学性质 生理和生物活性
基础化学
C60分子分别吸附在STM针 尖上和生长于金表面的硫 醇单分子层自组装膜上构
成的双隧道节示意图
化学的主要分支
无机化学 有机化学 物理化学（含结构化学） 分析化学
大学化学-第1章-物质结构基础
Y22p y
第 章 物质结构基础
1
1.1 原子结构
第 章 物质结构基础
1
1.2 化学键与分子结构
1.1.2 多电子原子结构
Linus Carl Pauling USA California Institute of Technology (Caltech) Pasadena, CA, USA b.1901.2.18 d.1994.
该电子在 s 亚层(l = 0)上，
运动区域为球形；
基态氢原子 该电子处于1s 轨道上，
空间有一种取向(m=0) ；
该 1s 电子能量最低，
运动区域离核很近。
第 章 物质结构基础
1
1.1 原子结构
(4) 自旋量子数 ms 取值： ，常用“ ”和“ ”表示。
意义： 描述电子绕轴自由旋转的状态。
电子自旋状态
第 章 物质结构基础
1
1.1 原子结构
(2) 角量子数 l
取值
球 哑复复 形 铃 杂 杂 …… 形形形
, 共 n 个值。 符号: s p d f g h 等 (电子亚层)。
意义：
①表示原子轨道的形状。 ②决定电子绕核运动的轨道角动量。
③表示电子层中分为若干个电子亚层(也称能级)。
④多电子原子中，电子的能量取决于 n 、l。
1
1.1 原子结构
SchrÖdinger方程
——量子力学中描述电子运动规律的基本方程
m：电子的质量 V: 电子的势能 E: 电子的能量 x,y,z: 空间坐标
: 波函数(原子轨道)，描述原子 核外电子运动状态的函数。
Erwin Schrö dinger (1887-1961) 奥地利物理学家 诺贝尔物理学奖(1933年)
大学化学课件第一章
思考
1. 101.325 kPa，273.15 K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)并且达到平 衡的系统中有多少相？
二、状态与状态函数 (state function )
1. 状态是体系内一切性质的总和。
例1.1 在容积为10.0 L的真空钢瓶内，充入氯气， 当温度为288 K时，测得瓶内气体的压强为 1.01×107 Pa。 试计算钢瓶内氯气的质量，以千克表示。
解：由pV=nRT， 推出 m MpV RT
m 71.0103 1.01107 10.0 103 8.314 288
单相体系：均匀体系，只有一个相的体系。 多相体系：不均匀系，有两相或两相以上的体系。 相变：同一物质的气相、液相、固相间的相互转
化，叫做相变。固态物质不同晶形间的转 化也属相变。
TiO2/MgTiO3 界面结构
高分辨透射电子显微镜(HRTEM) High-resolution Transmission Electron Microscope
1. 理想气体 为了研究的方便，假设有一种气体：
只有位置不占有体积，是一个具有质量的几何点。 分子之间没有相互作用力， 分子间及分子与器壁间的碰撞不造成动能损失。 这种气体称之为理想气体。
说明
1) 理想气体只是一种人为的气体模型， 实际中它是不存在的。
2) 研究结果表明: 在温度不太低，压力不太高（高温、低压）条件下， 气体分子间的距离相当大， 气体分子自身体积与气体体积相比可以忽略， 分子间的作用力也显得微不足道， 可以近似认为是理想气体。 高温、低压： 温度高于0 oC， 压强低于1 atm。
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若将此定律用于热力学系统中，称为热力学第一定律。
通常表示为：
ΔU=Q+W
在任何过程中，系统热力学能（U）的增加等于
系统从环境吸收的热（Q）与环境对系统所做的功
（W）之和。
状态与状态函数
状态 是指用来描述系统的所有宏观性质的综 合表现。 状态函数: 在热力学中，把用于确定系统状态的物理量（宏观性）。如：状态函数分类：
广度性质：(extensive property) 广度性质的量值与系统中物质的 量成正比，在系统内具有加和性。 如：m、n、V、U、H、S、G 等。
强度性质：（intensive property） 强度性质的量值与系统中物质的 量无关，不具有加和性. 如：T、P ，摩尔体积，密度等
2、状态函数的变化值只取决于系统的始态 和终 态，与变化的具体途径无关。只要系统恢复原状， 状态函数恢复原值。
若： 系统的始态和终态确定，各状态函数的变 化值确定
T1 V1 始态 P1 → T2 V2 P2 ΔT = T2-T1
终态
ΔV = V2-V1
ΔP = P2-P1
概括：状态函数有特征，状态一定值一定， 殊途同归变化等，周而复始变化零。
2.热力学能 即内能—系统内部能量的总和。
符号：U 单位：kJ 或 J U 是状态函数；
无法确定绝对数值；
其值与n 成正比。
* 热 热力学中将能量交换形式分为热和功。 热是系统与环境因温度不同而传递的 能量。
符号：Q ，
单位：kJ； Q 不是状态函数； 系统吸热：Q > 0 ； 系统放热：Q < 0
可写为： 0 = -N2 -3H2 +2NH3
即： 对于一般的反应：
N2 +3H2 == 2NH3 aA+bB == gG+dD
其化学反应计量方程为：
0=BBB 其中B的符a、b为负值；g、d为正值
化学反应的能量转化与守恒定律
“在任何过程中，能量既不能创造，也不能消灭， 只能从 一种形式转化为另一种形式。在转化过程中，能量的总值不变”
化学反应中的质量守恒和能量守恒
化学反应中的质量守恒定律
“在化学反应中，质量既不能创造， 也 不能毁灭。 只能由一种形式转变为另一
种形式。”（物质不灭定律）
通常用化学反应计量方程式表示反应物 与生成物之间的原子数目和质量的平衡关系， 通式为： 0= B B B B称化学计量数。
以合成氨反应为例：N2 +3H2 = 2NH3
第一章
化学反应基本规律
许多反应我们可以看得到，如： Pb(NO3)2 + 2KI
= PbI2 + 2KNO3
有的反应难以看得到： Pb2+ + EDTA = Pb-EDTA
（乙二胺四乙酸根）
有的反应式可以写出来，却不知到能 否发生？ Al2O3 + 3CO = 2Al + 3CO2 CO + 2NO = CO2 + N2 这就需要了解化学反应的基本规律, 其中最重要的是化学热力学。
可行性、方向性及 反应进行的程度 现实性—速率
计算任意反应的∆U、∆H、∆S 、∆G和速率v。
为了便于讨论，我们先介绍以下几
个基本概念： 包括： 系统、 环境、 相、 质量守恒、 能量守恒、
状态 和 状态函数、
热和功
热力学基本概念
◆系统和环境
(system and surroundings)
系统： 作为研究对象的那一 部分物质； 环境：系统之外，与系统密 切联系的其它物质。
Zn(s) + 2HCl = ZnCl2 + H2
系统特点：
a) 是宏观的； b) 系统要占有空间； c) 系统是多种多样的，可以是气、液
、固及多个 相 的系统。
环境特点：
a) 系统与环境之间有确切的界面；
b) 这种界面可以是真实的，也可以是虚构的； c) 系统与环境的划分不是固定不变的。
化学反应一般将反应物和产物作为研究系统。
本章主要研究和解决的中心问题：
• 反应过程中能量变化的问题
化 学 热 力 学
• 反应的可行性及进行方向的问题
• 反应进行的程度 (化学平衡)问题 • 研究反应的现实性问题 —— 化学动力学
化学热力学——应用热力学的基本原理 和方法研究化学反应的科学。 研究对象 — 宏观的、大量质点的集合体 优点：
◆ 只考虑研究对象的始态和终态,
不涉及物质的微观结构和反应原理。
◆ 不考虑时间因素.
局限性：
不能解释变化发生的原因；
只能处理平衡状态；
不能解决过程的速率问题。
化学热力学有三个定律，我们重点讨论
第一、第二定律。
本章知识框架：
基本概念 热力学第一定律
能量转化
热力学第二定律 第三定律 化学反应动力学
三种热力学系统：
敞开系统 open system 封闭系统 closed system 孤立系统 isolated system
能量 物质
能量
能量
×
物质 ×
物质 ×
热力学上研究最多的是封闭系统。
◆ 相： 系统中任何物理和化学性质完全相
同的部分。 相与相之间有明确的界面。 例如：
H2O
注意：
CCl4
(1) 一相不一定是一种物质. 例如，气体混合物。 系统只有一相，称为单相系统或均匀系统。 盐水溶液？
(2) 要注意“相”和“态”（聚集态）的区别
含两个相或多于两个相的系统称为 多相系统或不均匀系统。
(3) 同一物质可因聚集态不同而组成多相系统。
练习： 由相的概念可知，由液态物质组成的系统为单相系统（）
*功
系统与环境交换能量的另一种形式—功 ★功分为：体积功 W (W= - PΔ V )； 非体积功 W′。 ★单位：kJ。 ★ W 不是状态函数； ★系统对环境作功: W <0；
★环境对系统作功: W >0。
W和 Q不是体系所储存的能量， 有变化过程, 才有能量，是过程量。
可逆过程 ③
p始=4.0kPa V始=1.00L T=298K I p终=1.0kPa V终=4.00L T=298K II
T、V、P、n、 H、U、S、G 等.
例如,研究的系统为一理想气体，其 n=1mol, P=100kPa, V=22.4l, T=273K, 则该系统处于一种状态— —标准状态。其中n,p,V,T均为状态函数
状态函数主要性质（或特征）： 1.状态一定时，状态函数有确定值， 反之亦然。
系统的一个状态函数或几个状态函数发生 了 改变，则系统的 状态就发生改变。 始态和终态：变化前状态为始态，变化后的状态为终态。