大学化学第一章
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
大学有机化学-各章重点
H3C H
CH3 H
H3C H
H CH3
顺-2-丁烯 反-2-丁烯 两个相同原子或基团处于双键同侧者为顺式， 处于异侧者为反式。 顺反异构产生的条件： (1) 结构中存在限制旋转的因素（π 键或环） 。 (2) 双键碳上分别连有不同基团
a
即在
b
中当 a ≠ d，b ≠ c 时存在几何异构。当双键的两个碳上若没有相同原子或
第二章 烷烃
2.1 基本要求
1. 2. 3. 4. 掌握烷烃碳原子的杂化状态及分子结构特点。 掌握烷烃的系统命名法和普通命名法。 掌握烷烃构象的概念及构象的写法。 掌握烷烃的卤代反应及其自由基反应的机理。
2.2 基本内容
1. 命名 烷烃的命名常用的有普通命名法和系统命名法两种方法。 (1)普通命名法 简单的烷烃根据碳原子的总数称为某烷 C1~C10 用甲、乙、丙……壬癸表示，从 C11 开始 用中文大写数字表示。 不含支链的称 “正” 某烷， 链的一端第二个碳上有一个甲基并再无其它取代基的称为 “异” 某烷，有二个甲基并再无其它取代基的称为“新”某烷。 （2）系统命名法 系统命名法的基本点是确定主链和取代基的位次，描述一个烷烃结构实际上就是描写主 链（母体）和取代基的具体情况。 2. 烷烃的分子结构 (1) 碳原子的 sp3 杂化和 σ 键的特点 由一个 s 轨道和三个 p 轨道“混合” ，并“重新组合”形成四个相同的新轨道的杂化方 3 3 式称 sp 杂化。饱和烃中碳原子均为 sp 杂化，饱和烃中所有的键均为 σ 键，因为饱和碳上 形成的键都是沿着轨道对称轴方向相互重叠而形成，这是 σ 键的特征。 (2) 碳链异构和碳氢类型 分子式相同，分子中碳原子连接顺序不同而产生的异构称碳链异构。在各种不同结构的 碳链中，由于碳原子所处的地位不同可以分为伯(一级 1º)、仲(二级 2º)、叔(三级 3º)、季(四 级 4º)四种类型。 (3) 烷烃的构象异构 烷烃分子中各原子均以单键(σ 键)相连。从乙烷开始，由于 C-C σ 键的自由旋转，使分 子中的原子或基团在空间上存在不同的排列方式， 称为烷烃的构象。 乙烷有交叉式和重叠式 两种极端构象式。 由于交叉式构象中两个碳原子上的氢原子距离较远， 斥力较小， 内能最低， 称为优势构象式。 分子的热运动提供的能量足可以使不同构象间以极快的速度转化， 所以在 室温下不能分离构象异构体。 (4) 化学性质 烷烃的化学性质较稳定，但在光照或高温加热下可以发生卤代反应。卤代反应是共价键 的均裂产生自由基引起的，所以属于自由基取代反应历程。以外，在一定条件下，烷烃还能 发生氧化与燃烧、热裂等反应。
大学化学1溶液和胶体
14
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
大学普通化学第一章
q q
Example 2
(系统吸热)= (系统吸热)=
m·cs · ΔT n·cm · ΔT
100.0 J 的热量可使 1mol 铁的温度上升 3.98 K,求铁的cm.
Solution
q 100.0J cm = = n ⋅ ΔT (1mol)(3.98K) = 25.1 J ⋅ mol ⋅ K
−1 −1
(a)
(b)
如下图所示，试管内的物质有几相组成?
因为试管a内的酒精和水互 因为试管a内的酒精和水互 溶，故溶液中任何部分的物理 溶，故溶液中任何部分的物理 性质和化学性质完全相同；而 性质和化学性质完全相同；而 试管b内，煤油和水互不相 试管b内，煤油和水互不相 溶，致使上下两层液体的物理 溶，致使上下两层液体的物理 性质和化学性质完全不相同， 性质和化学性质完全不相同， 而且上下层间有明确的界面隔 而且上下层间有明确的界面隔 开，因此上下层液体形成两个 开，因此上下层液体形成两个 相。 但是，如果把液体上方的 相。 但是，如果把液体上方的 空气也考虑进去，则试管a中 空气也考虑进去，则试管a中 有两相：气相和溶液相；试管 有两相：气相和溶液相；试管 b中有三相，分别是水相、煤 b中有三相，分别是水相、煤 油相及液体上方的气相。 油相及液体上方的气相。
3. 状态和状态函数 (state and state function)
状 态: 一定条件下系统存在的形式。 状态函数: 描述系统状态的物理量，例如 p，V，T 等。
Attention：
(1) 系统的状态确定，系统的各种性质即所有的状态函数也都 确定，反之亦然。 (2) 当系统的状态发生变化，系统的状态函数也变化，但不一 定所有的状态函数都变化，如等温、等压过程。 (3) 反过来，当系统有一个状态函数发生变化，系统的状态一 定发生变化。
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 。
大学化学第一章4节化学反应速率
对于化学反应：
1 dcB 反应速率为： v B dt
dcB 表示化学反应中物质B的浓度cB 随时间t dt
的变化率。反应速率υ 单位： mol · -3 ·-1 dm s
3
mol · -3 · -1 dm min
应用哪种物质表示υ都有唯一确定的值 。
例如: 起始浓度c/mol· -3 dm N2 + 3H2 = 2NH3 1.0 3.0 0
2秒后浓度c/mol· -3 dm
v ( N2 )
v( H2 )
0.8
2.4
0.4
0.2 0.1mol L1 s 1 t 2
cN2
1 cH 2 0.6 0.1mol L1 s 1 3 t 6
1 cNH3 0.4 0.1mol L1 s 1 2 t 4
4
v ( NH3 )
随着反应的进行，反应物的浓度不断降低， 所以正反应速率会不断变慢，产物的浓度不断增 加，所以逆反应速率会不断变快；直到正反应速 率等于逆反应速率；达到平衡状态
5
1.4.2.化学反应速率的测定
1 ci lim v(i ) t 0 i t
1 dc(i ) i dt
28
例题：写出元反应 NO2 + CO = NO + CO2的 反应速率方程式、反应的总级数和反应速率 系数单位。 解： 根据质量作用定律： v k[ NO2 ][CO] n=1+1=2 反应为二级反应 k 的单位：mol-1· 3 · -1 dm s
29
1.4.5温度对反应速率的影响 阿累尼乌斯公式 (Arrhenius公式)
17
化学反应 2HI = H2 + I2 2N2O = 2N2 + O2
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。
大学化学 第一章
例1.2 某体系吸收了40 kJ热量，对环境做了 20 kJ的功，那么体系内能的改变量为? 解：对体系而言: ∆U(体系) = Q － w = 40 － 20 = 20 (kJ)
pV nRT
2.气体分压定律(道尔顿分压定律)
piV ni RT pi ni xi 或 pi xi p pV nRT p n
即：组分气体的分压等于 总压与该组分气体的摩尔分数的乘积。
§1.2 能量和能量守恒定律
一、体系 (系统) 和环境 (system and surrounding ) 体系(系统)就是所要研究的对象； 系统以外与系统有密切联系的其他物质或 空间部分，叫做环境。
1molN2 1molO2
答：相等。 ∵ pV=nRT ，而V、T、n均相同。 2) 容器1中O2和N2对器壁的压力相等? 答：相等。 ∵pV=nRT，而V、T、n均相同。 3) 两个容器的器壁承受的压力是否相同？ 答：否。
1molO2
p2 pO2；p1 pO2 pN2 2 p2
2.气体分压定律(道尔顿分压定律)
2. 理想气体状态方程
波义尔
Robert Boyle 1627-1691
查理
Jackues-Alexandre Charles 1746-1823
盖-吕萨克
Joseph-Louis Gay-Lussac 1778-1850
阿伏加德罗
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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
.0
5. 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。
例外的是HF （l ）因形成大量分子间氢键，从而使其沸点升至最高。
8. 不同1 mol·Kg -1 溶液的冰点下降：
NaCl NH 4NO 3 （NH 4）2SO 4
微粒b/mol·kg -1 2 2 3
/f t ∆℃ 少 少 多
故用（NH 4）2SO 4代替NaCl ，既可以提高其融冰雪的效率，又可以为草地施肥。
第一章 补充习题1-1
1. 已知H 2SO 4（Mr=98.07 ）的质量为147g ，求n （H 2SO 4）和n （2
1H 2SO 4）。
解：n （H 2SO 4）=07
.98147=1.50（mol ） n （2
1H 2SO 4）=2×1.50=3.00（mol ） 2. 已知80% H 2SO 4溶液的密度是1.74g/cm -3，求C （H 2SO 4）和C （2
1H 2SO 4）。
解：C （H 2SO 4）=1
07.98%80100074.1⨯⨯⨯≈14（mol ·L -1） C （2
1H 2SO 4）=2×14=28（mol ·L -1） 3. 50.0g 水中溶有2.00g 甲醇（CH 3OH ，Mr=32.04），求甲醇的质量摩尔浓度。
解：b （CH 3OH ）=04.3200.20
.501000⨯=1.25（mol·kg -1） 4. 500g 溶液中含有50gNaCl ，溶液的密度为1.071g ·cm -3，求C （NaCl ），b （NaCl ）和x （NaCl ）。
NaCl 的Mr=58.44。
解：n （NaCl ）=44
.5850=0.86 n （H 2O ）=015
.18450=25.0 n （NaCl ）+ n （H 2O ）≈25.9
∴ x （NaCl ）=9
.2586.0=0.033 b （NaCl ）=0.86×450
1000=1.9（mol·kg -1） V 液=071
.1500=467 ∴ C （NaCl ）=0.86×467
1000=1.8（mol ·L -1） 5. 怎样用FeCl 3·6H 2O （Mr=270.30）配制1.5kg35%的FeCl 3溶液，溶质的摩尔分数是多少？
解：FeCl 3的Mr=270.30－18.015×6=162.21
FeCl 3·6H 2O 的m=1.5×35%×21
.16230.270=0.87（kg ） 加水量m A =1.5－0.87=0.6（kg ）
用尽可能少的盐酸溶解0.87kg FeCl 3·6H 2O ，再加0.6kg 水混匀。
n （FeCl 3）=21
.162%3510005.1⨯⨯=3.2（mol ） n （H 2O ）=015
.18%6510005.1⨯⨯=54（mol ） ∴x （FeCl 3）=2
.572.3=0.056
小测验（一）
1. 已知：（1）Zn （s ）+2
1O 2（g ）=ZnO （s ） θrHm ∆= –348.28mol kJ ⋅-1 （2）Hg （l ）+2
1 O 2（g ）=HgO （s ）θrHm ∆= –90.83mol kJ ⋅-1 求（3）Zn （s ）+ HgO （s ）= ZnO （s ）+ Hg （l ）的θ
3rHm ∆
解： （3）式=（1）式–（2）式
∴θ3rHm ∆=（–348.28）–（–90.83）= –257.45（mol kJ ⋅-1） 2. 0℃时，水和三块浮冰组成的系统中有几相？（2相）①撒上一把盐，使其全溶，维持0℃，会有什么现象发生？最后有几相？（冰全熔；1相）②滴加AgNO 3溶液，有何现象？系统有几相？（白色AgCl 沉淀；2相）③又加入一些CCl 4（l ），系统有几相？（沉入底部分层，3相）
补充习题1—2
1. 汽车发动机水箱中加入8.0dm 3乙二醇（密度是1.083-⋅cm g ，Mr=6
2.067）和32 dm 3水，求此溶液的凝固点。
解：0－f t =1.86×32
1067.6208.110000.8⨯⨯⨯=8.1 ∴f t =－8.1（℃）
2. 海水中盐的总浓度约为0.60 mol·L -1（即
3.5%），若均以主要成分NaCl 计，试估算海水开始结冰的温度和沸腾的温度，以及在25℃时用反渗透法提取纯水所需的最低压力（设C≈6）.
解：⎩⎨⎧=⨯⨯=-=⨯⨯=-61
.0260.0512.01002.2260.086.10b f t t )(61.100)(2.2C t C t b f =-= P 渗=0.60×2×8.314×298.15=3.0×103（Kpa ）=3.0（Mpa ）
3. 血红素1.0g 溶于100ml 水中，20℃时渗透压为366Pa ，计算血红素的相对分子质量。
解：366×10-3=15.293314.8100.00.1⨯⨯⨯M
∴血红素的Mr=6.7×104。