化学计量学基础
化学计量学基础教案
化学计量学基础教案
化学计量学基础教案
一、教学目标
1.让学生了解化学计量的基本概念和原理。
2.帮助学生掌握化学计量在化学实验中的应用方法和技巧。
3.提高学生运用化学计量解决实际问题的能力。
二、教学内容
1.化学计量的概念和原理
a. 物质的量和摩尔质量
b. 化学方程式的平衡和物质的量关系
c. 摩尔计算
2.化学计量的应用
a. 化学实验中的计量关系
b. 化学反应速率和反应平衡的计量分析
c. 化学分析中的计量方法
三、教学步骤
1.导入新课：通过问题导入，引导学生思考化学计量的意义和作用。
2.讲解概念：介绍物质的量、摩尔质量、化学方程式的平衡和物质的量关系
等基本概念，以及摩尔计算的方法。
3.深入剖析：通过实例剖析，让学生深入理解化学计量的原理和应用。
4.小组讨论：让学生分组讨论，举例说明化学计量在化学实验中的应用，并
分享感受和收获。
5.总结归纳：总结本节课的重点和难点，帮助学生梳理知识体系。
6.布置作业：布置相关练习题，让学生巩固所学知识。
四、教学方法
1.通过讲解、示范、实例分析等多种方式，帮助学生理解和掌握化学计量的
基本概念和原理。
2.通过小组讨论和案例分析，让学生积极参与，提高学生的学习积极性和主
动性。
3.通过布置相关练习题，让学生巩固所学知识，提高运用化学计量解决实际
问题的能力。
五、教学评估
1.通过课堂表现和小组讨论的表现，评估学生对化学计量的理解和掌握程
度。
2.通过课后练习题的完成情况，评估学生对化学计量的应用能力。
化学计量学的基础和应用
化学计量学的基础和应用化学计量学是化学中最基本的分支之一，它研究的是化学反应中各种化学品的量的关系。
在这种分支中，我们可以学习如何从化学反应的方程式中计算各种物质的量，以及如何根据化学反应的量关系解决各种问题。
本文将讨论化学计量学的基础和应用。
化学计量学的基础化学计量学的基础是原子的物质量、分子的物质量和化学方程式。
物质量是有关物质的量的性质，通过它我们可以描述不同物质之间的物质量比。
例如，氧气的分子量是32，而二氧化碳的分子量是44，这就是说一个氧气分子中的原子数是二氧化碳分子的2/3。
这种比率和数量的关系是化学计量学的基础。
分子和原子的物质量也是化学计量学的基础，它们被用来计算每种物质的量。
例如，如果我们知道了一个宏观物体质量分别为M和m，那么两个物体之间的物质量比可以用下列方式来表示：m/M = n/m其中n是物质量，m和M是分子和原子的物质量。
这个式子表明，两个物体之间的物质数量比是由它们的分子和原子数量比来决定的。
这就是化学计量学的本质。
化学方程式也是化学计量学的基础之一。
化学方程式描述了化学反应的过程，以及一种物质与另一种物质在反应中相互转化的数量。
例如，下面是硝酸和氢氧化钠反应的方程式：HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O这个方程式告诉我们，硝酸和氢氧化钠的化学反应产生了亚硝酸盐和水，而化学反应中涉及的每种物质的数量也可以用这个方程式来计算。
化学计量学的应用化学计量学的应用很广泛，我们可以用它来解决各种问题。
以下列举了一些化学计量学的应用：1. 计算反应物的量化学计量学可以帮助我们计算反应物的量，从而确定反应过程中发生的变化。
例如，如果我们知道硝酸对氢氧化钠的化学方程式，我们可以用它来计算需要多少硝酸才能完全与一定量的氢氧化钠反应。
2. 计算产物的量化学计量学也可以帮助我们计算产物的量。
例如，如果我们知道硝酸和氢氧化钠的反应产生了多少氯化钾，我们可以用化学计量学来计算这个量。
化学计量的基本原则和方法
化学计量的基本原则和方法化学计量学是化学领域中研究物质之间量的关系和化学反应中物质比例的科学。
化学计量的基本原则和方法是化学实验和理论研究的基础，掌握这些原则和方法对于学习化学具有重要意义。
1.摩尔概念：物质的量的基本单位是摩尔，简称mol。
1摩尔物质含有阿伏伽德罗常数（约为6.022×10^23）个粒子（原子、分子、离子等）。
2.原子量：原子量是元素原子质量的相对值，以碳-12原子质量的1/12作为标准。
原子量是确定化合物化学式的基础。
3.相对分子质量：相对分子质量是分子中各个原子相对原子质量的总和。
它用于表示分子的质量大小，也是确定化合物化学式的重要依据。
4.化学方程式：化学方程式是用化学符号和数字表示反应物和生成物之间的化学反应关系。
化学方程式遵循质量守恒定律，即反应物的总质量等于生成物的总质量。
5.化学计量数：化学计量数是化学方程式中反应物和生成物的系数，表示它们在反应中的物质的量比例。
化学计量数根据实验数据确定，是进行化学计算的基础。
6.物质的量浓度：物质的量浓度是表示溶液中溶质物质的量与溶液体积的比值，常用单位是mol/L。
物质的量浓度用于描述溶液的浓度大小。
7.质量分数：质量分数是溶液中溶质质量与溶液总质量的比值，无单位。
质量分数用于表示溶液的组成和浓度。
8.摩尔质量：摩尔质量是1摩尔物质的质量，单位是g/mol。
摩尔质量与相对分子质量在数值上相等，但单位不同。
9.化学计算：化学计算是根据化学方程式和化学计量数进行物质的量之间的换算。
化学计算方法包括交叉相乘法、比例计算法等。
10.物质的量浓度计算：物质的量浓度计算是根据溶液中溶质物质的量和溶液体积求算物质的量浓度。
计算方法包括直接法和间接法。
11.质量分数计算：质量分数计算是根据溶液中溶质质量和溶液总质量求算质量分数。
计算方法包括直接法和间接法。
12.化学方程式的配平：化学方程式的配平是根据化学方程式中反应物和生成物的化学计量数，通过调整系数使方程式两边原子数目相等。
化学计量学与分析化学的基础知识
化学计量学与分析化学的基础知识化学计量学与分析化学是化学的两个基础领域。
化学计量学是研究化学反应的量的关系，包括化学平衡、化学反应的速率、化学反应热等。
分析化学则是研究化学物质的组成和性质。
本文将介绍化学计量学与分析化学的基础知识。
一、化学计量学化学计量学分为定量分析和定性分析两个方面。
定量分析是指确定样品中化学物质的绝对量，定性分析是指确定样品中的成分。
1.用摩尔表示物质量化学反应中，化学物质的量是很重要的。
在化学计量学中，用单位摩尔（mol）表示物质量。
一个摩尔含有Avogadro常数（6.02214076×10²³）的分子量质量的物质。
2.计算摩尔质量与分子量摩尔质量是指具有一个摩尔数量的物质的质量。
摩尔质量的单位是克/摩尔（g/mol）。
分子量是指一个分子中各元素的原子量的总和。
例如，水的分子式是H₂O。
氧元素的原子量是16，氢元素的原子量是1。
所以，分子量等于16 + 1 + 1 = 18 g/mol。
因此，摩尔质量等于18克/摩尔。
3.化学计量学计算例子在化学反应中，原子或分子的数量是一个很重要的参量。
计算时，需要使用化学计量学。
例如，将铝和氧反应可以得到氧化铝。
化学方程式可以用以下方式表示：4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃这个方程式告诉我们，4摩尔铝可以和3摩尔氧气反应，生成2摩尔氧化铝。
二、分析化学分析化学是研究化学物质的组成和性质的学科。
它包括定性分析和定量分析两个方面。
定性分析是确定一个样品中的成分，定量分析则是确定每个成分的数量。
1.质量分析质量分析是一种分子测量技术，可以确定分子中的原子类型和数量。
它使用质谱仪来测量样品中的离子化分子的质量。
2.色谱法分析色谱法分析可以分离化学分子并决定它们的组成部分。
它通过使用化学物质和表面技术对化学混合物进行分离。
3.光谱法分析光谱法是分析化学的常用工具。
它包括多种技术，如紫外光谱、红外光谱、拉曼光谱和核磁共振（NMR）光谱。
化学计量学的基本原理与应用
化学计量学的基本原理与应用化学计量学是研究化学反应中物质的量变化规律的一门学科。
它是化学研究中的重要基础和理论。
在实际工作和学习中，掌握化学计量学的基本原理和应用方法是非常重要的。
一、化学计量学的基本概念1. 质量质量是物质所具有的固有属性，是物质的物理量之一，通常用“m”表示，单位为千克（kg），克（g）等。
2. 摩尔质量单质、化合物和离子在化学反应中量的计算以摩尔（mol）为单位，表示物质分子所含的基本单位，即分子量（分子式中各个原子质量的总和）的数量。
摩尔质量单位为克摩尔（g/mol）。
3. 化学计量数化学计量数是指化学反应物质的量与化学方程中各物质的系数之间的数值关系。
化学计量数有时也称为原子计量数或分子计量数。
4. 摩尔计量数摩尔计量数是指一摩尔化学物质的质量与质量计算的化学计量数之间的比值。
一般用单位为克每摩尔（g/mol）的摩尔质量来表示。
5. 摩尔体积摩尔体积是指化学物质中一摩尔物质所占的体积。
在一定条件下，摩尔体积也可以用化学反应中的气体的体积来体现。
二、化学计量学的基本原理1. 反应物质量的计算在计算化学反应物质量时，需要考虑到化学计量数和反应物摩尔质量之间的关系。
例如，2H2 + O2 → 2H2O中，每个H2分子和一个O2分子反应生成两个H2O分子，因此当反应物为2mol H2和1mol O2时，生成2mol H2O，反应过程为完全反应。
2. 反应生成物质量的计算在计算化学反应生成物质量时，需要考虑到反应物质的摩尔计量数和生成物质的摩尔质量之间的关系。
例如，硫酸反应生成水时，当反应物为1mol H2SO4时，生成2mol H2O，则生成物的质量为2mol H2O的质量。
3. 摩尔比与化学计量比化学反应中，分子量、分子量比、质量和质量比可以轻松地进行换算，但由于不同反应物的质量不同，所以在考虑反应时需要用到一种新的比例——摩尔比。
摩尔比（mol ratio）用于描述化学反应中各个化学品之间摩尔数量的比例关系，详细计算化学计量比的过程中，需要将反应物和生成物转化成质量比和摩尔比，即化学计量关系式。
化学计量学基础 教学大纲
化学计量学基础一、课程说明课程编号：150503Z10课程名称：化学计量学基础/Introduction to Chemometrics课程类别：专业选修课学时/学分：48学时/2学分先修课程：高等数学、分析化学适用专业：应用化学等教材、教学参考书：1 . 梁逸曾、俞汝勤编著，化学计量学，高等教育出版社，20032 . 梁逸曾、易伦朝编著，化学计量学基础，华东理工大学出版社，20103 . 梁逸曾、许青松著，复杂体系仪器分析-白灰黑分析体系及其多变量解析方法，化学工业出版社，20144. Ron Wehrens, Chemometrics with R: Multivariate Data Analysis in the Natural Sciences and Life Sciences, Springer, 20115. Foo-Tim Chau, Yi-Zeng Liang, Chemometrics: From Basics to Wavelet Transform, Wiley-Interscience,2004二、课程设置的目的意义化学计量学是一个交叉学科，在化学学科中具有引领作用，它是运用数学、统计学、计算机科学解决分析化学信息化问题，以此建立和发展学科基础理论。
通过统计学或数学方法将对化学体系的测量值与体系的状态之间建立联系，它可以优化化学量测过程（如实验参数的最优化、实验设计、信号处理等），并从化学量测数据中最大限度地提取有用的化学信息（如数据的统计处理、模式识别、模拟等）。
化学计量学已经在我校开设多年，是本院应用化学学科的特色方向之一与主要研究方向之一，通过本课程的学习，可使学生掌握本课程主要是对目前化学计量学的基本方法进行简要介绍，通过学习，使学生充分理解化学计量学是一门什么样的化学分支，它为化学家们提供了什么样的新思路，可以解决什么样的化学问题。
三、课程的基本要求1.知识要求（1）掌握化学计量学的基本概念和基本方法。
化学计量学基础PPT课件演示文档
925
131
957.4
149
1252.4
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1249.9
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MTI 390 214 416 298 402 312 446 396 156 472 334 230 432 322
X
472 542 1236 1228
0p 8.5774 7 8.4142 7.7071 8.5774 7.6547 8.3618 8.4142 6.0774 8.1987 7.4916 6.7845 8.4142 7.7071
143
429
231
21
35
求导
❖ 提高信号的分辨率，减少干扰。 ❖ 紫外-可见光谱分析中用到的导数分光光度分析; ❖ 近红外光谱分析中，常用2阶或1阶导数光谱进行定性定
量分析; ❖ 电化学分析中，有时利用对溶出伏安曲线求导来去除或
减少其它组分的干扰，提高被测组分的信噪比。 ❖ 有很多种类的分析仪器已经把求导作为一种固定的方法，
❖ 二十世纪七十年代以后，分析仪器、联用分析仪器的 发展，数据容量迅速增加。大量的数据的有用信息， 需要发掘方法。
❖ 九十年代以后逐渐走向成熟，应用日广。计算机、分 析仪器、其他学科发展；需求-生命科学、材料科学、 能源等。
化学计量学的典型应用
❖ 传统定性定量分析：多元分辨、多元校正 ❖ 仪器量测信号处理：数据处理方法、最优化方法 ❖ 模式识别：污染源识别、疾病诊断、中药识别、…； ❖ 试验设计： ❖ 分子设计和药物设计：新药发现及结构性能关系(QSAR)研
▪ 化学中的一门分支学科（分析化学） ▪ 多学科交叉的新学科
解决问题策略：分析化学利用计算机为手段， 利用数学和统计学方法实现数据的解析。
化学计量学发展
化学计量学基础知识与应用
化学计量学基础知识与应用化学计量学是化学中非常重要和基本的分支之一，它是指通过化学反应所表现的量之间的关系来计算和确定不同化学物质之间的数量以及利用这些数量来实现化学反应的调节和控制。
在这篇文章中，我们将深入了解化学计量学的基础知识，了解一些应用的案例。
一、基础知识1. 化学方程式化学方程式是指用化学式来表示化学反应的符号式，可以直观的表示出反应物和生成物的量比例以及生成物的实际量。
例如，以下化学方程式：2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2中，2Na和2H2O是反应物，2NaOH和H2是生成物。
2. 摩尔质量摩尔质量是指一个化学物质中每个分子的质量，一般用克/摩尔表示。
例如，单质氧原子（O）的摩尔质量为16g/mol，硝酸根离子（NO3^-）的摩尔质量为62g/mol。
3. 摩尔摩尔是指以物质量单位计算，表示物质的量大小的单位。
一个物质中的摩尔数量等于该物质的质量除以该物质的摩尔质量。
例如，以元素金（Au）为例，1mol Au的质量等于196.97g。
4. 摩尔比摩尔比是指在化学反应中，反应物之间物质的摩尔数关系。
计算化学反应的过程中，常常使用摩尔比来确定反应物中的比例，从而计算反应物的摩尔量。
在上面的化学方程式中，2Na和2H2O的摩尔比是1:2，表示出2mol Na所需的摩尔数是2mol H2O 的2倍。
5. 组成分析组成分析是指基于化学方程式中每个元素的摩尔比计算反应物和生成物的摩尔量。
例如，在上述化学方程式中，如果知道2mol Na反应所需的H2O质量为36g，那么可以通过组成分析计算出NaOH和H2的摩尔量分别为2mol和1mol。
二、应用案例1. 常见计量问题计量问题是化学计量学的实际应用之一，涉及到化学反应中物质的量比例、物质的摩尔量、反应物和生成物的计算等。
例如：（1）2mol氢气和1mol氧气反应得到多少摩尔的水？根据已知的化学方程式2H2 + O2 -> 2H2O可以得到，生成水的摩尔比是2:1，所以2mol氢气生成1mol水，因此2mol氢气和1mol氧气反应得到2mol水。
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不同产地南丰蜜桔HPLC指纹图谱
❖ 收集江西（18个）、福建（18个）、湖南（18个）和广西 （10个）南丰蜜桔样品，经有机溶剂提取后进行HPLC分 析
❖ X8000:46×4632
7000
6000
5000
4000
3000
Region for Water 6 Combination Band
0.44
0.40
0.36
0.32 10000
9000
8000
7000
Wavenumbers (cm-1)
6000
5000
光谱成像数据
图 三维成像光谱数据示意图
❖ 蛋白质各级结构
❖ (a) Primary structure
(b) Secondary structure
❖ 二十世纪七十年代以后，分析仪器、联用分析仪器的 发展，数据容量迅速增加。大量的数据的有用信息， 需要发掘方法。
❖ 九十年代以后逐渐走向成熟，应用日广。计算机、分 析仪器、其他学科发展；需求-生命科学、材料科学、 能源等。
化学计量学的典型应用
❖ 传统定性定量分析：多元分辨、多元校正 ❖ 仪器量测信号处理：数据处理方法、最优化方法 ❖ 模式识别：污染源识别、疾病诊断、中药识别、…； ❖ 试验设计： ❖ 分子设计和药物设计：新药发现及结构性能关系(QSAR)研
a 2 (2) 2
j
j=i-2 j=i-1 j=i
j=i+1 j=i+2
x
x i-2
x i-1
xi
x i+1
x i+2
x x
2 1
a0 a0
a 1 (2) a 1 (1)
a 2 ( 2) 2 a 2 ( 1) 2
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a 2 (0)
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6000
7000
Retention Time
• 对64个HPLC色谱图进行主成分分析：X = U S VT
• 特征值：前3个主成分特征值的所占比例，58.0%、11.2%、 8.4%，剩余21.4%
▪ Scores散点图：样本点分类
PC 3 (8.P4C%3)
究； ❖ 过程分析：工业过程监测和控制。
❖ 化学计量学基本特点
充分利用量测信息
▪ 多维数据：向量，矩阵，张量。 ▪ 多变量 ▪ 数据来自各种测量：典型的为仪器分析数据。 ▪ 信息提取方法：利用各种手段 ▪ 持续发展的科学
化学计量学研究内容
采样
测定
数据处理
采
实化信
多多化化计
样
验学号
元元学学算
理
设最处
校分模构机
论计优理正辨式Fra bibliotek模化识关拟
别系
化学计量学方法：常用数 据处理方法
➢ 平滑 ➢ 求导 ➢ 拟合 ➢ 主成分分析
平滑
平滑就是一种去除或减少噪声以提高 信噪比的数学方法。
窗口移动平均法
1 iw
xnew
k
xj
j=i-w
Savitzky-Golay平滑法-多项式拟合
x = a0 + a1j + a2 j2 +...+ ap jp
❖ 2维-矩阵:X=；
1400
1200
1000
x1 x11
x2
x21
x12 x22
x1n
x2n
X
800 600
400
xm
xm1
xm2
xmn
200 0
❖ 3维-张量:Z=[X1 X2 X3 …]
-200 0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
化学计量学简介
-0.40.1
0 -0.2 0.2 0.3
PC 1 (58.0%)
光谱数据和定量校正曲线
Absorbance
NIR Value (%)
0.68 0.64
6
Corr. Coeff. = 0.9999 RMSEC = 0.070
4
0.60
2
0.56
0
0 0.52
0.48
2
4
Reference Value (%)
高等仪器分析
-化学计量学
主讲人:杜一平 华东理工大学分析测试中心
分析化学数据
❖ 实验数据
▪ 化学分析：单点数据 ▪ 仪器分析：多维数据
❖ 数据维数增加
❖ 0维-标量；1维-向量；2维-矩阵；3维-张量；… ❖ 样本数量增大 ❖ 数据量越来越大趋势，数据库，海量数据，大数据(big data) ❖ 大数据量显然信息量大，但挖掘有用信息难度也大；数据
1971年，瑞典化学家Swante. Wold（Umea university）在申请一项基金时，提出了化学计 量学（Chemometrics）这个名词。
Chem-istry –metrics Chemometrics Econo-mics –metrics Econometrics
化学计量学简介
▪ 化学中的一门分支学科（分析化学） ▪ 多学科交叉的新学科
解决问题策略：分析化学利用计算机为手段， 利用数学和统计学方法实现数据的解析。
化学计量学发展
❖ 早期的化学计量学，数理统计方法。 ❖ 从七十年代开始，统计学、数学、行为科学、经济计
量学等领域研究，分析化学学科的一个独特分支--化 学计量学。
美国Bruce. R. Kowalski 非常赞赏这一叫 法。后来在1974年与Swante. Wold合作
成立了国际化学计量学学会。 他们被公认为是化学计量学的 创始人。
Bruce R. Kowalski University of Washington
化学计量学定义
一门运用数学、统计学、计算机科学以及其 他相关学科的理论与方法，优化化学量测过程， 并从化学量测数据中最大限度地获取有用的化 学信息的学科。
江西省
0.3 0.3
福建省
湖南省
00..22
广西省
0.1 0.1
0 0 -0.1
--00..21
-0.3 -0.2
-0.4 -0-.02.53
-0.2
-0.4 -0.15
0.3
0.2
-0.10.1 -0.05
0 -0.1 P-C0.24 (11.-20%.3)
-0.2 -0.2
-0.3 -0.1
-0.40
❖
❖ Alu-Glu-Val-Thr-Asp-Pro-Gly-
❖
❖
α-Helix
❖
β-Sheet
❖ (c) Tertiary structure
(d) Quaternary structure
❖
❖ 图 肽链在空间卷曲特定的三维空间结构
数据的表达-数字化
❖ 0维-标量：x=2；1维-向量:x=[1 3 5 7]；