《基础化学学习指导 01指导.docx

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《基础化学学习指导01指导

第一章绪论

【学习目标】

掌握物质的量、物质的量浓度、摩尔分数和质量摩尔浓度的定义、表示方法及计算。

熟悉SI单位制和我国法定计量单位。

熟悉有效数字的概念与运算规则。

了解基础化学课程的地位和作用。

了解量纲分析和换算因子的运用。

了解分散系的分类方法。

【内容要点】

第一节基础化学课程的地位和作用

（略）

第二节我国的法定计量单位

国际单位制采用米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔作为SI基本单位，配合SI导出单位和SI单位的倍数单位（SI词头），构成覆盖整个科学技术领域的计量单位体系。

基本单位、导出单位以及它们的倍数可以单独使用，如m、s、K；也可以交叉混合使用，如mmol·dm-3。

一切属于国际单位制的单位都是我国的法定计量单位。

在法定计量单位中还明确规定采用了若干可与国际单位制并用的非国际单位制单位，化学中常用的有体积单位升（L），时间单位分（min）、时（h）、日（d），能量单位电子伏（eV）等等。

第三节有效数字

一、有效数字的概念

有效数字包括测量值的全部准确数字和一位可疑数字，疑数字通常是根据测量仪器的最小分度值估计的，可疑数字的误差为±1。

在有效数字的表示中，0～9这10个数字，只有“0”作为定位时是非有效数字。

表示倍率、分率的数，不受有效数字位数限制。

凡定义给定的值、国际协议不带有误差的值等，称为准确值，也不受有效数字位数限制。

化学中常见的以对数表示的pH、pK及lgc等,其有效数字的位数仅取决于小数部分的位数。

二、有效数字的运算规则

1.修约当实验测定值和计算值的有效位数确定之后，要对它后面的多余的数字进行取舍，称为修约，通常按“四舍六入五留双”规则处理。

当约去数为4时舍弃，为6时进位，为5而后面无其它数字时，若保留数是偶数（包括0）则舍去，是奇数则进位。

对原始数据只能做一次修约。

对于需要经过计算方能得出的结果应先计算后修约。

2.加减运算　加减运算所得结果的有效数字位数以参加运算各数字中精度最低，即小数点后位数最少的数为准。

3.乘除运算　乘除运算所得结果的有效数字位数以参加运算各数字中相对误差最大,即有效数字位数最少的数为准。

第四节量纲分析

化学计算的方程式往往是量的方程式。

量可以定量地表示为量的数值和量的单位的乘积：

A={A}·[A]

式中，A为物理量的符号，[A]为单位的符号，{A}是以单位[A]表示量A的数值。

例如某单色光的波长λ=508nm。

量方程式计算的每一个步骤中，用于计算的物理量数据都应该带单位。

这些单位在计算时或保留、或相乘、或相除、或“抵消”，最后得到数值正确、单位合理的结论。

这样的计算方法称为量纲分析。

量纲分析的关键是换算因子的运用。

换算因子是分子和分母表示具有不同单位的同一物理量的分数形式。

例如液体体积的换算，换算因子是：

和

。

另外，相关联的不同物理量之间的相互换算也可作换算因子处理，例如，由密度相关联，溶液的质量和体积可以相互换算。

第五节分散系统与混合物的组成标度

一、分散系统及分类

一种或数种物质分散在另一种物质中所形成的系统称为分散系。

被分散的物质称为分散相，容纳分散相的连续介质称为分散介质。

按照分散相粒子的大小，可以把分散系分为真溶液、胶体分散系和粗分散系，它们具有不同的扩散速度、膜的通透性和滤纸的通透性能。

真溶液的分散相粒子小于1nm，粗分散系分散相粒子大于100nm，介于两者之间的是胶体分散系。

分散系又可分为均相分散系和非均相分散系两大类。

二、混合物的组成标度

（一）物质的量

物质的量是表示物质数量的物理量，用符号nB表示。

下标B泛指计量的物质B，对具体物质，例如水，其物质的量的符号写做n（H2O）。

物质的量的单位是摩尔（mole），单位符号为mol。

摩尔的定义是：

“摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012kg碳12的原子数目相等。

在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合。

”

1mol物质的基本单元数是阿伏加德罗常数的数值，但受测量技术水平的限制，不能绝对准确。

因此定义摩尔时使用12g碳12作为计量系统，虽然它的原子数目还不能确切知道，但它是一个确定的数值，不随测量技术而改变。

使用摩尔时须指明基本单元，如n（H）、n（H2）、n（

SO42-）、n（2H2+O2）等。

相同的计量系统可以有不同的基本单元，例如氢，可以定义氢原子或是氢分子的物质的量，所以说“1mol氢”就不确定了。

用摩尔还可以计量化学反应，例如中和反应

H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O

就可以用反应物（H2SO4+2NaOH）作基本单元。

B的物质的量可以通过B的质量mB和摩尔质量MB求算：

MB=mB/nB（1.1）

以g·mol-1为摩尔质量的单位，原子的摩尔质量的数值等于其相对原子质量Ar，分子的摩尔质量的数值等于其相对分子质量Mr。

（二）物质的量浓度

溶液的物质的量浓度cB定义为溶质B的物质的量nB除以溶液的体积V，即

cBnB/V（1.2）

物质的量浓度的单位是mol·m-3，但常用mol·L-1、mmol·L-1及μmol·L-1。

物质的量浓度的定义不能说成“1L溶液所含溶质B的物质的量”，因为通常配制或取用溶液不一定用1L计量体积。

物质的量浓度可简称为浓度。

本书用cB表示浓度，而用[B]表示平衡浓度。

使用物质的量浓度时也必须指明物质的基本单元。

对于未知其相对分子质量的物质可用质量浓度ρB表示，ρBdefmB/V。

质量浓度的单位为kg·L-1或mg·L-1等。

（三）摩尔分数和质量摩尔浓度

1.摩尔分数摩尔分数又称为物质的量分数或物质的量比。

B的摩尔分数xB定义为B的物质的量与混合物的物质的量之比，单位是一。

xB

（1.3）

式中，

为B的物质的量，

为混合物的物质的量求和。

若溶液由溶质B和溶剂A组成，B的摩尔分数为xB，A的摩尔分数为xA，xA+xB=1。

2.质量摩尔浓度溶液的质量摩尔浓度bB定义为溶质B的物质的量除以溶剂A的质量

bBnB/mA（1.4）

bB的单位是mol·kg-1。

摩尔分数和质量摩尔浓度与温度无关，在物理化学中应用很广。

【难题解析】

例1-1市售过氧化氢（俗称双氧水）含量为30%，密度为1.11kg·L-1。

计算该溶液的浓度、质量摩尔浓度和摩尔分数。

分析市售过氧化氢含量为质量体积百分比30%，运用式（1.1）能把H2O2的质量（H2O2）转换为物质的量：

n（H2O2）=m（H2O2）/M（H2O2），然后除以体积，即得浓度。

求算质量摩尔浓度，需用溶剂的质量做分母。

这一步通过密度把溶液的体积转换为溶液质量可以求得，方法是：

溶液质量=溶液体积×密度；m（H2O）=溶液质量-m（H2O2）。

解c（H2O2）=

=8.8mol·L-1

密度=1.11kg·L-1=

b（H2O2）

=11mol·kg-1

x（H2O2）=

=0.16

例1-2有3.18g铜粉，先让它全部氧化成氧化铜，再用6.00mol·L-1的H2SO4转化为硫酸铜。

试计算反应中消耗了多少摩尔氧气，需要H2SO4多少毫升？

分析本题看似复杂，但各步反应中都涉及铜的转化，因此把握铜的物质的量是关键。

第一步反应，Cu、

O2和CuO的物质的量相等；第一步反应，CuO和H2SO4的物质的量相等。

计算中注意，以

O2为基本单元的氧气的物质的量是以O2为基本单元的氧气的物质的量的一半。

硫酸的体积通过硫酸的浓度和硫酸的物质的量来换算。

解根据化学反应式

Cu+

O2=CuO

CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

以及

M（CuO）=63.6g·mol-1

有

n（Cu）=

=0.0500mol

n（

O2）=n（Cu）=0.0500mol

消耗氧气

n（O2）=0.0250mol

需要6.00mol·L-1的硫酸的物质的量与铜的物质的量相等，因此需要硫酸的体积为

6.00mol·L-1×V×

=0.0500mol

V=8.33mL

【习题详解】

习题

1.为什么说化学是一门中心科学？

试举几例说明化学和医学的关系。

解因为现代化学几乎与所有的科学和工程技术相关联，起着桥梁和纽带作用；这些科学和技术促进了化学学科的蓬勃发展，化学又反过来带动了科学和技术的进展，而且很多科技进步以化学层面的变革为突破口。

因此，化学是一门中学科学。

化学和医学的关系极为密切，无论是制药、生物材料、医学材料、医学检验，还是营养、卫生、疾病和环境保护，乃致对疾病、健康、器官组织结构和生命规律的认识，都离不开化学。

2.SI单位制由哪几部分组成？

请给出5个SI倍数单位的例子。

解国际单位制由SI单位和SI单位的倍数单位组成。

其中SI单位分为SI基本单位和SI导出单位两大部分。

SI单位的倍数单位由SI词头加SI单位构成。

例如mg、nm、ps、μmol、kJ等等。

3.下列数据，各包括几位有效数字？

（1）2.0321g

（2）0.0215L（3）pKHIn＝6.30（4）0.01﹪（5）1.0×10-5mol

解

（1）5位，

（2）3位，（3）2位，（4）1位，（5）2位。

4.某物理量的真实值T=0.1024，实验测定值X=0.1023，测定值的相对误差RE是多少？

运用公式

，以百分率表示。

解

5.关于渗透压力的Van′tHoff公式写作

，式中，c是物质的量浓度，R是摩尔气体常数，T是绝对温度。

通过量纲分析证明渗透压力

的单位是kPa。

解

式中，花括号代表量的值，方括号代表量的单位。

6.地球水资源是被关注的热点。

有国外资料给出水资源的分布：

水资源

水资源体积/mi3

占水资源总量百分比/%

海洋

317000000

97.23

冰盖，冰川

7000000

2.15

地下水

2000000

0.61

淡水湖

30000

0.0092

已知1mile=1.609344km，把表中数据换算成SI单位数据并计算水资源的总体积。

解1mi3=1.6093443km3=4.168182km3，所以水资源的总体积

V=（317000000+7000000+2000000+30000）×4.168182km3=1.3590×109km3

7.求0.010kgNaOH、0.100kg（

Ca2+）、0.100kg（

Na2CO3）的物质的量。

解

8.20℃，将350gZnCl2溶于650g水中，溶液的体积为739.5mL，求此溶液的物质的量浓度和质量摩尔浓度。

解

9.每100mL血浆含K+和Cl-分别为20mg和366mg，试计算它们的物质的量浓度，单位用mmol·L-1表示。

解

10.如何用含结晶水的葡萄糖（C6H12O6·H2O）配制质量浓度为50.0g·L-1的葡萄糖溶液500mL？

设溶液密度为1.00kg·L-1，该溶液的物质的量浓度和葡萄糖C6H12O6的摩尔分数是多少？

解设称取含结晶水的葡萄糖（C6H12O6·H2O）的质量为m,

11.某患者需补充Na+5.0g，如用生理盐水补充{ρ（NaCl）=9.0g·L-1}，应需多少？

解

12.溶液中KI与KMnO4反应，假如最终有0.508gI2析出，以（KI+

KMnO4）为基本单元，所消耗的反应物的物质的量是多少？

解∵10KI+2KMnO4+8H+=12K++2MnO2+5I2+4H2O

∴

Exercises

1.Whichofthefollowingisnon-SIunit—milliliter,milligram,kilopascalcentimeterandmillimole?

SolutionMilliliterisanon-SIunit.

2.Ifyouhadtodothecalculationof（29.837-29.24）/32.065,whatwouldbethecorrectresultofsignificantfigure?

Solution

3.Ifamoleofmarblesstackedtightlytogether,howkilometersdeepwouldtheycoverthelandofourcountry?

Theradiusofthemarbleis1.0cmandtheareaofourlandis9.6×106km2.

SolutionAmarblewouldtakeahexagonalareaof

whenstackedtightlytogether,andeachlayerofmarbleswouldbe

cmdeep.Thereforethedeepof1moleofmarblescoveringourlandwouldbe:

4.Anaqueoussolutionis8.50%ammoniumchloride,NH4Cl,bymass.Thedensityofthesolutionis1.024g·mL-1.Whatarethemolality,molefraction,andamount-of-substanceconcentrationofNH4Clinthesolution?

Solution

5.A58-gsampleofagaseousfuelmixturecontains0.43molefractionpropane,C3H8;theremainderofthemixtureisbutane,C4H10.Whatarethemassesofpropaneandbutaneinthesample?

Solution

6.Asampleofpotassiumaluminumsulfate12-hydrate,KAl（SO4）2·12H2O,containing118.6mgisdissolvedin1.000Lofsolution.Calculatethefollowingforthesolution:

（1）Theamount-of-substanceconcentrationofKAl（SO4）2.

（2）Theamount-of-substanceconcentrationofSO42-.

（3）ThemolalityofKAl（SO4）2,assumingthatthedensityofthesolutionis1.00g·mL-1.

Solution

（1）

（2）

（3）

（魏祖期）

【学生自我测试题】

一、判断题（对的打√，错的打×，共10分）

1.一切属于SI的单位都是我国的法定单位，反之亦然。

（）

2.0.5mol硫酸的质量是49.0g。

（）

3.“物质B的物质的量浓度”可以简称为“物质B的浓度”。

（）

4.若某稀溶液的密度近乎1kg·L-1，其物质的量浓度和质量摩尔浓度可近似相等。

（）

5.0.9%的NaCl溶液就是ρNaCl=9g·L-1的溶液。

（）

6.1L溶液中含有4gNaOH，该溶液的物质的量浓度是0.1mol·L-1（）

7.基本单元只能是构成物质的自然存在的粒子或粒子的组合。

（）

8.化合物的摩尔质量即该化合物的分子量。

（）

9.可以在浓度单位前加SI词头以得到新的浓度单位。

（）

10.质量摩尔浓度与温度无关，所以在物理化学中广为应用。

（）

二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出，每题1分，共30分）

1.下列符号中表示质量的是（）

A.MB.mC.WD.wE.ρ

2.下列符号中表示摩尔质量的是（）

A.CB.cC.MD.mE.b

3.下列不属于SI基本单位制的单位符号是（）

A.LB.molC.kgD.KE.s

4.下列属于SI基本单位的量的名称为（）

①质量②体积③物质的量④速度

A.①②③B.①③C.②④

D.④E.①②③④

5.在下列溶液的各种组成标度中，不随温度变化而变化的是（）

①质量摩尔浓度②物质的量浓度③摩尔分数④质量浓度⑤质量分数

A.①②③B.①③C.②④

D.①③⑤E.①②③④

6.“纳米技术”现在已经在各行各业中盛行。

那么1nm为1m的多少倍？

（）

A.10-12B.10--10C.10-15

D.10-18E.10-9

7.0.0182g的未知物质样品溶解在的2.135g苯（C6H6）中，质量摩尔浓度是0.0698mol·kg-1。

未知物的摩尔质量为（）

A.122g·mol-1B.121g·mol-1C.1.56g·mol-1

D.9520g·mol-1E.9.52g·mol-1

8.一种漂白剂含次氯酸钠（NaClO）。

质量摩尔浓度为0.750mol·kg-1的溶液的次氯酸钠的摩尔分数为（）

A.0.0100B.1.80×10-4C.0.0133

D.0.0135E.0.750

9.有m克NaOH，当基本单元分别为NaOH，

NaOH，2NaOH时，氢氧化钠各物质的量之间的关系中，正确的为（）

A.n（NaOH）=

n（2NaOH）=2n（

NaOH）

B.2n（NaOH）=

n（2NaOH）=n（

NaOH）

C.

n（

NaOH）=n（NaOH）=2n（2NaOH）

D.

n（NaOH）=2n（2NaOH）=n（

NaOH）

E.n（NaOH）=n（2NaOH）=n（

NaOH）

10.天文学的单位等于在地球和太阳之间的平均距离：

150000000km。

距离可表达为

（）

A.150hmB.150MmC.150GmD.150TmE.Em

11.氧原子半径约为130pm，可用幂的形式表达为（）

A.1.3×10-10mB.1.3×10-12mC.1.3×10-15m

D.1.3×10-16mE.1.3×10-18m

12.苯的燃烧反应为C6H6+

O2=6CO2+3H2O，反应物的基本单元是（）

A.C6H6+O2B.C6H6+OC.C6H6+15O

D.C6H6+

O2E.C6H6+

O2

13.14g氮的基本单元是（）

A.NB.N2C.0.5molD.1molE.不确定

14.某种汽车的防冻液，含乙二醇（CH2OHCH2OH）2.25kg，含水2.00kg，乙二醇和水的摩尔分数为（）

A.1.125，1B.0.529，0.471C.36.3，111

D.18.1，55.5E.0.246，0.754

15.现有质量摩尔浓度是0.585mol·kg-1的草酸（H2C2O4），密度是1.022kg·L-1，其物质的量浓度是（）

A.0.585mol·L-1B.0.568mol·kg-1C.0.568mol·L-1

D.0.598mol·kg-1E.0.598mol·L-1

16.下列计量单位中，属于SI基本单位的是（）

①.m②A③K④Pa

A.①②③B.①③C.②④

D.④E.①②③④

17.下列说法不正确的是（）

A.摩尔是国际单位制中的七个基本单位之一

B.质量分数为0.90的硫酸溶液是指H2SO4和H2O的质量比是9:

10

C.可以在质量单位前加SI词头以得到新的质量单位

D.“2g氢的物质的量是1mol”的说法是不明确的

E.1mol的（2H2＋O2）具有质量36.03g

18.下列单位符号中，是质量摩尔浓度的单位符号是（）

A.g·mol-1B.kg·mol-1C.mol·L-1D.kg·L-1E.mol·kg-1

19.200mL溶液中含23.0gHCOOH。

该溶液中HCOOH的物质的量浓度是（）

A.0.25mol·L-1B.2.50mmol·L-1C.0.025mol·L-1

D.2.50mol·L-1E.0.2mol·L-1

20.将18.0g果糖C6H12O6，溶解在500g水中，该溶液的质量摩尔浓度是（）

A.0.40mol·kg-1B.200mol·kg-1C.0.20mol·kg-1

D.0.20mol·g-1E.0.20mmol·kg-1

21.在含有36.0g水和45g乳酸CH3CH（OH）COOH溶液中，水的摩尔分数是（）

A.0.5B.0.2C.2.5D.2.0E.0.8

22.在Na2CO3溶液中，其摩尔浓度是0.2mol·L-1，那么Na2CO3的质量浓度是（）

A.2.12g·L-1B.212g·L-1C.212kg·L-1

D.106g·L-1E.21.2g·L-1

23.在含有18.0g水和2.0gNaHCO3溶液中，两种组分的摩尔分数之和是（）

A.1.00B.2.00C.0.25D.0.75E．0.5

24.临床输液所使用的等渗葡萄糖，过去的标签标为为5%，现在如果标为质量浓度和物质的量浓度的话，应该分别是（）

A.5.0g·L-1和0.278mol·L-1B.50.0g·L-1和0.278mol·L-1C.50.0g·L-1和278mol·L-1

D.50.0g·L-1和0.278mmol·L-1E.5.0g·L-1和0.278mmol·L-1g·L-1

25.某患者需补充2.3gNa+，若用生理盐水输入，需用多少mL（）

A.65B.6.5C.650D.1000E.100

26.消毒药用酒精为75%，表示是（）

A.纯乙醇75mL加水100mLB.纯乙醇75mL加水25mLC.纯乙醇75g加水25g

D.纯乙醇75mL加水100gE．纯乙醇75g加水