工程化学复习重点.ppt

1、化学的五个主要基础分支为化学的五个主要基础分支为 无机化学无机化学 ；有机化学；有机化学 ；分析化学；物理化学；分析化学；物理化学 ；和高分子化学。；和高分子化学。波函数是描述核外电子运动状态的函数，也称为原子轨道。光具有动量和波长，也即光具有光具有动量和波长，也即光具有波粒波粒二象性二象性。原子核外电子的分布要服从以下规则：泡里不相容原理 能量最低原理 洪德规则 凡能给给出出质质子子的物质都是酸酸；凡能结结合合质质子子的物质都是碱碱。室温时，水的pH值等于7H和U是状态函数写出气体反应的平衡常数如：3/2H2+1/2N2 NH3 2.化学学科的基本使命是将资源转化为工业品，将低值物质转化为高

2、值物质，甚至将有害物质制转化为有益物质，所以从某种意义上讲，化学的中心问题就是合成新的物质。系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和 空间。空间。开放系统开放系统有物质和能量交换有物质和能量交换封闭系统封闭系统只有能量交换只有能量交换 几个基本概念几个基本概念1.系统与环境系统与环境 隔离系统隔离系统无物质和能量交换无物质和能量交换3.化学计量数一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系，关系，通式为：通式为：B 称为B

3、的化学计量数。符号规定：反应物：B为负；产物：B为正。附例附例1.1 应用化学反应统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：解：用化学反应通式表示为：0=-N2-3H2+2NH34.反应进度反应进度反应进度 的定义：的定义：反应进度的单位是摩尔（mol），它与化学计量数的选配有关。nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。或定义思考思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？答：有关。如对于反应：答：有关。如对于反应：0=N2 3H2+2NH3，当有，当有1mol NH3生成时，反应进度为生成时，反应进度为0.5mol。若将。若将反应写成反应写成则反应进

4、度为则反应进度为1 mol。状态函数状态函数：确定体系状态的宏观物理量：确定体系状态的宏观物理量称为体系的状态函数。称为体系的状态函数。如质量、温度、压力、如质量、温度、压力、体积、密度、组成等是状态函数。体积、密度、组成等是状态函数。状态函数的特点：状态函数的特点：1 1.体系的状态一定，状态函数值确定。体系的状态一定，状态函数值确定。2.状态函数的改变值只由体系的始态和状态函数的改变值只由体系的始态和终态决定，与体系经过的途径无关。终态决定，与体系经过的途径无关。3.循环过程的状态函数改变值为零。循环过程的状态函数改变值为零。化学反应的热力学能变化与焓变通常把反应物和生成物具有相同温度时，

5、系统吸收或通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸收或放出的热量叫做反应热。放出的热量叫做反应热。根据反应条件的不同，反应热又可分为：根据反应条件的不同，反应热又可分为：定容反应热定容反应热恒容过程，体积功w体=0，不做非体积功 w=0时，所以，w=w体+w=0，qV=U 定定压反应热压反应热恒压过程，不做非体积功时，w体=p(V2V1)，所以qp=U+p(V2V1)思考思考：这两个公式有什么用处？答：可以利用这两个公式计算反应热。答：可以利用这两个公式计算反应热。2.标准摩尔生成焓指定单质通常指标准压力和该温度下最稳定的单质。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l)等。但P为白磷(s)，即P（s

6、，白）。298.15K时的数据可以从手册及教材的附录时的数据可以从手册及教材的附录3中查到中查到。显然，标准态指定单质的标准生成焓为显然，标准态指定单质的标准生成焓为0 0。生成焓的负值越大，。生成焓的负值越大，表明该物质键能越大，对热越稳定。表明该物质键能越大，对热越稳定。标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质B时反应的焓变称为标准摩尔生成焓，记作时反应的焓变称为标准摩尔生成焓，记作 。反应的标准摩尔焓变的计算稳定单质稳定单质可从手册数据计算可从手册数据计算298.15K时的标准摩尔反应焓时的标准摩尔反应焓.反应物反应物标准状态标准状态生成物

7、生成物标准状态标准状态 r Hm f Hm(p)f Hm(r)由盖斯定律，得：由盖斯定律，得：试计算石灰石热分解反应的熵变和焓变 r (298.15 K)=B (B)=(39.75+213.74)-92.9 59J.mol-1.K-1=160.59 J.mol-1SmSm解：解：f (298.15 K)/(kJ.mol-1)-1206.92 -635.09 -393.509 (298.15 K)/(J.mol-1.K-1)92.9 39.75 213.74SmHm=(-635.09)+(-393.509)-(-1206.92)kJ.mol-1=178.32 kJ.mol-1 r (298.15

8、 K)B f Hm,B (298.15 K)=Hm【例例】计算下列反应的计算下列反应的 ,并判断反并判断反应的自发方向。应的自发方向。C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)rG m 解：查解：查 -910.5 0 -394.4 -237.2 rG m =6(-394.4)+6(-237.2)(-910.5)=-2879.1 kJ.mol-1 因为因为 0,正反应自发。正反应自发。rG m 【例例】已知下列反应的已知下列反应的rHm=-402kJ.mol-1,rSm=-189 J.K-1.mol-1，求标准状态下反应，求标准状态下反应处于平衡时的温度。处于平衡时的温度

9、。CaO(s)+SO3(g)=CaSO4(s)解：解：平衡时平衡时 rGm(T)rHm(298)-TrSm(298)=0 T=rHm/rSm=-402/-0.189 =2130(K)对于通式：=kc(A)a.c(B)b若为元反应，则反应速率方程为k 称为速率常数速率常数各反应物浓度项指数之和(n=a+b)称为反应级数反应级数而而 rGm=-nFE可得：可得：当当T=298.15K时：时：以上讨论可知，电化学方法实际上是热力学方法以上讨论可知，电化学方法实际上是热力学方法的具体运用。的具体运用。已知K 与rGm的关系如下：共轭酸碱解离常数之间关系根据已知弱酸(碱)的解离常数Ka(Kb)，可计算得

10、其共轭离子碱(酸)的Kb(Ka)。以Ac为例Ac(aq)+H2O(l)=HAc(aq)+OH(aq)常温时，Kw=1.0 10 14即 K a K b=Kw,Kw称为水的离子积常数离子积常数Ac的共轭酸是HAc：HAc(aq)=H+(aq)+Ac(aq)缓冲溶液的pH当加入大量的强酸或强碱，使溶液中的Ac或HAc耗尽，则溶液将失去缓冲能力。组成缓冲溶液的一对共轭酸碱，如HAcAc又称为缓缓冲冲对对。可用通式表示缓冲对之间存在的平衡：共轭酸=共轭碱+H+1.离子键当活泼金属和活泼非金属元素的原子互相接近时，前者失去电子形成正离子，后者得到电子形成负离子。正、负离子通过静电相互作用结合成离子型化合

11、物。离子键的本质离子键的本质异号离子之间的静电引力。离子键的特征离子键的特征 没有方向性 没有饱和性(1)主量子数 n 的物理意义：表示核外的电子层数并确定电子到核的平均距离表示核外的电子层数并确定电子到核的平均距离 确定单电子原子的电子运动的能量确定单电子原子的电子运动的能量n 的取值：n=1，2，3，量子数求解H原子薛定谔方程得到：每一个对应原子轨道中电子的能量只与n有关：En=(1312/n2)kJmol 1n的值越大，电子能级就越高。n=1，2，3，4,对应于电子层K，L，M，N,(2)角量子数 l 的物理意义：l 的取值：l=0,1,2,3,(n 1)l=0,1,2,3 的原子轨道习

12、惯上分别称为s、p、d、f 轨道。原子轨道形状 表示亚层，基本确定原子轨道的形状形状 对于多电子原子，与n共同确定原子轨道的能量。能量。s轨道投影yxdxy轨道投影yx+-pz轨道投影zx+-(3)磁量子数 m 的物理意义：m 的取值:m=0,1,2,l,共可取2l+1个值 确定原子轨道的伸展方向p轨道,m=-1,0,+1,有三个伸展方向 原子轨道伸展方向除s轨道外,都是各向异性的用波函数n,l,m描述原子中电子的运动,习惯上称为轨道运动,它由n,l,m三个量子数所规定,电子还有自旋运动自旋运动，因而产生磁矩磁矩，电子自旋磁矩只有两个磁矩只有两个方向方向。因此，自旋量子数的取值仅有两个，分别为

13、+1/2和-1/2，也常形象地表示为 和 。(4)自旋量子数ms一个轨道中的电子可以有两种不同的自旋方向。共价键共价键是两个原子共用共用成键电子对成键电子对形成的，成键电子对可以由两个原子共同提供共同提供，也可以由一个原子单独提供单独提供（后者习惯上称为配位键配位键）同种非金属元素或电负性相差不大的元素之间可以形成共价键。当由两个原子共同提供一对电子时，这对电子的自旋方向必须相反，同时这两个电子的原子轨道发生最大程度的重叠，在两个原子核间形成密集的电子云。+成键+不成键附图 p轨道共价键形成示意图5.元素的电负性电负性是元素的原子在分子中吸引电子的能力。电负性是元素的原子在分子中吸引电子的能力。1932年，鲍林（Pauling）首先提出了电负性的概念。鲍林指定氟（F）的电负性为4.0，从而求出其它元素的电负性。电负性是一个相对数值电负性是一个相对数值 在同一周期中，从左到右电负性增加在同一周期中，从左到右电负性增加。在同一族中，自上而下电负性下降在同一族中，自上而下电负性下降。思考思考：电负性最大的前三种和最小的元素分别是什么？电负性最大的前三种和最小的元素分别是什么？答：电负性最大的元素为答：电负性最大的元素为F(4.0)、O(3.5)、N(3.0)和和Cl(3.0)。电负性最小的元素是电负性最小的元素是Cs和和Fr(0.7)。