第二章 物质状态.docx

1、第二章 物质状态第二章 物质状态 2.1 气 体 一 ：理 想 气 体 1. 什么是理想气体认为:1气体分子间不存在相互作用力且完全弹性碰撞。2分子粒子本身 没有体积。（在高温低压下，实际气体的行为就很接近理想气体。）2. 理想气体方程式p v = n R Tp v = n R T各物理量的单位： 压力P- Pa; 体积V-dm-3 ;气体摩尔数n- mol;气体常数R- 8.314 J.mol-1.-1;绝对温度T- .如在标况下1摩尔气体，压力，温度，体积一般有如下关系P 101325 Pa; V 22.4 dm3 ;T 273.15 k;从中可以算出:R=PV/nT=10132522.4

2、1273.15=8.314 J.mol-1.-1 . 1- 3 例 题 P4n = PV/RT=101325*30.00/8.314*293.15 = 12.47 mol从上面推导中可见 P1/P总= n1/n总 = X1 P1X1*p总 【X1是的一种气体的mol分数】 分压定律概括为下列两个式子: P总 Pi 或 P1X1*P总第三章 原子结构 3-1 原子核外电子运动状态电子围绕原子核高速运转，从最简单的原子氢光谱开始研究1.氢原子光谱 （1）实验事实：当极少量的高纯氢气在高真空玻璃管中，加入高电压使之放电，管中发出光束，使这种光经过分光作用。在可见光区得到四条颜色不用的谱线，如下图所示

3、，这种光谱叫做不连续光谱或线状光谱。所有的原子光谱都是线性光谱。 1.氢原子光谱 （2）实验总结： 1885年，瑞士一位中学物理教师J.J.Balmar(巴尔多)指出，上述谱线的频率符合下列公式： =3.2891015( )s-1 由此公式可算出： 当n3时，是H的频率 当n4时，是H的频率 当n5时，是H的频率 当n6时，是H的频率 2.Bohr理论： 1913年，丹麦物理学家N.Bohr首次认识到氢原子光谱与结构之间的内在联系，并提出了氢原子结构模型。并用经典的牛顿 力学推导了结论2.Bohr理论： (1)Bohr的原子结构理论的三点假设 : 原子核外的电子只能在有确定的半径和能量的轨道上

4、运动。 电子在这些轨道上运动时并不辐射能量。 在正常情况下，原子中的电子尽可能处在离核最近的轨道上。这时原子的能量最低，即原子处于基态。当原子受到辐射，加热或通电时获得能量后电子可能跃迁到离核较远的轨道上去。即电子被激发到高能量的轨道上，这时原子处于激发态。 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上，同时释放出光能。 光的频率 式中：E1离核较近的轨道的能量 E2离核较远的轨道的能量 轨道 基态、激发态 引入量子数n，1、2、32.Bohr理论： Bohr在其三点假设的基础上，运用牛顿力学定律推算出下列关系式： r=a0n2 E= KJ.mol1 =3.291015( )s-1 (n

5、1n2)式中：r氢原子轨道的半径，a00.053纳米（玻尔半径） E氢原子轨道的能量 氢原子中电子由高能态跃迁到低能态时辐射光的平率 n正整数（自然数，量子数）。 2.Bohr理论： 根据3.291015( )s-1 在可见光区： 当n12, n23 为H谱线的频率 n24 为H谱线的频率 n25 为H谱线的频率 n26 为H谱线的频率 在红外光区： 当n13,n24，5，6，7有一组谱线 在紫外光区： 当n13, n22，3，4，5也有一组谱线 2.Bohr理论： （3）玻尔理论的贡献和局域性： 贡献： 成功的解释了氢原子光谱。 提出了主量子数n和能级的重要概念，为近代原子结构的发展作出一定

6、的贡献。 局限性： 不能说明多电子原子光谱和氢原子光谱的精细结构； 不能说明化学键的本质。 2.Bohr理论： 产生局限性的原因： 把宏观的牛顿经典力学用于微观粒子的运动，没有认识到电子等微观粒子的运动必须遵循特有的运动规律和特征，即能量量子化.微观波粒二象性规律。1.光的波粒二象性：（1）光的波动性：1）光的干涉：指同样波长的光束在传播时，光波相互重叠而形成明暗相间的条纹的现象。 1.光的波粒二象性： （1）光的波动性：（2）光的衍射：如右图所示，如果光是直线传播的，则只能如红线所示；而光的传播如黑线所示。因此说明光能绕过障碍物弯曲传播，即光能衍射。而光的干涉和衍射实波动才有的现象，即光具有

7、波动性。 1.光的波粒二象性：（2）光的粒子性： 1905年，AAinstein（爱因斯坦）应用Planck量子论成功解释了光电效应，并提出了光子学说。他认为光是具有粒子特征的光子所组成，每一个电子的能量与光的频率成正比，即光子的能量Eho由此可见具有特定频率的光的能量只能是光子能量E的整数倍nE（n为自然数）。而不能是1.1E，1.2E,2.3E。这就是说，光的能量是量子化的。1.光的波粒二象性：（3）光的波粒二象性： 由实验测定的，光的动量P与其波长成反比。 即P （hPlanck常数：6.6261024J.s） 此式表明了光具有波粒二象性。 2.电子的波粒二象性： （1） LDe Bro

8、glie(德布罗衣)预言： 对于电子这样的实物粒子，其粒子性早在发现电子时就已得到人们的公认，但电子的波动性就不容易被发现。经过人们长期的研究和受到波力二象性的启发。1924年，法国物理学家LDe Broglie认为：既然关具有波力二象性，则电子等微观粒子也可有波动性，并指出，具有质量为m，运动速率为v的粒子，相应的波长为： 即 这个关系式把电子等微观粒子的波动性和粒子性的定量地联系起来。表明：粒子的动量越大，其波长越短。 2.电子的波粒二象性： （2）电子衍射实验：1927年，Davisson和Germer应用Ni晶体进行的电子衍射实验证实了电子具有波动性。将一束电子流经过一定的电压加速后通

9、过金属单晶，象单色光通过小圆孔一样发生衍射现象，在感光底片上，得到一系列明暗相同的衍射环纹（如右图所示）。 2.电子的波粒二象性：（2）电子衍射实验： 根据电子衍射图计算得到的电子射线的波长与德布罗衣关系式预期的波长一致。这就证实了电子等微观粒子具有波粒二象性。 对于宏观物体，也可根据德布罗衣关系式计算其波长，只不过计算出的波长极断，根本无法测量。故其主要表现粒子性，服从牛顿静电力学的运动规律。 2.电子的波粒二象性：（3）物质波的统计性规律： 在电子衍射实验中，若以极弱的电子束通过金属箔进行衍射，则电子几乎是一个一地通过金属箔。若实验时间较短，则在照相底片上出现若干似乎不规则分布的感光点，表

10、明电子显粒子性。只有实验时间较长，底片上才形成衍射环纹，显示出波动性。 在衍射实验中，就一个电子来说，不能确定它究竟会落在哪一点上（测不准原理），但若重复进行多次相同的实验，就能显示出电子在空间位置上出现具有衍射环纹的规律。这就是说，电子的波动性是电子无数次行为的统计结果。 由于微观粒子的运动具有波粒二象性，其运动规律须用量子力学来描述，它的基本方程是Schrodinger方程，是一个偏微分方程式中： 波函数（是空间坐标的一种函数式） E总能量（动能势能）（氢原子总能量） V势能（原子核对电子吸引能V ；Z核电荷数，e电子电荷，r电子离核距离） m微观粒子质量（电子质量） h Planck常数

11、2.量子数： （1）四个量子数的取值：Schodinger方程是一个二阶偏微分方程，可以有无穷多的解 。需要引进三个参量（量子数），才能解出确定的有意义的解（E和 ）。这三个量子数及其取值分别是：主量子数n1，2，3，4（任意正整数）角（副）量子数l =0，1，2(n-1)磁量子数 m0，1， 2 l自旋量子数ms1.波函数（ ） *定义:用空间坐标（x,y,z）来描述波的数学函数式。通常波函数也叫原子轨道（借用Bohr名称） *表示:对原子中电子运动状态的波函数，一般可用（x,y,z,t）来表示。而在定态时：1，力学量平均值；2，几率密度，二者不随时间而变化时，可用（x,y,z）表示。 第5

12、章 电化学与金属腐蚀5.1原电池 一、组成和反应 1.化学能转化为电能的装置 能自发进行的反应才具有能量，即G Cl2 Fe3+ I2 Cu2+ Sn4+ Zn2+还原能力：Mn2+ Cl- Fe2+ I- Cu Sn2+ Zn二、氧化还原反应方向判断 反应方向性：rG (还原剂) 此时，E 正极 负极 0 ，这样 rG-nFE Cl2/Cl-=1.36 反应可自发标态下：2Fe3+2I2Fe2+I2 自发否？ Fe3/Fe2 I2 /I Fe3+可以氧化 I。氧化剂的 Fe3/Fe2 Fe3/Fe2+0.0592lg 0.77+0.0592lg 0.77+0.0592(-7) 0.36 V还

13、原剂I2/I- I2 /I - 0.54 Fe3/Fe2+此时Fe3+不能氧化I三、反应程度K的求法rG RTlnK rG nFE RTlnK nFE 2.303 RTlgK nFE 298K时lgK 例：求反应2Fe3+ + Cu 2Fe2+ + Cu2+平衡常数解：根据反应设计电池如下：(-) CuCu2+Fe3+ ，Fe2+Pt (+) E = 正极负极 Fe3+/Fe2+ Cu2+/Cu 0.7710.3410.430V lgK =n E/0.0592 =20.430/0.0592=14.55 K 3.61014例：求溶度积 Ksp 如：AgCl Ag Cl 解：据反应设计电池(-)

14、Ag Ag Cl AgClAg (+) E = 正极负极AgCl /Ag Ag/Ag =0.2220.7990.577K n E/0.05919.78 Ksp K 1.710-10四、元素电位图A Cu2+ 0.152 Cu+ 0.521 Cu 0.34 B Cu(OH)2 -0.08 Cu2O -0.358 CuA MnO4-_0.56_MnO42-_2.26_MnO2 _0.95_Mn3+_1.51_Mn2+ -1.18_M (不稳定) （不稳定） _1.51_ 4.4 化学电源一、一次电池1.锌锰电池(-) ZnZnCl2 ,NH4ClMn2O3 MnO2Ag (+)2.锌汞电池(-)

15、ZnZnO ,KOHHgO HgC (+)二、二次电池1.铅蓄电池(-) PbPbSO4 ,H2SO4(1.251.30gcm-3) PbO2 (+)2.铬镍电池(-) CdCd(OH)2, KOH(1.191.21gcm-3), Ni(OH)2 NiO(OH) C(+) 4.5 电解电解电镀第7章缓冲溶液 v 一、同离子效应 在弱酸或弱碱的电解质溶液中，加入与其具有共同离子的强电解质使电离平衡向左移，从而降低了弱电解质的电离度，这种影响叫同离子效应。 解： HAc H+ + Ac- 开始时相对浓度 0.1 0 0.2 平衡时相对浓度 0.1-x x 0.2+x x为H+ 平衡常数表达式 K

16、ax(0.2+x)/(0.1-x)由于C0/ K a 400,且平衡左移，近似得0.2+x=0.2 0.1-x=0.1 所以平衡常数的表达式为： K a0.2 x / 0.1 x=0.1 K a/0.2 K a=1.8105代入得 x=9.0106 即H+=9.010-6 moldm-3电离度 =H+/ C0 =9.0106/0.1 =9.0103 若不加入NaAc, 得 CH+= 1.3103 = CH+/ C = 1.3 所以说, 加入 NaAc固体，由于Ac的影响使HAc的缩小了144倍。 二、缓冲溶液的组成和作用1、能抵抗少量强酸、强碱和水的稀释而保持体系的PH值基本不变的溶液称缓冲溶

17、液。 2、一般是由弱酸和它的共轭碱 或由弱碱和它的共轭酸所组成， 如 HAcNaAc；NH3H2O+NH4Cl；Na2H2PO4+ NaHPO4等可配置成不同PH值的缓冲溶液。3、缓冲溶液为什么能控制溶液PH值基本不变？以HAcNaAc为例：计算在0.050moll-1的 HAc和0.050 moll-1的NaAc溶液中加入0.010 moll-1的HCl前后PH值。 （1） 加入前：HAc H + Ac 初始 0.050 0 0.050 平衡时 0.050-x x 0.050+x 得 H+ x = K aC酸/C碱 由于C0/ K a 400且平衡左移，近似得0.050+x=0.050 0.

18、050-x=0.050 即 H+K a 所以 PH=4.76PHPKalg（C酸/C碱）假如1升中加入HCl后， 反应生成0.010 mol HAc，则反应关系变得： C酸0.050+0.0100.060 C碱0.050-0.0100.040PHPKalg（C酸/C碱） 4.76-0.17 4.594、缓冲溶液的特点： （1）PH值或POH值的一般表达式： PHPK 酸（C酸/C碱） POHPK 碱（C碱/C酸） 所以，PH值或POH值主要取决于PK 值，但与 C酸/C碱 有关， 但PH的缓冲范围一般是：PH = PK1 （2）酸度或碱度和盐的浓度越大，则缓冲能力强，但在C酸/C碱 的比值为1

19、时，缓冲性能最好。 v 配制 pH = 7 的缓冲溶液时, 选择最合适的缓冲对是-( )( Ka HAc= 1.810-5 , Kb NH3= 1.810-5 ; H3PO4 : Ka1 = 7.5210-3 , Ka2= 6.2310-8 , Ka3= 4.410-13 ; H2CO3 : Ka1 = 4.3010-7 , Ka2= 5.6110-11) (A) HAc-NaAc (B) NH3-NH4Cl (C) NaH2PO4-Na2HPO4 (D) NaHCO3-Na2CO3v 下列各混合溶液中,具有缓冲作用的是-( ) (A) HCl(1moldm-3) + NaAc(2moldm-

20、3) (B) NaOH(1moldm-3) + NH3(1moldm-3) (C) HCl(1moldm-3) + NaCl(1moldm-3) (D) NaOH(1moldm-3) + NaCl(1moldm-3)v 20.0 cm3 0.10 moldm-3 Na3PO4 溶液与 20.0 cm3 0.10 moldm-3H3PO4相混合, 溶液的 pH值是多少 ? (H3PO4的 Ka1=7.510-3, Ka2=6.210-8, Ka3=2.210-13) 第九章配位平衡 1 、配位化合物Ag(NH3)2+ 、Cu(NH3)42+ 、Fe(CN)63 、Pt (C2H4)Cl22 组成

21、：中心金属离子与几个配体分子或离子形成的配离子或络离子，金属与配体之间的结合非常稳定。 Ag(NH3)2+ Ag + 2 NH3 这反应的程度非常小，平衡常数Ki很小；相反 Ag + 2 NH3 Ag(NH3)2+ 反应平衡常数Kf 很大；Kf1/KiKf 就叫稳定常数， Ki不稳常数，也叫离解常数题1 1.0dm3 0.10moldm-3CuSO4溶液中加入6.0moldm-3的NH3H2O 1.0dm3 ,求平衡时溶液中Cu2的浓度。( K稳Cu(NH3)42 =2.091013 ) v 已知: 在25时, HCN 的 Ka= 4.9310-10 Zn(CN)4 2的 K稳 = 1.01016 求反应: Zn(CN)42 + 4H+ Zn2+ + 4HCN 的 K 。 v 在1.0dm3 溶液中含1.0molAgNO3 与 2.0molNH3H2O, 计算溶液中各组分(Ag, NH3, Ag(NH3)2)的浓度。当加入稀HNO3使Ag(NH3)2浓度降为1.010-2moldm-3时,溶液的pH为何值? ( K稳Ag(NH3)2=1.6107 , Kb NH3H2O=1.8510-5 ) 第十二章 卤素 12-1 通性 一、p区元素概述一、卤素通性 1、 元素电位图 注意：在不同介质中，各价态存在形式 各自价态稳定否（歧化） 右左 歧化2、