化学基本定律的建立及道尔顿原子学说.pptx

第二节第二节化学基本定律的建立化学基本定律的建立及道尔顿原子学说及道尔顿原子学说 18世纪末至世纪末至19世纪，化学和其它自然科学一样，世纪，化学和其它自然科学一样，由收集、记录材料为特征的经验描述阶段，逐步过由收集、记录材料为特征的经验描述阶段，逐步过渡到以整理材料、找出材料之间的内在联系为特征渡到以整理材料、找出材料之间的内在联系为特征的理论概括阶段。的理论概括阶段。化学从定性研究的方法和观点向定量研究的方化学从定性研究的方法和观点向定量研究的方法和观点发展，以弄清物质的组成及化学变化中反法和观点发展，以弄清物质的组成及化学变化中反应物之间和反应物、生成物之间量的关系。应物之间和反应物、生成物之间量的关系。建立了许多化学基本定律建立了许多化学基本定律本节包含的内容本节包含的内容一、质量守恒定律与当量定律的建立一、质量守恒定律与当量定律的建立二、定比定律的确立二、定比定律的确立三、倍比定律与道尔顿原子学说三、倍比定律与道尔顿原子学说四、化学元素符号、名称、化学式四、化学元素符号、名称、化学式一、质量守恒定律与当量定律的建立一、质量守恒定律与当量定律的建立 化学反应必然引起物质性质的变化学反应必然引起物质性质的变化，那么，反应物和生成物之间量的化，那么，反应物和生成物之间量的关系是一种什么关系呢？近代化学家关系是一种什么关系呢？近代化学家通过大量的实验研究总结出著名的质通过大量的实验研究总结出著名的质量守恒定律，当时叫做重量守恒定律量守恒定律，当时叫做重量守恒定律和物质不灭定律。和物质不灭定律。(一一)质量守恒定律质量守恒定律 参加反应的全部物质的质量，参加反应的全部物质的质量，常等于全部反应产物的重量。常等于全部反应产物的重量。1.质量守恒定律的提出者质量守恒定律的提出者俄国著名化学家、俄国近代化学俄国著名化学家、俄国近代化学的奠基人罗蒙诺索夫的奠基人罗蒙诺索夫(1711-1765)首先提出了。首先提出了。2.实验实验煅烧金属实验：煅烧金属实验：在密闭的玻璃瓶内煅烧金属后，不在密闭的玻璃瓶内煅烧金属后，不开启玻璃瓶就进行称量，发现尽管开启玻璃瓶就进行称量，发现尽管金属经过煅烧已经变成了锻灰，但金属经过煅烧已经变成了锻灰，但质量并无变化。质量并无变化。3.推断推断 罗蒙诺索夫判断：罗蒙诺索夫判断：波义尔在敞开波义尔在敞开的容器煅烧金属增重的原因是由于金的容器煅烧金属增重的原因是由于金属与空气结合的缘故，从而否定了波属与空气结合的缘故，从而否定了波义尔的义尔的“火微粒火微粒”和和“燃素燃素”的存在。的存在。4.提出的历史提出的历史1756年，他从大量实验中概括出质量守恒定律；年，他从大量实验中概括出质量守恒定律；1760年，在出版的年，在出版的论物质的固性和液性论物质的固性和液性一书中，一书中，进一步阐述了这一观点，但这一观点并未广泛流传；进一步阐述了这一观点，但这一观点并未广泛流传；1774年，拉瓦锡用精确的定量实验研究了氧化汞的年，拉瓦锡用精确的定量实验研究了氧化汞的分解和合成中各物质量的变化，进一步确定了质量分解和合成中各物质量的变化，进一步确定了质量守恒定律；守恒定律；但是，但是，18世纪，由于科学认识水平和实验手段的限世纪，由于科学认识水平和实验手段的限制，无论是罗蒙诺索夫还是拉瓦锡，实验的测量都制，无论是罗蒙诺索夫还是拉瓦锡，实验的测量都不够精确，小于不够精确，小于0.2%的重量就测不出来了。的重量就测不出来了。1912年，英国化学家曼莱年，英国化学家曼莱(Manley)作了精确作了精确度很高的试验。度很高的试验。实验：实验：用一个双连的玻璃管，将一种反应用一个双连的玻璃管，将一种反应物装在左边，另一种装在右边，封死管口物装在左边，另一种装在右边，封死管口后用精密太平称量。然后，将左右两方的后用精密太平称量。然后，将左右两方的物质混合，使其发生反应，再进行称量。物质混合，使其发生反应，再进行称量。试验表明：试验表明：倘若重量因反应而改变，这个倘若重量因反应而改变，这个改变将小于一千万分之一。改变将小于一千万分之一。重量不变重量不变5.意义意义质量守恒定律的建立具有重大的科学意义和质量守恒定律的建立具有重大的科学意义和哲学意义。哲学意义。有了这个定律做基础，才能精确地和深入地有了这个定律做基础，才能精确地和深入地研究化学反应中各种物质之间的关系；研究化学反应中各种物质之间的关系；另外，为哲学上的物质不灭原理提供了坚实另外，为哲学上的物质不灭原理提供了坚实的自然科学基础；的自然科学基础；它是自然界最基本的定律之一，与能量守恒它是自然界最基本的定律之一，与能量守恒和转化定律具有同等的重要性。和转化定律具有同等的重要性。二、定比定律的确立二、定比定律的确立 定比定律定比定律(也称定组成定律也称定组成定律)，是当量定律的逻辑发展。是当量定律的逻辑发展。(一一)定比定律定比定律 如果承认组成化合物各元素的重如果承认组成化合物各元素的重量与它们的当量成正比，那么，在量与它们的当量成正比，那么，在逻辑上就必然导致每种化合物都有逻辑上就必然导致每种化合物都有固定的组成。固定的组成。1.定比定律的提出者定比定律的提出者法国化学家普罗斯法国化学家普罗斯(Joseph Louis Proust,1754-1826)，是法国一位杰出，是法国一位杰出的分析化学家。的分析化学家。他以系统、广泛、精密的研究将定比他以系统、广泛、精密的研究将定比定律建立在坚实的科学实验基础上。定律建立在坚实的科学实验基础上。2.实验实验1799年，普罗斯发现天然碳酸铜和人年，普罗斯发现天然碳酸铜和人造碳酸铜的组成成分完全一样，造碳酸铜的组成成分完全一样，由此他指出由此他指出“化合物生成时，有一只化合物生成时，有一只不可见的手掌握着天平，化合物就是不可见的手掌握着天平，化合物就是造物主指定了固定比例的物质。造物主指定了固定比例的物质。”3.意义意义定比定律的确立，对化学的发展具有定比定律的确立，对化学的发展具有重大的意义。重大的意义。他为近代原子学说的建立奠定了科学他为近代原子学说的建立奠定了科学的基础，并提供了大量的实验材料。的基础，并提供了大量的实验材料。同时对当时的化学研究方向起了支配同时对当时的化学研究方向起了支配和定向作用。和定向作用。三、倍比定律与道尔顿原子学说三、倍比定律与道尔顿原子学说 18世纪初至世纪初至19世纪末，许多化学世纪末，许多化学家都发现，两种元素可以按不同的比家都发现，两种元素可以按不同的比例生成不止一种化合物。例生成不止一种化合物。道尔顿对这一现象很感兴趣，开道尔顿对这一现象很感兴趣，开始进行研究。始进行研究。(一一)道尔顿简介道尔顿简介 道尔顿（道尔顿（J.Dalton，17661844）英国）英国科学家。近代原子学说的奠基人。道尔顿与科学家。近代原子学说的奠基人。道尔顿与法拉第、布朗、歌德等同属一个时代。他从法拉第、布朗、歌德等同属一个时代。他从15岁起就开始了边教课、边自学、边研究、岁起就开始了边教课、边自学、边研究、边写作的道路。他的科学启蒙老师是一位双边写作的道路。他的科学启蒙老师是一位双目失明的学者。道尔顿的第一部科学著作是目失明的学者。道尔顿的第一部科学著作是气象观测论文集气象观测论文集。道尔顿一生著书。道尔顿一生著书50多多部，其中最重要的是部，其中最重要的是化学哲学新体系化学哲学新体系。道尔顿一生勤奋、坚韧，他患有色盲症，但道尔顿一生勤奋、坚韧，他患有色盲症，但却从不妥协，而且把色盲症作为自己的一个却从不妥协，而且把色盲症作为自己的一个研究课题。为了纪念他，英国曼彻斯特大学研究课题。为了纪念他，英国曼彻斯特大学于于1853年设立了道尔顿奖学金。年设立了道尔顿奖学金。(二二)倍比定律的建立倍比定律的建立18世纪末至世纪末至19世纪，许多化学家都发现，两种元世纪，许多化学家都发现，两种元素可以按不同的比例生成不止一种化合物；素可以按不同的比例生成不止一种化合物；1800年，戴维测定了三种氮的不同氧化物的重量年，戴维测定了三种氮的不同氧化物的重量组成；组成；普罗斯在发现定比定律的过程中，也认识到这一普罗斯在发现定比定律的过程中，也认识到这一点，但由于当时的分析不够精确，以及缺少正确点，但由于当时的分析不够精确，以及缺少正确的理论指导，他未能发现倍比定律。的理论指导，他未能发现倍比定律。1.历史历史2.道尔顿的实验道尔顿的实验1803年，道尔顿分析了碳的两种氧化物年，道尔顿分析了碳的两种氧化物(CO和和CO2)，确定两种气体中碳与氧的，确定两种气体中碳与氧的重量比分别为重量比分别为5.4:7和和5.4:14；同时发现两；同时发现两种氧化物之间氧的重量比为种氧化物之间氧的重量比为1:2。1804年，分析了甲烷和乙烯的组成，得年，分析了甲烷和乙烯的组成，得知与同量碳化合的氢的重量比为知与同量碳化合的氢的重量比为2:1。3.倍比定律倍比定律 若两种元素化合生成一种以若两种元素化合生成一种以上的化合物时，与一定质量某种上的化合物时，与一定质量某种元素化合的另一元素的质量成简元素化合的另一元素的质量成简单整数比。单整数比。4.倍比定律建立的意义倍比定律建立的意义 著名的倍比定律发现，为原子论著名的倍比定律发现，为原子论的确立打下了实验基础，从而使道的确立打下了实验基础，从而使道尔顿成为近代原子论的奠基人。尔顿成为近代原子论的奠基人。(三三)道尔顿原子学说道尔顿原子学说1.原子学说确立的历史原子学说确立的历史 世界是由物质构成的，但是，世界是由物质构成的，但是，物质又是由什么组成的呢？物质又是由什么组成的呢？(1)我国我国最早尝试解答这个问题的是我国商朝最早尝试解答这个问题的是我国商朝末年的西伯昌末年的西伯昌(约公元前约公元前1140年年)，他，他认为：认为：“易有太极，易生两仪，两仪易有太极，易生两仪，两仪生四象，四象生八卦。生四象，四象生八卦。”以阴阳八卦以阴阳八卦来解释物质的组成。来解释物质的组成。(2)国外国外很久以前，古希腊的留基伯和德谟克特猜测物质是很久以前，古希腊的留基伯和德谟克特猜测物质是由不连续的微粒组成，这是原子概念的最早提出。由不连续的微粒组成，这是原子概念的最早提出。公元前公元前99/94-55，古希腊的伊壁鸠鲁和古罗马的卢克，古希腊的伊壁鸠鲁和古罗马的卢克莱修对原子的重量、形状、体积做出了一些天才的莱修对原子的重量、形状、体积做出了一些天才的猜测。猜测。17世纪，法国哲学家伽桑狄重新提出了原子论观点，世纪，法国哲学家伽桑狄重新提出了原子论观点，并认为原子是在意大利物理学家托里拆利用实验证并认为原子是在意大利物理学家托里拆利用实验证明存在的真空中运动。明存在的真空中运动。波义尔认为构成自然界的材料是一些细小密集、用波义尔认为构成自然界的材料是一些细小密集、用物理方法不可分割的粒子。物理方法不可分割的粒子。牛顿从力学的角度发展了物质构造的微粒说，他认牛顿从力学的角度发展了物质构造的微粒说，他认为，物质由一些很小的微粒组成，这些微粒通过某为，物质由一些很小的微粒组成，这些微粒通过某种力量彼此吸引，当粒子直接接触时，这种力特别种力量彼此吸引，当粒子直接接触时，这种力特别强；粒子间有小的距离时，这种力可使粒子间进行强；粒子间有小的距离时，这种力可使粒子间进行化学反应；距离再大时，这种力就显不出作用了。化学反应；距离再大时，这种力就显不出作用了。牛顿关于物质结构的微粒理论对道尔顿的原子论思牛顿关于物质结构的微粒理论对道尔顿的原子论思想产生了很多影响。想产生了很多影响。1803年年10月，道尔顿在曼彻斯特的月，道尔顿在曼彻斯特的“文学文学哲学会哲学会”上，第一次宣读他的有关原子学上，第一次宣读他的有关原子学说及原子量的论文。说及原子量的论文。1804年，年，T.汤姆逊拜访了道尔顿，详细了汤姆逊拜访了道尔顿，详细了解了道尔顿的原子学说。解了道尔顿的原子学说。1807年，在其著年，在其著作作化学哲学新体系化学哲学新体系，首次公开叙述了，首次公开叙述了原子学说。原子学说。2.原子学说的主要内容原子学说的主要内容(1).一切元素都是由不能再分割和不能毁灭一切元素都是由不能再分割和不能毁灭的微粒所组成，这种微粒称为原子；的微粒所组成，这种微粒称为原子；(2).同一种元素的原子的性质和质量都相同，同一种元素的原子的性质和质量都相同，不同元素的原子的性质和质量不同；不同元素的原子的性质和质量不同；(3).一定数目的两种不同元素化合以后，便一定数目的两种不同元素化合以后，便形成化合物。形成化合物。化合物原子为复杂原子，它化合物原子为复杂原子，它的质量为所含各种元素原子质量之总和。的质量为所含各种元素原子质量之总和。3.原子学说的意义原子学说的意义原子学说成功地解释了不少化学现象。原子学说成功地解释了不少化学现象。在理论上统一解释了一些化学基本定律和化学实验在理论上统一解释了一些化学基本定律和化学实验事实，揭示了质量守恒定律、当量定律、定比定律事实，揭示了质量守恒定律、当量定律、定比定律和倍比定律的内在联系。和倍比定律的内在联系。标志着人类对物质结构的认识前进了一大步。为以标志着人类对物质结构的认识前进了一大步。为以后物理、化学、生物的发展奠定了理论基础，特别后物理、化学、生物的发展奠定了理论基础，特别是促进了化学的迅速发展，开辟了化学全面、系统是促进了化学的迅速发展，开辟了化学全面、系统发展的新时期。发展的新时期。化学由宏观进入到微观的层次，使化学研究建立在化学由宏观进入到微观的层次，使化学研究建立在原子和分子水平的基础上。原子和分子水平的基础上。四、化学元素符号、名称、化学式四、化学元素符号、名称、化学式(一一)化学符号系统化学符号系统化学元素符号、名称、化学式统称化学元素符号、名称、化学式统称。化学符号系统是化学学科所特有的化学符号系统是化学学科所特有的语言，并且是一种形式化语言。语言，并且是一种形式化语言。(二二)化学符号系统蕴涵的内容化学符号系统蕴涵的内容1.这些符号可以表示化学元素、化学原子、这些符号可以表示化学元素、化学原子、化合物的组成等物质内容；化合物的组成等物质内容；2.由这些符号组成的关系式，可以表述化学由这些符号组成的关系式，可以表述化学反应过程，或者反映化学理论和规律；反应过程，或者反映化学理论和规律；3.它们是化学工作者进行理论思维和交流的它们是化学工作者进行理论思维和交流的工具。工具。(三三)元素符号的形成元素符号的形成 最早的元素符号来自古代的炼金术符号，而历最早的元素符号来自古代的炼金术符号，而历史最久的炼金术符号则来自埃及的像形文字，史最久的炼金术符号则来自埃及的像形文字，因为像形文字描摹实物的形状，简明、直观、因为像形文字描摹实物的形状，简明、直观、形象，又不像绘画文字那样容易产生歧义。形象，又不像绘画文字那样容易产生歧义。如表示水的符号：如表示水的符号：如表示沙的符号：如表示沙的符号：1.历史历史1787年，哈森弗拉兹（年，哈森弗拉兹（J.H.Hassenfratz，17551827）和阿迪（）和阿迪（P.A.Adet，17631834）提出了完）提出了完全不同于炼金术符号体系的新方案。全不同于炼金术符号体系的新方案。这套符号简明、系统，但由于当时并不是每个这套符号简明、系统，但由于当时并不是每个化学家都意识到元素符号的重要作用，再加上这套化学家都意识到元素符号的重要作用，再加上这套符号本身的再造能力不强，因而未被普遍采纳。符号本身的再造能力不强，因而未被普遍采纳。用简单的几何符号表示非金属。用简单的几何符号表示非金属。如如“”和和“/”分别表示氧和氮；分别表示氧和氮；“”、“C”分别表示氢和碳；分别表示氢和碳；“”、“”分别表示铁和铜，等等，分别表示铁和铜，等等，19世纪初，道尔顿用一些特定标记的圆世纪初，道尔顿用一些特定标记的圆圈表示原子。圈表示原子。氢氢氮氮碳碳氧氧硫硫磷磷矾土矾土钠碱钠碱钾碱钾碱铜铜铅铅他还用简单原子符号的组合表示他还用简单原子符号的组合表示“复复杂原子杂原子”-分子。分子。水水氨氨成油气成油气氧化碳氧化碳碳酸碳酸硫酸硫酸2.特点特点 这套符号的主要优点是它的定量性这套符号的主要优点是它的定量性质，每个符号表示一个简单原子，化合质，每个符号表示一个简单原子，化合物的符号由其组成元素的符号组成，能物的符号由其组成元素的符号组成，能够反映够反映“复杂原子复杂原子”（分子）中所含简（分子）中所含简单原子的个数。但这套符号不便于记忆，单原子的个数。但这套符号不便于记忆，使用起来也不方便。使用起来也不方便。(四四)现代元素符号现代元素符号 现代化学符号体系的奠基人是瑞典现代化学符号体系的奠基人是瑞典化学家贝采里乌斯，他于化学家贝采里乌斯，他于1813年提出。年提出。1848年正式发表了年正式发表了论化学符号以及使论化学符号以及使用这些符号表示化学比例的方法用这些符号表示化学比例的方法一文。一文。1.规则规则(1)采用每种元素的拉丁文名称开头采用每种元素的拉丁文名称开头的字母表示化学元素符号；的字母表示化学元素符号；如如:S(sulphur)C(carbonicum)O(oxygenium)(2)如果元素符号的第一个字母相同，如果元素符号的第一个字母相同，就再加上名称的下一个字母；就再加上名称的下一个字母；如如:Si(silicium)Co(cobaltum)Os(osmium)(3)用元素符号的组合作为化合物用元素符号的组合作为化合物的符号。的符号。(五五)优点优点(1)简单明了；简单明了；(2)即表示化学式，也表示原子的原子量；即表示化学式，也表示原子的原子量；(3)能解释化合物的原子组成；能解释化合物的原子组成；(4)通用符号，非常有利于化学交流和发展。通用符号，非常有利于化学交流和发展。所以，他所提出的元素符号体系延用至今。所以，他所提出的元素符号体系延用至今。