工程化学基础-复习(课堂PPT).ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,工程化学基础期末复习,1,第,一,章,化学反应的调控与应用,1.,系统和环境,敞开体系、封闭体系、孤立体系,2.,状态和状态函数,状态函数的特点,3.,热 和 功（,Q,和,W),热和功不是状态函数,4.,热 力 学 能，内能,U,是状态函数,一、基本概念：,2,5.,热 力 学 第 一 定 律,U,=,Q,+,W,6.,反应热（或者热效应）,恒容过程反应热,Q,V,，,Q,V,=,U,恒压过程反应热,Q,p,Q,P,=H,对气体：,Q,p,=,Q,V,+,nRT,7.,焓和焓变（,H,和,H),，,KJ mol,-1,盖斯定律,标准摩尔生成焓,参考态元素,热力学对标准状态的定义,3,8.,键能,9.,自发过程和自发过程的特点,10.,熵和熵变（,JK,-1,mol,-1,）,热力学第三定律，,绝对熵，标准摩尔熵,热力学第二定律,11.,吉布斯自由能和吉布斯自由能变,（,G,G,）（,KJ mol,-1,）,标准摩尔生成吉布斯自由能,G=H-TS,G=,H-T,S,G0;,G=0;,G0,4,12.,化学平衡,可逆反应；化学平衡状态；气体分压定律；,标准平衡常数；多重平衡规则；平衡转化,率；化学平衡的移动；影响化学平衡的因,素（浓度，温度，压力，催化剂）,13.,酸碱平衡：,K,w,y,PH,POH,酸碱质子理论中酸碱的定义,解离常数，稀释定律，同离子效应,14.,沉淀溶解平衡,溶度积,K,sp,y,溶度积和溶解度的关系，溶度积规则,5,15.,配位平衡,配合物的组成，中心离子（或原子，或中心体，形成体），配位体，配位数，内界，外界，配合物的命名。,K,y,(,稳,),和,K,y,(,不稳,),16.,化学反应速率,v,=1/,B,c,B,/,t,基元反应，质量作用定律，复合反应,速率常数，反应级数，影响化学反应速 率的因素，,阿伦尼乌斯公式,17.,反应速率理论和活化能,碰撞理论、过渡状态理论,6,二、相关计算：,热力学第一定律,恒容过程反应热,U=Q+W=Q,V,恒压过程反应热,-,焓变,a.Q,P,=U+pV=H,b.,盖斯定律：,r,H=,i,r,H,i,c.,反应标准摩尔焓变的计算,298K,r,H,m,=,v,i,f,H,m,(,生成物,)-,v,i,f,H,m,(,反应物,),任一温度，,r,H,m,(,T,),r,H,m,(298.15K),7,熵变,298.15K,时，参考态元素的标准摩尔熵不等于零。,298.15K,时,r,S,m,=,v,i,S,m,生成物,-,v,i,S,m,反应物,任一温度，,r,S,m,(,T,),r,S,m,(298.15K),8,b.,标准态下，任一温度,T,，,r,G,m,(,T,),=,r,H,m,(T)-T,r,S,m,(T),吉布斯自由能,r,G,m,=,v,i,f,G,m,(,生成物）,-,v,i,f,G,m,(,反应物）,a.,标准态，,298.15K,时，,r,H,m,(298.15K),r,S,m,(298.15K),c.,非,标准态下，任一温度,T,，,r,G,m,(,T,),=,r,G,m,(,T,)+RT InJ,r,G,m,(,T,)0,非自发反应,r,G,m,(,T,)=0,平衡状态,d.,转化温度，,T=,r,H,m,/,r,S,m,9,对于平衡：,aA+bB,gG+dD,K,=,用浓度表示,K,=,用压力表示,K,无量纲,化学平衡,a.,与反应方程式写法有关；,b.,固体或纯液体不表示在方程式中；,c.,适用于一切平衡系统。,10,分压定律,P,=,B,p,B,（,1,）,p,B,=,Pn,B,/n,=,P,.,x,B,=,P,.,V,B,%,（,2,）,p,B,=,PV,B,/V,多重平衡规则：,若,:,反应,1,=,反应,2,+,反应,3,K,1,=,K,2,.,K,3,则：,11,平衡转化率,转化率：是指某反应物中已消耗部分占该反应物初始用量的百分数。,该反应物已消耗量,该反应物初始用量,某指定反应物转化率,=,100%,标准吉布斯自由能变与平衡常数,r,G,m,(T)=-RT lnK,lnK,=-,r,G,m,(T)/RT,12,r,G,m,(,T,),=-,RT,ln,K,+,RT,lnJ,当,J,K,r,G,K,r,G,0,反应正向非自发,判断反应方向的方法,13,(1),浓度对平衡的影响,（此时温度不变，因而,K,为定值）,改变,反应系统中某物质的浓度后，若：,J,K,平衡向左移动,(,逆方向自发,),J=,K,平衡不移动,化学平衡的移动,14,总压的改变将同等程度地改变各组分,气体的分压力，因此平衡移动的方向将,决定于各组份气体计量数的代数和。,总压力增加时,:,n,0,的反应，平衡左移；,n,=0,的反应，平衡不受的影响。,(2),压力对平衡的影响,n,:,生成气体总分子数,-,反应气体化学总分子数,15,(3),温度对化学平衡的影响,16,勒夏特列,(Le Chatelier),原理,假如改变平衡系统的条件（如浓度、温,的方向移动。,度、压力）之一，平衡就将向减弱这个改变,17,一元弱电解质的解离平衡,HAc H,+,(aq)+Ac,(aq),NH,3,H,2,O NH,4,OH,解离常数表达式分别为：,18,一元弱酸的解离平衡,HA H,+,+A,初始浓度,/molL,-1,c,0 0,平衡浓度,/molL,-1,c,x,x,x,(1),当,c,/,K,a,500,c,c,(H,+,),，,近似看做,c,-,x,c,c,(H,+,)=,c,(A,),解离度,(,),19,一元弱碱的解离平衡,BOH B,+,+,OH,-,初始浓度,/molL,-1,c,0 0,平衡浓度,/molL,-1,c,x,x,x,(1),当,c,/,K,b,500,cC(OH,-,),，,近似看做,c,-,x,c,c,(OH,-,)=,c,(B,+,),20,多元弱酸的解离,多元弱酸的解离是分步进行的，一般,K,a1,K,a2,K,a3,。,溶液中的,H,+,主要来自于弱酸的第一步解离，计算,c,(H,+,),或,pH,时可,只考虑第一步解离,。,对于二元弱酸，当,K,a1,K,a2,时,，,c,(,酸根离子,),K,a2,，,而与弱酸的初始浓度无关,。,对于二元弱酸，若,c,(,弱酸,),一定时，,c,(,酸根离子,),与,c,2,(H,+,),成反比,。,c,(H,+,),2,c,(A,2-,),21,弱酸,弱酸盐：,初始浓度,c,0,(HA),c,0,(A,),代替,c,(HA),c,(A,),缓冲溶液,pH,值的计算,平衡浓度,例,HAc,NaAc,，,H,2,CO,3,NaHCO,3,2.,弱碱,弱碱盐,NH,3,H,2,O,NH,4,Cl,同离子效应,（,相关计算）,22,溶度积,平衡：,M,m,A,n,(s)mM,n+,(aq)+nA,m-,(aq),溶度积常数,K,sp,MmAn,=,c,(,M,n+,)/,c,m,c,(,A,m-,)/,c,n,溶度积和溶解度,M,m,A,n,：溶解度,s mol.L,-1,c,(M,n+,)=ms mol.L,-1,c,(A,m-,)=ns mol.L,-1,K,sp,MmAn,=,c,(,M,n+,)/,c,m,c,(,A,m-,)/,c,n,=,(ms),m,(ns),n,23,溶度积规则,M,m,A,n,(s)mM,n+,(aq)+nA,m-,(aq),离子积,Q,c,为：,c,(,M,n+,)/,c,m,c,(,A,m-,)/,c,n,Q,c,K,sp,溶液过饱和，有沉淀析出。,同离子效应,因加入与难溶强电解质含有相同离子的易溶强电解质，使难溶强电解质的溶解度降低的现象也称为,同离子效应,。,24,沉淀的转化,把一种沉淀转化为另一种沉淀的过程，称为,沉淀的转化,。沉淀转化反应的进行程度，可以利用反应的标准平衡常数来衡量。,沉淀转化反应的标准平衡常数越大，沉淀转化,反应就越容易进行。若沉淀转化反应的标准平衡常,数太小，沉淀转化反应将是非常困难，甚至是不可,能的。,若离子浓度小于,1.010,-,5,molkg,-1,则可认为这种离子已沉淀完全了。,沉淀,完全,25,有关沉淀溶解平衡的计算,1.,已知难溶物饱和溶液中离子的浓度，求溶度积,Ksp,。,2.,已知难溶物的,Ksp,求饱和溶液中的各离子的浓度。,3.,已知沉淀的溶解度，求,Ksp,。,4.,已知沉淀的,Ksp,求沉淀的溶解度。,5.,已知溶液中离子的浓度，判断是否有沉淀生成。,6.,同离子效应，求沉淀的溶解度。,Ag,2,CrO,4,在,0.010mol,L-1 K,2,CrO,4,溶液中的溶解度,。,7.,沉淀的转化。,26,配位平衡,配合物的解离如同强电解质,:,Cu(NH,3,),4,SO,4,Cu(NH,3,),4,2+,+SO,4,2,-,配离子的解离如同弱电解质,(,分步解离,):,Cu,2+,+4NH,3,Cu(NH,3,),4,2+,27,K,y,(,稳，,Cu(NH,3,),4,2+,),y,y,y,K,y,(,稳,),称配离子的,稳定常数,，,表示配离子的稳定性。,K,y,(,不稳,Cu(NH,3,),4,2,+,),y,y,y,y,K,(,稳）,=,y,K,(,不稳,),1,28,化学反应速率,定义：以浓度为基础的化学反应速率,其单位为：,mol,L,-1,s,-1,。,平均速率,瞬时速率,29,aA+bBgG+dD,=,kc,a,(A),c,b,(B),质量作用定律,对于非基元反应,=,kc,x,(A),c,y,(B),反应速率方程式,对于基元反应,式中：,k,称反应速率常数。,k,值与反应物浓度无关；受温度、催化剂影响。,反应级数,:,(a+b),或,(x+y),，有,整数、零或分数,，是由实验确定的数字。,n,级反应,k,的,单位,是：,(mol,L,-1,),(1-n),s,-1,30,复合反应：,慢,！,快,！,控制步骤的速率方程式：,全部基元反应的加和应为化学计量反应方程式,由反应机理得出的速率方程应与实验所得一致,31,阿仑尼乌斯公式,:,计算,E,a,、,k,1,或,k,2,。,32,第三章 物质的微观结构,及其键合,33,波函数,是用以描述核外电子运动状态的函数，通常把它称为“,原子轨道,”。,概率密度,:,电子在核外某处单位微体积内出现的概率。,2,可以表示电子在空间某处出现的概率密度。,核外电子运动的特殊性,物质波,概率波。,34,四个量子数,核外电子运动的状态可以用四个量子数来描述。,主量子数,n,角量子数,l,磁量子数,m,自旋量子数,m,s,n,，,l,和,m,三个量子数确定电子在空间运动的轨道，称为原子轨道。自旋量子数,m,s,规定电子自旋运动状态。,35,s,、,p,、,d,原子轨道的角度分布图,36,s,、,p,、,d,电子云的角度分布图,37,基态原子中电子的分布原则,1.,能量最低原理,2.,泡利不相容原理,3.,洪特规则,洪特规则的特例,38,元素性质的周期性,1,原子半径,2,离子半径,3,元素的电离能、电子亲和能、电负性,4,元素的金属和非金属性,39,共价键,共价键的特征,:,饱和性、方向性,电子配对原理。,自旋方向相反,的,未成对电,子,互相配对可以形成共价键；,原子轨道最大重叠原理。,形成共价键时,原子轨道总是尽可能地达到,最大限度的重叠,使体系能量最低。,对称性匹配原理,：原子轨道的重叠，必须发生于角度分布图中正负号相同的轨道之间。,A:,价键理论：,40,B.,杂化轨道理论,共价键类型,键,s-s,头对头,;s-p,头对头,;p,x,-p,x,头对头,键,p-p,肩并肩,多重键中，必有一,键，其余为,键。,1.sp,杂化形成的分子是直线形的：,2.sp,2,杂化形成的分子是正三角形的：,3.sp,3,杂化形成的分子是正四面体形的,4.,不等性,sp,3,杂化,H,2,O,分子,“,V,字型,”,41,分子间力和氢键,1.,分子的极性,2.,分子的电偶极矩,3.,分子的极性和键的极性,4.,分子间力,色散力、,诱导力、,取向力,5.,氢键,XH,Y,6.,分子间力和氢键对物质性质的影响,42,第四章 物质的聚集,与分散,1.,理想气体和,理想气体状态方程,2.,分压定律,3.,溶液浓度和溶解度的计算,43,晶体类型,晶体类型,离子晶体,共价晶体,分子晶体,金属晶体,结点,正、负离子,原子,极性分子,非极性分子,原子、正离子（间隙处有自由电子）,结合力,离子键,共价键,分子间力氢键,分子间力,金属键,熔沸点,高,很高,低,很低,硬度,硬,很硬,软,很软,机械性能,脆,很脆,弱,很弱,有展延性,导电、导热性,熔融、溶液导电,非导体,固态液态不导电，水溶液导电,非导体,良导体,溶解性,易溶于极性溶剂,不溶性,易溶于极性溶剂,易溶于非极性溶剂,不溶性,实例,NaCl,MgO,SiC,金刚石,HCl,，,NH,3,CO,2,，,I,2,W,，,Ag,，,Cu,离子所带的电荷数越多，离子间的核间距越短，晶格能越大，离子晶体的熔点就越高、硬度就越大，离子晶体就越稳定,44,45,46,47,48,49,