电厂化学-1基础知识

电厂化学华北电力大学能源与动力工程学院刘忠培训讲座2第1章化学基础知识•1物质的组成及其变化•2化学式及化学量•3溶液的浓度•4电解质溶液•5反应热•6化学反应速度与化学平衡•7化学反应的方向3化学反应化学热力学化学动力学反应的可能性反应的限度反应的快慢反应机理反应速率反应所经历的途径平衡常数吉布斯自由能变物质结构化学原子结构分子结构与物质性质的关系4（1）组成物质的微粒分子•构成物质的一种微粒，保持物质的化学性质。•一些非金属单质H2、O2、S等以及气态氢化物、酸类和有机物均为分子构成的物质。固态时为分子晶体。分子由原子构成。原子•化学变化中的最小微粒。•少数非金属晶体如金刚石、SO2等是由原子直接构成的物质，固态时为原子晶体。金属单质虽然可以认为是由原子构成的，但实质是有金属离子和自由电子组成的离子•带电荷的原子或原子团。•绝大多数盐类、强碱和低价金属氧化物是离子化合物。固态时为离子晶体。5•元素–具有相同核电荷数的一类原子的总称。元素构成单质时称为元素的游离态，构成化合物时称为元素的化合物。•单质–由同种元素的原子组成的物质。H2•化合物–由不同种元素的原子组成的物质。如H2O，SO2•纯净物–由同一种单质或化合物组成的物质。具有固定的组成和一定的性质，如O2、CO2•混合物–由几种不同单质或化合物组成的物质。没有固定的组成和性质，如空气、烟气。（2）物质的分类6•元素、原子与物质的关系：元素只有“种”，没有“个数”。原子是体现元素的最小微粒，既有“种”的概念，也有“个数”。–涉及物质时用元素表示，例如水由H元素和O元素组成。–涉及物质分子时可用元素个数表示，例如一个水分子由2个H原子和1个O原子组成。–若水分子没有说明个数，则水分子由H原子和1个O原子组成。7物质混合物单质化合物纯净物金属单质非金属单质有机化合物无机化合物物质的分类8•物理变化：没有新物质产生，物质只发生了状态或形态的变化，没有质的变化。•化学变化：有新物质产生，物质发生了质变。（3）物质的变化9•化合反应：由两种或两种以上物质生成一种新物质的反应。–单质与单质–化合物与化合物–单质与化合物2Mg+O2→2MgO2CO+O2→2CO2CaO+SiO2→CaSiO3（4）化学反应类型10•分解反应：由一种物质生成两种以上新物质的反应。–分解反应产物均为化合物–分解反应产物是化合物和单质–分解产物均为单质NH4Cl→NH3↑+HCl↑2KClO3→2KCl+3O2↑2H2O→2H2↑+O2↑11•置换反应：由一种单质和一种化合物作用生成另一种单质和化合物的反应。–金属置换非金属–金属置换金属–非金属置换非金属–非金属置换金属Zn+HCl→ZnCl2+H2↑Fe+CuSO4→FeSO4+CuCl2+NaBr→NaCl+Br2C+2CuO→Cu+CO212•复分解反应：两种化合物互相交换成分，生成两种新化合物的反应。–酸与碱的反应–酸与盐的反应–碱和盐的反应–盐和盐的反应–酸和碱性氧化物的反应–碱和酸性氧化物的反应HCl+NaOH→NaCl+H2O2HCl+Na2CO3→2NaCl+CO2+H2ONaOH+CuCl2→2NaCl+Cu(OH)2↓NaCl+AgNO3→AgCl↓+NaNO32HCl+CaO→CaCl2+H2O2NaOH+CO2→NaCO3+H2O13•离子反应：复分解反应中，参加反应的物质在水溶液中电离为阴、阳离子，反应的实质是水溶液中的离子的反应。这种有离子参加的反应称作离子反应。•离子反应方程式：用实际参加反应的离子符号所写的化学方程式。•化学反应：2NaOH+CuCl2→2NaCl+Cu(OH)2↓电离NaOH→Na++OH-，CuCl2→Cu2++2Cl-NaCl→Na++Cl-2Na++2OH-+Cu2++2Cl-→2Na++2Cl-+Cu(OH)2↓•离子方程式：2OH-+Cu2+→Cu(OH)2↓（5）离子方程式14第1章化学基础知识•1物质的组成及其变化•2化学式及化学量•3溶液的浓度•4电解质溶液•5反应热•6化学反应速度与化学平衡•7化学反应的方向15（1）基本定律•质量守恒定律–反应物的总质量=生成物的总质量–反应前后原子的种类和数目不发生变化。•定组成定律（定比定律）–每一个化合物的分子的组成元素、重量都有一定的比例。•当量定律–物质相互作用时物质的量相等。即各元素（或化合物）相互反应时，其质量比=相对分子质量比。16•元素符号：化学上采用不同符号表示各元素。它表示：一种元素；该元素的一个原子；该元素的原子量•最简式：用元素符号表示化合物中元素的种类和各元素原子个数最简单整数比的式子。如乙炔最简式为CH。•分子式：用元素符号表示物质分子组成的式子。一般是最简式的整数倍。如乙炔C2H2，CuCl2。–表示物质的一个分子；–表示物质的元素组成；–表示物质的一个分子中所包含各元素的原子数目；–表示物质的分子里各元素的质量比；–表示物质的相对分子质量。（2）元素符号及化学式17•电子式：在元素周围用记号“·”、“×”表示原子最外层电子数的式子。例如•结构式：用短线将分子中各原子按排列顺序和结合方式相互连接的式子。H+H—N—HCl-H××HCl××·×××18•化学方程式：用分子式表示物质化学反应的式子。•2NaOH+CuCl2→2NaCl+Cu(OH)2↓–反应物和生成物的种类–反应中各物质间的质量比–反应中各物质间的分子个数（或摩尔数）之比–反应中气态物质的体积比•化学方程式的书写–必须配平–注明反应条件，如加热（△）、点燃、高温、催化剂、电解等。–生成物的状态：↑表示气体，↓表示沉淀19•热化学方程式：表示反应中热量变化的化学方程式。•书写化学方程式时注意–“+”表示放热，“-”号表示吸热–若要准确地表示吸放热量的多少，必须注明各物质的聚集状态。–若只要求反应出是放热或吸热，则可不必注明各物质的聚集状态，只以+Q表示放热，-Q表示吸热。–热化学方程式中的化学计量系数值表示物质的量，不表示分子的个数，可以是整数，也可以是分数。H2(g)+1/2O2(g)→1/2H2O(l)+286.24kJH2(g)+1/2O2(g)→1/2H2O(g)+242.60kJ2H2+O2→H2O+Q20•相对原子质量和相对分子质量–碳元素中一个6C12的原子质量=1.9927×10－23g，数值非常小，用起来很不方便。–相对原子质量：以碳的同位素6C12的一个原子质量的1/12为标准，其它原子的质量与它相比较所得的数值。无单位。–平均原子质量：某元素的各种同位素相对原子质量的加权平均值。即通常所说的相对原子质量。–相对分子质量：一个分子中各原子的相对原子质量的总和。(过去叫分子量)。相对分子质量也无单位。（3）化学量21•物质的量–物质的量：是表示构成物质的基本单元的数目量，符号n。单位mol。–如果某物质所含微粒数为6.023×1023个，则该物质的物质的量为1mol–物质可以是原子、分子、离子、电子及其它微粒，或者是这些微粒的特定组合体。•摩尔质量–1mol物质的质量叫做该物质的摩尔质量。符号M，单位是g/mol。–在数值上摩尔质量等于物质的式量。–例如：O2的相对分子质量为32，O2的摩尔质量M(O2)=32g/mol。M(Ca2+)=40g/mol–物质的量(mol)=物质的质量(g)/摩尔质量(g/mol)•气体的摩尔体积–标准状况下（T=273.15K，P=101325Pa），1mol理想气体的体积为22.4L。22第1章化学基础知识•1物质的组成及其变化•2化学式及化学量•3溶液的浓度•4电解质溶液•5反应热•6化学反应速度与化学平衡•7化学反应的方向23•质量分数：溶质B的质量占全部溶液质量的比例cm=mB/m或cm=mB/m×100%•体积比浓度：溶质B的体积占全部溶液体积的比例cV=VB/V或cV=VB/V×100%•质量浓度：单位体积的溶液中含有溶质B的质量cmv=mB/V（g/L、mg/L、μg/L）•物质的量浓度：单位体积溶液中含溶质B的物质的量cnv=nB/V（mol/L）24第1章化学基础知识•1物质的组成及其变化•2化学式及化学量•3溶液的浓度•4电解质溶液•5反应热•6化学反应速度与化学平衡•7化学反应的方向25（1）电解质与非电解质•在水溶液中或熔融状态下能够导电的物质称为电解质，如NaCl、KNO3等；不能导电的称为非电解质，如蔗糖、酒精等。•电解质在水溶液中或熔融状态下，离解成自由移动的离子的过程称为电离。•电离方程式NaCl→Na++Cl-•强电解质：在水溶液中或熔融状态下能够完全电离的电解质。强酸、强碱、大多数盐类。•弱电解质：仅部分电离，大部分呈未电离的分子。弱酸、弱碱26•弱电解质在溶液中达到电离平衡时，溶液中已经电离的电解质分子数占原来总分子数（已电离+未电离）的百分数。符号α。–可以表示电解质的相对强弱。α↑→电解质越弱。–同一弱电解质，c↓→α↑–温度影响不大。不注明，t=25℃（2）电离度27•一元弱酸如HAc和一元弱碱如NH3·H2O，它们在水溶液中只是部分电离，绝大部分以未电离的分子存在。溶液中始终存在着未电离的弱电解质分子与电离产生的正、负离子之间的平衡。这种平衡称为电离平衡。•如果用通式AB来表示一元弱酸或弱碱，则AB在溶液中存在下列电离平衡：ABA++B-)AB()B()A(ABcccKc(A+)、c(B-)、c(AB)—A+、B-、AB的平衡浓度，mol/LKAB—AB的电离平衡常数。（3）电离平衡28•根据电离平衡常数的大小可以判断弱电解质的相对强弱。K越大，电离能力越强，电解质越弱。•对于给定的电解质而言，K与温度有关而与浓度无关。但一般来说温度的影响也不大，而且多为常温下的电离平衡。•弱酸的电平衡常数用Ka表示，弱碱用Kb表示29•设弱电解质AB的物质的量浓度为c(mol·L-1)，电离度为α，则平衡时每种离子的浓度为cα，未电离的AB分子的浓度为c-cα。ABA++B-平衡浓度(mol·L-1)c-cαcαcα•当α很小时，1-α≈1，则•即溶液电离度与其浓度的平方根成反比。此关系是称为稀释定律。1)AB()B()A(2ABccccccccK2ABcKcKAB30•α和KAB都可以表示酸、碱的强弱，但一定T下，α随c而变，而KAB不随c而变，是常数。•对于一元弱酸，平衡时c(H+)=cαmol·L-1，则•对于一元弱碱，平衡时c(OH-)=cαmol·L-1，则•水是一种很弱的电解质H2OH++OH-KW=c(H+)c(OH-)=1.0×10-7×1.0×10-7=1.0×10-14，称为水的离子积常数。•在稀溶液中，KW不随离子浓度变化而变化。cKca)H(cKcb)OH(31多元弱电解质的分级电离•分子中含有两个或两个以上可解离氢原子的酸，称为多元酸。•氢硫酸(H2S)、H2CO3为二元弱酸，H3PO4为三元酸中的强酸，它们都属于多元酸。•一元弱酸的解离平衡是一步完成的。而多元弱酸的解离分级进行，氢离子是依次电离出来的，其解离常数分别用Ka1，Ka2，……表示。32•例如H2CO3电离：一级解离：H2CO3H++HCO3-二级解离：HCO3-H++CO32-•在一般情况下，二元弱酸的Ka1Ka2，表示第二步解离比第一步解离困难得多。因此，溶液中c(HCO3-)c(CO32-)，溶液的酸性主要由第一步解离所决定。因此，比较无机多元酸的酸性强弱时，只要比较一级解离常数即可；近似计算H+浓度时，可忽略二级解离。73231a1030.4)COH()HCO()H(cccK11-3232a1061.5)HCO()CO()H(cccK33同离子效应：在弱电解质溶液中，加入与弱电解质具有相同离子的强电解质时，可使弱电解质的解离度降低，这种现象叫做同离子效应。•在氨水中加一些NH4Ac，NH4Ac→NH4++Ac-NH3H2ONH4++OH-•由于NH4Ac