无机化学-第三章(01)
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无机化学第三章课后习题参考答案与解析
第三章电解质溶液和离子平衡1、完成下列换算：（1）把下列H+浓度换算成PH：C(H+)/ mol .L-1: 5.6*10-5 4.3*10-12 8.7*10-8 1.8*10-4（2）把下列pH换算成H+浓度：0.25 1.38 7.80 12.502、试计算：（1）pH=1.00与pH=3.00的HCl溶液等体积混合后溶液的pH和c(H+);(2) pH=2.00的HCl溶液与pH=13.00的NaOH溶液等体积混合后溶液的pH和c（H+）。
3、写出下列弱酸在水中的解离方程式与K aθ的表达式：(1) 亚硫酸（2）草酸（H2C2O4）（3）氢硫酸（4）氢氰酸（HCN）（5）亚硝酸（HNO2）4、已知25℃时，某一元弱酸0.100 mol .L-1溶液是pH为4.00，试求：（1）该酸是K aθ(2) 该浓度下酸的解离度。
、白醋是质量分数为的醋酸（CH3COOH）溶液，假定白醋的密度ρ为1.007g•ml-1,它的pH为多少？6、设0.10 mol .L-1氢氰酸（HCN）溶液的解离度为0.0079%，试求此时溶液的pH和HCN的标准解离常数K aθ。
7、已知质量分数为2.06%的氨水密度ρ为0.988 g•ml-1，试求：（1）该氨水的pH；（2）若将其稀释一倍，pH又为多少？8、（1）在1.00L 0.10 mol .L-1HAc溶液中通入0.10 mol HCl气体（且不考虑溶液体积改变），试求HAc的解离度，并与未通入HCl前做比较。
（2）在1.0L 0.10 mol .L-1NH3•H2O溶液中，加入0.20 mol NaOH （设加入后，溶液体积无变化），试求NH3•H2O的解离度，并与未加NaOH前做比较。
9、描述下列过程中溶液pH的变化，并解释之：（1）将NaNO2溶液加入到HNO2溶液中；（2）将NaNO3溶液加入到HNO3溶液中；（3）将NH4NO3溶液加到氨水中；10、计算下列缓冲溶液的pH（设加入固体后，下列溶液体积无变化）：（1）在100ml 1.0 mol .L-1 HAc中加入2.8g KOH；（2）6.6g (NH4)2SO4溶于0.50L浓度为1.0 mol .L-1的氨水。
《无机化学》第三章 化学反应的方向和化学平衡
⑵标准：
f Gθm(稳定单质) 0
4.标准摩尔吉布斯自由能变
r
G
θ m
：
KJmol-1
⑴定义：标准状态下，反应进度为1mol时反
应的吉布斯自由能变称为该反应 的标
准摩尔吉布斯自由能变。
通式：mA + nB pC + qD
rGm i f Gm (生成物) i f Gm (反应物)
p f Gm (C) q f Gm (D) m f Gm ( A) n f Gm (B)
5.694 213.8 197.7
r
H
m
2 (110.5)
(393.5)
172.5(kJ
mol1)
r
S
m
2 197.7
213.8
5.694
175.9(J
mol1
K
1 )
r
G
θ m
r Hθm
TrSθm
172 .5 (900 273 .15) 175 .910 3
33.86(KJ mol 1)
恒温恒压只做体积功条件下：
△rGm < 0 △rGm = 0 △rGm >0
反应自发进行 反应处于平衡状态 正反应不能自发进行，但逆反 应能自发进行
3.标准摩尔生成吉布斯自由能 f Gθm : KJmol-1
⑴定义：标态下，由稳定单质生成1mol某物质时 反应的标准摩尔吉布斯自由能变称为 该物 质的标准摩尔生成吉布斯自由能。
1.反应前后气体分子数不相等的反应△n≠0
例：N2O4(g)
2NO2(g)
一定温度下达平衡时：
K
( pNO2 p N 2O4
p )2 p
增加压力到原来的2倍：
f Gθm(稳定单质) 0
4.标准摩尔吉布斯自由能变
r
G
θ m
：
KJmol-1
⑴定义：标准状态下，反应进度为1mol时反
应的吉布斯自由能变称为该反应 的标
准摩尔吉布斯自由能变。
通式：mA + nB pC + qD
rGm i f Gm (生成物) i f Gm (反应物)
p f Gm (C) q f Gm (D) m f Gm ( A) n f Gm (B)
5.694 213.8 197.7
r
H
m
2 (110.5)
(393.5)
172.5(kJ
mol1)
r
S
m
2 197.7
213.8
5.694
175.9(J
mol1
K
1 )
r
G
θ m
r Hθm
TrSθm
172 .5 (900 273 .15) 175 .910 3
33.86(KJ mol 1)
恒温恒压只做体积功条件下：
△rGm < 0 △rGm = 0 △rGm >0
反应自发进行 反应处于平衡状态 正反应不能自发进行，但逆反 应能自发进行
3.标准摩尔生成吉布斯自由能 f Gθm : KJmol-1
⑴定义：标态下，由稳定单质生成1mol某物质时 反应的标准摩尔吉布斯自由能变称为 该物 质的标准摩尔生成吉布斯自由能。
1.反应前后气体分子数不相等的反应△n≠0
例：N2O4(g)
2NO2(g)
一定温度下达平衡时：
K
( pNO2 p N 2O4
p )2 p
增加压力到原来的2倍：
无机化学第三章化学反应速率和化学平衡ppt课件
生成2mol NH3
ppt课件
5
反应进度 0＝∑νBB B
对于化学计量方程式
dξ = dnB /νB
nB——B的物质的量 ξ的单位为mol νB——为B的化学计量数
改写为 dnB = νB dξ
开始时ξ0=0, 、 nB =０ 反应进度为ξ时： nB =νBξ
ppt课件
6
反应进度
nB =νBξ
基元反应：反应物一步就直接转变为产物
如：
2NO2→ 2NO + O2
NO2 + CO →NO + CO2
非基元反应：反应物经过若干步(若干个
基元反应步骤)才转变为产物。
如 又如
2NO + 2H2 → N2 + 2H2O ① 2NO + H2→N2+ H2O2 ② H2O2 + H2 → 2H2O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.3mol L1 s1
v NH3
cNH3
t
0.4 0.0mol L1 2 0s
0.2mol L1 s1
v N2 : v H2 : v NH3 1: 3 : 2
●瞬间速率：某瞬间（即t0)的反应速率
vNH3
dcB，则得：
v 1 dcB B dt
ppt课件
11
对于上述 N2 3H2 2NH3 化学计量方程式 ：
v 1 d 1 dcB V dt B dt
1 dcN2 1 dcH2 1 dcNH3
1 dt
3 dt 2 dt
aA + bB
反应 2W+X Y+Z 哪种速率表达式是正确的？
ppt课件
5
反应进度 0＝∑νBB B
对于化学计量方程式
dξ = dnB /νB
nB——B的物质的量 ξ的单位为mol νB——为B的化学计量数
改写为 dnB = νB dξ
开始时ξ0=0, 、 nB =０ 反应进度为ξ时： nB =νBξ
ppt课件
6
反应进度
nB =νBξ
基元反应：反应物一步就直接转变为产物
如：
2NO2→ 2NO + O2
NO2 + CO →NO + CO2
非基元反应：反应物经过若干步(若干个
基元反应步骤)才转变为产物。
如 又如
2NO + 2H2 → N2 + 2H2O ① 2NO + H2→N2+ H2O2 ② H2O2 + H2 → 2H2O
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.3mol L1 s1
v NH3
cNH3
t
0.4 0.0mol L1 2 0s
0.2mol L1 s1
v N2 : v H2 : v NH3 1: 3 : 2
●瞬间速率：某瞬间（即t0)的反应速率
vNH3
dcB，则得：
v 1 dcB B dt
ppt课件
11
对于上述 N2 3H2 2NH3 化学计量方程式 ：
v 1 d 1 dcB V dt B dt
1 dcN2 1 dcH2 1 dcNH3
1 dt
3 dt 2 dt
aA + bB
反应 2W+X Y+Z 哪种速率表达式是正确的？
北理无机化学第3章-化学动力学基础
例：
基元反应
§3.2 浓度对反应速率的影响
NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)
v=kc(NO2)c(CO)
反应级数 n = 2
基元反应 2NO(g)+O2(g)2NO2(g)
v=kc(NO)2c(O2)
反应级数 n = 3
第三章 化学动力学基础
3．注意
§3.2 浓度对反应速率的影响
或
lg{k}
Ea 2.303RT
lg{k0}
k： 反应速率常数，由反应的性质和温度决定；
Ea：实验活化能，单位为kJ·mol-1，是表示反应特性 的常数；
k0：指数前因子，频率因子，对指定反应为一常数。
第三章 化学动力学基础
§3.3 温度对反应速率的影响
3.3.2 Arrhenius 方程式的应用
vB ΔcB Δt
vC
ΔcC
t
vD ΔcD Δt
浓度的单位：mol·L-1 时间的单位：s（h、min）
第三章 化学动力学基础
例：
起始浓度/（mol·L-1）
§3.1 反应速率的意义
N2 + 3H2 → 2NH3
13
0
2秒后浓度/（mol·L-1）
0.8 2.4 0.4
同一反应，可用不同物质的浓度的变化表示反应速率，其 值可能不同。
vN2
-
(0.8-1) 2
0.1mol
L-1
S-1
vH2
-
(2.4- 3) 2
0.3 mol
L-1
S-1
vNH3
(0.42
0)
0.2 mol
L-1
S-1
第三章 化学动力学基础
基元反应
§3.2 浓度对反应速率的影响
NO2(g)+CO(g) NO(g)+CO2(g)
v=kc(NO2)c(CO)
反应级数 n = 2
基元反应 2NO(g)+O2(g)2NO2(g)
v=kc(NO)2c(O2)
反应级数 n = 3
第三章 化学动力学基础
3．注意
§3.2 浓度对反应速率的影响
或
lg{k}
Ea 2.303RT
lg{k0}
k： 反应速率常数，由反应的性质和温度决定；
Ea：实验活化能，单位为kJ·mol-1，是表示反应特性 的常数；
k0：指数前因子，频率因子，对指定反应为一常数。
第三章 化学动力学基础
§3.3 温度对反应速率的影响
3.3.2 Arrhenius 方程式的应用
vB ΔcB Δt
vC
ΔcC
t
vD ΔcD Δt
浓度的单位：mol·L-1 时间的单位：s（h、min）
第三章 化学动力学基础
例：
起始浓度/（mol·L-1）
§3.1 反应速率的意义
N2 + 3H2 → 2NH3
13
0
2秒后浓度/（mol·L-1）
0.8 2.4 0.4
同一反应，可用不同物质的浓度的变化表示反应速率，其 值可能不同。
vN2
-
(0.8-1) 2
0.1mol
L-1
S-1
vH2
-
(2.4- 3) 2
0.3 mol
L-1
S-1
vNH3
(0.42
0)
0.2 mol
L-1
S-1
第三章 化学动力学基础
无机化学第3章
或用换算的方法求w(K2O)：
w(K2O): w(K2CO3)= M(K2O):M(K2CO3)
M(K2O) 所以 w(K2O)=w(K2CO3)× M(K CO ) 2 3
94.20 = 0.4016× 138.2 = 0.2737
1mol K2CO3 相当于2mol K, 所以
2M(K) w(K )= w(K2CO3)× M(K2CO3)
二、 标准溶液浓度的表示方法
滴定度另一表示方式： 以1 mL标准溶液相当于被测物质的质量分数表示 例如： T(Fe/K2Cr2O7)=0.0100/ mL 表示称取某固定量的试样用此溶液滴定时， 每消耗1mL K2Cr2O7标准液相当于试样中 铁的含量为1.00﹪
第三节 滴定分析的计算 一、计算的依据和基本公式
三、标准溶液和基准物质 标准溶液配制 (直接法、间接法) 基准物质 (定义、条件) 四、计算
自 测 题
一、判断题 1.凡是标准溶液与被测物质的反应 能定量进行,就能直接进行滴定。( ) 2.滴定分析中,被测物与标准溶液的物 质的量相等时,称为化学计量点( ） 3.标准溶液必须用基准物质配制 （ ） 4.滴定误差就是滴定超过终点所造成的 误差 （ ）
一、判断题 5.滴定时,若指示剂恰好在化学计量点 变色，就不存在滴定误差。 ( ) 6. 用优质纯的KOH 试剂可以直接配制 KOH标准溶液。 ( ) 7. 凡用来配制标准溶液的物质称为基准 物质 ( )
一、判断题 8. Mn3O4含量换为Mn2O3的换算因数为 3M(Mn2O3) ( ) 2M(Mn3O4)
又如 KMnO4法测钙：
沉淀:Ca2+ + C2O42- = CaC2O4 ↓ 溶解:CaC2O4 + 2H+ = Ca2+ + H2C2O4 滴定: 2MnO4-+5H2C2O4 + 6H+=2Mn2++10CO2+8H2O n(Ca2+): n(C2O42-) = 1:1 n(C2O42- ) : n (MnO4- )= 5:2 n(Ca2+): n (MnO4- )= 5:2 所以 n(Ca2+)
无机化学内容精要及习题 第三章 溶液和胶体溶液
第三章 溶液和胶体溶液一、关键词（一）溶液的组成标度及其关系溶液的组成标度换算关系 ρB ωB c B b B 质量浓度ρB－ ωB d c B ·M B B B B B 1b M b M ρ+ 质量分数ωBd B ρ － B B c M d B B B B 1b M b M + 物质的量浓度c BB B M ρ B B M ρω － B B B 1db b M + 质量摩尔浓度b B B B B )(M ρρd - ()B B B 1M ωω- B M c d c B B - －换算中的注意事项：如果涉及质量与体积间换算时，必须以溶液的密度为桥梁；V ρm B B =如果涉及质量与物质的量间换算时，必须以溶液的摩尔质量为桥梁。
B B B M n m =（二）稀溶液的依数性1．计算稀溶液的依数性计算公式 蒸气压下降沸点升高凝固点下降渗透压 Δp =Kb B ΔT b =K b b B f f B ΔT K b =Π= icRT2．渗透压在医学上的意义（1）渗透浓度：1L 溶液中能产生渗透效应的所有溶质微粒的总的物质的量浓度。
用符号cos 表示，常用单位为常用mmol/L 。
（2）等渗、低渗和高渗溶液：在临床上，凡是渗透浓度在280~320mmol/L 的溶液为等渗溶液；渗透浓度低于280mmol/L 的溶液为低渗溶液；渗透浓度高于320mmol/L 的溶液为高渗溶液。
（3）晶体渗透压与胶体渗透压：人体体液中电解质解离出的小离子和小分子物质产生的渗透压称为晶体渗透压，蛋白质等高分子化合物产生的渗透压称为胶体渗透压。
（三）胶体溶液溶胶、高分子溶液和溶液的性质比较溶胶高分子化合物溶液溶液胶粒直径为1~100nm分散相粒子是许多分子、原子、离子的聚集体多相不稳定体系扩散速率慢不能透过半透膜丁铎尔现象明显加入少量电解质时聚沉高分子直径为1~100nm分散相粒子是单个大分子或离子单相稳定体系扩散速率慢不能透过半透膜丁铎尔现象微弱加入大量电解质时聚沉分子或离子的直径小于1nm分散相粒子是单个分子或离子单相稳定体系扩散速率快能透过半透膜丁铎尔现象微弱电解质不影响稳定性二、学习感悟重点掌握基本概念和理论，以渗透压为例，逐渐学会由现象到本质的推理方法。
高等教育出版社 无机化学 第三章 课后习题答案
答
12.通过近似计算说明，12号、16号、25号元素的原子中，4s和3d哪一能级的能量高？
13.根据原子轨道近似能级图，指出下表中各电子层中的电子有无错误，并说明理由。
元素
K
L
M
N
O
P
19
22
30
33
60
2
2
2
2
2
8
10
8
8
8
9
8
18
20
18
2
2
3
18
12
2
答
14.说明在同周期和同族中原子半径的变化规律，并讨论其原因。
1.原子中电子的运动有何特点？几率与几率密度有何区别与联系？
答
2.什么是屏蔽效应和钻穿效应？怎样解释同一主层中的能级分裂及不同主层中的能级交错现象？
答
3.写出原子序数为24的元素的名称、符号及其基态原子的电子结构式，并用四个量子数分别表示每个价电子的运动状态。
答
4.已知M2+离子3d轨道中有5个电子，试推出：（1）M原子的核外电子排布；（2）M原子的最外层和最高能级组中电子数；（3）M元素在周期表中的位置。
答
10.下列说法是否正确？不正确的应如何改正？
（1）s电子绕核运动，其轨道为一圆周，而电子是走S形的；
（2）主量子数n为1时，有自旋相反的两条轨道；
（3）主量子数n为4时，其轨道总数为16，电子层电子最大容量为32；
（4）主量子数n为3时，有3s，3p，3d三条轨道。
答
11.将氢原子核外电子从基态激发到2s或2p，所需能量是否相等？若是氦原子情况又会怎样？
答
5.按斯莱脱规则计算K，Cu，I的最外层电子感受到的有效核电荷及相应能级的能量。
12.通过近似计算说明，12号、16号、25号元素的原子中，4s和3d哪一能级的能量高？
13.根据原子轨道近似能级图，指出下表中各电子层中的电子有无错误，并说明理由。
元素
K
L
M
N
O
P
19
22
30
33
60
2
2
2
2
2
8
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8
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2
3
18
12
2
答
14.说明在同周期和同族中原子半径的变化规律，并讨论其原因。
1.原子中电子的运动有何特点？几率与几率密度有何区别与联系？
答
2.什么是屏蔽效应和钻穿效应？怎样解释同一主层中的能级分裂及不同主层中的能级交错现象？
答
3.写出原子序数为24的元素的名称、符号及其基态原子的电子结构式，并用四个量子数分别表示每个价电子的运动状态。
答
4.已知M2+离子3d轨道中有5个电子，试推出：（1）M原子的核外电子排布；（2）M原子的最外层和最高能级组中电子数；（3）M元素在周期表中的位置。
答
10.下列说法是否正确？不正确的应如何改正？
（1）s电子绕核运动，其轨道为一圆周，而电子是走S形的；
（2）主量子数n为1时，有自旋相反的两条轨道；
（3）主量子数n为4时，其轨道总数为16，电子层电子最大容量为32；
（4）主量子数n为3时，有3s，3p，3d三条轨道。
答
11.将氢原子核外电子从基态激发到2s或2p，所需能量是否相等？若是氦原子情况又会怎样？
答
5.按斯莱脱规则计算K，Cu，I的最外层电子感受到的有效核电荷及相应能级的能量。
无机化学 第三章：化学热力学
(3)可逆过程是一个时间无限长的，不可能实现 的理想过程。
(实际发生的过程都不是可逆过程)
★ 热功当量（扩展）
焦耳(Joule)和迈耶(Mayer)自1840年起，历经20 多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得 到的结果是一致的。
即： 1 cal = 4.1840 J
这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供 了科学的实验证明。
U = Q + W QV = U
即恒容反应过程中，体系吸收的热量全部用来 改变体系的内能。
U > 0 U < 0
QV > 0 QV < 0
吸热反应 放热反应
化学反应吸收或放出的热量通常用弹式量热计测定。
弹式量热计
化学反应是 在一个密闭 的钢弹中进 行，化学反 应产生的热 量全部用于 升高水温和 整个装置的 温度。
热和功的特点
1）热和功不是状态函数。是能量交换的两种形式 2）热和功的大小、正负不仅与始态、终态有关，还与变化 的具体途径有关。（气体膨胀功中加以说明） 3）Q;W的单位是能量单位（J; KJ）
以气缸中的理想气体为例说明体积功的计算
We= - F ×L= - P外× A × L = - P外× △V
3.2.1 化学和物理变化过程中的热效应
环境 热
(1) 热和功:系规统定：与体体环系系向从境环环能境境量吸 放热 热交时 时换， ，QQ的为 为两正负值值种方Q﹥式 。
Q﹤
体系对环境做功时，W为负值 体 系
★ 热(Q)
环境对体系做功时，W为正值
w﹥
体系与环境之间由于存在温差而
w﹤
功
传递的能量。热不是状态函数。
状态函数的特性可描述为：异途同归，值变 相等；周而复始，数值还原。
(实际发生的过程都不是可逆过程)
★ 热功当量（扩展）
焦耳(Joule)和迈耶(Mayer)自1840年起，历经20 多年，用各种实验求证热和功的转换关系，得 到的结果是一致的。
即： 1 cal = 4.1840 J
这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供 了科学的实验证明。
U = Q + W QV = U
即恒容反应过程中，体系吸收的热量全部用来 改变体系的内能。
U > 0 U < 0
QV > 0 QV < 0
吸热反应 放热反应
化学反应吸收或放出的热量通常用弹式量热计测定。
弹式量热计
化学反应是 在一个密闭 的钢弹中进 行，化学反 应产生的热 量全部用于 升高水温和 整个装置的 温度。
热和功的特点
1）热和功不是状态函数。是能量交换的两种形式 2）热和功的大小、正负不仅与始态、终态有关，还与变化 的具体途径有关。（气体膨胀功中加以说明） 3）Q;W的单位是能量单位（J; KJ）
以气缸中的理想气体为例说明体积功的计算
We= - F ×L= - P外× A × L = - P外× △V
3.2.1 化学和物理变化过程中的热效应
环境 热
(1) 热和功:系规统定：与体体环系系向从境环环能境境量吸 放热 热交时 时换， ，QQ的为 为两正负值值种方Q﹥式 。
Q﹤
体系对环境做功时，W为负值 体 系
★ 热(Q)
环境对体系做功时，W为正值
w﹥
体系与环境之间由于存在温差而
w﹤
功
传递的能量。热不是状态函数。
状态函数的特性可描述为：异途同归，值变 相等；周而复始，数值还原。
无机化学课件 第三章 化学热力学基础：反应方向与反应限度
第三章化学热力学基础——反应方向与反应限度3.1 什么是化学热力学Fe 2O 3(s) + 3 CO(g) →2 Fe(l) + 3 CO 2(g)为什么不能用同样的方法进行高炉炼铝？NO ，CONO 和CO 是汽车尾气中的有毒成分，它们能否相互反应生成无毒的N 2和CO 2？2NO (g) + 2CO(g) →N 2(g) + 2CO 2 (g)石墨金刚石C (石墨) →C (金刚石)库里南1号？化学热力学的作用：●体系(System)●环境(Surrounding)(一)The system is the sample or reaction mixture in which we are interested. Outside the system are the surroundings. The system plus its surroundings is sometimes called the universe.体系环境能量敞开体系封闭体系孤立体系●封闭体系(closed system)：●敞开体系(open system)：●孤立体系(isolated system)：(二)●热(heat, Q)：Q的符号——体系吸热取正值，放热取负值。
●功(work, W)：Work = (Force) ×(Distance)体积膨胀功W的符号——环境对体系做功取正值，体系对环境做功取负值。
●体积膨胀功：The gas does work as it expands isothermally, but heat flows in torestore the energy lost as work.The gas does no work as it expands isothermally into a vacuum.W = －F ⋅d =－(P ⋅A ) ⋅h = －P ⋅ΔV W =－P ext ⋅ΔV(三)——恒压反应热(Q p)和恒容反应热(Q v)铝热剂(thermite)可引发强烈的放热反应(Al + Fe2O3)，其可熔化所产生的金属铁，并产生“铁花”。
无机化学 课件 PPT 第三章 化学热力学基础
循环过程是指系统由始态出发，经历一系列具体变 化途径后又回到原来状态的过程。循环过程的特点是系 统所有状态函数变化量均为零，但变化过程中，系统与 环境交换的功与热却往往不为零。
第一节 热力学基本概念
7. 可逆过程
可逆过程是热力学中一个重要的概念，指在系统状态变化的全 过程中，不仅系统内部任何瞬间都无限接近平衡态，而且系统与环 境间也无限接近平衡。例如，系统与环境间在无限小的温度差下发 生的热交换过程，即T(环)=T±dT(dT为具有正值的无限小量)；又如 在无限小的压力差下发生的体积变化过程，即p(环)=p±dp(dp为具 有正值的无限小量)。上述在一系列无限接近平衡条件下进行的过程， 在热力学中称为可逆过程。可逆过程是一种理想化的过程。这种过 程实际上是不可能的，因为每个过程的发生都要引起状态的改变， 而状态的改变一定会破坏平衡。
第一节 热力学基本概念
三、 状态与状态函数
在热力学中，系统所处的状态是由系统的物理性质和化学 性质确定的。状态是系统所有性质的总体表现。换言之，系统 所有的性质确定后，状态就完全确定。反之，系统状态确定后， 它的所有性质均有确定值，与系统到达该状态前的经历无关。 鉴于状态与性质之间的这种单值对应关系，所以系统的热力学 性质又称作状态函数。
第一节 热力学基本概念
2. 定压过程
状态变化的过程中，p(系)=p(环)=常 数的过程称为定压过程。若系统的始态压 力p1及终态压力p2与环境压力相等，即 p1=p2=p(环)=常数时，称为等压过程。
第一节 热力学基本概念
3. 定外压过程
当系统状态改变时，环境 压力恒定，即p(环)=常数，而 系统的始态压力p1不等于环境 压力p(环)，但终态压力p2等于 p(环)的过程，称为定外压过程。 定压过程与定外压过程是两个 不同的概念。
第一节 热力学基本概念
7. 可逆过程
可逆过程是热力学中一个重要的概念，指在系统状态变化的全 过程中，不仅系统内部任何瞬间都无限接近平衡态，而且系统与环 境间也无限接近平衡。例如，系统与环境间在无限小的温度差下发 生的热交换过程，即T(环)=T±dT(dT为具有正值的无限小量)；又如 在无限小的压力差下发生的体积变化过程，即p(环)=p±dp(dp为具 有正值的无限小量)。上述在一系列无限接近平衡条件下进行的过程， 在热力学中称为可逆过程。可逆过程是一种理想化的过程。这种过 程实际上是不可能的，因为每个过程的发生都要引起状态的改变， 而状态的改变一定会破坏平衡。
第一节 热力学基本概念
三、 状态与状态函数
在热力学中，系统所处的状态是由系统的物理性质和化学 性质确定的。状态是系统所有性质的总体表现。换言之，系统 所有的性质确定后，状态就完全确定。反之，系统状态确定后， 它的所有性质均有确定值，与系统到达该状态前的经历无关。 鉴于状态与性质之间的这种单值对应关系，所以系统的热力学 性质又称作状态函数。
第一节 热力学基本概念
2. 定压过程
状态变化的过程中，p(系)=p(环)=常 数的过程称为定压过程。若系统的始态压 力p1及终态压力p2与环境压力相等，即 p1=p2=p(环)=常数时，称为等压过程。
第一节 热力学基本概念
3. 定外压过程
当系统状态改变时，环境 压力恒定，即p(环)=常数，而 系统的始态压力p1不等于环境 压力p(环)，但终态压力p2等于 p(环)的过程，称为定外压过程。 定压过程与定外压过程是两个 不同的概念。
无机化学-第3章化学平衡
（三）经验平衡常数与相对平衡常数（续）
例1： N2O4(g) = 2 NO2(g) (373 K) Kp = Kc (RT ) △n = 0.37 mol·dm-3 ×(8.314 J · mol-1 · K-1 × 373 K) = 370 mol·m-3 ×(8.314 J · mol-1 · K-1 × 373 K) = 1116 kPa （科学计算法） Kp与Kx的关系：用分压定律pi = pTXi，得： Kp = Kx pT △n
（三）经验平衡常数与相对平衡常数（续）
对于气相反应：a A(g) + b B(g) = d D(g) + e E(g) 相对压力平衡常数为 Kpr = ( [pDr ]d [pEr ]e) / ( [pAr ]a [pBr ]b) = Kp × ( pø)-△n = Kc (RT)△n ( pø)-△n (△n = d + e - a - b) 对于多相反应 a A(g) + b B(aq) = d D(s) + e E(g) 相对杂（混合）平衡常数为： K杂r = ( [pEr ]e) / ( [pAr ]a [cBr ]b) Kc r 、Kpr 、K杂r 统一为 Kr（或 Kø ）： 优点:① 量纲为1; ② 单值。
（二）平衡常数（续）
③ 平衡常数K 的书写形式和数值与方程式写法有关, K 是广度性质 (△Gø = -RT ln K ) 例：N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g) Kp = p2(NH3) / [(p(N2) p3(H2) ] ½ N2(g) + 3/2 H2(g) = NH3(g) Kp’= p (NH3) / [(p½ (N2) p3/2 (H2) ] Kp =(Kp ’)2 ④ 稀的水溶液反应，[H2O] 不写在平衡常数表达式中。 例：Cr2O72-(aq) + H2O (l) = 2 CrO42- (aq) + 2 H+ (aq) K = ([CrO42-]2 [H+]2) / [Cr2O72- ]
无机化学 第03章 酸碱反应和沉淀反应-3
1. 水解离子的本性
水解产物——弱酸或弱碱越弱，则水解 程度越大
盐溶液 水解产物
(0.1mol·L-1)
Ka
h/% pH
NaOAc HOAc+OH- 1.8×10-5 0.0075 8.9
NaCN HCN+OH- 6.2×10-10 1.4 11.2 Na2CO3 HCO3-+OH- 4.7×10-11 4.2 11.6
Kh与 h 均可表示盐的水解程度 但 Kh 与盐的浓度无关
h 与盐的浓度有关
第3.33章.2酸分碱步反水应和解沉淀反应 第3章 酸碱反应和沉淀反应
多元弱酸盐或多元弱碱盐水解是分步的
如
S2- + H2O
HS- + OH-
HS- + H2O
H2S + OH-
Kh(1)
=
Kw Ka(2)(H2S)
= 11..03××1100--1143
NH4+ + OAc- +H2O NH3·H2O+HOAc Ka (HB) < Kb (AOH) 水溶液显碱性 如 NH4CN NH+4 +CN-+H2O NH3·H2O+HCN
第3章2. 水酸碱解反常应数和沉淀反应 第3章 酸碱反应和沉淀反应
水解常数
OAc-＋H2O HOAc＋OH-
Kh
=
[c(HOAc/c ][c(OH-)/c [c(OAc-)/c ]
结论：因为Kh> Ka， 所以NaHCO3溶液呈弱碱性。
第3章 酸碱反应和沉淀反应 第3章 酸碱反应和沉淀反应
课堂练习：
• 试判断酸式盐NaH2PO4、Na2HPO4水溶液 的酸碱性。
工科无机化学-3
k称为速率常数(rate constant)，它是一个温度 的函数。当反应物浓度皆为1mol/L时，v=k，所以 速率常数在数值上等于单位浓度的反应速率。 注意：质量作用定律只适用于简单反应或复 杂反应中的基元反应，而不适用于复杂反应的总 反应。
如：2N2O5(g)→4NO2(g)+O2(g) 该反应的v=k[N2O5]，而不是v=k[N2O5]2。 因为该反应不是一步完成的简单反应，它是分两步进 行的。 (1) N2O5(g)→NO3(g)+NO2(g) (慢) (2) NO3(g)→NO2(g)+1/2O2(g) (快) 根据质量作用定律，以上两个基元反应的速率方程 为：v1=k1[N2O5]，v2=k2[NO3]。整个反应的反应速率取决 于最慢的一个基元反应的反应速率，即： v=v1=k1[N2O5]=k[N2O5]
3.3.2 过渡态理论
过渡态理论，又称活化络合物理论(activated complex)。
该理论以量子化学对反应过程中的能量变化的 研究为依据，认为从反应物种到生成物种之间存 在一个中间过渡状态(transition state)。 对反应：
O3 (g) NO(g) NO2 (g) O2 (g)
对于正在进行的反应： N2(g)+3H2(g)→2NH3(g) v(N2) = - △C(N2)/△t；v(H2) = -△C(H2)/△t v(NH3) = +△C(NH3)/△t 三者之间的关系为： v(N2)：v(H2)：v(NH3)=1:3:2 瞬时速率表示方法为：v=lim△C/△t
△t→0
解：(1) 设：该反应的速率方程为： v=k[CH3CHO]m 则v1=k[CH3CHO]1m v2=k[CH3CHO]2m 两式相比得： v2/v1=k[CH3CHO]2m/k[CH3CHO]1m 将任意两组数据代入上式得： 0.081/0.020=(0.20)m/(0.10)m=(0.20/0.10)m 化简得：4.0=(2)m ∴m=2
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3.1.2 亚原子粒子
人们将组成原子的微粒叫亚原子粒子。 人们将组成原子的微粒叫亚原子粒子。亚原子粒子曾经也 亚原子粒子 粒子。 叫基本粒子, 近些年越来越多的文献就将其叫粒子。迄今科学 基本粒子, 近些年越来越多的文献就将其叫粒子 上发现的粒子已达数百种之多, 上发现的粒子已达数百种之多, 与化学相关的某些亚原子粒子的性质
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3.1.1 化学研究的对象
宇宙 质子 夸克 中子 原子核 电子 纳 米 材 料 原子 离子) (离子)
宇观） （宇观）
单 质 化合物
分子
星体
微观
介观） （介观）
宏观
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当今化学发展的趋势大致是： 当今化学发展的趋势大致是：
由宏观到微观，由定性到定量，由稳定态向亚稳态， 由宏观到微观，由定性到定量，由稳定态向亚稳态，由经 验上升到理论并用理论指导实践，开创新的研究。 验上升到理论并用理论指导实践，开创新的研究。
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3.1 亚原子粒子 Subatomic particles 3.2 波粒二象性 — 赖以建立现代模型的量子力学 概念 Wave-particle duality — a fundamental concept of quantum mechanics 3.3 氢原子结构的量子力学模型 — 波尔模型 The quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom —Bohr model 3.4 原子结构的波动力学模型 The wave mechanical model of the atomic structure 3.5 多电子原子轨道的能级 Energy level of many-electron atoms 3.6 基态原子的核外电子排布 Ground-state electron configuration 3.7 元素周期表 The periodic table of elements 3.8 元素性质的规律性 Regularity of elemental property
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一、原子结构学说的发展
公元前500 500年 中国墨翟有“非半不斫则不动， 原子学说萌芽（公元前500年，中国墨翟有“非半不斫则不动，说在 端”之说） 之说）
定量的定律（定比、倍比定律等） 定量的定律（定比、倍比定律等）的发现
1803年 Dalton提出 恩格斯说“化学的新世纪开始于原子学说” 提出。 原子学说（1803年，Dalton提出。恩格斯说“化学的新世纪开始于原子学说”）
晶体衍射实验（ 晶体衍射实验（1927年，Davisson t Germer） 年 ） 波动力学（ ）：讨论微粒波动性的科学 波动力学（Wave mechanics）：讨论微粒波动性的科学 ）：
量子学理论（1926年，Schrodinger E） 年 ）
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四 个 里 程 碑
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阴极射线， 阴极射线，放射性现象等的发现
原子“ 发现电子并测定e/m比 原子“侵入模型”（ 1897年Thomson发现电子并测定 比， 28岁开始 年 发现电子并测定 岁开始
领导剑桥大学Cavendish实验室，1906年获 实验室， 年获Nobel奖） 领导剑桥大学 实验室 年获 奖
α质点散射现象（Geiger、Marsden，1911年在曼彻斯特大学完成） 质点散射现象（ 年在曼彻斯特大学完成） 质点散射现象 、 ， 年在曼彻斯特大学完成
名称 符号 电荷 质量 发现年代 下夸克 d -1/3 上夸克 u +2/3 奇夸克 s -1/3 粲夸克 c +2/3 底夸克 b -1/3 顶夸克 t +2/3 质子的 200倍 倍 1995
均为质子的1/100或1/200 或 均为质子的 1974 上页 下页 目录 返回 1977
核 电子 中子
名称 电子 质子 中子 正电子 α 粒子 β 粒子 γ 光子 符号 e– p n e+ 质量/u 质量/u 5.486×10–4 ×
1.0073
α β γ
1.0087 5.486×10–4 × 氦原子的核) (氦原子的核) 原子核射出的e (原子核射出的e-) (原子核射出的电磁波 ) 上页 下页 目录 返回
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2008年9月25日21时09分14秒 年 月 日 时 分 秒 神舟七号载人飞船发射成功! 神舟七号载人飞船发射成功
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材料是关键 上页
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气凝胶AEROGEL（超低密度材料） （超低密度材料） 气凝胶
气凝胶又称“ 冻结的烟雾” 气凝胶又称 “ 冻结的烟雾 ” ， 它是从一种硅胶中抽去水 然后注入二氧化碳等气体制成的， 其中99.8%以上是空 分 ， 然后注入二氧化碳等气体制成的 ， 其中 以上是空 世界上最轻的固体之一。它能承受1000公斤炸药的爆炸 气 。世界上最轻的固体之一。它能承受 公斤炸药的爆炸 冲击波，还能隔绝 摄氏度以上的高温。 冲击波，还能隔绝1300摄氏度以上的高温。 摄氏度以上的高温
哪些是关键性的问题呢？ 哪些是关键性的问题呢？
化学反应的性能问题;化学催化的问题;生命过程中的化学 化学反应的性能问题;化学催化的问题; 问题。 问题。
总之，化学已成为中心学科， 总之，化学已成为中心学科，与 21 世纪的四个 重大课题（能源、材料、环境和生命科学）都有关。 重大课题（能源、材料、环境和生克 胶子
核的内部
原子核和中子的组成示意图
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丁肇中与J粒子 丁肇中与 粒子
丁肇中（ 美籍华裔物理学家） 丁肇中（1936～,美籍华裔物理学家） ～ 美籍华裔物理学家 祖籍中国山东省日照市， 祖籍中国山东省日照市 ， 1936年 1月 27日 年 月 日 生于美国密执安州安阿伯，中学时代是在台湾度过的。 生于美国密执安州安阿伯，中学时代是在台湾度过的。1956年 年 丁肇中入美国密执安大学学习， 年获硕士学位， 丁肇中入美国密执安大学学习，1960年获硕士学位，1962年获 年获硕士学位 年获 博士学位。 年当选为美国科学院院士。 博士学位。1977年当选为美国科学院院士。他最杰出的贡献是 年当选为美国科学院院士 在 1974年， 与里希特各自独立地发现了J／ ψ粒子 。 为此， 他 年 与里希特各自独立地发现了 ／ 粒子。 为此， 粒子 们共同获得了1976年诺贝尔物理学奖。1972年夏，丁肇中实验 年诺贝尔物理学奖。 年夏， 们共同获得了 年诺贝尔物理学奖 年夏 小组利用美国布鲁克海文国家实验室的质子加速器寻找质量在 1.5×109eV～5.5×109eV之间的长寿命中性粒子。1974年，他 之间的长寿命中性粒子。 × ～ × 之间的长寿命中性粒子 年 们发现了一个质量约为质子质量3倍 能量为3.1× 们发现了一个质量约为质子质量 倍 （ 能量为 ×109eV） 的 ） 长寿命中性粒子。
电荷/e 电荷/e –1 ＋1 0 ＋1 ＋2 –1 0
原子核、 原 子：原子核、电子 原子核：质子、 原子核：质子、中子 亚原子：强子、轻子、 亚原子：强子、轻子、传播子
“前子”或“亚夸克” 前子” 亚夸克” 反粒子
粒子的相对大小
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3.1.3 夸克
年由盖尔-曼 根据 1961 年由盖尔 曼（Gell M-Mann）建立的新模型， ）建立的新模型， 质子和中子都是由更小的粒子夸克组成的， 质子和中子都是由更小的粒子夸克组成的， 但现有的理论还 不能预言（当然更不用说从实验上证明）电子是可分的。 不能预言（当然更不用说从实验上证明）电子是可分的。 某些最重要的夸克
3.1 亚原子粒子 Subatomic particles
3.1.1 化学研究的对象 The object of chemical study 3.1.2 亚原子粒子（基本粒子） 亚原子粒子（基本粒子） Subatomic particles ( elementary particles) 3.1.3 夸克 Quark
曾就读于Thomson、Rutherford，1922年获 玻尔理论（1913年，Bohr.N.曾就读于 年 曾就读于 、 ， 年获 Nobel物理奖） 物理奖） 物理奖
精细原子光谱
椭圆形轨道） 宋麦非尔理论（椭圆形轨道）
） de Broglie波（1924年法国， = 年法国， 波 年法国 λ
h mv
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长度27公里的LHC达到了实验所需的零下271摄氏 长度27公里的LHC达到了实验所需的零下271摄氏 27公里的LHC达到了实验所需的零下271 这只比可能的最低温度——绝对零度高上两度。 绝对零度高上两度。 度。这只比可能的最低温度 绝对零度高上两度 运转需要10000 余吨液氮进行第一步冷却 运转需要 10000余吨液氮进行第一步冷却 ， 然后还需 10000 余吨液氮进行第一步冷却， 150吨液氦完全填充磁体 吨液氦完全填充磁体。 要150吨液氦完全填充磁体。
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欧洲大型强子对撞机质子对撞试验获成功
欧洲大型强子对撞机产生第一批图片。 欧洲大型强子对撞机产生第一批图片。被加速的第一批质 子以近光速撞进对撞机里的一个被称为瞄准仪的吸纳装置， 子以近光速撞进对撞机里的一个被称为瞄准仪的吸纳装置，产 生了粒子碎片雨。建造的目的是探测更深层的微观世界， 生了粒子碎片雨。建造的目的是探测更深层的微观世界，为理 论提供检验，也可以研究早期宇宙的粒子物理现象。 论提供检验，也可以研究早期宇宙的粒子物理现象。
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Question 1
Solution
夸克和轻子是否还有更深层次的 结构？ 结构？
人类对微观世界的认识是无穷尽的， 人类对微观世界的认识是无穷尽的，近代天文观测已证实 宇宙不论往大，还是往小的方面延伸都是无限的， 宇宙不论往大，还是往小的方面延伸都是无限的，物质是无限 可分的。 可分的。 要研究质子的内部．至少要用400MeV的电子来轰击质子 要研究质子的内部． 至少要用 的电子来轰击质子 要探究基本粒子相互作用、 ，要探究基本粒子相互作用、相互转化及其内部结构需要至少 以上的能量。 要1 000 MeV以上的能量。夸克和轻子绝不可能是微观结构的 以上的能量 最小单元！ 最小单元！有些科学家已给夸克和轻子下一层次的单元起名为 前子” 亚夸克” 不管取什么名字， “前子”或“亚夸克”，不管取什么名字，其实体应是存在的 我们相信不久的将来能证实它们的存在。 。我们相信不久的将来能证实它们的存在。