01 post+1+Chemical.pptx

第1页：化学原理课程封面

General Chemistry（化学原理）

第2页：什么是化学

化学（Chemistry）研究物质的组成、结构、性质以及它所发生的变化。

• 无机化学 Inorg. Chem.
• 有机化学 Org. Chem.
• 分析化学 Anal. Chem.
• 物理化学 Phys. Chem.

第3页：为什么要学化学

为什么学习化学？

• 学位培养的要求
• 现代生活的中心科学：能源、材料、环境、生命科学

第4页：能源危机与化学前景

能源危机：化石燃料（煤、石油、天然气）将在约 50～100 年内趋于枯竭，太阳能、核裂变是重要替代方向。

• 计算机：硅芯片 → 分子计算机
• 废弃物排放控制与修复、绿色科学与技术
• 医药与疾病
• 食物：化肥、杀虫剂、除草剂

第5页：如何学习化学

如何学习化学？化学是一门以实验为基础的科学。

• 观察 Observation → 表征 Representation → 解释 Interpretation
• 定性与定量、宏观与微观相结合
• 重大发现源于长期积累：机会只偏爱有准备的头脑

第6页：第1.4节

第 1.4 节。

第7页：物质三态与常用单位

物质的三态：solid（固）、liquid（液）、gas（气）。

温标对比：K = ℃ + 273.15。

第8页：有效数字位数判断

有效数字（significant figures）判断

第9页：有效数字运算与准确度

加减法：结果保留到与测量值相同的小数位数，89.332 + 1.1 = 90.432，修约至 90.4。

乘除法：结果保留与测量值相同的有效数字位数。

准确度 Accuracy

测量值接近真实值的程度。

精确度 Precision

一组测量值彼此接近的程度。

精确数（Exact Numbers）不参与有效数字修约，如 6.64 + 6.68 + 6.70 的平均取 6.67（或按位数取 7）。

第10页：分子与离子

分子 Molecule

两个或两个以上原子按一定排布、由化学键结合而成的聚集体。

离子 Ion

带有净正电荷或净负电荷的原子或原子团。

多原子离子 Polyatomic ion

含两个以上原子，如 OH⁻、CN⁻、NH₄⁺、NO₃⁻。

离子化合物 Ionic compound

由阳离子与阴离子组合而成；化学式与实验式一致，且各电荷代数和必须为零。

第11页：环己酮质谱图

质谱法（Mass spectroscopy）测定环己酮的相对分子质量：分子离子峰 M = 98，主要碎片峰包括 98、83、69、68、55、42。

环己酮分子式为 C₆H₁₀O，理论相对分子质量 98，与谱图分子离子峰一致。

第12页：乙醇实验式的测定

燃烧分析法：燃烧 11.5 g 乙醇，收集到 22.0 g CO₂ 与 13.5 g H₂O。

1. 由 CO₂ 求碳、由 H₂O 求氢，差减法求氧，得最简比 C₀.₅H₁.₅O₀.₂₅
2. 化为整数比，实验式为 C₂H₆O

元素分析仪（Element Analyzer）可直接给出样品中各元素的质量分数。

第13页：酸碱的两种定义

阿伦尼乌斯酸 Arrhenius acid

在水中产生 H⁺（H₃O⁺）的物质。

阿伦尼乌斯碱 Arrhenius base

在水中产生 OH⁻ 的物质。

布朗斯特酸 Brønsted acid

质子（H⁺）的给出者，必须至少含一个可电离质子。

布朗斯特碱 Brønsted base

质子（H⁺）的接受者。

第14页：布朗斯特酸碱判断

判断下列物种是布朗斯特酸、碱还是两者皆是

H₂PO₄⁻ 既能给出质子又能接受质子，属两性物种。

第15页：中和反应

中和反应：酸 + 碱 → 盐 + 水

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O

总离子方程式：H⁺ + Cl⁻ + Na⁺ + OH⁻ → Na⁺ + Cl⁻ + H₂O

净离子方程式：H⁺ + OH⁻ → H₂O

第16页：氧化还原半反应

氧化还原反应（电子转移反应）：2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s)

• 氧化半反应（失电子）：2Mg → 2Mg²⁺ + 4e⁻
• 还原半反应（得电子）：O₂ + 4e⁻ → 2O²⁻

Zn(s) + CuSO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + Cu(s)

• Zn 被氧化：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻，Zn 是还原剂
• Cu²⁺ 被还原：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu，Cu²⁺ 是氧化剂

第17页：化合与分解反应

化合反应 A + B → C：S + O₂ → SO₂（S 由 0 → +4，O 由 0 → −2）

分解反应 C → A + B：2KClO₃ → 2KCl + 3O₂（Cl 由 +5 → −1，O 由 −2 → 0）

第18页：置换与歧化反应

置换反应 A + BC → AC + B：TiCl₄ + 2Mg → Ti + 2MgCl₂（Ti 由 +4 → 0，Mg 由 0 → +2），属金属置换。

歧化反应：Cl₂ + 2OH⁻ → ClO⁻ + Cl⁻ + H₂O，同一元素（Cl 由 0 → +1 与 −1）同时被氧化和被还原。

第19页：反应类型分类练习

第20页：滴定分析原理

滴定 Titration

将浓度准确已知的溶液逐滴加入浓度未知的溶液，直至两者反应完全。

等当点 Equivalence point

反应恰好完全的那一点。

指示剂 Indicator

在等当点附近发生颜色变化的物质。

操作要点：向未知浓度的酸中缓慢滴加碱，直至指示剂变色。

第21页：理想气体状态方程

理想气体状态方程：PV = nRT，基本假设为分子自身无体积、分子间无相互作用。

1 atm = 101 325 Pa。P 压强、V 容器体积、T 温度、n 气体物质的量、R 气体常数。

第22页：标准状况与气体常数

标准状况 STP：0 ℃ 与 1 atm。

由 PV = nRT 得 R = PV/(nT) = (1 atm × 22.414 L)/(1 mol × 273.15 K) = 0.082057 L·atm/(mol·K)。

实验表明：在标准状况下，1 mol 理想气体占据 22.414 L。

第23页：灯泡内氩气压力计算

灯泡内氩气 1.20 atm、18 ℃，定容加热至 85 ℃，求末压。

n、V、R 恒定 → P/T = 常数，即 P₁/T₁ = P₂/T₂

T₁ = 291 K，T₂ = 358 K

P₂ = P₁ × T₂/T₁ = 1.20 atm × 358 K / 291 K = 1.48 atm

第24页：道尔顿分压定律

道尔顿分压定律：混合气体中某组分气体 i 的分压为 Pᵢ。

• 总压等于各组分分压之和
• 分压 Pᵢ = 摩尔分数 Xᵢ × 总压 P_T
• 各组分气体均服从理想气体状态方程

第25页：丙烷分压计算

天然气样品含 8.24 mol CH₄、0.421 mol C₂H₆、0.116 mol C₃H₈，总压 1.37 atm，求丙烷分压。

X(丙烷) = 0.116 / (8.24 + 0.421 + 0.116) = 0.0132

P(丙烷) = X × P_T = 0.0132 × 1.37 atm = 0.0181 atm

第26页：实际气体与范德华修正

理想气体

分子无体积、分子间无相互作用，服从 PV = nRT。

实际气体

分子有本征体积、分子间存在相互作用。

范德华（Van der Waals）修正：

• 有效体积修正（分子尺寸越大，b 越大）
• 减压修正（相互作用越强，a 越大）

第27页：理想气体偏差曲线

1 mol 理想气体满足 PV/(RT) = 1；实际气体在高压力下因斥力使该比值偏大，中低压下因引力使该比值偏小。

第28页：习题与下节预告

习题：1.32、1.75、2.58、3.33、3.78、4.32、4.132、5.59、5.67

下一讲：2.1 化学反应的热效应（第 6 章）