第四章基本定律第五章原子分子论.docx

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第四章基本定律第五章原子分子论

第四章基本定律第五章原子分子论

第四章化学基本定律的建立

v一.质量守恒定律与当量定律的建立

1.质量守恒定律

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关系是一种什么关系呢?

著名俄国化学家罗蒙诺索夫（1711—1765）不相信当时流行的燃素说,通过许多定量化学实验来证实自己的观点.他做金属煅烧实验,与波义耳不同的是,他在密闭的玻璃瓶内煅烧金属后,不开启玻璃瓶就进行称量,发现尽管金属经过煅烧已经变成了煅灰,但重量并无变化.

v他断定,金属在敞开的容器中煅烧增重是由于金属与空气结合的缘故,从而否定了波义耳的“火微粒”和“燃素”的存在.

v1756年,他从大量实验中概括出质量守恒定律:

即参加反应的全部物质的重量,常等于全部反应产物的重量.

v到了1760年,罗蒙诺索夫在《论物体的固性和液性》一文中,进一步阐述了这个观点.

v1774年,拉瓦锡通过多次定量实验,也得出了与罗蒙诺索夫相同的结论:

在化学反应中,不仅物质的总质量在反应前后保持不变,而且物质中所含的任一元素的质量也保持不变.

v质量守恒定律的建立具有重大的科学意义和哲学意义.它是自然界最基本的定律之一.

2.当量定律的建立

化学史上第一个把数学与化学相结合并取得重大成果的人是德国化学家里希特（1762---1807）.在他的名著《化学元素测量术》一书中,第一次提出了“化学计算”这一术语,创立了计算化学反应中各种物质之间质量比的方法,运用数学方法来阐明化学反应的规律等.

v里希特在前人研究的基础上,进一步对酸碱反应进行了研究.从大量的实验研究中概括了一些十分重要的思想:

（1）化合物都有确定的组成,化学反应中反应物之间存在着定量关系.

（2）当两种物质发生化学反应时,一定量的一种物质总是需要确定量的另一种物质.

（3）两种中性盐进行复分解反应时,生成物也是中性的.如果知道了反应前两种盐的成分,就可以算出反应后两种盐的成分等.

v据此提出了当量定律:

各物质相互化合时彼

v

v

v义.它为近代原子学说奠定了科学的基础,并提供了大量的实验材料.

v现在已知许多固体化合物的组成也不是固定不变的,随着制备方法不同,其组成可以在一个小范围内变化.例如:

普通的硫化铁中铁的含量可以在63.5%到60.1%之间变化.现代化学的发展给定比定律带来了理论上的合理限制,因为任何真理都不是绝对的,都有一定的适用范围,科学发展的逻辑就是如此.

v三.倍比定律

A、B两元素相互化合生成几种化合物时,与一定量A或B元素相结合的B或A元素的各质量间互成简单整数比.

可以说,在18世纪末和19世纪初几位化学家分别独立建立了这一定律.

1804年,道尔顿分析了甲烷和乙烯的组成,得知与同量碳相化合的氢的重量比为2:

1.通过总结前人的研究成果和自己的实验验证,道尔顿明确地提出了倍比定律,并以此论证其原子学说.

第五章原子---分子论

v自拉瓦锡提出质量守恒定律后,1791年,德国化学家里希特又确定了当量定律,这一定律指出:

物质在进行化学反应时,只要是纯净物质都严格地遵守彼此相当量进行.八年后,法国化学家普劳斯确定了定组成定律.四年后,英国中学教师道尔顿首先确定了倍比定律.

v物质在化学过程中为什么有这些基本定律?

这些准确的数量关系又说明了什么?

科学家们思考着这些问题.

v解开化学过程严格的数量关系之迷的是道尔顿.

v一、道尔顿（近代化学之父）原子论的建立

1、生平

　·出身贫穷：

1766年9月6日生于英国西北一农村,他的父亲是一个农民,兼做家庭纺织业,收入低微,生活困苦.兄弟姐妹六人,十五岁那年冬天,最小的妹妹因冻饿而死,不到半年,弟弟也因病而死.

·乡村小学毕业为道尔顿最高学历.1781年秋天,道尔顿离家到肯代尔校友学校当数学教师,四年后担任该校的校长.1793年,出版了《气象观察与研究》一书,1794年春被选为文学哲学学会会员.1832年被授予牛津大学博士学位,同年被吸收为英国皇家学会会员.

家教糊口：

1799年,为了有更多的时间和精力从事科研,他担任了每天只需上两节课的家庭教师.自办私塾25年——盛名不富，简朴惊人——1833年戴维、法拉第为之请命，政府方予道尔顿养老金

献身科学：

终身未娶——1837年轻度中风后仍做实验——1844年7月27日与世长辞.悼念活动持续两星期之多.

2、原子论建立——近代原子学说的奠基人

道尔顿全面地研究了在他之前有关原子的一切思想.1803年10月21日,道尔顿在曼彻斯特文学哲学会做了原子论的报告,他在报告的结论中指出:

“在我之前也有关于原子微粒的各种学说,他们的共同点都在于认为原子微粒是一种大小相同的球,而我认为,同一种元素的原子（极小的、化学变化中不可再分的微粒）彼此之间是相同的,但不同元素的原子则不同.　

原子是有重量的,原子不可再分也无法称量,但我们可以求得它们的相对重量.我们把最轻的元素----氢的原子量规定为1,就可以求得其他元素的相对原子量.”

道尔顿在报告中还公布了他的第一张原子量表,这也是世界上第一张原子量表.

道尔顿的著作《化学哲学新体系》于1808年出版,该书系统地阐述了近代原子学说,其基本点是:

（1）化学元素由非常微小的、不可再分的物质粒子-----原子组成.原子在所有化学变化中均保持自己独特性质.原子既不能创造,又不能消灭.

（2）同一元素的所有原子的性质,特别是重量,完全相同.不同元素的原子的性质及重量不同.原子的重量是元素的基本特征.

（3）不同元素的原子以简单数目的比例相结合,形成化合物.化合物原子称为复杂原子,它的质量为所含各种元素原子质量之总和.同种化合物的复杂原子,其性质和重量也必然相同.

3、意义

最早提出原子论的一是古希腊哲学家德模克利特（公元前476一370），他认为物质是由许多微粒组成的，这些微粒叫原子，意思是不可分割。

近代科学巨人牛顿也是一位原子论者，但他笔下的原子乃是一些大小不同而本质相同的微粒。

道尔顿的原子论就不一样，他认为相同元素的原子形状和大小都一样，不同元素的原子则不同，每种元素的原子质量都是固定不变的，原子量是元素原子的基本特征。

相比之下，可以发现道尔顿的原子论有了本质的发展。

v道尔顿原子论所提出的新概念和新思想，很快成为化学家们解决实际问题的重要理论。

首先用它清晰地解释了当时正被运用的定比定律、当量定律。

同时这一理论使众多的化学现象得到了统一的解释。

特别是原子量的引入，原子质量是化学元素基本特征的思想，引导着化学家把定量研究与定性研究结合起来，从而把化学研究提高到一个新的水平。

道尔顿原子学说的建立,标志着人类对物质结构的认识前进了一大步,它为以后物理、化学、生物学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、系统发展的新时期.

恩格斯指出:

“化学中的新时代是随着原子论开始.”“近代化学之父不是拉瓦锡,而是道尔顿.”

4、其他贡献

v气象学研究：

1787年21岁开始——坚持做气象记录达57年之久——1793年27岁时因气象学成果引注意,出版了《气象观察与研究》一书.

v气体的研究：

1801年总结出气体分压定律——1804年提出倍比定律——奠定原子学说基础.

v色盲理论：

本身色盲——与色盲作斗争，发现色盲遗传定律——即使不是化学之父，在生理学上也被纪念——欧洲色盲病称之为“道尔顿症”

5、化学符号简史

v炼丹（金）家的秘密符号——1787年拉瓦锡等人在《化学命名法》中进行归类——1808年道尔顿提出“圆圈”式元素符号——1813年贝采里乌斯提出具有现代形式的元素符号（用化学元素拉丁文名称的第一个字母代表元素的方法）——1860年第一次国际会后通用

v中文元素符号——徐寿创译

6.不足之处

道尔顿的原子论也有一些不足和自相矛盾的地方.例如,他认为原子是不可分的,但又说有复杂原子,并说复杂原子可以分为简单原子.可以这样认为:

道尔顿的原子论在两方面都没弄清楚.一方面,他坚持原子不可分,这说明在比原子小的方面他弄错了;另一方面,他说有复杂原子,但又不承认分子,这说明,比原子大的方面他也弄错了.尽管如此,道尔顿在两个世纪以前,能提出科学的原子论,确实是了不起的事.

道尔顿的原子论,在化学上起到了划时代的作用.但是,他的原子论在解释某些化学现象时却遇到了很大困难.这样,人们就在新的科学事实和原子论基础上,提出了分子假说,并进而发展为分子论.

v二、阿伏加德罗——分子学说的建立者

1、生平：

1776年8月9日出生于意大利都灵市,1792年进入都灵大学学习法学.1796获得法学博士学位,开始从事律师工作.从1800年起,兴趣转移到数学和物理学方面.1809年被聘为维切利皇家学院物理学教授.1811年被选为都灵科学院院士.1850年退休,1856年7月9日在都灵逝世

v阿佛加德罗懂得许多国家的文字.他尤其喜欢“为科学而研究科学”.他埋头工作,因而无论在意大利还是在国外,一直默默无闻.然而,他那不朽的功绩却不会被后人遗忘.当人们求得一摩尔粒子的数目后,就把这个数字叫做阿佛加得罗常数.

v2、化学成就

v1811年发表了一篇论文,题目是《原子相对质量的测定方法及原子进入化合物时数目比例的确定》,文中提出了分子概念,他认为,原子是参加化学反应的最小质点,而分子是某些游离态的单质或化合物能独立存在的最小质点.分子由原子组成,单质分子由相同元素的原子组成,化合物的分子则由不同元素的若干原子组成.在化学变化中是由不同物质的分子间各原子的重新结合.

v同时指出:

“一切气体在相同条件下相同体积中含有相等数目的分子”----分子学说（阿伏加德罗定律）——区别原子与分子，分子由原子组成

阿伏加德罗定律

v在相同的温度和压强下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。

v注意：

1.范围：

气体2.条件：

同温同压同体积3.特例：

气体摩尔体积;推论:

[为理想气体状态下]

　P:

压强V：

体积n：

物质的量R：

常数T：

温度（开尔文=273+t,t为摄氏度）

1.p1V1/T1=p2V2/T2

　2.pV=nRT=mRT/M（R为常数）

3.同温同压V1/V2=N1/N2=n1/n2ρ1/ρ2=n1/n2=N1/N2

4.同温同体积p1/p2=n1/n2=N1/N2

5.同温同压同质量V1/V2=M2/M1

6.同温同压同体积m1/m2=M1/M2

阿伏伽德罗常数

v阿伏伽德罗常数指摩尔微粒（可以是分子、原子、离子、电子等）所含的微粒的数目。

阿伏加德罗常数一般取值6.023×1023/mol。

12.000g12C中所含碳原子的数目,具体数值是6.0221367×1023.包含阿伏加德罗常数个微粒的物质的量是1mol.

v权威道尔顿、贝采里乌斯“原子不可能结合”理论反对——淹没达半个世纪.

v1860年9月,阿佛加德罗的同乡,意大利著名化学家康尼查罗在德国卡尔鲁斯特第一次国际化学大会——康尼查罗的小册子重提阿伏加德罗的理论——才被引起注意.

v德国化学家迈尔在散会途中读后注意到——1864年出书宣传之——从此被广泛接受——此时阿佛加罗已经去世8年——阿伏加德罗常数纪念.

v分子论得到承认以后,原子---分子论的理论体系完备了,从理论的角度,统一了分歧,消除了误解,扫清了障碍,对各种化学现象都做出了科学合理的解释.

v原子----分子论的形成和发展表明:

历史是曲曲折折前进的,错误的燃素说曾被奉为金科玉律,正确的分子论却有50年不被承认.因循守旧、迷信权威是一般人阻碍科学进步的习惯力量;而科学权威们则往往又固执自信,拼命维护自己的成见,这则是来自名人大家阻碍科学进步的保守力量.同时,新理论不被承认还有认识论上的原因.

v三、康尼查罗——分子学说的推广者

1、生平

1826年6月13日出生于意大利