【完整升级版】化学专业基础英语教案

pV = nRT

其中R被称为理想气体常数，依赖于p，V和T的单位，其值分别为0.0821 L·atm/(K·mol)和8.314 J/( K·mol)。如果m是气体的质量，M是其摩尔质量，则

pV = (m/M)RT

气体的密度d可由下式给出 d = pM/(RT)

4. 气体混合物的压强：Dalton定律

在一个不发生化学反应的气体混合物中，每种气体分子相对独立地运动并能完全均匀地分布在可用的空间就好像没有其它分子存在一样。每种气体都表现出与其单独存在时所表现出的压强。单一气体在混合物中的压强被称为它的分压。

4.4 气体分子的行为

1. 逸出和扩散：Graham定律

逸出就是气体分子的逃逸，通过一个与气体分子尺寸大小的孔洞一个接一个。扩散是不同气体分子通过自由分子运动和碰撞而混合。根据Graham逸出和扩散定律，在相同的温度和压力下，这两个过程的速率反比于气体密度的平方根（也反比于气体摩尔质量的平方根）。

2. 气体定律的偏离

所有实际气体都会占有一个有限的空间并且在某种程度上也发生相互作用。这些因素就引起了一些对理想气体定律的偏离。van der Waals方程，考虑到气体本身的体积和相互作用进行了矫正，即

(p + an2/V2)(V–nb) = nRT

其中，a是考虑分子相互作用的一个常数，b是与气体分子实际占有体积有关的一个常数。a和b都被称为van der Waals常数。

杜马斯燃烧定氮法

1831年，法国化学家Jean Baptiste Dumas首创一种实用的定氮法。这种方法是在燃烧管的前端贮有碳酸铅，在试样分解前，加热碳酸铅，使分解放出的二氧化碳完全排除燃烧管中的空气试样与CuO燃烧后 ，生成的气体借助 PbCO 分解产生的 CO 气流赶到立于汞槽上内装有 KOH溶液的集气量筒中。燃烧时，偶尔有部分氮转变为氮的氧化物，它们在通过红热的铜粉后被还原，这样有机物中的氮全部被还原为 N 。通过测定 N 的体积 ，便可以得出有机物中的含氮量。1838年 ，O．L_Erdman和 R．F．Marchand 引入二氧化碳发生器 ．用碳酸盐与酸反应产生 CO 。1868年 ，H．Schitt发明氮紊仪， 以取代 Dumas的集气量筒。此后．Dumas法几乎没有大的改动。

直到1883年丹麦科学家Kjeldahl才提出开始定氮法，杜马斯定氮法比凯式定氮法足足早了52年。但是由于早期的杜马斯定氮方法只能测定几个毫克的样品，使它在农产品等领域的实际应用中受到了极大的限制。

1964年，德国贺立士公司(Heraeus, precursor of elementar)，生产出了世界上第一台Dumas法快速定氮仪（Rapid N）。1989年，随着Heraeus公司生产的世界上第一台可以检测克级样品的杜马斯法快速定氮仪Macro N的问世，拉开了杜马斯法在食品、饲料、肥料、植物、土壤及临床等领域上广泛应用的序幕。因此，现在在世界上一些国家和地区，特别是欧美等发达国家，Dumas法已经成为法定的氮/蛋白质分析方法。在美国、加拿大和德国的某些领域，Dumas法甚至作为唯一的定氮标准。Dumas定氮法----一个古老的技术重新焕发了青春！

第5章 化学反应与化学计算学/化学计量学 （Chemical Reactions and Stoichiometry）

5.1 化学变化：反应方程式和反应类型

1. 质量和能量的守恒（保存）（Mass and Energy conservation laws质量和能量守恒定律：物质和能量不灭，但是可以转化）

有两个守恒定律可应用于所有的化学反应：能量既不能被创造也不能被消灭，物质也既不能被创造也不能被消灭。因此，参与化学反应的原子可以被重组，但是在反应物中存在的原子也必须在产物中存在，并且反应物的总的质量必须等于产物的总的质量。

2. 配平化学反应方程式

一个化学反应方程式必须被配平。也就是说，它（化学反应方程式）必须被书写，对每一个参加反应的物种附带以正确的系数以使每一种元素原子的数目在反应物和在产物中相同。（为了配平反应方程式，开始于反应方程式每一边原子仅存在于一个化学式中是最容易的。开始于最复杂形式化合物也是最好的。）

3. 化学反应的一些类型

在一个化合反应中，两种反应物化合形成一种单一的产物，即A + B AB。在一个分解反应中，一个单一的化合物分解为两种或更多种物质，即AB A + B。在一个取代反应中，一个物质中的原子或离子取代另一个化合物中的原子或离子（A + BC AC + B）。金属（元素）能以活性序列整理（金属元素能按活性排列成序），基于它们从水或者酸中取代H的能力，和在可溶性离子型化合物中相互取代的能力。伙伴交换（双分解，双取代和调换）反应具有一个普遍的形式AC + BD AD + BC。常常这类反应发生在离子型化合物之间的溶液中，当一种产物是不溶性的被称为沉淀的固体的时候。

注*：需要说明的是，两种可溶性的离子型化合物的反应，个别可能不产生气体和沉淀，但是在浓缩的时候总是会有一种物质先于另一种结晶出来或生成。此时，需要讨论其晶格能才能从理论上预测那个物种先生成。生成物的晶格能越大则越稳定。一般来讲，沉淀的晶格能都比较大。如：

KF + LiBr KBr + LiF 2NaF + CaCl2 CaF2 + 2NaCl 4. 净离子反应方程式：沉淀反应

在水溶液中存在于化学反应过程中但是不经历化学变化的离子被称为旁观离子。一个净离子反应方程式仅表示出参与化学变化的物种，而排除了旁观离子。在这样一类反应方程式中，电荷必须总是守恒的；（反应方程式）左边的电荷总数必须等于右边的电荷总数。一个沉淀是否形成能从不同类型化合物的溶解性的数据被预测，数据总结于下表。

5.2 化学计量学

当化学物种（原子，分子和离子）参与反应/进入角色/投入战斗时，我们就有了化学反应——化学变化的过程。化学变化中的定量关系计算就称为化学计量学。

1. 来自于化学方程式的信息和应用摩尔比率

所有的化学量的计算（化学当量的计算，当量一词已经被弃用，我们用化学量的一词也能表达清楚所要表达的意思。当量定律：在任何化学反应中，物质的质量比等于等于其当量比。）都必须开始于配平的化学反应方程式。方程式的系数给出了各种物种的摩尔比。从这些比率，化学计量学能给出我们关于反应物和产物的质量比的信息，和任何参与反应的气体的体积比（的信息）。

2. 解决化学计量学的问题，包含气体的反应和在水溶液中的反应

在所有的化学计量学的问题中，来自于配平的化学反应方程式的摩尔比提供了在已知量和未知量之间的联系，无论是质量，对于气体的压力-体积-温度数据，还是在溶液中的物质的摩尔浓度。为了解决一个化学计量学问题，首先要写出配平的化学反应方程式，转化已知量为摩尔，利用摩尔比找出以摩尔表示的未知量，然后（并且）将从摩尔得出的答案转变成所要求的/所期望的量。

3. 限定反应物

配平的化学反应方程式所要求的一个物质的准确的量即是化学计量学的量。当反应物不是按化学计量学的量存在的时候，决定能生成产物的量的反应物就被称为限定反应物。在反应完成的时候，其它一些反应物将过剩。

4. 产量

一个反应的理论产量是根据配平的化学反应方程式所能形成的产物的最大量。由于各种各样的原因实际产量会少一些。百分产量用一个百分数表示实际产量与理论产量的比。

5. 工业化学中的化学计量学

通过利用如磅-摩尔或者吨-摩尔这样一些单位来代替摩尔能使化学计算简单化（能简化计算），以便于代替克而得到以磅、吨等为质量单位。对于那些包含连续反应的过程，化学量的计算能基于整个的反应方程式，而且中间产物能从反应方程式中删除则中间产物就能被忽视。另外，部分反应方程式也能用到，如果反应方程式是以元素或者以问题中的元素而配平的。

第6章 热化学（Thermochemistry）

6.1 能量

1. 化学反应中的能量

所有的化学反应都伴随着能量变化。一般地，断裂化学键需要能量而形成化学键就会释放能量。 2. 热力学

在热力学中——研究能量的转变——我们规定/界定研究的区域（对象）为系统，认为剩余的物质世界为环境。（在热力学中，系统指被研究的对象，环境指系统边界以外与之相关的物质世界）。（化学中系统常常指经历化学和物理变化的物质）。热是物体之间能量的转化形式，热不同于温度；它表示原子和分子的自由的动力学能（动能）。从系统到其环境释放热的任何过程都是放热的（exothermic，[eks?u'θ?:mik]）；系统从环境吸收热的任何过程都是放热的（endothermic，[end??'θ?:mik]）。

3. 内能

一个化学系统所包含的所有的能量都被归为内能。内能增加有三种结果：它能升高温度，它能引起相变，或者它能产生化学反应（如果它足以断裂化学键，允许新物质生成）。一个系统的内能变化用符号ΔE表示。

4. 能，热和功

热力学第一定律，大家熟知的能量守恒定律，规定/指定/描述/认为物质世界的能量是固定不变的。因此系统的任何能量损失都必须转移给环境，反过来也一样（vice versa, adv.）。总的能量变化必须用热和/或功来解释。从数学的意义来说，ΔE = Q + W。当一个力移动一个物体经过一段距离，就做功了。一个气体对抗定压力而膨胀，W = –pV。在定体积下（定容），在化学变化中热的流动等于内能的变化：ΔE = Qv。焓，H，是一个系统的一个热力学性质，用公式 H = E + pV来定义。等压条件下一个过程的焓变等于与环境交换的热量，ΔH = Qp。H具有能量的单位。

6.2 反应热和其它的焓变

1. 反应热

许多化学反应是在定压下（常常是大气压）进行的。在这些条件下，反应热——从过程的开始到系统恢复到最初温度的那个时间所吸收或者放出的热量——等于焓变。热力学方程式包含ΔH的配平的反应方程式如下面所书写的。对于放热过程，ΔH是负值；对于吸热过程，ΔH是正值。

2. 标准状态，标准焓变，生成热，燃烧热

任何物质的标准状态是在1 atm和规定温度（常常是298 K）下的一种最稳定的物理状态。在标准状态下物质的化学反应焓变被称为标准焓变（ΔH?）。一个化合物的标准生成焓（ΔHf?）是在标准状态下和规定温度下由形成它的元素生成1 mol该物质的生成热。标准燃烧焓（ΔHc?）是在标准状态下1 mol物质与氧气反应的反应热。

3. 从标准生成热计算焓变和反应热

一个反应的焓变在数量级上等于逆反应的焓变但是符号相反。如果一个反应中反应物和产物的量发生变化，则该反应的ΔH也成比例地变化。对于任何一个化学反应，无论该反应是一步完成还是分几步完成，ΔH具有相同的数值（Hess定律）。这意味着热化学反应方程式能被在代数上操控和结合从而从已知焓变计算未知焓变。

4. 状态变化热

状态变化焓是在定压和温度不变的条件下吸收或者放出的热量，例如熔化和凝固，气化和凝聚。

6.3 测量热

1. 热容量

一个物质的热容量是一个给定量物质温度升高1K所需要的热量。物质的量可以是1mol（摩尔热容）或者1g（比热）。 2. 热量测定

热量计用于测定在热化学过程中的热流动。这个过程的热可从热量计的温度变化、所容物和热量计的热容（它必须由实验确定）来计算。

第7章 有机化合物和基团的系统命名法 （Nomenclature for Organic Compounds and Groups）

7.1 饱和的和非饱和的烃

1. 饱和烃的系统命名法 a. 烷烃（石蜡/煤油烃）CnH2n+2 （i）烷烃系列的前四个成员 甲烷，乙烷，丙烷，丁烷 （ii）多于4个碳原子的烷烃

·一个前缀表明了最长的连续碳原子链；后缀ane被加到这个前缀后面（两个a中的之一被删除）。例如pentane， 环烷烃的系统命名法遵循非环烷烃同样的规则。如果有取代基，一个给出数字1而其它的以最小可能数字给出。 c. 伯（C原子仅连接于另外一个碳原子）、仲（C原子连接于另外两个碳原子，如仲丁基）、叔（叔丁基）、季碳原子。 d. 正烷烃（没有支链）：n-己烷，己烷。

e. 甲烷，乙烷，n-丙烷，异丙烷，n-丁基，t-丁基，n-戊基，环丙基，环丁基，环己基 2. 非饱和烃的系统命名法

a. 烯烃（烯烃）CnH2n（炔烃，CnH2n-2）

为了得到单个烯烃的系统名称，如果存在双键，相应于饱和烃名称的后缀ane被删除，而加上ene，如果两个双键存在，加上adiene（二烯烃），等等。例如乙烯，1,3-丁二烯。

同样地，单个的炔烃通过去掉ane和加上yne，adiyne，atriyne等等来命名。在另外一种情况下，多重键的位置通过主链末端的数字来标明，开始于能分配最小数字的第一个多重键碳原子，例如1,3-戊二炔。

在普通命名法中，对于烯烃来说，饱和烃名称的后缀ane被ylene取代。含有三重键的物质有时候作为取代乙炔来命名。（因为在乙炔中两个碳原子之间的三重键上，每个碳原子仅能连接一个基团）。

环烯烃是普遍的，但是环烯烃仅存在于C8或更大的环中。三重键不足以弯曲而满足小环。

从丙烯开始，烯烃同系列分子式CnH2n与环烷烃是同分异构的。分子式为CnH2n-2的炔烃（n > 2）与环烯烃是同分异构的。 b. 芳香烃和稠环芳香烃

在由苯衍生而来的芳香烃中，附加的集团被认为是取代基。单个取代基的名称作为前缀加在苯上，如在乙基苯。对于二取代苯，无论取代基是否相同，结构上存在三种可能的异构形式。这三种可能性被命名/指派/标明为邻、间和对位，如在二甲苯中，间二甲苯。

数字也被用于标明芳香化合物取代基的位置。除非结构是什么是没有问题的，如在六氯苯中，当环上存在三个或更多的取代基时数字总是用于指明取代基的位置。

少一个氢原子的苯分子被称为苯基，C6H5。例如，二苯甲烷是(C6H5)2CH2。

稠环芳香烃包含两个或更多个合并在一起的芳香环（合并的环在两个相同的原子之间共有一个键）。一些例子是：奈、蒽和菲。对这些化合物的每一个都能写出其几种共振形式。数字习惯上指派给并环体系的碳原子（除合并点的那些碳原子而外，在此不可能存在取代基）。取代基的位置用数字标明。

3. 官能团命名

卤素，羟基，烷氧基，氨基（一级、二级、三级胺），醛基/甲酰基，羰基/酮/氧合，羧基，甲酰胺，甲酰卤，酸酐，酯，硝基（硝基烷烃），磺酸基，氰基（氰）。

7.2 共价单键官能团

烷基卤和芳香卤，醇，酚，醚（R可以相同也可以不相同）和胺（一级、二级、三级胺，其中R可以相同也可以不相同）包含下列的官能团，其中只存在单键：–X，–OH，–OR和–NH2，–NHR，–NHR2。醇被分为一级、二级和三级醇，基于羟基连接的碳原子是一级的、二级的还是三级的。醇存在氢键，那些低分子量的醇与水是易混合的/混溶的。酚是弱酸。醚倾向于非活性的，低分子量的醚常常用作溶剂。胺是有机碱。

1. 单键官能团的命名 a. 烷基卤和芳香卤

甲基溴（溴甲烷），甲基碘（碘甲烷），乙基溴（溴乙烷），丙基溴（1-溴丙烷），丙烯基二溴（1,2-二溴丙烷），乙烯基氯（氯乙烯），氯苯