物质的聚集状态

工程化学CollegeChemistry主讲：王顺慧

绪论物质世界形形色色、千变万化，然而变化可测。这是因为人类在实践中能够观察、研究、认识、掌握和应用物质变化的规律，从而可以预见这些变化的结果，驾驭这些变化的发展，设计人们所需要的物质变化，用以不断地丰富人类的物质文明和精神文明！各门学科正是从不同角度，以不同的方法研究物质世界的复杂变化。化学：研究物质的组成、结构、性质及其变化规律和变化过程中能量关系的学科。是培养新世纪大学生基本素质的课程。化学与衣、食、住、行、能源、信息、材料、国防、环境保护、医药卫生、资源利用等都有密切的关系，化学是一门社会迫切需要的实用科学。

目的不仅仅在于使学生必须学习掌握一定的化学基本理论知识、技能，更重要的是让学生必须具有“化学眼光”，即学会用化学的理论、观点、方法，审视、思考、分析、解决实际问题，具备化学能力、化学素质。化学有许多分支，主要有五大分支：无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学。大学化学——对化学做一整体的、全面的阐述和研讨，是一门现代化学导论课程。涉及面宽而广，将为后续课程、工作深造，转岗择业打下基础。教学目标：给学生以高素质的化学通才教育。

打好基础：明确概念---注意典型实例，掌握规律---熟悉基本计算，联系实际---重视实验知识。培养智能，分析钻研---理解，反复多练---练习，稳步前进---求实，及时总结---巩固。学习方法学习要求①旺盛、不衰之学习动力——求知若渴；②主动、严谨之学习精神——严肃认真；③新型、良好之学习方法——适合自己、实用高效。推荐方法：听课+笔记，理解+记忆，重点+综合。§1.1.1

理想气体的状态方程pV=nRT

{R}=8.3141.理想气体的状态方程1.理想气体的状态方程也可以写为pVm=RT

因为

Vm=V/n例：计算25℃，101325Pa时空气的密度。（空气的分子量为29）解：真实气体微观模型：分子间有相互作用，分子本身有体积。2.理想气体的模型

不可无限压缩理想气体微观模型：分子间无相互作用，分子本身无体积。×××××××××可无限压缩××××理想气体的状态方程是理想气体的宏观外在表现理想气体的微观模型反映了理想气体的微观内在本质理想气体是真实气体在p→0情况下的极限状态。真实气体并不严格符合理想气体状态方程，也就是说真实气体在方程pV=nRT

中的R不为常数。真实气体只在温度不太低、压力不太高的情况下近似符合理想气体状态方程。§1.1.2理想气体混合物1.混合物组成表示：用物质量的分数表示:(x表示气体，y表示液体）对于物质B显然量纲为12.理气状态方程对理气混合物的应用Mmix混合物的摩尔质量§1.2理想气体混合物3.道尔顿分压定律pB=yBp=(nB/n)p=(nB/n)nRT/V

所以

pB=nBRT/V理想气体混合物中某一组分的分压力等于这个组分以同混合物相同的温度和体积单独存在时的压力。§1.2理想气体混合物4.阿马加定律（分体积定律）理想气体混合物的总体积等于等于各个组分以同混合物相同的温度和压力单独存在时的分体积之和。例.空气中氧气的体积分数为0.29，求101.325kPa、25℃时的1m3空气中氧气的摩尔分数、分压力、分体积，并求若想得到1摩尔纯氧气，至少需多少体积的空气。（将空气近似看成理想气体）解：液体的饱和蒸气压同温度有关，温度不同，饱和蒸气压不同。当液体的饱和蒸气压同外界压力相等,液体即发生沸腾，此时的温度即为沸点。当外界压力为101325Pa时的沸点称为正常沸点。2.临界参数

能够使气体液化的最高温度称为此气体的临界温度。用TC或tC表示。临界温度是气体的一个特性参数，不同的气体具有不同的临界温度。如氧气的临界温度为－118.57℃，氮气的临界温度为－147.0℃。临界温度时的饱和蒸气压称为临界压力，用pC表示。临界温度和临界压力下的摩尔体积为临界摩尔体积Vm,C

。此时的状态为临界状态。TC、pC、Vm,C统称为临界参数3.真实气体的的p－Vm图及气体的液化临界点T1T5T4TcT3T2pVm§1.1.4对应状态原理及普遍化压缩因子1.压缩因子真实气体pV=ZnRTZ—压缩因子或

pVm=ZRTZ<1，Vm(真实)<Vm

(理想)，气体易压缩Z>1，Vm(真实)>Vm

(理想)，难压缩真实气体Z随温度、压力的种类而变化对于理气，Z=pVm(理气)/RT=1ArgonCompressibility

T=273K

Z=pVm/RTattractiverepulsive0.00.51.01.52.02.502004006008001000pressure(atm)ZZ=pVm/RT

attractive

repulsive

2.对应状态原理对比参数：Tr

=T/TC对比温度pr=p/pC对比压力Vr

=V/VC对比体积对应状态原理——各种不同的气体，只要两个对比参数相同，则第三个也相同。不同气体的对比参数相同时，压缩因子也相同。

1.2溶液的通性溶液由溶质和溶剂组成，由于溶质性质不同，所形成的溶液物理性质和化学性质各有所不同。但溶液又具有一些共同的性质，即溶液的通性。在这里只讨论有不同的难挥发性溶质和溶剂组成的溶液的通性。与纯溶剂相比，溶液的蒸气压下降，沸点升高，凝固点下降及溶液渗透压等。按溶质的不同分为非电解质溶液和电解质溶液分别讨论。

1.2.1非电解质溶液的通性稀溶液定律:根据实验结果得知，难挥发的非电解质所形成的稀溶液的性质（溶液的蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降和溶液的渗透压）与一定量溶剂中所溶解溶质的物质的量成正比,此定律叫做稀溶液定律，又称依数性定律。

1.溶液的蒸气压下降蒸发：能量较大的分子克服液体分子间的引力从表面逸出，成为蒸气分子的过程叫做蒸发（或气化）。蒸发是吸热过程。凝聚：蒸气分子撞到液面，被液体分子所吸引而重新进入液体中，这个过程叫做凝聚。凝聚是放热过程。

（1）蒸气压蒸气压:当凝聚的速率和蒸发的速率达到相等时，液体和它的蒸气就处于平衡状态，此时，蒸气所具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压。简称蒸气压。以水为例，在一定温度下达到如下相平衡时：

H2O（l）H2O（g）H2O（g）所具有的压力

P(H2O)即为该温度下水的蒸气压。

373K时，P(H2O)=100KPa蒸发凝聚(2)蒸气压下降蒸气压下降：同一温度下，纯溶剂蒸气压力与溶液的蒸气压力之差叫做溶液的蒸气压下降。用ΔP表示

。溶液的浓度越大，蒸气压下降的越显著。拉乌尔根据实验得出如下规律：在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶液蒸气压下降与溶质的摩尔分数成正比，与溶质的性质无关其数学表达式：ΔP=nB/n

pA=xB

pA

(3.1)ΔP：溶液的蒸气压下降PA:纯溶剂的蒸气压xB=nB/n:表示溶质B的摩尔分数nB:表示溶质B的物质的量

n=nA+nB由上式看出：nB/n越大，ΔP越大，即溶液浓度越大，蒸气压下降越显著。2、溶液的沸点上升和凝固点下降沸点:当某一液体的蒸气压力等于外界压力时，液体就会沸腾,此时的温度称为该液体的沸点，以Tbp表示。当外界压力为100kPa时：H2O的沸点为100℃；凝固点（或熔点）：物质的液相蒸气压力和固相蒸气压力相等时的温度，以Tfp表示。溶液浓度越大，蒸气压下降的越多，沸点上升越高，凝固点下降的越显著。T/K273.16

TfpTbp373(H2O,g)/PaTbpTfp水溶液的沸点上升和凝固点下降示意图水溶液冰533蒸气压曲线难挥发的非电解质稀溶液的沸点上升和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比：数学表示式：

ΔTbp=kbpm（3.2）

ΔTfp=kfp

m（3.3）kfp:凝固点下降常数（单位为K.kg.mol-1

）Kbp:溶剂的沸点上升常数（单位为K.kg.mol-1

）m:溶液的质量摩尔浓度（1kg溶剂中所含溶剂的物质的量（mol.kg-1）3、渗透压渗透是通过半透膜才能实现的。半透膜：只能让溶剂分子通过，而不允许溶质分子通过的薄膜。渗透：溶剂通过半透膜进入溶液或溶剂通过半透膜从稀溶液进入浓溶液的现象。渗透压：为维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力。

图3.2一个显示渗透现象的装置

Π=CRT=(n/V)RT

或

ΠV=nRT(3.4)R=8.314Pa.m3.

mol-1.K-1适用范围：

难挥发非电解质稀溶液

如果溶液为难挥发的非电解质稀溶液，其渗透压可按下式计算：例3.1计算298.15K时，0.100mol·dm-3溶液的渗透压.解:由于R=8.314Pa·m3·mol-1·K-1

=8.314J.mol-1·K-1C=0.100mol·dm-3=0.100103mol·m-3

所以

Π=CRT=0.100103mol·m-3

8.314Pa·m3·mol-1·K-1298K=248kPa溶液通性的应用：做防冻剂、致冷剂、干燥剂和盐浴。例如：干燥剂：CaCl2、P2O5

防冻剂：乙二醇，质量分数为60%的乙二醇水溶液的凝固点为-49℃。

致冷剂：冰+NaCl、冰+CaCl2Tfp(℃)：-22-55渗透作用的应用等渗溶液，渗透与反渗透。渗透压平衡与生命过程的密切关系：①

给患者输液的浓度；（5%的葡萄糖；0.9%的氯化钠生理盐水)②植物的生长；③人的营养循环。3.1.2电解质溶液的通性电解质溶液也具有：溶液的蒸汽压下降,沸点上升,凝固点下降和溶液渗透压的通性6.6%NaCl;4.3%NaOH10117%NaOH;25.5%NaCl105拉乌尔定律不适用于电解质溶液,电解质在溶剂中发生离解，溶液中溶质粒子的实际数量应为溶质浓度的i倍。可用依数性定律进行估算。强电解质溶液

△p=ixBpA

Tfp=ikfpm

Π=iCRT

Tbp=ikbpm

i=T’fp（电解质溶液）

/Tfp（非电解质溶液）电解质溶液与同浓度的非电解质溶液的凝固点下降的比值。AB型i2;A2B型或AB2型i2-3.溶液通性的定性比较各种溶液的通性可定性比较，分三种情况：（1）同浓度不同种物质其沸点高低或渗透压大小的顺序为:A2B型或AB2型强电解质溶液AB型强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。而蒸气压或