化学基础知识PPT课件.ppt

第1章化学基础知识 第一章化学基础知识 1 1气体 1 2液体和溶液 1 3固体和晶体 第1章化学基础知识 基本要求 1 掌握理想气体的状态方程式和混合气体的分压定律并熟练运用 2 了解气体分子的速率分布和能量分布 3 掌握电解质稀溶液的依数性 4 理解晶体的空间结构 第1章化学基础知识 重点 1 理想气体的状态方程式的适用范围及运用 2 混合气体的分压定律的内容及运用 3 非电解质稀溶液的依数性 难点 1 理想气体的状态方程式和混合气体的分压定律的运用 2 非电解质稀溶液的依数性的运用 3 晶体的空间结构 第1章化学基础知识 1 1气体 Gas 1 1 1气体的状态方程 1 1 3气体扩散定律 1 1 2混合气体的分压定律 1 1 4气体分子的速率分布和能量分布 1 1气体 Gas 第1章化学基础知识 1 1气体 Gas 1 1 1气体的状态方程 1 理想气体 IdealGas 气体分子本身没有体积 分子之间也没有相互作用力的气体称为理想气体 一 理想气体的状态方程 2 理想气体状态方程式 1 表达式 其中 p 气体的压力 PaV 气体的体积 m3n 气体的物质的量 molT 热力学温度 KR 摩尔气体常数 2 R的数值 标准状况 S T P p 101 325kPaT 273 15KVm 22 414 10 3m3 3 应用 1 已知任意三个变量求另一个量 2 确定气体的摩尔质量 3 确定的气体密度 例 一学生在实验室中于73 3kPa和25 条件下收集250ml气体 分析天平上称得净质量为0 118g 求该气体的相对分子质量 解 二 实际气体的状态方程 1 实际气体 TrueGas 对于沸点很低的气体 如H2 N2 O2等 在压力不太高或温度不太低时 大致都能很好遵守理想气体状态方程式 对于大分子质量的气体 如Cl2 或在很高压力 很低温度下 理想气体状态方程式的应用会出现偏差 探究产生偏差的原因 体积因素 V V 实 nb n 气体物质的物质的量b 校正因素 压力因素 a 比例校正因素 2 真实气体状态方程式 也称为vanderWalls实际气体状态方程式 a b称为范德华常数 其值越大 说明实际气体偏离理想气体的程度越大 1 1 2混合气体的分压定律 混合气体的总压力等于混合气体中各组分气体的分压力之和 而某组分气体的分压是指该组分在同一温度下单独占有与混合气体相同体积所产生的压力 道尔顿分压定律 PartialPressureofDalton 表示式 理想气体状态方程式不仅适应于单一组分气体 1 理想气体状态方程式也适应混合气体中各组分气体 2 理想气体状态方程式还适应于气体混合物 3 由式 2 和式 3 得 4 混合气体中某组分气体的分压等于总压乘以该组分的物质的量分数 例 在25 下将0 100molO2和0 350molH2装入3 00L容器中 通电后氧气和氢气反应生成水 剩下过量的氢气 求反应前后气体的总压和各组分的分压 解 反应前 反应时 反应后 1 1 3气体扩散定律 同温同压下气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比 1831年 英国物理学家Graham提出 即 可以比较气体扩散的快慢 密度或摩尔质量大的气体 扩散得慢 气体分子动理论 气体分子是很小的微粒 彼此间的距离比分子的直径大得多 分子本身的体积与气体占有的体系相比可以忽略不计 气体分子以不同的速度在各个方向上处于永恒地无规则运动之中 除了在相互碰撞时 气体分子间相互作用是很弱的 甚至是可以忽略的 气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是弹性碰撞 碰撞时总动能保持不变 没有能量损失 分子的平均动能与热力学温度成正比 气体分子动理论从微观上对气体的宏观行为做出了定量的描述 1 1 4气体分子的速率分布和能量分布 1 速率分布 气体分子一直处于无规则的不断运动之中 但每个分子运动的方向和速率是随机变化的 其速率分布符合统计规律 Maxwell速率分布 只要温度相同 无论气体分子的总数怎样变化 曲线的形状保持一致 但温度升高 对同一中气体而言 速率分布曲线变得平坦 最高峰右移 O up u1 u2 u 图1气体分子的速率分布 Up 最概然速率 O 图2不同温度下气体分子的速率分布 u 最概然速度 与速率分布曲线极大值对应的气体分子的运动速度 概率最大的平动速度 方均根速度 气体各分子平动速度平方的平均值的开方 平均速度 又称算术平均速度 是气体中所有分子平动速度的算术平均值 在计算气体分子平均距离时 常用到算术平均速度 而计算气体分子的平均动能时 常用到方均根速度 1 2液体和溶液 LiduidandAqueous 具有一定的体积而无固定形状 组成液体的分子局部有序 整体无序 液体分子作无规则运动 没有确定位置 不同种液体混合 互溶情况不同 相似相溶 液体的特点 1 2 1溶液浓度的表示方法 物质的量浓度 mol dm 3 质量摩尔浓度 mol kg 质量分数 摩尔分数 体积分数 对于稀溶液而言 则 2 2 2饱和蒸汽压 1 纯溶剂的饱和蒸汽压 当V 蒸发 V 凝聚 达动态平衡 在一定温度下 溶剂 此时饱和蒸汽所产生的压强 为饱和蒸汽压 表示为p p 为液体性质 与温度有关 同一液体在不同温度有不同的饱和蒸汽压值 2 溶液的饱和蒸汽压 在纯溶剂中加入难挥发的电解质年 会使溶液的饱和蒸汽压p小于纯溶剂饱和蒸汽压p Raoult定律 p p x剂 饱和蒸汽压的降低只与溶液的浓度有关 而与溶质的种类有关 1 2 3非电解质稀溶液的依数性 溶液有两大类性质 1 与溶液中溶质的本性有关 溶液的颜色 比重 酸碱性和导电性等 2 与溶液中溶质的独立质点数有关 而与溶质的本身性质无关 溶液的依数性 如溶液的蒸气压 凝固点 沸点和渗透压等 例如 溶液的几种性质与水的比较 物质Tb Tf 20 g cm 3 纯水100 000 000 9982糖水0 5mol kg 1100 27 0 931 0687尿素溶液0 5mol kg 1100 24 0 941 0012 难挥发的非电解质稀溶液的这种性质称为稀溶液的通性 或称为依数性 1 蒸气压降低 法国物理学家拉乌尔据实验得出以下定量关系 在一定温度下 难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压下降 p与溶质的摩尔分数成正比 而与溶质的本性无关 即 p p x质 p kb 式中 k为只与溶剂性质有关的常数 2 沸点升高和凝固点下降 蒸发 液体的汽化只发生在其表面上 沸腾 液体的汽化同时发生在其表面和内部 沸点 液体的沸点是指其蒸气压等于外界大气压力时的温度 凝固点 在标准状况下 纯液体蒸气压和它的固相蒸气压相等时的温度 原因 溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的气压 凝固点下降示意图 沸点上升示意图 T k p p kb T k kb 同理 kb为溶剂沸点上升常数 kf为溶剂凝固点下降常数 它们决定于溶剂的本性 与溶剂的摩尔质量 沸点 汽化热无关 3 渗透压 半透膜 只允许溶剂分子通过 不允许溶质分子通过的膜叫做半透膜 用半透膜将浓度不等的溶液隔开 渗透现象 溶剂通过半透膜进入溶液或溶剂从稀溶液通过半透膜进入浓溶液的现象 单向扩散 渗透压 阻止渗透进行所施加的最小外压用 表示 溶液渗透压示意图 因此 渗透压可理解为 为阻止溶剂分子透过半透膜进入溶液而维持两边液面等高必须在溶液一边需要施加的额外压力 难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的浓度 mol dm 3 及绝对温度成正比 渗透压 Pa c 浓度 mol m 3 T 热力学温度 K n 溶质的物质的量 mol V 溶液的体积 m3 难挥发性非电解质稀溶液的性质 只与溶质的数量有关 而与溶质的本性无关 4 稀溶液依数性的应用 测定溶质分子的相对摩尔质量 干燥剂工作原理 CaCl2 NaOH P2O5等易潮解的固态物质 常用作干燥剂 因其易吸收空气中的水分在其表面形成溶液 该溶液蒸气压较空气中水蒸气的分压小 使空气中的水蒸气不断凝结进入溶液而达到消除空气中水蒸气的目的 防冻剂工作原理冬天为防止汽车水箱结冰 可加入甘油 乙二醇等以降低水的凝固点 避免因结冰 体积膨胀而使水箱破裂 冷冻剂工作原理工业冷冻剂如在冰水中加氯化钙固体 由于溶液中水的蒸气压小于冰的蒸气压 使冰迅速熔化而大量吸热 使周围物质的温度降低 食盐 冰 30gNaCl 100gH2O s 22 CaCl2 冰 42 5gCaCl2 100gH2O s 55 低熔合金的制备利用固态溶液凝固点下降原理 可制备许多有很大的实用价值的合金 如33 Pb mp 327 5 与67 Sn mp 232 组成的焊锡 熔点为180 用于焊接时不会使焊件过热 还用作保险丝 又如自动灭火设备和蒸汽锅炉装置的伍德合金 熔点为70 组成为Bi 50 Pb 25 Sn 12 5 Cd 12 5 例 把0 322g萘溶于80g苯中所得的溶液的凝固点为278 34K 求萘的摩尔质量 解 苯的凝固点 278 50K Kf 5 10K mol 1 kg M 128 3g mol 1 例 为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂 需使水的冰点降低到253K 即 Tf 20 0K 则在每1000g水中应加入甘油多少克 甘油分子式 C3H8O3 M C3H8O3 92g mol 1 解 浓溶液中溶质微粒数较多 溶质微粒间的相互作用及溶质微粒与溶剂分子间的相互作用复杂 使稀溶液定律的定量关系产生偏差 在电解质溶液中 由于电解质的解离 使得稀溶液定律的定量关系不适用 1 晶体 Crystal 1 3固体和晶体 由原子 离子或分子 质点 在空间按一定规律周期性重复排列所构成的固体物质叫晶体 2 非晶体 Amorphous 内部质点的空间排列没有规律的固体物质叫非晶体 1 3 1晶体与非晶体 3 晶体与非晶体的相同处 二者的扩散性 可压缩性都差 4 晶体与非晶体的不同处 1 完整的晶体有固定的几何外型 非晶体则没有 2 晶体有固定的熔点 非晶体则没有 3 晶体具有各向异性 非晶体则各向同性 1 3 2对称性 Symmetry 在所有智慧的追求中 很难找到其他例子能够在深刻的普遍性与优美简洁性方面与对称性原理性比 李政道 对称是一种和谐的美 Wisemanfishhere F ACotton 对称操作 操作 把系统从一个状态变到另一个状态叫操作 也称变换 对称元素是指客现存在的几何实体 或是一个点 一条直线 一个平面 而对称操作则是一个动作 一种变换 一个系统对某种操作状态不变 等价 和起始状态物理上不能区别 则该系统对此操作具有对称性 该操作称为对称操作 对称元素和对称操作是密切相关的 一个对称元素的存在取决于一个或几个对称操作的存在 而对称操作也只有与对称元素相联系才能得到定义 对称操作 不改变物体内部任何两点间的距离 使图形完全复原的一次或连续几次的操作 借助于一定几何实体 对称元素 对图形进行对称操作 所依赖的几何要素 如 点 线 面及其组合 1 旋转和旋转轴 旋转是将分子通过一根轴旋转一定角度使分子复原的操作 旋转所依据的对称元素是旋转轴 或转轴 又称对称轴 SymmetryAxis 或真轴 ProperAxis 旋转又称为真转动 ProperRotation 转轴以符号Cn表示 n为转动轴次 是指绕该轴旋转2 出现等价构型的次数 n是整数 2 n是得到等价构型的最小旋转角 称为基转角 如旋转2 得到三个等价构型 故转轴为三次轴 以C3表示 如果以分子中包含多个旋转轴 则轴次最高的为主轴 其他的旋转轴为次轴 2 反映与反映面 若分子中所有原子 核 经过某平面 镜面 的反映得到起始构型的相同构型 则此平面就是该分子的对称面 反映面或镜面 以符号 表示 对称操作为反映 对称元素为反映面或镜面 3 反演和对称中心 分子中所有的原子通过一个点反映的操作称为反演 或倒反 若分子中的所有原于通过中心的反演得到等价构型 则称该分子有对称中心 以i表示 1 3 3晶体和点阵 晶体结构的几何特征是其结构基元 原子 离子 分子或其它原子集团 一定周期性的排列 通常将结构基元看成一个相应的几何点 而不考虑实际物质内容 这样就可以将晶体结构抽象成一组无限多个作周期性排列的几何点 这种从晶体结构抽象出来的 描述结构基元空间分布周期性的几何点 称为晶体的空间点阵 几何点为阵点 1 晶体的结构基元 UnitCell 在晶体的点阵结构中每个阵点所代表的具体内容 包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构 称为晶体的结构基元 结构基元是指重复周期中的具体内容 即晶体中重复出现的最小单位 又称晶胞 2 点阵点 LatticeCrunode 点阵点是代表结构基元在空间重复排列方式的抽象的点 如果在晶体点阵中各点阵点位置上 按同一种方式安置结构基元 就得整个晶体的结构 点阵中的每一个点称为阵点或结点 代表具体晶体结构中的相当点 晶体结构中的点阵点 按照一定的规律连接起来就形成了空间点阵 结构基元晶体内部结构中质点重复规律化学组成 空间结构 排列取向 周围环境相同素晶胞 晶胞中含有一个结构基本单元复晶胞 含有2个和2个以上结构单元 所以可简单地将晶体结构示意表示为 晶体结构 点阵 结构基元 结构基元的大小与形状 由结构基元参数a b c 表示 a b c为六面体边长 分别是bc ca ab所组成的夹角 1 3 4晶系和点阵型式 1 7个晶系 粒子种类 数目及它在晶胞中的相对位置 按基元参数的差异将晶体分成七种晶系 按照晶体具有的特征对称元素 2 14种空间点阵型式 满足三个原则 平行六面体的对称性尽可能与整个空间点阵的对称性一致 即尽可能具有相同的对称元素 平行六面体中棱与棱的直角数尽量多 以使其形状规整 在满足上述两条原则的情况下 平