基础化学-第五章-物质的聚集状态.ppt

基础化学FundamentalChemistry（5）,5.1物质的聚集状态概述5.2固体5.3气体5.4溶液,物质的气、液、固态；超临界流体；等离子体；离子液体,第五章物质的聚体状态,5.1物质的聚集状态概述5.2固体5.3气体5.4溶液,晶体的基本特征和类型；非晶体,第五章物质的聚体状态,5.1物质的聚集状态概述5.2固体5.3气体5.4溶液,理想气体状态方程；气体的分压定律和分体积定律；实际气体,第五章物质的聚体状态,5.1物质的聚集状态概述5.2固体5.3气体5.4溶液,基本单元及溶液浓度；标准溶液及其配制；有关浓度的计算,第五章物质的聚体状态,固态：具有一定的体积，分子结合紧密，分子相互之间不能发生移动。液态：具有一定的体积，分子间结合较紧密，分子之间可以发生相对移动，液体可以流动。气态：不具有一定的体积，可以达到任意设定的空间。分子之间相互作用力很小，分子可以自由运动。,物质的常见聚集状态:,5.1物质的聚集状态概述,相图,相图是用来表示相平衡系统（气、固、液）的组成与一些参数（如温度T、压力P）之间关系的一种图。相图表达的是平衡态，严格说是相平衡图。,面单相线两相共存点三相共存,相，两相共存线，特殊点,（气液固三相点/临界点）,水的相图,物质的几种特殊聚集状态:,超临界流体:将温度、压力均处于临界点之上对应的物质状态称为。具有液体和气体的优点，密度大，粘度小，有溶解性强，扩散性好，易于控制等优点。,可利用升温、降压手段（或两者兼用）将超临界体中所溶解的物质分离出来，达到分离提纯的目的。,应用：超临界流体萃取，超临界流体色谱,超临界CO2,雷电,极光,等离子体:是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为物质的第四态，被称为“等离子态”，或者“超气态”，也称“电浆体”。严格来说，等离子体是具有高能量的气体团，等离子体的总带电量仍是中性，借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出，结果电子不再束缚于原子核，而成为高位能、高动能的自由电子。,等离子体灯,离子液体指液态时的离子化合物。所有可熔融而不分解或气化的盐类都可作离子液体，如高温下的氯化钠（其中含有钠离子和氯离子）。离子液体在冷却时一般生成离子性固体，可能是结晶或无定形的。目前研究中比较感兴趣的是室温或低温离子液体。,1-丁基-3-甲基咪唑盐（BMIM）,离子液体有众多应用，例如作为溶剂或导电液体。近室温的离子液体是重要的电池材料。因蒸气压较低，也用作密封材料。,5.2固体,晶体：物质的内部质点（分子、原子或离子）在空间有规律地重复排列所组成的固态物质。,非晶体固体单晶：单一的晶体多面体晶体多晶：许多单晶的合体，看不到规则外形的晶态质,按照内部质点的种类和质点间作用力的实质（化学键的键型）不同，晶体可分为四种基本类型。,晶体类型例占据结点的质点质点间作用力金属晶体Na,Fe金属原子、阳离子金属键（不含自由电子）离子晶体NaCl,CaF2阴离子、阳离子离子键原子晶体金刚石,Si,SiC原子共价键分子晶体N2,H2O,CO2极性分子范德华力非极性分子,晶体类型：,5.3气体,5.3.1理想气体状态方程,5.3.2道尔顿(dalton)分压定律,自然界中并不存在真正的理想气体，它是实际气体在p0的一种极限情况。,气体分子本身体积为零、分子之间没有相互作用、分子间及与器壁间的碰撞不会造成动能损失的假想情况。,理想气体的特点,实际气体，在压力不太高、温度不太低的情况下，可近似按照理想气体处理。,p:气体的压力(Pa)V:气体的体积(m3)n:气体的物质的量(mol)T:气体的热力学温度(K)R:通用气体常数(8.314Jmol-1K-1),状态方程中各物理量必须采用国际单位制,5.3.1理想气体状态方程,M：气体的摩尔质量(kg/mol)：气体的密度(kg/m3)m:气体的质量(kg),理想气体状态方程的应用：,计算p，V，T,n中的任意物理量确定气体的密度和摩尔质量应注意的问题：状态方程中各物理量必须采用国际单位制。当物质处于相平衡时其气态物质不适用于理想气体状态方程。,例：一学生在实验室中，在73.3kPa和25C下收集得250mL某气体。在分析天平上称量，得气体净质量为0.118克。求这种气体的物质的量和摩尔质量。,设此气体是理想气体,解：,例：为了行车的安全，可在汽车中装备上空气袋，防止碰撞时司机受到伤害。这种空气袋是用氮气充胀起来的，所用的氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁在火花的引发下反应生成的。总反应是：,6NaN3+Fe2O3(s)3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在25、748mmHg下，要产生75.0L的N2，计算需要叠氮化钠的质量。,131g,理想气体混合物几种不同的气体在同一种容器中混合时，相互间不发生化学反应，分子本身的体积和它们之间的相互作用力都可以略而不计，即为理想气体混合物,总压和分压总压(pT)：相对分压而言，气体混合物的总压力分压(pB)：组分气体B在相同温度下单独占有与气体混合物相同体积时所产生的压力,气体混合物,混合气体的总压等于混合气体中各组分气体的分压之和：pT=pA+pB+,V，T不变,5.3.2道尔顿分压定律,只有理想气体才严格遵从道尔顿分压定律，实际气体在低压、高温下才适用。,由道尔顿分压定律：,在气体混合物中,组分气体的分压大小与它在气体混合物中的摩尔分数成正比,例：某容器中含有NH3、O2、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。,解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=0.320+0.180+0.700=1.200mol,p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)=133.0-35.5-20.0=77.5kPa,p(总压)=p(气体)+p(水蒸气),例：在17，99.30kPa下，用排水取气法收集氮气150ml。求在标准状况下气体经干燥后的体积。（已知17时水的饱和蒸汽压为1.93kPa),分压定律的应用：,解：P=P(H2O)+P(N2)=99.30kPaP(H2O)=1.93kPaP(N2)=P-P(H2O)=99.30-1.93=97.37kPa标准状况：0，100kPa,即P0=100kPa,T0=273.15KP(N2)=97.37kPa,T(N2)=273.15+17=290.15KV(N2)=150ml根据理想气体方程：,引申：气体的分体积定律,组分气体的分体积,组分气体B单独存在并具有与混合气体相同温度和相同压力时所占有的体积,分体积定律,在温度、压力一定的情况下，混合气体的总体积等于各组分气体的分体积之和；组分气体的分体积大小与它在气体混合物中的摩尔分数成正比。,V=VA+VB+,VB=xBV=(nB/n)V,5.4溶液,由两种或两种以上不同物质混合所形成的均匀、稳定的体系称为溶液。溶剂溶质三种状态：液态溶液、气态溶液、固态溶液溶液形成过程可能伴随有能量、体积、颜色的变化，但是质量不发生变化。,5.4.1基本单元及溶液浓度,基本单元(basiccell)体系中的基本组分,分子、原子、离子、电子及其它粒子，或这些粒子的特定组合,注：若物质A在反应中转移的质子数或得失电子数为ZA时，基本单元常选为,某一特定的过程或反应,例计算158.03gKMnO4中KMnO4及1/5KMnO4的物质的量，已知M(KMnO4)=158.03g/mol。解：M(KMnO4)=158.03g/molM(1/5KMnO4)=1/5158.03g/moln(KMnO4)=158.03158.03=1.0000moln(1/5KMnO4)=158.031/5158.03=5.0000mol,溶液浓度(concentration),物质的量浓度,质量摩尔浓度(molality),摩尔分数(molefraction),单位体积的溶液中所含溶质基本单元B的物质的量,单位：moldm-3,单位质量的溶剂中所含溶质基本单元B的物质的量,单位：molkg-1,组分B的物质的量占全部溶液的物质的量的分数,例：在298.15K时，质量分数w(H2SO4)=0.0947的硫酸溶液，其密度=1.0603103kgm-3，在该温度下，纯水的密度=997.1kgm-3。试求：(1)硫酸的质量摩尔浓度；(2)硫酸的物质的量浓度；(3)硫酸的摩尔分数。,解：质量摩尔浓度为1Kg水中溶解的硫酸的物质的量。,(1)硫酸的质量摩尔浓度；,解：硫酸的物质的量浓度为1L溶液中硫酸的物质的量。,(2)硫酸的物质的量浓度；,解：硫酸的摩尔分数为硫酸的物质的量除以硫酸和水的总物质的量。,(3)硫酸的摩尔分数。,分析浓度c溶质的总浓度平衡浓度各种存在形式的浓度分析浓度等于各种存在形式的平衡浓度之和，即c=HAc+Ac-,溶质溶解时，经常会发生解离现象。如将HAc溶于水时，部分HAc将发生解离生成Ac-，即,HAcH+Ac-,HAc两种存在形式即两种浓度,5.4.2标准溶液及其配制,用以直接配制或标定标准溶液的物质,对基准物的要求,基准物质(normsubstance),纯度高(99.9%以上)组成(包括结晶水)与化学式相符性质稳定:不分解，不吸潮，不吸收CO2，不被空气氧化，不失结晶水等最好有较大的摩尔质量，以减小称量的相对误差,标准溶液：已知准确浓度的溶液,常用的基准物,标准溶液的配制,间接(标定)法,先粗配成近似所需浓度的溶液，再用基准物（或者已知准确浓