第1章物质的聚集状态

1、第第1 1章章 物质的聚集状态物质的聚集状态学习基本要求学习基本要求1.1.掌握理想气体状态方程、分压定律和分体积定掌握理想气体状态方程、分压定律和分体积定律并熟练地进行不同条件下的各种计算；律并熟练地进行不同条件下的各种计算；2.2.掌握实际气体的范德华方程的意义并能熟练应掌握实际气体的范德华方程的意义并能熟练应用于实际气体的计算；用于实际气体的计算；3.3.掌握溶液浓度的各种表示方法并能熟练地进行掌握溶液浓度的各种表示方法并能熟练地进行溶液各种浓度的计算；溶液各种浓度的计算；4.4.掌握稀溶液的依数性及其应用。掌握稀溶液的依数性及其应用。 1.1 气体气体 1.3 溶液溶液 1.2 液体液

2、体 1.4 固体固体1.1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程1.1.2 混合混合理想理想气体分压定律和分气体分压定律和分 体积定律体积定律1.1 气体气体1.1 理想气体理想气体1.1.3 实际气体实际气体范德华方程范德华方程气体的最基本特征：气体的最基本特征： 可压缩性和扩散性可压缩性和扩散性。 人们将符合理想气体状态方程的气体，人们将符合理想气体状态方程的气体，称称为理想气体为理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略可以忽略。1.1.1 理想气体状态方程理想气

3、体状态方程v 理想气体理想气体分子体积与气体体积相比可以忽略不计分子体积与气体体积相比可以忽略不计分子之间没有相互吸引力分子之间没有相互吸引力分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞 不造成动能损失不造成动能损失 pV = nRT R 摩尔气体常数摩尔气体常数在标准状态下，在标准状态下， p = 101.325 kPa, T= 273.15 K n = 1.0 mol时时, Vm= 22.414 Lmol-1=22.41410-3 m3 mol-1nTpVR 理想气体状态方程：理想气体状态方程：11KmolJ314. 8K15.2731.0molm1022.414P

4、a10132533a. 计算计算p，V，T，n四个物理量之一四个物理量之一b.气体摩尔质量的计算气体摩尔质量的计算MmnM = Mr g mol-1 理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的应用pVmRTM RTMmpV nRTpV 用于用于温度不太低，压力不太高的真实气体。温度不太低，压力不太高的真实气体。pV = nRT气体密度的计算气体密度的计算 mRTMpV/m VRTMppMRT组分气体：组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分压：分压： 组分气体组分气体B B在相同温度下占有与混合气体相同在相同温度下占有与混合气体相同体积时

5、所产生的压力，叫做组分气体体积时所产生的压力，叫做组分气体B B的分压。的分压。VRTnpBB 1.1.2 混合理想气体的分压定律和分体积定律混合理想气体的分压定律和分体积定律1. 分压定律分压定律 混合气体的总压等于混合气体中各组混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。分气体分压之和。 p = p1 + p2 + 或或 p = pB ,2211VRTnpVRTnpVRTnnVRTnVRTnp2121 n =n1+ n2+ VnRTp 分压的求解：分压的求解：x B B的摩尔分数的摩尔分数VRTnpBBBBBxnnppVnRTp pxpnnpBBB例例1.11.1 某容器中含有某容器中

6、含有NHNH3 3、O O2 2 、N N2 2等气体的混等气体的混合物。取样分析后，其中合物。取样分析后，其中n n(NH(NH3 3)= 0.320 )= 0.320 mol,mol,n n(O(O2 2)= 0.180 mol)= 0.180 mol，n n(N(N2 2)= 0.700 mol)= 0.700 mol。混合气体的混合气体的 p p = 133.0 kPa= 133.0 kPa。试计算各组分。试计算各组分气体的分压。气体的分压。 解：解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2) =0.320mol+0.180mol+0.700mol=1.200molp(N2)= p p(

7、NH3) p(O2) =(133.0 35.5 20.0) kPa =77.5 kPa330.320mol133.0kPa35.5kPa1.200molNHNHnppn220.180mol35.5kPa20.0kPa0.320molOOnppn 例例1.2 用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气反应如下：气反应如下：NH4NO2(s) 2H2O(g) +N2(g)，如，如果在果在19、97.8 kPa下，以排水集气法在水面上下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为收集到的氮气体积为4.16 L，计算消耗掉的亚硝，计算消耗掉的亚硝酸铵的质量。酸铵的质量。 分压定律的

8、应用分压定律的应用解：解： T =(273+19)K = 292K p=97.8kPa V=4.16L 292K 时，时，p(H2O)=2.20kPa Mr (NH4NO2)=64.04 NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g)64.04g 1molm(NH4NO2)=? 0.164mol 211(97.82.20)kPa4.16L()0.164molN8.314J molK292Kn4264.04g0.164mol(NH NO )10.5g1molm分体积：分体积： 某一组分某一组分B B的分体积的分体积V VB B是该组分单独混合是该组分单独混合气体中存在并具有与混合气体相同气体

9、中存在并具有与混合气体相同温度温度和和压力压力时所占有的体积。时所占有的体积。pRTnVBB 分体积定律分体积定律V = V1 + V2 + pRTnVBBBBVV或pnRTpRTnpRTnV21BBBnnVV 称为称为B的体积分数的体积分数ppBBVVxppBBBB,pRTnn21对于理想气体混合物，压力分数，体积分数和摩尔分数一致对于理想气体混合物，压力分数，体积分数和摩尔分数一致 例例1.3 某潜水员潜至海水某潜水员潜至海水30 m处作业，海水的密处作业，海水的密度为度为1.03 g cm-3，温度为，温度为20。在这种条件下，若。在这种条件下，若维持维持O2、He混合气中混合气中p(O

10、2) = 21 kPa，氧气的体积，氧气的体积分数为多少？以分数为多少？以1.000 L混合气体为基准，计算氧混合气体为基准，计算氧气气 的的 分分 体体 积积 和和 氮氮 的的 质质 量。量。( 重重 力力 加加 速速 度度 取取9.807 m/s2)解：解：T = (273+20) K=293 K 海水深海水深30 m处的压力是由处的压力是由30 m高的海水和海面的大气共高的海水和海面的大气共同产生。海面上的空气压力为同产生。海面上的空气压力为 101 kPa，则，则kPa101mmg760mmHg760p = g + 101 kPa= 9.807 m/s2 1.03103 kgcm-33

11、0m+101 kPa= 3.03103 kgcm-1 s-2 +101 kPa= 303 kPa+101 kPa= 404 kPahWkPa21)O(2p%2 . 5%10040421)O(2ixVVixVVpp)O()O(22mL52L 52. 0)O(2V若混合气体体积为若混合气体体积为1.000 L时，时，g63.0K293molKJ314. 8L)052. 0000. 1 (kPa404molg0026. 4111(He)(He)M pVmRT0026. 4)He(rM 气体扩散定律气体扩散定律 同温同压下某种气态物质的扩散速率与其密同温同压下某种气态物质的扩散速率与其密度的平方根成反

12、比，这就是气体扩散定律度的平方根成反比，这就是气体扩散定律BABAppuu)A()B(BArMrMuu1. 1. 真实气体与理想气体的偏差真实气体与理想气体的偏差1.1.3 实际实际气体气体范德华方程范德华方程2. van der Waals 方程方程 理想气体状态方程式仅在足够低的压力理想气体状态方程式仅在足够低的压力下适合于真实气体。下适合于真实气体。 产生偏差的主要原因是：产生偏差的主要原因是：气体分子本身的体积的影响；气体分子本身的体积的影响；分子间的吸引力的影响分子间的吸引力的影响。 真实气体与理想气体的偏差真实气体与理想气体的偏差(V nb)=Videal （b：气体分子自身体积气

13、体分子自身体积）p(V nb) = nRT2 . van der Waals 方程方程(p内：由于分子间吸引力所造成的修正值)(p + p内)(V nb)= nRTa,b分别称为分别称为van der Waals常数。常数。(V nb) = Videal等于气体分子运动的自由空间，等于气体分子运动的自由空间，b为为1 mol气体分子自身体积的影响。气体分子自身体积的影响。对于对于1 mol实际气体：实际气体：2 van der Walls 方程方程nRTnbVVnap)(22(2m1()()paVbRTV 表表11 某些气体的某些气体的van der Waals 常数常数例例1.4 分别按理想

14、气体状态方程和分别按理想气体状态方程和van der Waals方程计算方程计算1.50 mol SO2在在30 占有占有20.0 L体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少为体积减少为2.00 L，其相对误差又如何？，其相对误差又如何？解：解：已知已知 T = 303 K， V = 20.0 L n = 1.50 mol， a = 0.6803 Pa m6 mol-2， b = 0.563 6 10-4m3 mol-1VnRTp 1L 20.0K 303molKJ 8.314mol 1.5011kPa 189222VannbVnRTp31232

15、(1.89 1.59) 10100%100%18.9%1.59 10ppp33122.00L 1.89 10 kPa 1.59 10 kPaVpp%61. 1%100186186189%100221pppkPa 186kPa 3.8kPa 189.7232111L) (20.0LkPa 100.6803mol) (1.5 mol 1.50molL 0.05636L 20.0K 303molKJ 8.314mol 1.50相对误差：相对误差： 气体的液化气体的液化临界温度临界温度临界压强临界压强临界体积临界体积提问：提问： 液体的蒸发液体的蒸发（1）蒸发过程）蒸发过程 1.2 液液 体体0/eE

16、RTNiN（2）饱和蒸气压：饱和蒸气所产生的压强。）饱和蒸气压：饱和蒸气所产生的压强。具备蒸发条件的分子数为具备蒸发条件的分子数为 蒸发凝聚vv凝蒸(E0与液体性质有关与液体性质有关)注注：饱和蒸气压只与液体的本质和温度有关，：饱和蒸气压只与液体的本质和温度有关， 与液体的量和液面上方空间的体积无关。与液体的量和液面上方空间的体积无关。v对于温度对于温度T1和和T2 下有下有11lg2.303HpBRT 22lg2.303HpBRT 1222111lg()2.303pHpRTTT克拉贝龙克拉贝龙 克劳修斯方程克劳修斯方程（3）蒸发热）蒸发热 液体的沸点液体的沸点 1.3 溶溶 液液1.3.1

17、溶液浓度的表示法溶液浓度的表示法 一种物质以分子、原子或离子状态分散于另一种一种物质以分子、原子或离子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而稳定的体系叫做溶液。非水溶物质中所构成的均匀而稳定的体系叫做溶液。非水溶液、气态溶液、固体溶液。液、气态溶液、固体溶液。溶剂，溶质溶剂，溶质。 溶剂和溶质形成溶液的过程表现出化学反应的某些特溶剂和溶质形成溶液的过程表现出化学反应的某些特征：征：放热、吸热、体积、缩小、体积增加放热、吸热、体积、缩小、体积增加。溶解过程是一。溶解过程是一个个物理化学物理化学过程。过程。溶液浓度的表示方法溶液浓度的表示方法 （1）质量摩尔浓度：）质量摩尔浓度： mB = 溶质的物

18、质的量溶质的物质的量 / 溶剂的质量溶剂的质量 （molkg-1） （2）物质的量浓度：）物质的量浓度： cB= nB/V = 溶质的物质的量溶质的物质的量 / 溶液体积（溶液体积（moldm-3） （3）质量分数：）质量分数：w = m溶质溶质 / m溶液溶液（4）摩尔分数：）摩尔分数： xB= nB / n总总，混合物中各物质的摩尔分数之和等于，混合物中各物质的摩尔分数之和等于1 （5）体积分数：）体积分数：VVBB总1.3.2 拉乌尔定律拉乌尔定律拉乌尔定律（拉乌尔定律（Raoults law)：一定温度下，稀：一定温度下，稀溶液中溶剂的蒸溶液中溶剂的蒸气压气压 pA等于同温度下纯溶剂的等于同温度下纯溶剂的蒸气压蒸气压 pA*与溶剂摩尔分数与溶剂摩尔分数 xA的乘积。的乘积。 A*AAxpp 在一定温度下，在一定温度下，难挥发非电解质难挥发非电解质稀溶液稀溶液的蒸气压下降值的蒸气压下降值和溶质的摩尔分数成正比和溶质的摩尔分数成正比 。1ABxxxpppxppB*AA*AB*AA)1 (*BAppx故1.3.3 亨利定律亨利定律亨利定律（亨利定律（Henrys law): 在一定温度下，气体在液体里的摩在一定温度下，气体在液体里的摩尔分数尔分数 xB与该气体的平衡分压与该气体的平