第1章气体和稀溶液.

1、2021-12-100第一章第一章气气 体体 和和 稀稀 溶溶 液液2021-12-101液体液体liquid气体气体gas物质的聚集状态物质的聚集状态大量微观粒子大量微观粒子不停运动不停运动相互作用力相互作用力状态可互变状态可互变固体固体solid2021-12-102气体气体gas物质的聚集状态物质的聚集状态无固定体积和形状；无固定体积和形状；最易被压缩；最易被压缩；以任意比例均匀混合；以任意比例均匀混合；密度比液体和固体的密度小很多。密度比液体和固体的密度小很多。气体的基本特性气体的基本特性扩散性和可压缩性扩散性和可压缩性2021-12-103气体状态物理量气体状态物理量物质的量（物质的

2、量（n）：）：mol温度温度(T)：K体积体积(V)：m3压强压强(p)：Pa、atm、cmHg、mmHg 2021-12-1041.1 理想气体理想气体分子只占有位置而不占有体积，是一个具分子只占有位置而不占有体积，是一个具有质量的几何点；有质量的几何点；分子之间没有相互作用力；分子之间没有相互作用力；分子之间及分子与壁的碰撞属于完全弹性分子之间及分子与壁的碰撞属于完全弹性碰撞，碰撞过程无动能损失。碰撞，碰撞过程无动能损失。2021-12-105理想气体说明理想气体说明 理想气体又称理想气体又称“完全气体完全气体” ，是理论上，是理论上假想的一种把实际气体性质加以简化的假想的一种把实际气体性

3、质加以简化的气体。气体。 理想气体是一种理想化的模型，实际并理想气体是一种理想化的模型，实际并不存在。不存在。 当气体处于高压或者低温条件下，它们当气体处于高压或者低温条件下，它们的状态变化就较显著地偏离气态方程，的状态变化就较显著地偏离气态方程，对方程需要按实际情况加以修正。对方程需要按实际情况加以修正。 2021-12-1061.1.1 气体三大定律气体三大定律n、T恒定：恒定：V 1/ p Boyle定律定律n、V恒定：恒定：p T Charles定律定律n、p恒定：恒定：V T Gay-Lussac定律定律T，p恒定恒定 V n 阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律 V nT/p2021-12

4、-1071.1.2 理想气体状态方程理想气体状态方程pVnRTR：摩尔气体常数：摩尔气体常数nTpVR 11KmolJ314. 8K15.2731.0molm1022.414Pa10132533=8.314kPadm3mol-1K-12021-12-1081.1.3理想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用 计算计算p、V、T、n中的任意物理量中的任意物理量; 计算的气体摩尔质量计算的气体摩尔质量; 计算气体的密度。计算气体的密度。pVmRTM RTpM 2021-12-109例例1：丁烷丁烷C4H10是易液化的气体燃料，根据是易液化的气体燃料，根据理想气体状态方程，理想气体状态方程，计算在

5、计算在23，90.6KPa下丁烷气体的密度。下丁烷气体的密度。Mmn 解：由理想气体状态方程可得：解：由理想气体状态方程可得：pV nRTpVmRTM 2.14g L-1Vm RTpM 2021-12-1010例例2：为了行车的安全，可在汽车中装备上为了行车的安全，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：成的。总反应是： 6NaN3+Fe2O3(s) = 3Na2O(s)+2F

6、e(s)+9N2(g)计算在计算在25、748mmHg下，要产生下，要产生75.0L的的N2，需要叠氮化钠的质量是多少？，需要叠氮化钠的质量是多少？2021-12-1011解：解：mol02. 3RTpVn2NP=748mmHg=99.73kPaT=298K，V=75.0L 6NaN3 9N2(g) 6mol*65.01g/mol 9mol m 3.02molm(NaN3)=131g2021-12-10121.1.3 真实气体的状态方程真实气体的状态方程0 H2,O2,CO2的的pV-p图图E 气体分子本身气体分子本身体积的影响体积的影响E 分子间作用力分子间作用力影响影响2021-12-10

7、13L气体分子本身的体积的影响气体分子本身的体积的影响 b：体积校正系数，：体积校正系数，dm3mol-1V=V实实-Bdm3V=V实实-nb2021-12-101422Vanpp实实a：压力校正系数，：压力校正系数，Pam6mol-2L分子间作用力影响分子间作用力影响p p实实p=p实实 + p内内p内内（n碰撞碰撞/V）(n内层内层/V) p内内（n/V）2 2021-12-1015Van der Waals 方程方程nRT)nbV)(Vnap(22a，b分别称为分别称为van der waals常量。常量。2021-12-1016气体10a(Pam6mol-2)104b(m3mol-1)

8、He0.034570.2370H20.24760.2661Ar1.3630.3219O21.3780.3183N21.4080.3913CH42.2830.4278CO23.6400.4267HCl3.7160.4081NH34.2250.3707NO25.3540.4424H2O5.5360.3049C2H65.5620.6380SO26.8030.5636C2H5OH12.180.8407某些气体的某些气体的Van der Waals 常量常量2021-12-1017例例3：分别按理想气体状态方程式和分别按理想气体状态方程式和van der waals方程式计算方程式计算1.50mol S

9、O2在在30占有占有20.0L体积时的压力，比较两者的相对误差。如体积体积时的压力，比较两者的相对误差。如体积减少减少2.00L，相对误差又如何？，相对误差又如何？a=0.6803Pam6mol-2 ，b=0.5636 10-4m3mol-1VnRTp1解：解：T =303K，V=20.0L，n=1.50mol189kPa20.0L303KmolK8.314J1.5mol112021-12-1018222VannbVnRTp%9 .18%1001059. 110)59. 189. 1(ppp331kPa1059. 1p kPa1089. 1p L00. 2V3231%61. 1%1001861

10、86189ppp221186kPa3.8kPa189.7kPa2021-12-10191.2 混合气体的分压定律混合气体的分压定律1.2.1 基本概念基本概念混合气体混合气体组分气体组分气体分压分压混合气体的摩尔分数混合气体的摩尔分数nnxii2021-12-1020p1V=n1RT p2V=n2RT . pV=nRT(p1+p2+.+pi)V=(n1+n2+.+ni) RTn= n1+n2+.+nipV=nRT =(n1+n2+.+ni) RT = (p1+p2+.+pi)V1.2.2 Dolton分压定律分压定律p= p1+p2+.+pi 2021-12-10211.2.2 Dolton分

11、压定律分压定律在温度与体积恒定时，混合气体的总压力等在温度与体积恒定时，混合气体的总压力等于组分气体分压力之和；气体分压等于总压于组分气体分压力之和；气体分压等于总压气体摩尔分数或体积分数。气体摩尔分数或体积分数。 p= p1+p2+.+pi 注意：注意：理想气体混合时理想气体混合时, 由于分子间无相互作用由于分子间无相互作用, 故在容器中碰撞器壁产生压力时故在容器中碰撞器壁产生压力时, 与独立存在时与独立存在时是相同的。是相同的。2021-12-10221.2.3 分压的求解分压的求解x i i的的摩尔分数摩尔分数VRTnpiiiiixnnppVnRTp pxpnnpiii组分气体的分压等于

12、总压与该组分气体的摩组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积。尔分数之积。2021-12-1023例例4:在潜水员自身携带的水下呼吸器中充有在潜水员自身携带的水下呼吸器中充有氧气和氦气混合气（氮气在血液中溶解度氧气和氦气混合气（氮气在血液中溶解度较大，易导致潜水员患上气栓症，所以以较大，易导致潜水员患上气栓症，所以以氦气代替氮气）。对一特定的潜水操作来氦气代替氮气）。对一特定的潜水操作来说，将说，将25，0.1MPa的的46LO2和和25，0.1MPa的的12LHe冲入体积为冲入体积为5.0L的贮的贮罐中。罐中。计算计算25下在该罐中两种气体下在该罐中两种气体的分压和混合气体的总压。的

13、分压和混合气体的总压。2021-12-1024P(O2)= p1(O2)* V1(O2)/V2(O2) =0.1MPa46L/5.0L=920kPaP(He)= p1(He)* V1(He)/V2(He) =0.1MPa12L/5.0L=240kPaP=920 kPa+240 kPa=1.16MPa解：解：p1(O2)=p1(He)=0.1MPa=100kPaV1(O2)=46L，V1(He)=12L，V2=5L2021-12-1025例例5:用亚硝酸铵受热分解的方法制取氮气。用亚硝酸铵受热分解的方法制取氮气。NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 如果在如果在19、97.8kPa

14、下，以排水集气法在下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为水面上收集到的氮气体积为4.16L，计算消计算消耗掉的亚硝酸铵的量。耗掉的亚硝酸铵的量。（ 19 时，时，p(H2O)=2.20kPa）2021-12-1026解：解： T =(273+19)K = 292K p=97.8kPa V=4.16L292K 时，时，p(H2O)=2.20kPaK292molKJ31484.16L)kPa202897(1 -1 -.n(N2) =0.164molNH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 1mol 1moln(NH4NO2)= 0.164mol 0.164mol 2021-12-10

15、27NH3HCl3/5同温同压下某种气态物质的扩散速度与其密同温同压下某种气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比。度的平方根成反比。1.3 气体扩散定律气体扩散定律- GrahamGraham扩散定律扩散定律ABBA ABMM2021-12-10281.4 分子运动的速率分布和能量分布分子运动的速率分布和能量分布L 个体分子速率是随机的。个体分子速率是随机的。J 大量分子的速率分布遵循统计规律。大量分子的速率分布遵循统计规律。麦克斯韦速度分布律麦克斯韦速度分布律2)2(5 . 1v2e)2(4)(vkTmvNNvfkTmv v:分子速率分子速率(m/s); m:分子质量分子质量(g); T:

16、 绝对温度绝对温度(K); k :波尔斯曼常数波尔斯曼常数k1.3810-16 尔格尔格/K2021-12-10291.4.1 麦克斯韦速率分布图麦克斯韦速率分布图up： 最概然速率最概然速率1.4 分子运动的速率分布和能量分布分子运动的速率分布和能量分布2021-12-1030F温度升高，最概然速率增大。温度升高，最概然速率增大。1.4 分子运动的速率分布和能量分布分子运动的速率分布和能量分布2021-12-10311.4.2 分子的能量分布分子的能量分布RTEkTEEENNf/meefE：能量大于等于：能量大于等于E的气体分子的气体分子占总分子数的份额。占总分子数的份额。2021-12-1

17、0321.5 溶液的饱和蒸汽压溶液的饱和蒸汽压1.蒸发蒸发(evaporation) 液相液相气相气相气相气相 液相液相2.凝结凝结(condensation)2021-12-1033在一定温度下，当液相蒸发的速率与气相凝在一定温度下，当液相蒸发的速率与气相凝结的速率相等时，液相和气相达到平衡，此结的速率相等时，液相和气相达到平衡，此时蒸汽所具有的压力称为该温度下的饱和蒸时蒸汽所具有的压力称为该温度下的饱和蒸汽压，简称蒸汽压，单位帕斯卡（汽压，简称蒸汽压，单位帕斯卡（Pa)。 1.5.1 饱和蒸汽压饱和蒸汽压2021-12-1034蒸汽压与液体的本性有关，在一定温度下蒸汽压与液体的本性有关，在

18、一定温度下纯净物质具有一定的蒸汽压，不同的物质有纯净物质具有一定的蒸汽压，不同的物质有不同的蒸汽压。不同的蒸汽压。蒸汽压与温度有关。温度升高，蒸汽压增蒸汽压与温度有关。温度升高，蒸汽压增大。大。固体也具有一定的蒸汽压固体也具有一定的蒸汽压 ，温度升高，固，温度升高，固体的蒸汽压增大。体的蒸汽压增大。 注意注意 1.5.1 饱和蒸汽压饱和蒸汽压2021-12-1035 纯溶剂纯溶剂 溶液溶液含有难挥发性溶质溶液的蒸汽压总是低于同含有难挥发性溶质溶液的蒸汽压总是低于同温度纯溶剂的蒸汽压。这种现象称为溶液的温度纯溶剂的蒸汽压。这种现象称为溶液的蒸汽压下降蒸汽压下降。2021-12-1036一定温度下

19、，难挥发性的非电解质稀溶液的一定温度下，难挥发性的非电解质稀溶液的蒸汽压等于纯溶剂的饱和蒸汽压与溶液中溶蒸汽压等于纯溶剂的饱和蒸汽压与溶液中溶剂摩尔分数的乘积。剂摩尔分数的乘积。1.5.2 拉乌尔定律拉乌尔定律 (Laoult)P 为溶液的蒸汽压，为溶液的蒸汽压， P0 为纯溶剂的蒸汽压，为纯溶剂的蒸汽压，xi 为溶为溶液中溶剂的摩尔分数。液中溶剂的摩尔分数。P = P0 xi2021-12-1037只有一种溶质的稀溶液只有一种溶质的稀溶液P0P = P = P0 xBP 表示溶液的蒸汽压下降。表示溶液的蒸汽压下降。 Raoult定律：定律：一定温度下，难挥发性的非电解质一定温度下，难挥发性的

20、非电解质稀溶液的蒸汽压下降值稀溶液的蒸汽压下降值P和溶质的物质的量分数和溶质的物质的量分数成正比，而与溶质的本性无关。适用条件：成正比，而与溶质的本性无关。适用条件：难挥难挥发非电解质的稀溶液。发非电解质的稀溶液。1.5.2 拉乌尔定律拉乌尔定律 (Laoult)2021-12-1038 在稀溶液中：在稀溶液中： nA nB RaoultRaoult定律定律：在一定温度下，难挥发性非电解质在一定温度下，难挥发性非电解质稀溶液的蒸汽压下降值稀溶液的蒸汽压下降值P与溶质的质量摩尔浓度与溶质的质量摩尔浓度(mB)成正比。成正比。P = P0 xB= P0 mB/55.5mol*kg-1 =kmBP

21、= K mB1.5.2 拉乌尔定律拉乌尔定律 (Laoult)2021-12-1039例例6 6：已知已知 在在20 oC 时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为2333 Pa，将，将17.1 g 某易溶难挥发非电解质溶某易溶难挥发非电解质溶于于100 g 水中，溶液的蒸气压为水中，溶液的蒸气压为 2312Pa ，试试计算该物质摩尔质量。计算该物质摩尔质量。解：解：设该物质的摩尔质量为设该物质的摩尔质量为M M：P = P0 mB/55.5mol*kg-1 =（2333-2312）Pa=21Pa2333Pa * 171/M =21Pa* 55.5mol*kg-1M=342g/mol2021-12

22、-10401.6 溶液的沸点和凝固点溶液的沸点和凝固点沸点沸点液体的蒸汽压等于外界压强时的温度。液体的蒸汽压等于外界压强时的温度。液体的正常沸点液体的正常沸点是指外压为是指外压为101.3KPa时的沸点。时的沸点。P P外外 沸点沸点1.6.1 基本概念基本概念凝固点凝固点液体凝固成固体（晶体）时的温度。液体凝固成固体（晶体）时的温度。2021-12-10411.6.2 溶液的沸点升高溶液的沸点升高实验表明实验表明: :难挥发非电解质溶液的沸点总是高于难挥发非电解质溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点纯溶剂的沸点, ,这一现象称为溶液的这一现象称为溶液的沸点升高沸点升高。 Tb=Tb Tb0 Tb=

23、TbTb0 = KbmBT Tb b为溶液的沸点升高，为溶液的沸点升高，T Tb b为溶液的沸点，为溶液的沸点，T Tb b0 0为纯溶剂沸点，为纯溶剂沸点，K Kb b为溶剂的沸点升高常数。为溶剂的沸点升高常数。2021-12-10421.1.溶液的沸点是指溶液刚开始沸腾时的温度。溶液的沸点是指溶液刚开始沸腾时的温度。2.2.纯溶剂的沸点恒定纯溶剂的沸点恒定, ,溶液的沸点不恒定。溶液的沸点不恒定。3.3.溶剂的沸点升高常数溶剂的沸点升高常数K Kb b只与溶剂的本性有，只与溶剂的本性有，其值可通过实验确定。其值可通过实验确定。 注意注意2021-12-10431.6.3 溶液的凝固点降低溶

24、液的凝固点降低Tf = Tf0 Tf = Kf mBT Tf f 为溶液的凝固点降低值，为溶液的凝固点降低值，T Tf f0 0为溶剂的凝固为溶剂的凝固点，点，T Tf f 为溶液的凝固点，为溶液的凝固点，K Kf f为溶剂的凝固点降为溶剂的凝固点降低常数。低常数。2021-12-10441.7 稀溶液的依数性稀溶液的依数性与溶质的性质无关、与溶质的数量有关：蒸气与溶质的性质无关、与溶质的数量有关：蒸气压、凝固点、沸点、渗透压。压、凝固点、沸点、渗透压。溶液的性质有两类：溶液的性质有两类：与溶质的性质、数量均有关：导电性、颜色、与溶质的性质、数量均有关：导电性、颜色、pH值等。值等。2021-12-1045R测定溶质的相对分子量。测定溶质的相对分子量。R利用凝固点降低的性质，用盐和冰的混合物利用凝固点降低的性质，用盐和冰的混合物作冷却剂。作冷却剂。1.7.1 稀溶液依数性的应用稀溶液依数性的应用2021-12-1046渗透渗透装置装置渗透：渗透：溶剂分子通过半透膜，由溶剂分子通过半透膜，由纯溶剂进入溶液的自发过程。纯溶剂进入溶液的自发过程。产生渗透