红河学院《无机化学》教学课件第2章 化学基础知识

1、2.1 气体气体2.2 液体液体2.3 固体固体第二章第二章 物质的状态物质的状态2.1 气体气体 2.1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程2.1.2 气体分压定律气体分压定律2.1.3 气体扩散定律气体扩散定律气体的最基本特征：气体的最基本特征： 具有可具有可压缩性压缩性和和扩散性扩散性。 人们将符合理想气体状态方程式的气体，人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为称为理想气体理想气体。 理想气体理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，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。分子间及分子与器壁间的碰撞不可以忽略。分子间

2、及分子与器壁间的碰撞不造成动能损失。造成动能损失。2.1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式 在描述气体状态时，常用以下物理量：在描述气体状态时，常用以下物理量：气体物质的量（气体物质的量（n）单位（单位（mol）气体的体积（气体的体积（V）指气体所在容积的体积指气体所在容积的体积气体的压力（气体的压力（p）气体分子无规则运动时，气体分子无规则运动时， 对器壁发生碰对器壁发生碰 而产生了而产生了 气体的压力。气体的压力。气体的温度（气体的温度（T）热力学温度（热力学温度（K）（2）当）当n,T一定时一定时 V 1p p1V1= p2V2 波义耳定律波义耳定律 当当n，p一定时一定时V T

3、 V1V2=T1T2 查理查理 -盖盖吕萨吕萨 克定律克定律 当当p，T一定时一定时V n n 1n2 =V1 V 2 阿佛加德罗定律阿佛加德罗定律 综合以上三式，可合并为综合以上三式，可合并为 V nTP 实验测得比例系数为实验测得比例系数为R，则，则 V = nRT p 通常写成通常写成 pV = nRT 理想气体状态方程理想气体状态方程单位单位：p -Pa V -m3 T-K n-mol理想气体常数理想气体常数 R = 8.314 Pam3mol-1K-1 Jmol-1K-11 atm = 760 mmHg = 1.01325105 PapV = nRT R- 摩尔气体常数摩尔气体常数在

4、在STP下，下，p =101.325kPa, T=273.15Kn=1.0 mol时时, Vm=22.414L=22.41410-3m3nTpVR R=8.314 kPa L K-1 mol-1理想气体状态方程式：理想气体状态方程式：11KmolJ314. 8K15.2731.0molm1022.414Pa101325331. 计算计算p，V，T，n四个物理量之一。四个物理量之一。2.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

5、，压力不太高的真实气体。pV = nRT =RTpMpVmRTM = m / VpRTM3.气体密度的计算气体密度的计算4.有关气体体积的化学计算例: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。解： 根据化学反应方程式所显示出的n（NaN3）与n（N2）的数量关系，可以进一步确定在给定条件下，m（NaN3）与V（N2）的关系。6N

6、aN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)6mol9molMr(NaN3)=65.01 P=748mmHg=99.73kPa T=298Km(NaN3)=390.06g V(N2)=223.6Lm(NaN3)=？ V(N2)=75.0Lm(NaN3)= =131gL6223L075g06390. 某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质量分数为的质量分数为30.5%。在一容器中充有该氮氧化。在一容器中充有该氮氧化合物，质量是合物，质量是4.107g，其体积为，其体积为0.500 L，压力为，压力为202.7 kPa,温度为温度为0，求

7、：，求：（1）在）在STP条件下该气体的密度；条件下该气体的密度；（2）该化合物的相对分子质量；）该化合物的相对分子质量；（3）该化合物的分子式。）该化合物的分子式。(1) 4.11 gL-1 p1V1= p2V2 M = 92.0 gmol-1(2) N2O4 练习练习2.1.2 2.1.2 真实气体真实气体1. 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2. Van der Waals 2. Van der Waals 方程方程1. 真实气体与理想气体的偏差 理想气体状态方程式仅在足够低压力下适合于真实气体。 产生偏差的主要原因是:气体分子本身的体积的影响分子间力的影响2. V

8、an der Waals 方程nRTnbVVnap)(22a,b分别称为Van der waals常量。(V-nb)=Videal等于气体分子运动的自由空间b为1mol气体分子自身的体积。 分子间吸引力正比与(n/V)2 内压力 p=a(n/V)2 pideal=preal+a(n/V)2气体10a(Pam6mol-2)104b(m3mol-1)He0.034570.2370H20.24760.2661Ar1.3630.3219O21.3780.3183N21.4080.3913CH42.2830.4278CO23.6400.4267HCl3.7160.4081NH34.2250.3707NO

9、25.3540.4424H2O5.5360.3049C2H65.5620.6380SO26.8030.5636C2H5OH12.180.8407 表1-1 某些气体的Van der Waals 常量例题 分别按理想气体状态方程式和Van der wa?ls方程式计算1.50mol SO2在30摄氏度占有20.0L体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少为2.00L，其相对误差又如何？解：已知T=303K，V=20.0L，n=1.50mol，a=0.6803Pa m6 mol-2，=0.563610-4m3 mol-1189kPa20.0L303KmolK8.314J1.5mol111V

10、nRTP%9 .18%1001059. 110)59. 189. 1 (kPa1059. 1 kPa1089. 1 L00. 2 %61. 1%100186186189186kPa3.8kPa189.7kPa (20.0L)LkPa100.6803(1.5mol) 1.50molmol0.05636L20.0L303KmolK8.314J1.50mol 332213231221232111222PPPPPVPPPVannbVnRTP组分气体：组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体组分气体。分压：分压： 组分气体组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体

11、在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体积时所产生的压力，叫做组分气体B的的分压分压。VRTnpBB 2.1.3 混合气体混合气体分压定律分压定律（表达式之一表达式之一）分压定律：分压定律： 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。分压之和。 p = p1 + p2 + 或或 p = pB （ 表达式之二表达式之二）VnRTp ,2211VRTnpVRTnpVRTnnVRTnVRTnp2121 n =n1+ n2+ （道尔顿分压定律）（道尔顿分压定律）分压的求解：分压的求解：x B B的摩尔分数的摩尔分数VRTnpBBBBBx

12、nnppVnRTp pxpnnpBBB（表达式之三表达式之三） 例题：例题：某容器中含有某容器中含有NH3、O2 、N2等气等气体 的 混 合 物 。 取 样 分 析 后 ， 其 中体 的 混 合 物 。 取 样 分 析 后 ， 其 中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n ( N2) = 0 . 7 0 0 m o l 。 混 合 气 体 的 总 压。 混 合 气 体 的 总 压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。试计算各组分气体的分压。解：解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mo

13、l35.5kPakPa0 .133200. 1320. 0pnnp33NH)NH(p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0) kPa =77.5 kPapnnp)O()O(2220.0kPakPa5 .35320. 0180. 0 分压定律的应用分压定律的应用 例题例题: 可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气。反应如下：纯氮气。反应如下： NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g)如果在如果在19、97.8kPa下，以排水集气法在水下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为面上收集到的氮气体积为4.16 L，

14、计算消耗掉，计算消耗掉的亚硝酸铵的质量。的亚硝酸铵的质量。解：解： T =(273+19)K = 292K p=97.8kPa V=4.16L 292K 时，时，p(H2O)=2.20kPa 则则 p(N2) = p-p(H2O) Mr (NH4NO2)=64.04 NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g)64.04g 1molm(NH4NO2)=? 0.164mol K292molKJ31484.16L)kPa202897(1 -1 -.n(N2) =mol1mol164. 0g04.64m(NH4NO2) =10.5g=0.164molVRTnpBB例例 2-6. 已知：已知：

15、p = 9.96104 Pa, T = 294 K, m(O2) = 0.480 g , V = 0.377 dm3 求：求： M(O2) 解：解： p = p( O2) + p(H2O) 查表知查表知 294K p(H2O )= 2.48103 Pa p(O2) = p p(H2O) = 9.961042.48103 = 9.71104 (Pa) 由由 piV = niRT 有有 n(O2 ) = = 0.015(mol) 则则 M(O2 ) 32.0 (gmol 1)同温同压下某种气态物质的扩散速度与其密度的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。平方根成反比。即 ui 或

16、 = ui 扩散速度 气体密度 Mr 相对分子量 由 pV = nRT pV = RT = 即同温同压下即同温同压下 与与Mr成反比成反比 =2.1.4 气体扩散定律气体扩散定律例题例题2-7液化或凝聚液化或凝聚气体变成液体的过程气体变成液体的过程条件？条件？临界常数临界常数临界温度临界温度(Tc)：加压时使气体液化的最高温度。：加压时使气体液化的最高温度。临界压力临界压力(Pc)：在：在Tc时使气体液化的最低压力。时使气体液化的最低压力。临界体积临界体积(Vc)：在：在Tc和和Pc下下1mol气体所占体积。气体所占体积。临界状态：气态物质处于临界状态：气态物质处于Tc,Pc,Vc的状态。的状

17、态。对非极性分子对非极性分子, Tc 较低较低,难液化。难液化。He H2 N2 O2对极性分子，较易液化。对极性分子，较易液化。NH3 H2O气体的液化气体的液化2-2-1 液体的蒸发液体的蒸发（1）蒸发过程）蒸发过程 蒸发、凝聚蒸发、凝聚（2）饱和蒸气压）饱和蒸气压 易挥发物质易挥发物质： P蒸蒸较大较大难挥发物质难挥发物质： P蒸蒸较小较小克劳修斯克劳修斯克拉贝龙方程：克拉贝龙方程：（3）蒸发热）蒸发热维持液体恒温恒压下蒸发所必须的热量，称为液体的蒸发热。维持液体恒温恒压下蒸发所必须的热量，称为液体的蒸发热。在一定的温度和压强下取在一定的温度和压强下取1mol液体的蒸发热比较，这种蒸发液

18、体的蒸发热比较，这种蒸发热叫做摩尔蒸发热热叫做摩尔蒸发热,以以vHm表示。表示。 12PP)TTTT(2.30RH1212vaplg = 2.2 液体液体l沸点，系指液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的温度。沸点，系指液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的温度。l在此温度下，气化在整个液体中进行，称之为液体的沸腾；在此温度下，气化在整个液体中进行，称之为液体的沸腾；而在低于此温度下的气化，则仅限于在液体表面上进行，即而在低于此温度下的气化，则仅限于在液体表面上进行，即蒸发。蒸发。l当外界气压为当外界气压为1.013l05Pa时，液体的沸点称为正常沸点。时，液体的沸点称为正常沸点。 l采用减压蒸馏的方

19、法去实现分离和提纯的目的。采用减压蒸馏的方法去实现分离和提纯的目的。 2-2-2 液体的沸点液体的沸点V/)B(n)B(c 一升溶液中所含溶质一升溶液中所含溶质B B的物质的量的物质的量 2-2-3. 溶液浓度的表示方法1) 物质的量浓度物质的量浓度 c(B) 定义定义: 公式公式: : 单位单位: : mol dm-3 (molL-1) 一千克溶剂中所含溶质一千克溶剂中所含溶质B B的物质的量的物质的量 )(1)()(kgBnBb 2) 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 b(B) 定义定义: : 公式公式: 单位单位: :molkg-1 与温度无关与温度无关。在极稀的水溶液中在极稀的水溶液中. .优

20、点优点: :c(B) b(B) 例例1. 500克水中溶解克水中溶解17.1克蔗糖克蔗糖, 求蔗糖求蔗糖 溶液的质量摩尔浓度溶液的质量摩尔浓度。 解解:11.050034210001.17)(1)()(kgmolkgBnBb 某组分的物质的量与全部溶液的某组分的物质的量与全部溶液的 物质的量之比物质的量之比 。BABBBAAAnnnxnnnx 3) 摩尔分数摩尔分数 xi 定义定义: : 公式公式: 量纲量纲： 14) 质量质量分数分数 用溶质的质量除以溶液的质量表用溶质的质量除以溶液的质量表 示浓度称为质量分数，用示浓度称为质量分数，用表示表示。%100)()()( 液液mBmB 定义定义:

21、 : 公式公式: 例例2. 48%的硫酸溶液的密度为的硫酸溶液的密度为1.38gml-1, 计算此溶液的计算此溶液的 （1） 物质的量浓度物质的量浓度; （2） 质量摩尔浓度质量摩尔浓度; （3） 摩尔分数摩尔分数； 5) ) 浓度的相互换算浓度的相互换算解解: : 13)(76. 6981038. 1%48% LmolLVMmlVBcB (1) 176. 638. 1/100100098/48 LmolVnBc0.8510.1552/1848/9848/98BABxxx（3） 1)()(42. 910005298/481000 kgmolWnBbAB（2 2） 4. 稀溶液的依数性 (col

22、ligative properties)2) 沸点升高沸点升高 Boiling point elevation 1) 蒸气压下降蒸气压下降 Decrease of vapor pressure 3) 凝固点下降凝固点下降 Freezing point lowering 4) 渗透压渗透压 Osmotic pressure1. 依数性： 只与溶质所含粒子的数目有关，而与只与溶质所含粒子的数目有关，而与溶质的本性无关溶质的本性无关。（。（稀溶液的通性）稀溶液的通性）2. 溶液的蒸气压下降1)1) 蒸气压蒸气压 vapor pressure当蒸发速率与凝结速当蒸发速率与凝结速率相等时，液体上方率相等

23、时，液体上方的蒸气所具有的压力的蒸气所具有的压力称为液体的饱和蒸气称为液体的饱和蒸气压（简压（简称称蒸气压）蒸气压）。 ppp *蒸蒸发发凝凝聚聚2) 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降 在一定温度下在一定温度下, ,溶液的蒸溶液的蒸 气压总气压总是是低于纯溶剂低于纯溶剂的的 蒸气压，称为溶液的蒸蒸气压，称为溶液的蒸 气压下降气压下降。. . Decrease of solution vapor pressure溶液蒸气压下降的原因溶液蒸气压下降的原因：A.A.溶液表面溶剂分子数减少溶液表面溶剂分子数减少；B.B.形成溶剂化分子形成溶剂化分子；pT0.1molkg-10.2molkg-1纯水纯水

24、3) Raoult (拉乌尔拉乌尔) 定理定理 在一定温度下在一定温度下，稀溶液的蒸气压稀溶液的蒸气压与溶液中溶剂与溶液中溶剂的的摩尔分数成正比摩尔分数成正比. .Bxpp*1 BAxx对于两组分溶液对于两组分溶液AAxppxpp*)1 (*Axpppp*)(*)()(BbKmnMPPABA Raoult 定律又可表述为定律又可表述为：在一定温度下，在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降, ,近近似地与溶质似地与溶质B B的质量摩尔浓度成正比的质量摩尔浓度成正比, ,而与而与溶质的本性无关。溶质的本性无关。例例3.计算计算293K时，时，17.1g蔗糖溶

25、于蔗糖溶于1000 g水中，溶液的蒸汽压下降值水中，溶液的蒸汽压下降值。 解：解：293K时时，P*(H2O)=2.33kPa4100 .9)( BxkPaxPPB3*101 . 2 或或 kPaBbKP3101 . 2)( M(B)=342g.mol-1 只只适用于难挥发非电解质适用于难挥发非电解质的的稀溶液稀溶液3. 溶液的沸点升高 boiling point elevationTbpTTb*P外 1)1) 沸点沸点 boiling point液体的沸点是该液体液体的沸点是该液体的蒸气压等于外界大的蒸气压等于外界大气压时的温度气压时的温度Tb纯水纯水蔗糖蔗糖 Kb 为沸点升高常数为沸点升高

26、常数 Ebullioscopic constant(1).(1).计算溶液的沸点计算溶液的沸点 2) 溶液的沸点升高：溶液的沸点升高：3)3)沸点升高的应用沸点升高的应用*(B)bbbbTTTK b溶液的沸点与纯溶剂的沸点之差溶液的沸点与纯溶剂的沸点之差 它只它只与溶质的质量摩尔浓度成正比与溶质的质量摩尔浓度成正比, ,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。例例4. 在在100克水中溶解克水中溶解4.56克尿素克尿素, 计计算此溶液的沸点算此溶液的沸点.0.76mol/kg10060.010004.56(B)b解：bbbTTT *KTb39. 076. 0512. 0 K39.37339.0

27、373 例例5. 将将0.40g葡萄糖溶于葡萄糖溶于20.0g水中水中,测得测得 溶液溶液的沸点为的沸点为100.056 ,计算葡萄糖的摩尔质量计算葡萄糖的摩尔质量.解解： 0.40/M 葡萄糖葡萄糖20/1000b 葡萄糖葡萄糖= Tb = 0.056 = Kb b 葡萄糖葡萄糖 M 葡萄糖葡萄糖 = 182.9 gmol-1(2) 测定难挥发非电解质的摩尔质量测定难挥发非电解质的摩尔质量4. 溶液的凝固点下降 freezing point lowering1) 凝固点凝固点： freezing pointTfTfpT 液体的蒸气压与液体的蒸气压与 固体蒸气压相等固体蒸气压相等， 两相平衡共

28、存时两相平衡共存时 的温度的温度。*纯水纯水蔗糖蔗糖冰冰(1) 溶液的凝固点溶液的凝固点 ： (Tf )K Kf f为凝固点下降常数为凝固点下降常数. .Cryoscopic constant Tf =Tf*- Tf = Kfb(B)溶液的蒸气压与固态纯溶剂的蒸气溶液的蒸气压与固态纯溶剂的蒸气压平衡时的温度压平衡时的温度。 (2) (2) 溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降：纯溶剂的凝固点与溶液凝固点之差纯溶剂的凝固点与溶液凝固点之差 它只它只与溶质的质量摩尔浓度成正比与溶质的质量摩尔浓度成正比, ,而与溶质的本性无关。而与溶质的本性无关。2) ) 沸点沸点升升高和凝固点下降的原因高和凝固点下降

29、的原因：溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降。3) 凝固点下降的应用凝固点下降的应用：(1) 解释植物的抗旱性与耐寒性等现象解释植物的抗旱性与耐寒性等现象；(2) 计算溶液的凝固点计算溶液的凝固点；(3) 测定难挥发非电解质的摩尔质量；解:1000/20/40.0葡葡萄萄糖糖葡葡萄萄糖糖Mb 例6. 将0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,测得溶液的凝固点为-0.207 ,计算葡萄糖 的摩尔质量. K207.0207.00 fT20100040.086.1207.0 葡葡萄萄糖糖M1mol179.7g葡萄糖M 5.溶液的渗透压 osmotic pressure 溶剂分子通过半透膜进入溶液的自动扩散过

30、溶剂分子通过半透膜进入溶液的自动扩散过程。程。 1)1)渗透现象渗透现象 Osmosis为了维持渗透平衡向溶液所施加的最小为了维持渗透平衡向溶液所施加的最小外外压压。 在溶液上方施加一外压在溶液上方施加一外压P P, , 使半透膜两边溶使半透膜两边溶剂分子进出的速率相等时，体系所处的状态。剂分子进出的速率相等时，体系所处的状态。 2)渗透平衡渗透平衡3) )渗透压渗透压4) )产生渗透现象的条件产生渗透现象的条件 有半透膜的存在有半透膜的存在； 膜两边的溶液存在浓度差膜两边的溶液存在浓度差；113113molKdm8.314kPamolKm8.314PaR)()(BbBc 稀稀水水溶溶液液中中

31、RTBbRTBc)()( 5) Vant Hoff 定律定律V = nRT = nRT/V = cRT植物的细胞植物的细胞6) 高渗、低渗、等渗溶液高渗、低渗、等渗溶液 7)7)渗透压的应用渗透压的应用 解释动植物的生命现象解释动植物的生命现象. . 计算高分子化合物的摩尔质量计算高分子化合物的摩尔质量. . 有一定的体积和形状，可压缩性小。有一定的体积和形状，可压缩性小。2.3 固固 体体2-3-1 2-3-1 晶体和非晶体晶体和非晶体晶体晶体：内部质点呈有规则的空间排列。内部质点呈有规则的空间排列。 多数固体为晶体。如食盐、金刚石等多数固体为晶体。如食盐、金刚石等非晶体非晶体(无定形体无定

32、形体)：内部质点排列不规则，：内部质点排列不规则， 没有一定的结晶外形。如玻璃、沥青没有一定的结晶外形。如玻璃、沥青 石蜡、炉渣等。石蜡、炉渣等。晶体的特征晶体的特征: (1)有固定的几何外形；有固定的几何外形； (2)有固定的熔点；有固定的熔点； (3)具有各向异性。具有各向异性。晶体的分类物理性质晶格节点粒子粒子间作用力熔沸点硬度熔融导电性例离子晶体离子离子键 高 大 好NaCl原子晶体原子共价键 高 大 差金 刚石金属晶体原子离子金属键 高 低 大 小 好Cr,K分子晶体分子分子间 力 低 小 差干冰晶体类型2-3-2 晶体外形晶体外形 七大晶系七大晶系在结晶学中根据结晶多面体的对称情况

33、，将晶体分在结晶学中根据结晶多面体的对称情况，将晶体分为七类，称为七大晶系。为七类，称为七大晶系。 对某一种物质的晶体来讲，晶面间所成对某一种物质的晶体来讲，晶面间所成的夹角总是不变的，因为晶系的晶轴间的夹角总是不变的，因为晶系的晶轴间夹角是固定的。夹角是固定的。 只要测出晶面间夹角和晶轴的长短，就只要测出晶面间夹角和晶轴的长短，就能准确地确定一种晶体所属的晶系。能准确地确定一种晶体所属的晶系。 晶格晶格实际晶体所属点阵结构的代表。实际晶体所属点阵结构的代表。 有有14种。种。 空间点阵中每一个点叫做空间点阵中每一个点叫做结点。结点。 质点质点(分子、原子、离子分子、原子、离子)排列在结点上则排列在结点上则 构成构成晶体。晶体。 组成晶体的质点组成晶体的质点(分子、原子或离子分子、原子或离子)在空在空间有一定规律的点上排列，这些有规律的点称间有一定规律