第1章 物质的状态

1、LOGO无机化学无机化学主讲者：兰叶青主讲者：兰叶青办公室：化学楼办公室：化学楼化学学科的分类化学学科的分类1.无机化学无机化学2.分析化学分析化学3.有机化学有机化学4.物理化学物理化学5.高分子化学高分子化学 化学学科与其它学科的相互渗透，形成新的化学学科与其它学科的相互渗透，形成新的学科，如配位化学、放射化学、生物化学、环境学科，如配位化学、放射化学、生物化学、环境化学、环境分析化学、食品化学、农药化学、土化学、环境分析化学、食品化学、农药化学、土壤化学、植物化学等。壤化学、植物化学等。 “ “无机化学无机化学”是一门十分化学专业的重要的是一门十分化学专业的重要的基础课程之一。基础课程之

2、一。学习方法学习方法参考资料参考资料 无机化学无机化学（第（第4版），大连理工大学无机版），大连理工大学无机 化学教研室编，高等教育出版社，化学教研室编，高等教育出版社，2003。 无机及分析化学无机及分析化学（第四版），南京大学（第四版），南京大学无机及分析化学无机及分析化学编写组，高等教育出版编写组，高等教育出版社，社，2006。 无机化学无机化学，宋天佑，高等教育出版社，宋天佑，高等教育出版社，2004。进度安排（共进度安排（共68-70学时）学时）第第6 6章章 沉淀溶解平衡（沉淀溶解平衡（4 4学时）学时）第第2 2章章 溶液和胶体（溶液和胶体（6 6学时）学时）第第3 3章章 化学

3、热力学（化学热力学（1010学时学时）第第5 5章章 酸碱平衡（酸碱平衡（8 8学时）学时）第第4 4章章 化学动力学基础（化学动力学基础（4 4学时）学时）第第1 1章章 物质的状态（物质的状态（7 7学时）学时）第第8 8章章 原子结构（原子结构（5 5学时）学时）第第9 9章章 分子结构（分子结构（8 8学时学时）第第1010章章 配合化合物（配合化合物（1010学时）学时）第第7 7章章 氧化还原反应（氧化还原反应（6 6学时）学时）进度安排（共进度安排（共68-70学时）学时）第一章第一章 物质的状态物质的状态 常温常压下，物质以常温常压下，物质以气态气态、液态液态和和固态固态三种聚

4、集三种聚集状态存在。特殊条件下物质还能以第四种状态，即状态存在。特殊条件下物质还能以第四种状态，即等等离子体态离子体态存在。存在。 第一节第一节 气体气体 气体有实际气体与理想气体之分。气体有实际气体与理想气体之分。理想气体理想气体：是设定气体分子本身不占空间、分子间也：是设定气体分子本身不占空间、分子间也 没有相互作用力的假想情况。没有相互作用力的假想情况。 实际气体实际气体：处于高温（高于：处于高温（高于273 K）、低压（低）、低压（低于数百千帕）的条件下，由于气体分子间距离相当大，于数百千帕）的条件下，由于气体分子间距离相当大，使得气体分子自身的体积与气体体积相比可以忽略不使得气体分子

5、自身的体积与气体体积相比可以忽略不计，且分子间作用力非常小，可近似地将实际气体看计，且分子间作用力非常小，可近似地将实际气体看成是理想气体。成是理想气体。 一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程 三个经验定律：三个经验定律：波义尔（波义尔（Boyle）定律）定律：当：当n和和T一定时，气体的一定时，气体的p与与V成反比，可用如下关系式表示：成反比，可用如下关系式表示： V 1/p 第一节第一节 气体气体第一章第一章阿伏伽德罗（阿伏伽德罗（Avogadro）定律）定律：当：当T和和p一定时，气一定时，气体的体的V与与n成正比，可用如下关系式表示：成正比，可用如下关系式表示： V n 查理查理-

6、盖盖吕沙克（吕沙克（Charles-Gay-Lussac）定律）定律：当：当n和和p一定时，气体的一定时，气体的V与与T成正比，可用如下关系式表示：成正比，可用如下关系式表示： VT V nT/p以上三个经验定律表达式可以合并为下式：以上三个经验定律表达式可以合并为下式：可变换为：可变换为： V = nRT/p通常写成：通常写成： pV = nRT（理想气体状态方程式）（理想气体状态方程式） 第一章第一章第一节第一节 气体气体 R称为比例常数，也称为称为比例常数，也称为摩尔气体常数摩尔气体常数。 R = 8.314 Pam3mol-1K-1 = 8.314 kPaLmol-1K-1 = 8.3

7、14Jmol-1K-1（Pam3=Nm-2m3=Nm = J）。）。【例【例1-1】 某种碳氢化合物的蒸气，在某种碳氢化合物的蒸气，在100 及及101.325 kPa时，测得其密度时，测得其密度=2.55 gL-1；由化学分析结果知；由化学分析结果知该化合物中碳原子数与氢原子数之比为该化合物中碳原子数与氢原子数之比为1:1。试确定该。试确定该化合物的分子式。化合物的分子式。第一章第一章第一节第一节 气体气体解解：设该化合物的摩尔质量为设该化合物的摩尔质量为M，质量为，质量为m。 由理想气体状态方程得：由理想气体状态方程得：-1-1-1-1 2.55g L8.315kPa L molK373.

8、15K 101.325kPa 77.9 g molmpVRTMmRTRTMpVp故： 因为碳原子数与氢原子数之比为因为碳原子数与氢原子数之比为1:1，设该化合物，设该化合物分子式为分子式为(CH)x，得：得： M = xM(C) + M(H) = x (12.0 gmol-1 + 1.01 gmol-1) 解得：解得：x = 6 故该化合物的分子式为故该化合物的分子式为C6H6 。第一章第一章第一节第一节 气体气体二、理想气体分压定律二、理想气体分压定律 理想气体混合物中各种组分气体如同单独存在一理想气体混合物中各种组分气体如同单独存在一样，均充满整个容器，任一组分气体分子对器壁碰撞样，均充满

9、整个容器，任一组分气体分子对器壁碰撞所产生的压力不会因其它组分气体的存在而有所改变。所产生的压力不会因其它组分气体的存在而有所改变。该压力称为理想气体混合物中某组分气体分压力，简该压力称为理想气体混合物中某组分气体分压力，简称称分压分压（pi），与该组分气体独占整个容器时所产生），与该组分气体独占整个容器时所产生的压力相同：的压力相同： RTVnpii理想气体混合物的总压力理想气体混合物的总压力p等于混合气体中各组分气体等于混合气体中各组分气体分压力之和：分压力之和： p = p1 + p2 + p3 + = pi 第一章第一章ii RTRTppnnVV 式中式中 xi 为某组分气体的摩尔分数

10、。理想气体混合物中某组为某组分气体的摩尔分数。理想气体混合物中某组分气体的分压等于该组分气体的摩尔分数与总压力的乘积。分气体的分压等于该组分气体的摩尔分数与总压力的乘积。 此规律最早于此规律最早于1801年由英国化学家道尔顿年由英国化学家道尔顿 (Dolton)通过实验提出，后经气体分子运动论证明，故称之为通过实验提出，后经气体分子运动论证明，故称之为道尔顿理想气体分压定律道尔顿理想气体分压定律。iiiii pnnppx ppnn 或第一章第一章第一节第一节 气体气体【例【例1-2】 在在25 和和p = 99.43 kPa压力下，利用排水集压力下，利用排水集气法收集氢气气法收集氢气V =0.

11、40 L。计算在同样温度和压力下，。计算在同样温度和压力下，用分子筛除去水分后所得干燥氢气的体积用分子筛除去水分后所得干燥氢气的体积V(H2)和氢气和氢气物质的量物质的量n(H2)。已知。已知25 时水的饱和蒸气压时水的饱和蒸气压p(H2O) = 3.17 kPa。解：解：根据分压定律可得混合物中氢气的分压力：根据分压定律可得混合物中氢气的分压力： p(H2) = p - p(H2O) = 99.43 kPa - 3.17 kPa = 96.26 kPa 设经干燥后氢气的压力为设经干燥后氢气的压力为p (H2)。因为。因为 p(H2)V(H2) = p(H2)V(H2)得干燥后氢气的体积得干燥

12、后氢气的体积V(H2)第一章第一章第一节第一节 气体气体2222222-1-12(H ) (H )96.26kPa0.400L(H )0.387L(H )99.43kPa(H ) (H )(H )99.43kPa0.387L8.315kPa L molK(273.1525)K1.55 10 molpVVppVnRT第一节第一节 气体气体第一章第一章三、理想气体分体积定律三、理想气体分体积定律 混合气体中组分混合气体中组分B的分体积的分体积Vi是该组分单独存在并是该组分单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时占有的体积。即：具有与混合气体相同温度和压力时占有的体积。即： Vi= niRT / p

13、 若混合气体中各组分间不发生化学反应，则：若混合气体中各组分间不发生化学反应，则： iinn1212= = + iiiinRTnRTn RTnRTVVVVpppp在在T、p不变的条件下，不变的条件下， 混合气体体积等于各组分的分体积之和，这一规混合气体体积等于各组分的分体积之和，这一规律叫做律叫做分体积定律分体积定律。第一章第一章 令令i = Vi /V ，称为某组分的体积分数。因，称为某组分的体积分数。因Vi /V = ni/n，所以，所以 i = xi，进一步可得：，进一步可得： pi = i p 即即混合气体某组分的分压混合气体某组分的分压pi等于该组分的体积分数等于该组分的体积分数与总

14、压力的乘积。与总压力的乘积。四、气体扩散定律四、气体扩散定律 当几种气体混合时，起初每一种气体在各处的密当几种气体混合时，起初每一种气体在各处的密度是不同的，气体总是从密度大的地方向密度小的地度是不同的，气体总是从密度大的地方向密度小的地方迁移，直至密度达到完全相同的状态，这种现象称方迁移，直至密度达到完全相同的状态，这种现象称为为扩散扩散。第一节第一节 气体气体第一章第一章i1iuABBAuu 相同温度、相同压力下，相同温度、相同压力下，某种气体的扩散速度与某种气体的扩散速度与其密度的平方根成反比，其密度的平方根成反比，这就是这就是气体扩散定律气体扩散定律。用。用ui表表示扩散速度，示扩散速

15、度，i表示密度，则有：表示密度，则有： ，或，或 式中式中uA、uB分别表示分别表示A、B两种气体的扩散速度，两种气体的扩散速度，A、B分分别表示别表示A、B两种气体的密度。两种气体的密度。 同温同压下，气体的密度（同温同压下，气体的密度（）与其摩尔质量（）与其摩尔质量（M）成正比，据此可以表示为：成正比，据此可以表示为： ABBAuMuM 第一节第一节 气体气体第一章第一章ABBAuMuM2O50/2020/1032xxuMu【例【例1-3】 50 mL的的O2通过多孔性的隔膜扩散需要通过多孔性的隔膜扩散需要20 s，20 mL另一种气体通过该膜则需要另一种气体通过该膜则需要10 s，求这种

16、气体的，求这种气体的摩尔质量。摩尔质量。 解：解： 由气体扩散定律由气体扩散定律，可得：，可得：解得：解得：Mx = 50（gmol-1）第一节第一节 气体气体第一章第一章五、气体分子运动论五、气体分子运动论气体分子运动论气体分子运动论的主要内容包括以下几个假设：的主要内容包括以下几个假设：（1 1）气体由不停地作无规则运动的分子所组成；）气体由不停地作无规则运动的分子所组成；（2 2）气体分子本身不占体积，视为数学上的一个质点；）气体分子本身不占体积，视为数学上的一个质点；（3 3）气体分子间相互作用力很小，可忽略；）气体分子间相互作用力很小，可忽略；（4 4）气体分子之间及分子对容器壁的碰

17、撞视为弹性碰撞，气）气体分子之间及分子对容器壁的碰撞视为弹性碰撞，气体的压力是由于气体分子同容器壁产生碰撞的结果；体的压力是由于气体分子同容器壁产生碰撞的结果；（5 5）气体分子的平均动能与气体的温度成正比。）气体分子的平均动能与气体的温度成正比。 建立在上述假定的基础上，再通过简单的数学模建立在上述假定的基础上，再通过简单的数学模型即可推导出气体分子运动论方程式。型即可推导出气体分子运动论方程式。第一章第一章yzx A m图图1-1 1-1 气体分子在立方体容器中的运动示意图气体分子在立方体容器中的运动示意图第一节第一节 气体气体第一章第一章2u2u2u2uV（= l3），内有），内有N个质

18、量个质量m的气体分子，分子的均方根的气体分子，分子的均方根速度为速度为 设一个分子沿设一个分子沿x轴运动碰撞轴运动碰撞A壁，其动量为壁，其动量为m 。 当它碰撞容器壁后仍以原来的速度向相反方向运动，当它碰撞容器壁后仍以原来的速度向相反方向运动，这时它的动量变为这时它的动量变为- m。 所以每个分子碰撞容器壁一次，它的动量改变量所以每个分子碰撞容器壁一次，它的动量改变量为为2 m。第一节第一节 气体气体第一章第一章 在容器中分子每经过在容器中分子每经过 l 距离就与容器壁碰撞一次，距离就与容器壁碰撞一次，那么分子在每秒钟发生的碰撞次数为那么分子在每秒钟发生的碰撞次数为2ul 因此，每个分子每秒钟

19、动量改变为因此，每个分子每秒钟动量改变为2m(2u)2l此值即为该分子施于此值即为该分子施于A壁的力。壁的力。 容器内有容器内有N个分子，各器壁共受力（个分子，各器壁共受力（F）为）为 2Nm(2u)2 l 容器壁总面积（容器壁总面积（S）为）为6 l2，根据物理学中根据物理学中p= F/S，则，则容器壁所受气体的容器壁所受气体的压力（压力（p）为：）为：第一节第一节 气体气体第一章第一章222222()()63NmuNmupllV221()3pVNmu 即即 即为即为理想气体分子运动方程式理想气体分子运动方程式。2213()22mukT 因为气体分子的平均动能同绝对温度成正比，即因为气体分子

20、的平均动能同绝对温度成正比，即第一节第一节 气体气体第一章第一章2222121()()332pVNmuNmu2332NkTpVNkT式中式中k = 1.3810-23 J/K，称为，称为波尔兹曼常数波尔兹曼常数。可变换为。可变换为 即即 可解释气体扩散定律。可解释气体扩散定律。 第一节第一节 气体气体第一章第一章2201()3pVN mu2u033pVRTuN mMABBAuMuM对于对于1mol的某种气体有的某种气体有，式中，式中N0 ，则有，则有 进而可以直接推得进而可以直接推得气体扩散定律气体扩散定律的公式的公式为阿伏伽德罗常数。为阿伏伽德罗常数。若以若以u替代替代第一节第一节 气体气体

21、第一章第一章 早在一百多年前英国著名的物理学家麦克斯韦尔早在一百多年前英国著名的物理学家麦克斯韦尔（J.C.Maxwell）用概率论与统计力学的方法推出了计）用概率论与统计力学的方法推出了计算气体分子的运动速率分布的公式，并根据此公式计算气体分子的运动速率分布的公式，并根据此公式计算出氧气分子在算出氧气分子在273 K时的速率分布情况，见表时的速率分布情况，见表1-1所所示。示。六、分子的速率分布与能量分布六、分子的速率分布与能量分布速率范围速率范围/ ms-1分子百分比分子百分比/ %速率范围速率范围/ ms-1分子百分比分子百分比/ %1001.440050020.31002008.150

22、060015.120030016.76007009.230040021.57007.7表表1-1 氧气分子在氧气分子在273 K时的速率分布情况时的速率分布情况第一章第一章1NNuu2uu0 upu1 u2 uu图图1-2 1-2 速率分布速率分布第一节第一节 气体气体第一章第一章 N表示一定量的分子总数，表示一定量的分子总数，N表示速率处于速率表示速率处于速率为为u0附近的速率间隔附近的速率间隔u内的分子数，内的分子数， 表示速率表示速率u0附附近单位速率间隔内的分子数，故纵坐标表示速率在近单位速率间隔内的分子数，故纵坐标表示速率在u0附近单位速率间隔内的分子数（附近单位速率间隔内的分子数（

23、N）与分子总数（）与分子总数（N）的比值。速率分布曲线下覆盖的面积，如的比值。速率分布曲线下覆盖的面积，如u1u2之间的之间的阴影面积则表示速率处于阴影面积则表示速率处于u1u2之间的气体分子数目占之间的气体分子数目占分子总数的分布。由此可知整个曲线下覆盖的面积应分子总数的分布。由此可知整个曲线下覆盖的面积应为为1。Nu第一节第一节 气体气体第一章第一章图图1-2中曲线最高点所对应的速率用中曲线最高点所对应的速率用up表示，表示，up称为最称为最几速率，即几率最大的速率。最几速率不同于平均速几速率，即几率最大的速率。最几速率不同于平均速率，它与算术平均速率（率，它与算术平均速率（ ）和均方根速

24、率（）和均方根速率（ ）都）都不相等。不相等。 u2uiNuuN22iNuuN 2uu三种速率之间的比例关系：三种速率之间的比例关系： up = 1.000 0.921 0.816 u2u注意：注意：在计算气体分子在单位时间平均运动的距离时，经常使用在计算气体分子在单位时间平均运动的距离时，经常使用，而在计算气体分子的平均动能时，则经常采用而在计算气体分子的平均动能时，则经常采用第一节第一节 气体气体第一章第一章 当温度升高时，气体分子的运动速率普遍增大，当温度升高时，气体分子的运动速率普遍增大，具有较高速率的分子比例必然提高。表现在速率分布具有较高速率的分子比例必然提高。表现在速率分布图上曲

25、线右移。分子运动的图上曲线右移。分子运动的 、 和和up都随温度的升都随温度的升高而变大，但具有这种速率的分子占总分子的比例却高而变大，但具有这种速率的分子占总分子的比例却变小。由于曲线下覆盖的面积为定值，因此，高温时变小。由于曲线下覆盖的面积为定值，因此，高温时速率分布图上的速率分布曲线高度降低，曲线变宽，速率分布图上的速率分布曲线高度降低，曲线变宽，整个曲线变得较为平坦。整个曲线变得较为平坦。 2uu第一节第一节 气体气体第一章第一章1NNuuT1 T1T2T2图图1-3 1-3 不同温度时速率分布曲线不同温度时速率分布曲线第一节第一节 气体气体第一章第一章 因为气体分子运动的动能与速率有

26、关因为气体分子运动的动能与速率有关( )，据此可推知气体分子能量的分布曲线与气体速率分布据此可推知气体分子能量的分布曲线与气体速率分布曲线大致相同的，如图曲线大致相同的，如图1-4。2k12Emu1NNE E0 ET1 T1T2T2图图1-4 1-4 分子能量分布示意图分子能量分布示意图 第一节第一节 气体气体第一章第一章 气体分子的能量分布只与温度有关。一定温度条件气体分子的能量分布只与温度有关。一定温度条件下，通过理论推导可以得到如下关系式：下，通过理论推导可以得到如下关系式：0/ieERTNfN 式中式中f 称为称为能量因子能量因子（或称（或称Boltzmann因子），因子），E0为某个

27、特定的为某个特定的能量数值，能量数值，R为气体常数，为气体常数，T为绝对温度，为绝对温度， 表示能量大于和等表示能量大于和等于于E0的所有分子的百分数。显然，的所有分子的百分数。显然，E0值越大，值越大， 的分数值越小。的分数值越小。当温度升高时，曲线也变得平坦且右移，超过某一给定能量当温度升高时，曲线也变得平坦且右移，超过某一给定能量E0的分子在总的分子中所占的比例明显增加。这一结论在后面讨的分子在总的分子中所占的比例明显增加。这一结论在后面讨论温度对化学反应速率的影响时有重要作用。论温度对化学反应速率的影响时有重要作用。 iNNiNN第一节第一节 气体气体第一章第一章七、实际气体七、实际气

28、体 图图1-5为一些实际气体和理想气体在恒定温度条件下的为一些实际气体和理想气体在恒定温度条件下的pVp线。图中虚线线。图中虚线AB为理想气体的为理想气体的pV乘积，它为一常数。其它三种乘积，它为一常数。其它三种实际气体的实际气体的pV乘积均不为常数。对实际气体偏离气体状态方程乘积均不为常数。对实际气体偏离气体状态方程的情况，有必要对理想气体状态方程做适当的修正，使其能适的情况，有必要对理想气体状态方程做适当的修正，使其能适用于实际气体。用于实际气体。图图1-5 一些实际气体的一些实际气体的pVp线线第一章第一章 1873年，荷兰科学家范德华（年，荷兰科学家范德华（Van Der Walls）

29、综）综合考虑了气体分子本身的体积和分子间引力这两个引合考虑了气体分子本身的体积和分子间引力这两个引起实际气体与理想气体产生偏差的影响因素，对理想起实际气体与理想气体产生偏差的影响因素，对理想气体状态方程进行修正。气体状态方程进行修正。 22()()anpVnbnRTV对对n = 1 mol实际气体，其状态方程为：实际气体，其状态方程为：2()()mmapVbRTV第一节第一节 气体气体第一章第一章 a是分子间引力有关的常数，是分子间引力有关的常数，b是与分子自身体积是与分子自身体积有关的常数，统称为有关的常数，统称为范德华常数范德华常数，每种气体的，每种气体的a，b都都有各自的特定值，均可由实

30、验确定。有各自的特定值，均可由实验确定。【例【例1-4】分别按理想气体状态方程和范德华方程式计分别按理想气体状态方程和范德华方程式计算算1.50 mol SO2 (g) 在在30 下占有下占有20.0 L体积时的压力，体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减小到并比较两者的相对误差。如果体积减小到2.00 L，其，其相对误差又是多少？相对误差又是多少？ 第一节第一节 气体气体第一章第一章解：解：已知已知T = 303 K，V = 20.0 L，n = 1.50 mol根据理想气体状态方程式可得：根据理想气体状态方程式可得：1111.50mol 8.314kPa L molK303K189

31、kPa20.0LnRTpV 由表由表查得查得SO2的的 a = 0.6803 Pam6mol-2， b = 0.563610-4 m3mol-1 再由范德华方程式可得：再由范德华方程式可得： 第一节第一节 气体气体第一章第一章222-111322221.50mol 8.314kPa L molK303K20.0L 1.50mol 0.05636L mol0.6803 10 kPa L mol(1.50mol)(20.0L)189.7kPa 3.8kPa185.9kPanRTanpVnbV 122189 185.9100%1.7%185.9ppp第一节第一节 气体气体第一章第一章当体积压缩至当体

32、积压缩至2.00 L时，同理可得：时，同理可得：1111.50mol 8.314kPa L molK303K1890kPa2.0LnRTpV 222111322221.50mol 8.314kPa L molK303K2.0L 1.50mol 0.05636L mol0.6803 10 kPa L mol(1.50mol)(2.0L)1972.7kPa 382.7kPa1590kPanRTanpVnbV 第一节第一节 气体气体第一章第一章1221890 1590100%18.9%1590ppp 由此可见，压力越大，用理想气体状态方程计算由此可见，压力越大，用理想气体状态方程计算的结果偏差也越大

33、。的结果偏差也越大。第一节第一节 气体气体第一章第一章第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 一、液体一、液体1、液体的蒸发、液体的蒸发 一定温度下，液体的饱和蒸气压大小表示液体分一定温度下，液体的饱和蒸气压大小表示液体分子向外逸出的趋势大小，也是液体的一个重要特性，子向外逸出的趋势大小，也是液体的一个重要特性，它仅与液体的本质和温度有关，而与液体的数量以及它仅与液体的本质和温度有关，而与液体的数量以及液面上方空间的体积无关。通常把蒸气压大的物质称液面上方空间的体积无关。通常把蒸气压大的物质称为为易挥发的物质易挥发的物质，蒸气压小的物质称为，蒸气压小的物质称为难挥发的物质难挥发

34、的物质。 对同一液体来说，若温度高，则液体中动能大的对同一液体来说，若温度高，则液体中动能大的分子数多，从液体中逸出的分子数就相应的多些，蒸分子数多，从液体中逸出的分子数就相应的多些，蒸气压就高；若温度低，则液体中动能大的分子数少，气压就高；若温度低，则液体中动能大的分子数少，从液体中逸出的分子数就相应的少些，蒸气压就低。从液体中逸出的分子数就相应的少些，蒸气压就低。第一章第一章图图1-6 1-6 几种液体在不同温度几种液体在不同温度下蒸气压的变化曲线下蒸气压的变化曲线 第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章 若以液体饱和蒸气压的数值若以液体饱和蒸气压的数值lnp

35、对绝对温度的倒数对绝对温度的倒数1/T作图，可得到一条直线。这一直线的函数关系可表作图，可得到一条直线。这一直线的函数关系可表达式为：达式为：1ln pABT式中式中A为直线的斜率，为直线的斜率，B为截距。为截距。 斜率斜率A与液体的蒸发热与液体的蒸发热H有关。蒸发热是指在一有关。蒸发热是指在一定温度和压力下蒸发一定量液体所需的热量。蒸发定温度和压力下蒸发一定量液体所需的热量。蒸发1mol液体的蒸发热称为液体的蒸发热称为摩尔蒸发热摩尔蒸发热，以，以 表示。表示。mH第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章 蒸发热越大，液体分子间的作用力越大，表示该蒸发热越大，液体分

36、子间的作用力越大，表示该液体越难气化。液体越难气化。 HAR 则有：则有：lnHpBRT 在两个不同温度下有：在两个不同温度下有：11lnHpBRT 22lnHpBRT 第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章两式相减可得：两式相减可得： 211211ln()pHpRTT 或写成：或写成： 211211lg()2.303pHpR TT 称为称为克劳修斯克劳修斯-克拉贝龙克拉贝龙（Clansius-Clapeyron）方程方程。第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章2、液体的沸点、液体的沸点 沸点沸点是指液体的饱和蒸气压等于外界大气压时的

37、是指液体的饱和蒸气压等于外界大气压时的温度。在此温度下，气化在整个液体内部和表面同时温度。在此温度下，气化在整个液体内部和表面同时进行（在低于该温度时气化仅在液体的表面上进行），进行（在低于该温度时气化仅在液体的表面上进行），称之为液体的沸腾。称之为液体的沸腾。 液体的沸点同外界气压密切相关，外界气压升高，液体的沸点同外界气压密切相关，外界气压升高，液体的沸点升高；外界气压下降，液体的沸点也随之液体的沸点升高；外界气压下降，液体的沸点也随之降低。当外压为降低。当外压为101.325 kPa时，液体的沸点称为正常时，液体的沸点称为正常沸点。从图沸点。从图1-6中可以看出三氯甲烷、乙醇、水和醋酸中

38、可以看出三氯甲烷、乙醇、水和醋酸的正常沸点依次分别为的正常沸点依次分别为61.3, 78.4, 100和和118.5。 第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章 减压蒸馏减压蒸馏的方法正是利用减压时液体沸点会降低的方法正是利用减压时液体沸点会降低的这一特征去实现分离和提纯物质的目的。这种方法的这一特征去实现分离和提纯物质的目的。这种方法适用于分离提纯沸点较高的物质以及那些在正常沸点适用于分离提纯沸点较高的物质以及那些在正常沸点易分解或易被空气氧化的物质。易分解或易被空气氧化的物质。 【例【例1-5】 采用减压蒸馏法精制苯酚。已知苯酚的正常采用减压蒸馏法精制苯酚。已知

39、苯酚的正常沸点为沸点为455.1 K，若外压为，若外压为13.53 kPa，则此时苯酚的沸，则此时苯酚的沸点为多少？已知点为多少？已知Hm（苯酚）（苯酚）= 48.139 kJmol-1第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章 解：解：由题意可知：由题意可知：p1=101.3 kPa，p2 =13.53 kPa， Hm（苯酚）（苯酚）= 48.139 kJmol-1， R =8.314 Jmol-1K-1，T1= 455.1 K代入克劳修斯代入克劳修斯- -克拉贝龙方程克拉贝龙方程 211211lg()2.303pHpR TT可得：可得： 213.534813911

40、lg()101.32.303 8.314 455.1TT2 =392.2 K第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章3、气体的液化、气体的液化 降温和加压两个条件，但它们是否需要同时具备降温和加压两个条件，但它们是否需要同时具备呢？实验表明，单纯采用降温的方法可以使得气体液呢？实验表明，单纯采用降温的方法可以使得气体液化；而单独加压则不行，首先需要将温度降到一定数化；而单独加压则不行，首先需要将温度降到一定数值，然后再加上足够的压力才能实现气体的液化。值，然后再加上足够的压力才能实现气体的液化。 如果温度高于某一数值，则无论加多大的压力也如果温度高于某一数值，则无论

41、加多大的压力也不能使气体液化。这一温度称为不能使气体液化。这一温度称为临界温度临界温度，用符号，用符号Tc表示。在临界温度时，使气体液化所需的最低压力称表示。在临界温度时，使气体液化所需的最低压力称为为临界压力临界压力，用，用pc表示；而在临界温度和临界压力下物表示；而在临界温度和临界压力下物质所占有的体积称为质所占有的体积称为临界体积临界体积，用，用Vc表示。表示。Tc、pc和和Vc统称为统称为临界常数临界常数。 第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章气体气体Tc/Kpc/MPaVc/m3mol-1He5.040.2275.7710-5H233.11.2976.

42、5010-5N2162.153.399.0010-5O2154.585.0437.4410-5CO2304.137.3759.5610-5H2O647.0622.054.5010-4表表1-3 一些常见气体的临界常数一些常见气体的临界常数第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章 从表从表1-3中数据可以看出，中数据可以看出，He、H2等气体，临界等气体，临界温度都很低，难以液化。主要原因是由于这些非极性温度都很低，难以液化。主要原因是由于这些非极性分子间的引力都很小造成的；而那些强极性分子，如分子间的引力都很小造成的；而那些强极性分子，如H2O，则具有较大的分子间作

43、用力而比较容易液化。，则具有较大的分子间作用力而比较容易液化。 气态物质处在临界温度、临界压力和临界体积的气态物质处在临界温度、临界压力和临界体积的状态下，即临界状态下，是一种不够稳定的特殊状态。状态下，即临界状态下，是一种不够稳定的特殊状态。在这种状态下气体和液体之间的性质差别将消失，两在这种状态下气体和液体之间的性质差别将消失，两者之间的界面也将消失。者之间的界面也将消失。 第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章二、固体二、固体 固体内部质点具有规则的空间排列结构，有的则固体内部质点具有规则的空间排列结构，有的则杂乱无章。前一类固体称为杂乱无章。前一类固体称为

44、晶体晶体，晶体又可分为单晶，晶体又可分为单晶和多晶，常具有规则的几何外形（将在后续章节中介和多晶，常具有规则的几何外形（将在后续章节中介绍）；后一类固体称为绍）；后一类固体称为非晶体非晶体，也叫无定形体。，也叫无定形体。 自然界中绝大多数的固态物质都是晶体，如自然界中绝大多数的固态物质都是晶体，如NaCl和石英等。只有少数的为非晶体，如玻璃、石蜡和沥和石英等。只有少数的为非晶体，如玻璃、石蜡和沥青等。青等。第一章第一章第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 非晶体往往是由于温度下降到液体的凝固点以下，非晶体往往是由于温度下降到液体的凝固点以下，而物质的质点来不及进行有规则的排列

45、形成的。非晶而物质的质点来不及进行有规则的排列形成的。非晶体的内部结构通常类似于液体内部结构，且它的聚集体的内部结构通常类似于液体内部结构，且它的聚集状态是不稳定的，在一定条件下会逐渐结晶化，如玻状态是不稳定的，在一定条件下会逐渐结晶化，如玻璃长时间后会变得混浊不透明。璃长时间后会变得混浊不透明。 晶体和非晶体特性的晶体和非晶体特性的异同点异同点主要表现在以下几个方主要表现在以下几个方面：面： （1）晶体和非晶体的可压缩性和扩散性均很差。）晶体和非晶体的可压缩性和扩散性均很差。 （2）完整晶体具有固定的几何外形，而非晶体则）完整晶体具有固定的几何外形，而非晶体则没有。没有。第二节第二节 液体、

46、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章 （3）晶体具有固定的熔点，非晶体则没有固定的）晶体具有固定的熔点，非晶体则没有固定的熔点。非晶体被加热到一定温度后开始软化，流动性熔点。非晶体被加热到一定温度后开始软化，流动性增加，直至最后变成液体。从软化到完全熔化，要经增加，直至最后变成液体。从软化到完全熔化，要经历一段较宽的温度范围。历一段较宽的温度范围。 （4）晶体具有各向异性，许多物理性质，如光学、）晶体具有各向异性，许多物理性质，如光学、导热性、导电性和溶解作用等在晶体的不同方向上测导热性、导电性和溶解作用等在晶体的不同方向上测定时，是各不相同的。如石墨晶体易沿着层状结构方定时，是各

47、不相同的。如石墨晶体易沿着层状结构方向断裂，石墨的层向导电能力远远高于竖向导电能力。向断裂，石墨的层向导电能力远远高于竖向导电能力。晶体的各向异性是其内部粒子有规律排列的反映。非晶体的各向异性是其内部粒子有规律排列的反映。非晶体则表现出各向同性。晶体则表现出各向同性。第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第一章第一章三、等离子体三、等离子体 等离子体等离子体实际是部分电离状态的气体。电离是指实际是部分电离状态的气体。电离是指中性气体的原子（或分子）电离成离子和自由电子。中性气体的原子（或分子）电离成离子和自由电子。物质处于等离子态时，原子或分子部分或全部发生电物质处于等离子态

48、时，原子或分子部分或全部发生电离，等离子体就是由足够多的正、负带电粒子组成的。离，等离子体就是由足够多的正、负带电粒子组成的。从宏观的角度上看，等离子体是电中性的。从宏观的角度上看，等离子体是电中性的。 在地球上的自然界中等离子态是较少的，然而在在地球上的自然界中等离子态是较少的，然而在整个宇宙中却是很常见的，因在强烈的辐射作用下，整个宇宙中却是很常见的，因在强烈的辐射作用下，物质多半是以等离子态存在的。物质多半是以等离子态存在的。第一章第一章第二节第二节 液体、固体和等离子体液体、固体和等离子体 第三节第三节 物质聚集状态的相互转化物质聚集状态的相互转化一、物质的相一、物质的相 系统中物理性

49、质和化学性质完全相同的系统中物理性质和化学性质完全相同的(组成均一组成均一的的)部分，称为一个部分，称为一个相相。系统中若只存在一个相，称为。系统中若只存在一个相，称为单相系统单相系统；若同时存在二个或二个以上的相，称为；若同时存在二个或二个以上的相，称为多多相系统相系统。如气体的混合物，。如气体的混合物，NaCl，KOH和葡萄糖等的和葡萄糖等的水溶液属单相系统。而由几种不同的固体混合起来的水溶液属单相系统。而由几种不同的固体混合起来的系统属于多相系统系统属于多相系统(合金等固溶体除外合金等固溶体除外)，如，如CaCO3和和CaO的混合系统。的混合系统。第一章第一章二、水的相图二、水的相图 水

50、的相图由三个区、三条线和一个点构成，如图水的相图由三个区、三条线和一个点构成，如图1-6所示。所示。图1-6 水的相图1图图1-6 1-6 水的相图水的相图第三节第三节 物质聚集状态的相互转化物质聚集状态的相互转化第一章第一章 图中的图中的AOC（I）为气态水稳定存在的区域；）为气态水稳定存在的区域；BOC（II）区是液态水稳定存在的区域；）区是液态水稳定存在的区域；AOB（III）区为）区为固态水（冰）的稳定存在区。固态水（冰）的稳定存在区。I、II 和和III区又分别叫水区又分别叫水的气相、液相和固相区。的气相、液相和固相区。 C点点称为称为水的临界点水的临界点，此点的温度称为临界温度，此点的温度称为临界温度（647.3 K），此点的压力称为临界压力（），此点的压力称为临界压力（2.2 107 Pa）。）。在临界点时，气态和液态的界面消失。在临界点时，气态和液态的界面消失。 O点点就叫做就叫做水的三相点水的三相点。三相点所对应的温度（。三相点所对应的温度（0.01 ）和压力（）和压力（0.611 kPa）下，固、液和气三态可以共）下，固、液和气三态可以共存，即三态处于平衡状态。存，即三态处于平衡状态。 第三节第三节 物质聚集状态的相互转化物质聚集状态的相互转化第一章第一章 OD线为线为OC线的反向延长线。水冷却到线的反向延长线。水