大学无机化学基础知识课件

1、 第 2 章 化学基础知识气 体123液体和溶液固 体主 要 内 容21 气 体211 理想气体的状态方程 用来描述气体状态的物理量压强 p 帕斯卡 Pa （Nm2）温度 T 开尔文 K体积 V 立方米 m3物质的量 n 摩尔 mol （1） 忽略分子本身体积，将分子看成有质量的几何点。 理想气体模型的两个假设 （2） 忽略分子间作用力。 且分子与分子之间、分子与器壁之间的碰撞，是完全弹性碰撞 无动能损失。 高温低压下的实际气体接近于理想气体。 在高温和低压下，实际气体分子间的距离相当大，气体分子自身的体积远远小于气体占有的体积，此时分子间作用力极弱。玻意耳定律 当 n 和 T 一定时，气体的

2、 V 与 p 成反比。1V p盖吕萨克定律 当 n 和 p 一定时，气体的 V 与 T 成正比。 V T V n当 p 和 T 一定时，气体的 V 和 n 成正比。 阿伏伽德罗定律 V nT p 综合以上三个经验公式，得实验测得，其比例系数是 R， 则 V = nRTp即 pV = n RT 此式称为理想气体状态方程式。1V pV T V n nT pV R = 得由 pV = n RT 若压强 p 的单位为 Pa 体积 V 的单位为 m3 温度 T 的单位为 K 物质的量 n 的单位为 mol 则 R = 8.314 J mol1 K1 若压强用 Pa 体积用 dm3 温度用 K 物质的量用

3、 mol 为单位，则 R = Pa dm3 mol1 K1 8.314 103 nT pV R = 解：依据题意可知 V1 = V2 ， n1 = n2 则当温度达到 900 K 以上时，烧瓶会炸裂。例21 一玻璃烧瓶可以耐压 3.04 105 Pa ，在温度为300 K 和压强为 1.013 105 Pa 时，使其充满气体。问在什么温度时，烧瓶将炸裂。 此时p1p2T1T2=即 T2 = p2p1T13.04 105 Pa 300 K1.013 105 Pa= 900 K例 22 27 和 101 kPa下，1.0 dm3 某气体质量为 0.65 g。求它的相对分子质量。 由 pV = nR

4、T 解：设气体的摩尔质量为 M，气体的质量为 m，则该种气体的物质的量为 n = mM则 M = mRTpV得 RT pV n =即 = RT pV M m由 M = mRTpVM = 0.65 g 8.314 J mol 1 K 1 300 K101 103 Pa 1103 m3= 16 g mol 1所以该气体的相对分子质量为 16。212 实际气体的状态方程（1） 实际气体分子间的引力不容忽视；（2） 实际气体分子自身的体积不容忽视。 实际气体的压力 p实 是碰撞器壁的分子受到内层分子的引力，不能自由碰撞器壁的结果。 所以有 p实 x质， 则bB =nBmA质量摩尔浓度：摩尔分数 x质

5、= n质n质 + n剂 n溶质n溶剂x质 = n质n质 + n剂对于水溶液 ，当溶剂为 1 kg 时，即 即对于稀溶液，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。 n质 在数值上与质量摩尔浓度 b质 相等 n剂 = = 55.6 mol ，1000 g18 g mol -1 n质n剂 b质55.6 x质 =令 k = ， 则 x质 k b1 55.6 将纯溶剂置于密闭容器中，它将挥发，液面上方的空间被溶剂分子逐渐占据，上方空间里溶剂分子数逐渐增加，蒸气密度增大，压强也增大。222 饱和蒸气压 1 纯溶剂的饱和蒸气压 随着上方空间里溶剂分子个数的增加，分子凝聚回到液相的机会增加。 当凝聚速度和蒸发速

6、度相等时，上方空间的蒸气密度不再改变，体系达到动态平衡。同一液体，温度越高，蒸气压越大。 饱和蒸汽压属于物质的性质。液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关。 此时，蒸气的压强也不再改变。这个压强称为该温度下溶剂的饱和蒸气压，用p* 表示。 溶剂的表面 溶液的表面 难挥发溶质的分子溶剂分子2 溶液的饱和蒸气压 溶液表面单位时间内蒸发的溶剂分子的数目小于纯溶剂蒸发的分子数目。 当溶液中有难挥发的溶质时，则有部分溶液表面被溶质分子占据。 当凝聚的分子数目与蒸发的分子数目相等时，实现平衡，蒸气的密度及压强不会改变。 这种平衡状态下的饱和蒸气压 p 小于纯溶剂的 p*。 在一定的温度下，难挥发非电解质稀

7、溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。p p* x剂 拉乌尔定律 （F. M. Raoult） 溶液的饱和蒸气压与纯溶剂的饱和蒸气压之间的数量关系与物质的本性无关。 只与溶质的数量有关。 在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。 这类性质称为依数性。1 蒸气压降低故 p p*x质 由 p p* x剂 可得 p p*（1x质）223 稀溶液的依数性 可得 p* p p* x质 在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的饱和蒸气压下降值 p 与溶质的摩尔分数成正比。 p p*x质 对于稀溶液，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。 x质 k

8、 b故 p = k b 在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的饱和蒸气压的降低值与稀溶液的质量摩尔浓度成正比。所以 p = p* k b令 k = p*k p p*x质x质 k b2 沸点升高和凝固点降低 沸腾 当液体饱和蒸气压力等于外界的压力时，表面和内部同时气化的现象。 沸点 液体沸腾过程中的温度。 凝固点 液体凝固成固体（严格说是晶体）的温度。 熔 解 固体 液体 凝 固 凝固点时，液体和固体的饱和蒸气压相等。 若 p固 p液， 则平衡右移，固体熔解; p固 373 K），溶液的饱和蒸气压才达到 1.013 105 Pa，溶液才沸腾。1.013 10 5611T2AA 水BB 水溶液AB

9、 冰p/Pa T/KAABB273373T1结论 稀溶液沸点比纯溶剂升高。1.013 10 5611T2AA 水BB 水溶液AB 冰p/Pa T/KAABB273373T11.013 10 5611T2AA 水BB 水溶液AB 冰p/Pa T/KAABB273373T1 冰线和水线的交点 A 处，冰和水的饱和蒸气压相等。此点 T = 273 K， 称为水的凝固点，亦称为冰点，此时 p 611 Pa。AABBT22733731.013 10 5611AA 水BB 水溶液AB 冰p/Pa T/KT1 在 273 K 时，溶液饱和蒸气压低于冰的饱和蒸气压，即 p冰 p溶 ，溶液此时尚未达到凝固点。结

10、论 稀溶液凝固点比纯溶剂低。 只有降温到 T2（ 273 K ）时，溶液才达到凝固点。AABBT22733731.013 10 5611AA 水BB 水溶液AB 冰p/Pa T/KT1 溶液的饱和蒸气压的降低，导致溶液沸点升高、凝固点降低。即 Tb = Tb Tb*用 Tb 表示沸点升高值， 溶液沸点升高值、凝固点降低值与溶液的饱和蒸气压降低值成正比。故 Tb = k p 其中 kb 为沸点升高常数，与溶剂的种类有关， 单位是 K kg mol -1。得到沸点升高公式 Tb = kb b和 p = kb由 Tb = k p令 kb = k k得 Tb = k kb b 为稀溶液的质量摩尔浓度。

11、 Tf 表示凝固点降低值， 即 Tf = Tf * Tf 与沸点升高公式相类似，有凝固点降低公式 Tf = kf b 其中 kf 为溶剂凝固点降低常数，与溶剂的种类有关，单位是 K kg mol -1。 b 为稀溶液的质量摩尔浓度。3 渗透压水半透膜糖水 半透膜的特点：只允许溶剂 H2O 分子透过，而不允许溶质蔗糖分子透过。水 糖水 放置 发生渗透现象，即溶剂透过半透膜，进入溶液的现象。 渗透现象产生的原因： 两侧静压相等时，半透膜两侧透过的水分子数不等，单位时间里，进入蔗糖溶液的水分子比从蔗糖溶液进入水中的水分子多些。渗透现象发生以后： （1） 水柱的高度降低，静压减小，使右行水分子数目减少

12、; （2） 蔗糖溶液柱升高，静压增大，使左行水分子数目增加。 水糖水 （3） 蔗糖溶液变稀，半透膜右侧的水分子的比例增加，亦使左行水分子数目增加。 当过程进行到一定程度时，右行和左行的水分子数目相等。水柱不再降低，同时蔗糖溶液柱亦不再升高，达到平衡。水糖水水糖水 达到平衡时，液柱高度差造成的静压称为溶液的渗透压。用 表示。 渗透压公式 = cRT具有渗透压，是稀溶液的依数性质。 渗透压 kPa c 溶质物质的量浓度 mol dm -3T 热力学温度 K或 V = nRT 则 R = 8.314 kPa dm-3 mol-1 K-1依数性计算公式的使用范围： 对于浓溶液或电解质溶液，这些现象同样

13、存在，但不再符合依数性的定量规律。难挥发非电解质稀溶液。4 稀溶液依数性的应用例29 在 26.6 g CHCl3 中溶解 0.402 g 难挥发性非电解质溶质，所得溶液的沸点升高了0.432 K。已知 CHCl3 的沸点升高常数为 3.63 Kkgmol-1，求该溶质的平均相对分子质量 Mr。解：由 Tb = kb b Tbkb b =3.63 K kg mol -1 0.432 K= = 0.119 mol kg -1故溶质的摩尔质量： 1000g CHCl3 中溶解的溶质的质量：0.402 g 1000 g26.6 g m = = 15.1 g 15.1 g 0.119 mol M =

14、127 g mol -1所以该溶质的平均相对分子质量 Mr 为 127。例210 为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的冰点下降到 253 K，则在每 1000 g 水中应加入甘油多少克？解： Tf = 273 K 253 K = 20 K Tfkf b =20 K 1.8 K kg mol -1 = = 10.75 mol kg -1 甘油的摩尔质量为 92 g mol -1。 所以，每 1000 g 水中应加入甘油的质量为根据题意，1000 g 水中应加 10.75 mol 甘油。 92 g mol -1 10.75 mol = 989 g 23 固体晶体：微观结构有规律排列的固体物质。非晶体（无定形）：微观结构排列无规律。 根据晶体中微粒之间相互作用的性质，可以将晶体分成 4 种基本类型：分子晶体、离子晶体、原子晶体和金属晶体。 各种晶体的基本性质见下表。晶体类