中国药科大学大学化学第五章物质的聚集状态课件

第五章物质的聚集状态物质的状态：固体液体气体等离子体（Plasma）

分子间作用力减弱（三）阿伏伽德罗（Avogadro）定律在相同的温度和压力下，等体积的任何气体都含有相同数目的分子

Boyle定律：PV=常量（T,n恒定）Charles-Gay-Lussac定律：

V/T=常量（P,n恒定）Avogadro定律：V/n=常量（T,P恒定）二理想气体的状态方程（Stateequationofidealgas)P:气体的压力（Pa)V:气体的体积（m3)n:气体的物质的量(mol)T:气体的热力学温度(K)R:摩尔气体常数

(8.315J.mol-1.K-1)Vm:气体的摩尔体积(m3/mol)假定：分子不占有体积分子间作用力忽略不计

在任意温度和压力下都遵守理想气体状态方程的气体称为理想气体方程的其它形式：M：气体的摩尔质量(kg/mol)ρ:气体的密度(kg/m3)

自然界中并不存在真正的理想气体，它是实际气体在p→0的一种极限情况。理想气体状态方程式：

pV=nRT

R----

摩尔气体常量在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.414×10-3m3R的取值随压力单位的变化而不同

8.31kPa·dm3·mol-1·K-1

0.0821atm·dm3·mol-1·K-18.315J·mol-1·K-1

理想气体状态方程式的应用1.计算p，V，T，n四个物理量之一。用于温度不太低，压力不太高的真实气体。2.气体摩尔质量的计算3.气体密度的计算=①道尔顿分压定律（Dolton’slawofpartialpressure)Define:在气体混合物中

pB:气体B的分压p：混合气体的总压

xB:气体B在混合气中的摩尔分数此定义既适用于理想气体也适用于实际气体

在理想气体混合物中，某一组分B的分压即为该气体在与混合气同样温度下，单独占有混合气总体积时的压力A(g)+B(g)T,V,p,xBB(g)T,V,pBA(g)T,V,pAＴ、Ｖ一定，气体Ａ：nA,PA=nA(RT/V)

气体B：nB,PB=nB(RT/V)

Ｐ总=PA+PB=(nA+nB)(RT/V)∵PA/Ｐ总=nA/(nA+nB)=nA/n总∴PA=（nA/n总）Ｐ总单独混合后PAPBP总A(g)T,P,V1B(g)T,p,V2+A(g)+B(g)T,p,V1+V2定义：在气体混合物中，组分B的分体积：VB

：气体B的分体积V:混合气的总体积xB:气体B在混合气中的摩尔分数混合气体分体积定律Ｔ、P一定，气体Ａ：nA,VA=nA(RT/P)

气体B：nB,VB=nB(RT/P)V总=VA+VB=(nA+nB)(RT/P)VA/V总=nA/(nA+nB)=nA/n总

∴

VA=(nA/n总)V总

又∵PA/Ｐ总=nA/n总（T,V一定）∴VA=V总(PA/Ｐ总)（T,P一定）TPVAVBnA理想气体Ａ、Ｂ的混合单独

nB混合后

V总P总=PVAVB例

A、B两种气体在一定温度下，在一容器中混合，混合后下面表达式是否正确？PAVA=nARTPV

=nARTPVA=nARTPAV

=nARTPA(VA+VB)=nART(PA+PB)

VA=nART否否是是是是P总V分=P分V总=n分RT①实际气体与理想气体会产生偏差四实际气体（Realgas)②偏离理想气体的程度，取决于：温度：T增加，趋向于理想气体压力：P减小，趋向于理想气体气体的性质：沸点愈高与理想状态偏差愈大

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。范德华方程校正的理想气体方程

两种或两种以上的物质以分子形态相互混合成均匀的分散体系称为溶液(solution)

一般在溶液中含量最多的一种物质称为溶剂(solvent)，其余的物质称为溶质(solute)溶液气态溶液(气体混合物）液态溶液固态溶液(固溶体)

若固体或气体溶于液体而形成溶液，则一般将固体或气体称为溶质，而将液体称为溶剂。溶液电解质溶液(electrolytesolution)非电解质溶液(non-electrolytesolution)

溶解过程是一个特殊的物理-化学过程，常伴随着能量、体积、颜色等变化③摩尔分数某种组分物质的量与总物质的量之比④质量分数某组分的质量与总质量之比⑤摩尔比溶质的物质的量与溶剂的物质的量之比⑥质量浓度溶质的质量除以溶液的体积⑦溶解度(s)100g溶剂中所能溶解溶质的溶质的最大质量（g）（1）液体的蒸气压三液体的蒸汽压和沸点

(Thevaporpressureandboilingpointofliquid)蒸发:液体表面的气化现象叫蒸发（evaporation)。LiquidVapor

在一定的温度下，当液体与其蒸气平衡(即液体的蒸发速率与其蒸气的冷凝速率相同）时,液体上方蒸气的压力称为该温度下此液体的饱和蒸气压(简称为蒸气压)。“动态平衡”液体的蒸汽压与温度的关系（2）液体的沸点

沸点与外界压力有关。外界压力等于101kPa(1atm)时的沸点为正常沸点，简称沸点。

当温度升高到蒸气压与外界气压相等时，液体就沸腾，这个温度就是沸点。热源沸腾是在液体的表面和内部同时气化。P例：水的沸点为100°C，但在高山上，由于大气压降低，沸点较低，饭就难于煮熟。

而高压锅内气压可达到约10atm，水的沸点约在180°C左右，饭就很容易煮烂。

“过热”液体：温度高于沸点的液体称为过热液体，易产生爆沸。

蒸馏时一定要加入沸石或搅拌，以引入小气泡，产生气化中心，避免爆沸。（1）拉乌尔定律Raoult’sLaw(1886)四稀溶液的实验定律-Raoult’sLaw

在稀溶液上方的平衡气相中,溶剂的蒸气压等于该温度下纯溶剂的蒸气压与它在溶液中的摩尔分数的乘积。pA*:在溶液所处的温度和压力下,纯溶剂的蒸气压适用于含有非电解质溶质(难挥发或不挥发的）的稀溶液。xB=nB/nA稀溶液nA～n总mB=nB/(MA×nA×10-3)MA:溶剂的质量⊿p=PA﹡MAmB/1000=KmB常数Definition:

任一组分在全部浓度范围内都遵守Raoult定律的液体混合物（溶液）称为理想液体混合物（理想溶液）。五难挥发非电解质稀溶液的依数性依数性包括蒸气压降低沸点升高凝固点降低渗透压依数性的数值仅与溶液中溶质的质点数（浓度）有关，而与溶质的特性无关，故称这些性质为依数性。1溶液的蒸气压下降蒸发：液面上能量较大的分子克服液体分子间的引力从表面逸出，成为蒸气分子，又称气化。(1)蒸气压液体分子蒸气分子凝聚：液面上的空间中蒸气分子不断运动时，某些蒸气分子可能撞到液面，为液体分子所吸引而进入液体中的过程。P(H2O)蒸气分子液体分子V(蒸发)=V(凝聚)液体和蒸气处于平衡状态，此时，蒸气所具有的压力叫做该温度下液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。H2O(l)H2O(g)蒸发凝聚H2O(g)所具有的压力P(H2O)即为该温度下的蒸气压373k时，P(H2O)=101.325kPa。(2)蒸气压下降

同一温度下，溶有难挥发溶质B的溶液中，溶剂A的蒸气压力总是低于纯溶剂A的蒸气压力。蒸气分子液体分子溶质分子

原因在于溶剂的一部分表面被溶质微粒占据，使得单位时间内从溶液中蒸发的分子减少，使得溶液的蒸发速率降低。

同一温度下，纯溶剂的蒸气压力与溶液的蒸气压力之差叫做溶液的蒸气压下降。拉乌尔定律：

在一定温度下,难挥发的非电解质稀溶液中的蒸气压下降(ΔP)与溶质的摩尔分数成正比。⊿p=PA﹡MAmB/1000=KmB沸点（bp:boilingpoint）：当某一液体的蒸气压力等于外界压力时，液体沸腾，此时的温度称为沸点。凝固点（fp:freezingpoint）：某一物质的液相蒸气压力和固相蒸气压力相等时的温度。固相蒸气压力>液相蒸气压力固相液相固相蒸气压力<液相蒸气压力液相固相一切可形成晶体的纯物质，在给定的条件下，都有一定的凝固点和沸点。但溶液的情况并非如此，一般由于溶质的加入使溶剂的凝固点下降，溶液的沸点上升；而且溶液越浓，沸点和凝固点改变越大。2溶液的沸点上升和凝固点下降P(H2O,g)/PaT/K101325373.15273.15611水和冰的蒸气压力曲线水冰373.15K时，水的蒸气压力与外界相等，水沸腾273.15K时，水的蒸气压力与冰的蒸气压力相等，水凝固P(H2O,g)/PaT/K101325373.15273.15611水和冰的蒸气压力曲线水冰溶质的加入使溶液的蒸气压力下降P(H2O,g)/PaT/K101325611水溶液的沸点上升和凝固点下降示意图水冰TfpTbpΔTbpΔTfp沸点增加凝固点降低ΔTbpΔTfp溶液

实验和理论都证明：含有非挥发性非电解质溶质的稀溶液，其沸点Tb要高于纯溶剂的沸点Tb*。其升高值正比于溶质的质量摩尔浓度。沸点升高(Boiling–PointElevation)ΔTb=Kb

·mB

沸点升高常数溶质的质量摩尔浓度沸点升高值只与溶剂的性质有关而与溶质的性质与数量无关

在含有非挥发性非电解质溶质的稀溶液中,凝固点的降低值正比于溶质的质量摩尔浓度。

凝固点降低(Freezing–PointRepression)ΔTf=Kf

·mB

凝固点降低常数溶质的质量摩尔浓度凝固点降低值只与溶剂的性质有关而与溶质的性质与数量无关例：293.2K,乙醚的蒸气压为

58.95kPa。今在100g

乙醚中溶入某非挥发性有机物10g，乙醚的蒸气压降低到56.79kPa，试求该非挥发性有机物的摩尔质量。MB=195g.mol-1解⊿P=PA﹡xB3、渗透现象与渗透压(OsmosisandOsmoticpressure)

1748年，法国物理学家J.A.Nollet首次发现渗透现象

1830年，法国生物学家R.J.HenriDutrochet第一次对渗透现象进行半定量研究，并将渗透现象命名为osmosis

1867年，德国生物化学家M.Traube制出了真正的半透膜

1877年，德国植物学家W.Pfeffer对蔗糖的渗透压进行了广泛的定量测定测定

1884年，荷兰植物学家H.M.deVries研究了植物的渗透现象渗透压渗透：溶液通过半透膜进入溶液的单方向扩散过程半透膜溶液纯水

由渗透压形成的液面差F

所加压力F就是该溶液的渗透压渗透压：为维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力半透膜溶液纯水

产生渗透作用必须满足二个条件。①