无机化学 第一章 气体和溶液

主讲：蒋静院系:化学化工学院无机化学其任务主要是了解生物的化学组成、结构及生命过程中各种化学变化。通过研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。在分子水平上研究生命现象的科学。运用化学的理论和方法研究生命物质的边缘学科。生物学的研究越来越离不开化学原理、化学知识和化学分析技术。一、教材

《无机及分析化学》(第4版)

编写:南京大学《无机及分析化学》编写组

出版:高等教育出版社于2004年12月出版教学简介二、主要参考书目1.《无机化学》

武汉大学、吉林大学编，高等教育出版社2.《无机化学》

北师大、华中师大等编，高等教育出版社三、学习内容无机化学主要内容:

两原理：

化学热力学原理化学动力学原理

两结构：原子结构分子结构

四大平衡：酸碱平衡，沉淀溶解平衡氧化还原平衡，配位平衡四、教学安排教学计划：32学时，2学分。

授课安排：每周5学时，共计6周。课程考核：总成绩=期末考试成绩（80分）+平时成绩（20分）

注：平时成绩考察范围1、上课出勤（缺一次扣2分）2、回答问题3、作业完成情况（包括每章小结、每章习题）

(作业缺一次扣2分)（一）考勤10%（二）作业10%（三）期终考试80%中学大学每节课的内容少，练习多，在课堂上能听懂掌握每节课的内容多，练习少，在课堂上不能完全听懂，课后认真看书，做习题学习有老师、家长督促老师课后辅导时间较多，有问题可及时问老师五、怎样学好无机化学１、大学教学和中学教学不同之处老师课后辅导时间较少，有问题要靠自己多动脑，多与同学讨论完全靠自觉2．学习方法积极培养学习的兴趣；记忆与理解相互促进；注重阅读和练习；注重学习科学思维的方法和实验技能；注重与生物学功能的联系。第一章气体和溶液

物质的存在状态通常有三种：气态、液态和固态。本章重点介绍气体和溶液的一些基本规律。1.1对气体而言，主要掌握理想气体状态方程式和道尔顿分压定律的应用。1.2对溶液而言，主要掌握稀溶液的“依数性”的公式和应用。1.3对胶体溶液而言，主要了解其相关性质。（自学）1.1气体表征气体的物理量有：压强(P);体积(V);温度(T);物质的量(n)等；PV=nRT对于理想气体而言，它们遵循以下关系：这些物理量之间是密切相关的。理想气体状态方程式一、理想气体状态方程式PV=nRT1.各物理量的单位一定要取国际单位制：P单位为Pa（或kPa)；V单位为m3；n单位为mol;

T单位为K；m单位为Kg2、气体摩尔常数（R）的单位和取值使用注意以下三点：1.1气体气体摩尔常数（R）的单位和取值根据阿佛加德罗定律,1mol气体在标准状况下的体积为22.4L。R=8.315(Pa·m3·mol-1·K-1)或R=8.315(KPa·L·mol-1·K-1)或R=8.315(J·mol-1·K-1)理想气体实际气体分子本身无体积分子本身有体积分子间无作用力分子间有作用力实际不存在在高温（高于273K)和低压下（几个大气压）下近似为理想气体3、运用对象：理想气体和高温低压下的实际气体强调：在高温（高于273K)和低压下（几个大气压）下的实际气体可以近似为理想气体理想气体状态方程应用：（1）直接计算（2）推论a.求气体的相对分子量b.求气体的密度请推导：等温等压下密度之比等于分子量之比。若已知P、V、n、T中的三个变量，可求剩余的一个变量。推导：等温等压下密度之比等于分子量之比。气体1：气体2：由于等温等压下，T1=T2;P1=P2例1-1（P2):一学生在实验中，在73.3kPa和25℃下收集得

250mL某气体。在分析天平量，得气体净质量为0.118g。求这种气体的相对分子量。解：

例1-2：在1000℃和97kPa压力下，硫蒸气的密度是0.5977g

L-1。试求：（1）硫蒸气的摩尔质量，（2）硫蒸气的化学式。硫蒸气的化学式为S2解:（1）只有一种气体有A和B两种气体要计算该气体压强：混合气体的总压？各组分气体的分压？二、道尔顿分压定律1、道尔顿分压定律的内容（1）P总=各组分的分压之和（2）P分=某组分在同一温度下单独占有该混合气体体积时的压力A和B组成的混合气体，体积为V混；温度为T混2.道尔顿分压定律推论结论：理想气体状态方程式不仅适用于单组分的气体，也适用于混合气体。推论1：推论2：可见，求A组分的分压有①③两种方法，根据题目中的已知条件选用。常见的排水法收集气体，收集到的是该温度下的饱和水蒸气和某气体的混合物。p总=p气+

p水蒸气例1-3（p.3)：在17℃，99.3kPa的气压下，用排水集气法收集氮气150mL。求在标准状况下该气体经干燥后的体积。解：在水面上收集气体，测出的压力是饱和水蒸气压和气体压力之和。

查表1-1，17℃时饱和水蒸气压力为1.93kPa例1-4（p.4)：在25℃下，将0.100mol的O2和0.350molH2装入3.00L的容器中，通电后氧气和氢气反应生成水，剩下过量的氢气。求反应前后气体的总压和各组分的分压。解：反应前根据：2H2+O2=2H2O

通电时0.100molO2只与0.200molH2反应生成0.200molH2O,还剩余0.15molH2。液态水所占体积与容器体积相比可忽略不计，但因此产生的饱和水蒸气压却必须考虑。因此反应后：

例1-5：25℃时，初始压力相同的5.0L氮和15.0L氧压缩到体积为10.0L的真空容器中，混合气体总压力是150kPa，试求（1）两种气体的初始压力（2）混合气体中氮和氧的分压（3）如果把温度升到210℃，容器的总压力。解：1.2溶液一、浓度的几种表示方法（溶质为A；溶剂为B)1.

物质的量浓度(c)

2.摩尔分数（X）推广：溶质和溶剂的摩尔分数之和=13.质量摩尔浓度（b）分子为溶质的摩尔数(mol);分母为溶剂的质量(kg)稀溶液中，XA、C与b之间的关系：XA=b·MB(MB单位为Kg·mol-1)C=b(C单位为mol·L-1)XA=b·MB的推导过程:XA=b×MB稀溶液中,nA+nB≈nB稀溶液中,m溶液=m溶剂(kg)

ρ溶液=ρ水=1Kg·L-1C≈b

的推导过程:溶液的性质不同于溶剂、溶质，可分为两类：①由溶质本身引起的：酸碱性、颜色、导电性、密度；②由溶液组成引起的，即溶质与溶剂的粒子数引起的，与溶质的本性无关。各种溶液各有其特性，但有几种性质是一般稀溶液所共有的。这类性质只与浓度有关，或者是与溶液中的“粒子数”有关，而与溶质的本性无关，Ostwald称其为“依数性”，即稀溶液的依数性，亦称为稀溶液的通性。二、稀溶液的通性稀溶液的通性：稀溶液的某些性质，只与浓度有关，而与溶质的本性无关，也称之为稀溶液的依数性。理解：(1)

溶质为难挥发的物质(2)只限于稀溶液（c≦0.1mol·L-1)(3)某些性质（溶液的蒸气压下降;沸点升高;凝固点降低;渗透压）(4)只与浓度有关，与溶质的本性无关。(5)依数性：依赖于溶质质点数目（即浓度）的性质。(一)、溶液的蒸气压下降纯水的蒸汽压(PB*):

当V蒸发=V凝结时，气相和液相达到平衡，此时水蒸气所产生的压强称为在该温度下水的饱和蒸气压，简称为蒸气压，用符号PB*表示.

纯水的蒸汽压,只与温度有关,见表1-1（P4).(溶质为A;溶剂为B)即：P溶液<PB*(纯溶剂）

难挥发溶质形成的溶液中，溶剂分子仍然发生蒸发和凝结,当蒸发和凝结达到动态平衡时气相中水蒸气分子所产生的压强为溶液的蒸汽压.

溶液的蒸汽压(P):(注意：由于溶质难挥发，溶液的蒸气中只含有溶剂分子)实验证明:在一定温度下，稀溶液的蒸气压与溶剂的摩尔分数成正比。P溶液<P*(纯溶剂）溶质为A;溶剂为B(1)可见，稀溶液的蒸气压下降(ΔP)与溶液的质量摩尔浓度正比，与溶质的本性无关,称为拉乌尔定律。稀溶液蒸气压的下降量:（由于XA=b·MB）(2)(3)(二)、溶液的沸点升高沸点(Tb):

液体的蒸气压等于外界压时的温度。如没有特殊说明，P外=1.01×105Pa时的沸点。纯水的沸点：100

℃溶液的沸点：高于纯溶剂的沸点。稀溶液的沸点升高示意图即：Tb(溶液)

>Tb*(纯溶剂）实验表明,稀溶液沸点升高与溶液的质量摩尔浓度成正比.

ΔTb=Tb（溶液）–Tb*(纯溶剂）

ΔTb

=Kbb

Kb:沸点升高常数。只与溶剂的本性有关，单位：K·kg·mol-1。常见溶剂的Kb

见表1-2（P8)。(三)、溶液的凝固点降低凝固点(Tf):液相和固相共存时的温度.从蒸气压角度而言,固相的蒸气压=液相的蒸气压时的温度.溶液的凝固点（Tf)：需说明：溶液凝固时，只是溶剂凝固了，固相是纯冰；溶质还是溶解在溶剂中。纯水的凝固点（Tf*)

:常压下,固液两相达成平衡时的温度(0℃);即：Tf(溶液)

<Tf*(纯溶剂）因为:在0℃时P水=611Pa=P冰

(冰的固相蒸气压见P7).稀溶液的凝固点下降示意图稀溶液的凝固点降低：

Kf：凝固点降低常数，只与溶剂的本性有关。单位：K·kg·mol-1常见溶剂的Kf

见表1-2（P8)。ΔTf

=Kf

bΔTf=Tf(纯溶剂)

-Tf*(溶液)思考题：

答：高于100℃(1)某稀糖水沸腾的温度稍高或低于100℃？在沸腾的过程中温度是否保持恒定?(2)某稀糖水凝固的温度稍高或低于0℃？在凝固的过程中温度是否保持恒定?

开始有固体出现，此为何物？

答：否

答：低于0℃

答：否

答：纯冰凝固点降低的应用2.科学实验中,保持-5℃,制冷剂可用1.生活中，北方冬天为防止水在水箱、或仪器中结冰，4.测未知道物分子量(例1-4

）3.往冰雪覆盖的路面上撒盐以除冰。冰+盐水混合物往往加甘油等；例1-4.将5.0

g某纯净试样溶于250g苯中，测得该溶液凝固点为4.51℃

。求该试样的相对分子质量（纯苯的凝固点为5.53℃）。解：（四）渗透压渗透压产生示意图：放置一段时间后结论：水分子从纯水向蔗糖溶液渗透。为什么会产生这种渗透现象？把溶剂分子通过半透膜自动向溶液扩散的过程称为渗透。(1)半透膜：选择性地让某些物质通过的膜，如膀胱膜、细胞壁等。半透膜的作用：允许水分子通过，而不让蔗糖分子通过；从而保证半透膜两边溶液的浓度不同。为什么会产生这种渗透现象？（2）渗透现象产生过程蔗糖溶液纯水单位体积内水分子数少多水分子开始扩散出去的速率慢快液面升高降低慢快随着液面变化，水分子扩散出去的速率加快减慢最后两边水分子的扩散速率相等，达到渗透平衡。总结：渗透产生的条件：（1）半透膜的存在（2）半透膜两侧的溶液浓度不相等。渗透的结果：缩小膜两侧的浓度差渗透方向：溶剂分子从纯溶剂→溶液，或是从稀溶液→浓溶液。（3）渗透压的计算渗透压：两边的液面静压差。用符号π表示，单位：KPa或PaΠV＝nRT或

Π＝bRT

Π＝CRT(因为稀溶液中，C=b)

强调：浓度：mol·L-1或mol·Kg-1；渗透压π:KPa；R=8.315(KPa·L·mol-1·K-1)例1：将2.00g蔗糖(C1