第五章物质的聚集状态

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1、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,第一节 气体,一 低压下气体的几个经验定律 （一）玻意耳（Boyle）定律 在一定的T时，V 1/p，或pV=C，等温线 （二）查理-盖吕萨克（Charles and Gay-lussac）定 律 绝对温标等压线,（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,

2、 P 恒定）,二 理想气体的状态方程（State equation of ideal gas),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) : 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p0 的一种极限情况。,理想气体的物理模型 气体的最基

3、本特征：可压缩性和扩散性。 人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。 理想气体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可以忽略。,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 = 273.15K n = 1.0 mol时, Vm = 22.414 L = 22.41410-3 m3,R 的取值 随压力单位的变化而不同 8.31 kPa dm3 mol-1 K-1 0.0821 atm dm3 mol-1 K-1,8.315J mol-1 K-1,理想气体状态方程式的应用,1. 计算p，V，T，n四

4、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, =, 道尔顿分压定律 （Doltons law of partial pressure),组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。,分压：组分气体B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B的分压。,Dalton分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。 p = p1 + p2 + ， 或 p = pB,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

5、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,xB,B(g) T ,V ,pB,A(g) T,V,pA, 阿马格分体积定律（Amagats Law of Partial Volume),混合气体中某一组分B的分体积VB是该组份单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。,A(g) T, P, V1,B(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

6、气中的摩尔分数,混合气体分体积定律,、P 一定， 气体：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/总 = nA/ n总 （T,V一定） VA= V总 (PA/总) （T,P一定）,TP,VA,VB,nA,理想气体、的混合,单独,nB,混合后,V总,P总= P,VA,VB,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 = nART P V = nART P

7、VA = nART PAV = nART PA (VA +VB) = nART (PA+PB) VA = nART,否 否 是 是 是 是,P总V分 = P分V总 = n分RT,例: NO2气冷却到室温时，它本身就会按下式反应 而生成一种二聚体N2O4，现将高温下的15.2克NO2 充入10.0dm3烧瓶，将此烧瓶冷却到25oC，测得烧 瓶中气体的总压力为50.65kPa，试求算NO2和N2O4 的分压及物质的量分数各为多少？, 实际气体与理想气体会产生偏差,四 实际气体（Real gas), 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

8、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,一种或几种物质分散在另一种物质之中 所组成的系统称为分散系统(Dispersed system),分 散 系 统,均相分散系统 (homogeneous ) 溶液,多相分散系统 (heterogeneous system),胶体,粗分散系统,第二节 溶液,一 溶液的形成,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

9、,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 ( electrolyte solution ),非电解质溶液 (non-electrolyte solution),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,二 溶液浓度的表示方法, 物质的量浓度 溶质的物质的量除以溶液的体积, 质量摩尔浓度 溶质的物质的量除以溶剂的质量, 摩尔分数 某种组分物质的量与总物质的量之比, 质量分数 某组分的质量与总质量之比, 摩尔比 溶质的物质的量与溶剂的物质的量之比, 质量浓度

10、 溶质的质量除以溶液的体积 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 ( The vapor pressure and boiling point of liquid),蒸发: 液体表面的气化现象叫蒸发 （evaporation)。,Liquid Vapor,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 101 kPa (1 at

11、m) 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10 atm，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 Raoults Law (1886),四 稀溶液的实验定律- Raoults Law,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

12、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 nAn总,mB=nB/(MAnA10-3) MA:溶剂的质量,p=PAMAmB/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

13、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,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。,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(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

14、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(P)与溶质的摩尔分数成正比。,p = PAMAmB/1000 = K mB,沸点（bp: boiling point）：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: freezing point）：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

15、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)/Pa,T/K,101325,373.15,273.15,611,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)/Pa,T/K,101325,373.15,273.15,611,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)/Pa,T/K,101325,611,水溶液的沸点上升和凝固点下降示意图,水,冰,Tfp,Tbp,Tbp,Tfp,沸点增加 凝固点降低,Tbp,Tfp,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 Point Elevation ),Tb =