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1、2.1 气体,2.2 液体,2.3 固体,第二章 物质的状态,2.1 气体,2.1.1 理想气体状态方程,2.1.2 气体分压定律,2.1.3 气体扩散定律,气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性。,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。分子间及分子与器壁间的碰撞不造成动能损失。,2.1.1 理想气体状态方程式,在描述气体状态时，常用以下物理量： 气体物质的量（n）单位（mol） 气体的体积（V）指气体所在容积的体积 气体的压力（p）气体分子无规则运动时， 对器壁发生碰 而产生了 气体的压力。
2、气体的温度（T）热力学温度（K）,（2）当n,T一定时 V 1p p1V1= p2V2 波义耳定律 当n，p一定时 V T V1V2=T1T2 查理 -盖吕萨 克定律 当p，T一定时 V n n 1n2 =V1 V 2 阿佛加德罗定律,综合以上三式，可合并为 V nTP 实验测得比例系数为R，则 V = nRT p 通常写成 pV = nRT 理想气体状态方程,单位：p -Pa V -m3 T-K n-mol 理想气体常数 R = 8.314 Pam3mol-1K-1 Jmol-1K-1 1 atm = 760 mmHg = 1.01325105 Pa,pV = nRT R- 摩尔气体常数 在
3、STP下，p =101.325kPa, T=273.15K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.41410-3m3,R=8.314 kPaLK-1mol-1,理想气体状态方程式：,1. 计算p，V，T，n四个物理量之一。,2.气体摩尔质量的计算,M = Mr gmol-1,理想气体状态方程式的应用,用于温度不太低，压力不太高的真实气体。,pV = nRT, =, = m / V,3.气体密度的计算,4.有关气体体积的化学计算,例:为了行车的安全，可在汽车中装备上空气袋，防止碰撞时司机受到伤害。这种空气袋是用氮气充胀起来,的，所用的氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁在火花的引发下反应生
4、成的。总反应是：,6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g) 在25。748mmHg下，要产生75.0L的N2，计算需要叠氮化钠的质量。 解： 根据化学反应方程式所显示出的n（NaN3）与n（N2）的数量关系，可以进一步确定在给定条件下，m（NaN3）与V（N2）的关系。,6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g) 6mol 9mol Mr(NaN3)=65.01 P=748mmHg=99.73kPa T=298K m(NaN3)=390.06g V(N2)=223.6L m(NaN3)=？ V(N2)=75.0L m(NaN3)
5、= =131g,某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮 的质量分数为30.5%。在一容器中充有该氮氧化 合物，质量是4.107g，其体积为0.500 L，压力为 202.7 kPa,温度为0，求： （1）在STP条件下该气体的密度； （2）该化合物的相对分子质量； （3）该化合物的分子式。,(1) 4.11 gL-1 p1V1= p2V2 M = 92.0 gmol-1 N2O4,练习,2.1.2 真实气体,1. 真实气体与理想气体的偏差 2. Van der Waals 方程,1. 真实气体与理想气体的偏差,理想气体状态方程式仅在足够低压力下适合于真实气体。,产生偏差的主要原因是: 气体分子本身
6、的体积的影响 分子间力的影响,2. Van der Waals 方程,a,b分别称为Van der waals常量。,(V-nb)=Videal等于气体分子运动的自由空间 b为1mol气体分子自身的体积。 分子间吸引力正比与(n/V)2 内压力 p=a(n/V)2 pideal=preal+a(n/V)2,表1-1 某些气体的Van der Waals 常量,例题 分别按理想气体状态方程式和Van der wa?ls方程式计算1.50mol SO2在30摄氏度占有20.0L体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少为2.00L，其相对误差又如何？ 解：已知T=303K，V=20.0L，n
7、=1.50mol，a=0.6803Pa m6 mol-2，=0.563610-4m3 mol-1,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。,2.1.3 混合气体分压定律,（表达式之一）,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 （ 表达式之二）,n =n1+ n2+,（道尔顿分压定律）,分压的求解：,x B B的摩尔分数,（表达式之三）,例题：某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.3
8、20mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。,解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2),=1.200mol,=0.320mol+0.180mol+0.700mol,p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0) kPa =77.5 kPa,分压定律的应用,例题: 可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气。反应如下： NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 如果在19、97.8kPa下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为4.16 L，计算消耗掉的亚硝
9、酸铵的质量。,解： T =(273+19)K = 292K p=97.8kPa V=4.16L 292K 时，p(H2O)=2.20kPa 则 p(N2) = p-p(H2O) Mr (NH4NO2)=64.04,NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 64.04g 1mol m(NH4NO2)=? 0.164mol,n(N2) =,m(NH4NO2) =,=10.5g,=0.164mol,例 2-6. 已知： p = 9.96104 Pa, T = 294 K, m(O2) = 0.480 g , V = 0.377 dm3 求： M(O2),解： p = p( O2) + p(
10、H2O) 查表知 294K p(H2O )= 2.48103 Pa p(O2) = p p(H2O) = 9.961042.48103 = 9.71104 (Pa),由 piV = niRT 有 n(O2 ) = = 0.015(mol) 则 M(O2 ) 32.0 (gmol 1),同温同压下某种气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比。,即同温同压下 与Mr成反比 =,2.1.4 气体扩散定律,例题2-7,液化或凝聚气体变成液体的过程 条件？,临界常数 临界温度(Tc)：加压时使气体液化的最高温度。 临界压力(Pc)：在Tc时使气体液化的最低压力。 临界体积(Vc)：在Tc和Pc下1mol
11、气体所占体积。 临界状态：气态物质处于Tc,Pc,Vc的状态。,对非极性分子, Tc 较低,难液化。He H2 N2 O2 对极性分子，较易液化。NH3 H2O,气体的液化,2-2-1 液体的蒸发,（1）蒸发过程 蒸发、凝聚 （2）饱和蒸气压 易挥发物质： P蒸较大 难挥发物质： P蒸较小 克劳修斯克拉贝龙方程： （3）蒸发热 维持液体恒温恒压下蒸发所必须的热量，称为液体的蒸发热。 在一定的温度和压强下取1mol液体的蒸发热比较，这种蒸发热叫做摩尔蒸发热,以vHm表示。,lg =,2.2 液体,沸点，系指液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的温度。 在此温度下，气化在整个液体中进行，称之为液体的沸
12、腾；而在低于此温度下的气化，则仅限于在液体表面上进行，即蒸发。 当外界气压为1.013l05Pa时，液体的沸点称为正常沸点。 采用减压蒸馏的方法去实现分离和提纯的目的。,2-2-2 液体的沸点,一升溶液中所含溶质B的物质的量,2-2-3. 溶液浓度的表示方法,1) 物质的量浓度 c(B), 定义:, 公式:, 单位:,mol dm-3 (molL-1),一千克溶剂中所含溶质B的物质的量,2) 质量摩尔浓度 b(B), 定义:, 公式:, 单位:,molkg-1,与温度无关。在极稀的水溶液中,.优点:,c(B) b(B),例1. 500克水中溶解17.1克蔗糖, 求蔗糖 溶液的质量摩尔浓度。,解
13、:,某组分的物质的量与全部溶液的 物质的量之比 。,3) 摩尔分数 xi, 定义:, 公式:, 量纲： 1,4) 质量分数,用溶质的质量除以溶液的质量表 示浓度称为质量分数，用表示。, 定义:, 公式:,例2. 48%的硫酸溶液的密度为1.38gml-1, 计算此溶液的 （1） 物质的量浓度; （2） 质量摩尔浓度; （3） 摩尔分数；,5) 浓度的相互换算,解:,(1),（3）,（2）,4. 稀溶液的依数性 (colligative properties),2) 沸点升高 Boiling point elevation,1) 蒸气压下降 Decrease of vapor pressure,
14、3) 凝固点下降 Freezing point lowering,4) 渗透压 Osmotic pressure,1. 依数性：,只与溶质所含粒子的数目有关，而与 溶质的本性无关。（稀溶液的通性）,2. 溶液的蒸气压下降,1) 蒸气压 vapor pressure,当蒸发速率与凝结速 率相等时，液体上方 的蒸气所具有的压力 称为液体的饱和蒸气 压（简称蒸气压）。,蒸 发,凝 聚,2) 溶液的蒸气压下降,在一定温度下,溶液的蒸 气压总是低于纯溶剂的 蒸气压，称为溶液的蒸 气压下降。.,Decrease of solution vapor pressure,溶液蒸气压下降的原因：,A.溶液表面溶剂
15、分子数减少；,B.形成溶剂化分子；,3) Raoult (拉乌尔) 定理,在一定温度下，稀溶液的蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数成正比.,对于两组分溶液,Raoult 定律又可表述为：在一定温度下， 难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降,近 似地与溶质B的质量摩尔浓度成正比,而与 溶质的本性无关。,例3.计算293K时，17.1g蔗糖溶于1000 g水中，溶液的蒸汽压下降值。,解：293K时，P*(H2O)=2.33kPa,或,M(B)=342g.mol-1, 只适用于难挥发非电解质的稀溶液,3. 溶液的沸点升高 boiling point elevation,纯水,蔗糖,Kb 为沸点升高常数 Ebullioscopic constant,(1).计算溶液的沸点,2) 溶液的沸点升高：,3)沸点升高的应用,溶液的沸点与纯溶剂的沸点之差, 它只与溶质的质量摩尔浓度成正比
