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1、1,第2章 化学基础知识,2,2-1-3 混合气体的分压定律,混合气体: 两种或两种以上的气体混合在一起组成的体系。 组分气体：混合气体中的每一种气体都称为该混合气体的组分气体。,例如，空气是混合气体, 其中的 O2, N2, CO2 等, 均为空气的组分气体.,1. 基本概念,3,混合气体所具有的压强为总压(p总)。混合气体所占有的体积为总体积(V总)。 某组分气体单独占有总体积时，其所具有的压强为该组分气体的分压(pi)；单独具有总压时所占有的体积为分体积(Vi)。,4,理想气体混合物的分压与总压,p总 = p1 + p2 + + pi = pi,6,p总= n总RT/V = (n1+n2
2、+ . ni) RT/V = n1RT/V + n2RT/V + .+ niRT/V = p1+p2+ . pi =pi,理想气体混合时, 由于分子间无相互作用, 故在容器中碰撞器壁产生压力时, 与独立存在时是相同的, 亦即在混合气体中, 组分气体是各自独立的. 这是分压定律的实质.,7,例225 oC时，装有0.3 MPa O2体积为dm3的容器与装有0.06 MPa N2的体积为2 dm3的容器用旋塞连接旋塞打开，待两气体混合后，计算 (1) O2, N2的物质的量；(2) O2, N2的分压；(3) 混合气体的总压.,O2,N2,8,解： 混合前后物质的量没有发生变化 nO2 = p1V
3、1/RT = 0.31060.001/8.314(25+273) = 0.12 mol nN2 = p2V2/RT = 0.061060.002/8.314(25+273) = 0.048 mol,9,(2) O2的分压是它单独占有3dm3时所产生的压力. 当O2由1dm3膨胀至3 dm3: pO2=p1V1/V=0.31/3=0.1 MPa pN2=p2V2/V=0.062/3=0.04 MPa (3) 混合气体总压： p总 = pO2 + pN2 = 0.1+0.04 = 0.14 MPa,10,Dalton定律的第二种形式：,xi (= ni/n总)为组分气体i的摩尔分数 含义：在温度和
4、体积恒定时，混合气体中任一组分气体的分压(pi)等于该气体的总压与摩尔分数之积。,11,3. 阿玛格分体积定律 Amagats law of partial volumes,分体积定律：当温度、压强相同时，混合气体的总体积等于各组分气体分体积之和。,12,显然，只有当各组分气体的分子不具有体积、分子间不存在作用力时，各组分气体对容器壁面的撞击效果才如同单独存在于容器时的一样，因此道尔顿分压定律和阿玛格分体积定律只适用于理想气体混合物。,13,当某组分气体i具有与混合气体相同的温度和压强时，有： p总Vi = niRT p总V总 = n总RT,所以，又有：,两式相除，得,Vi/V总为组分气体i的
5、体积分数,14,2-2-1 溶液浓度的表示方法 2-2-2 饱和蒸气压 2-2-3 稀溶液的依数性,2-2 液体和溶液,15,2-2-1 溶液浓度的表示方法,(1) 物质的量浓度(c): 单位体积溶液中所含溶质的物质的量。 c = 溶质物质的量/溶液体积 = nB/V液 单位: moldm-3 或 molL-1,溶液的浓度：在一定量溶液或溶剂(物质A)中所溶解溶质(物质B)的量称为溶液的浓度。,Because volume is temperature dependent, molarity can change with temperature.,16,(2) 质量摩尔浓度(b): 1000
6、 g (1 kg) 溶剂中所含溶质的物质的量。 符号：b 单位：molkg-1 b = nB/mA (A为溶剂, B为溶质),Because neither moles nor mass change with temperature, molality (unlike molarity) is not temperature dependent.,17,(3) 质量分数: 溶质的质量与溶液的质量之比。 WB = mB/m液 (无单位),(4) 质(重)量百分浓度: 每100份重的溶液中所含溶质的质量份数. Wt% = mB/m液 100% (无单位),18,(5) 摩尔分数: 溶质的物质的量
7、与溶液的总物质的量之比。 xB = nB/n液 (无单位) 或 xB = nB/(nB+nA) xB + xA = 1,19,溶液浓度的表示法,20,比例浓度：常指体积比，如1:4硫酸溶液是指1体积浓H2SO4和4体积水混合组成的溶液。 ppm：即百万分浓度，1 ppm是指每千克溶液中含1毫克(mg, milligram) 溶质。 ppb：即十亿分浓度，1 ppb是指每千克溶液中含1微克(g, microgram) 溶质。,其它浓度表示法,21,例5 市售的98%(g/g)的浓硫酸，25 oC 时密度为1.84 gcm-3, 求该溶液的 物质的量浓度, 质量摩尔浓度, 溶质的摩尔分数.,22,
8、解：,23,2-2-2 饱和蒸气压,1. 纯溶剂的饱和蒸气压(p*) 当把一纯溶剂放在一个密闭的容器中(温度一定)会发生怎样的现象呢？,24,纯溶剂的饱和蒸气压,开始时，溶剂表面分子由于热运动会跑到空间去，这一过程为蒸发。蒸发是液体气化的一种方式.开始时蒸发速度很快，当大量的溶剂分子跑到空间去以后，这些分子相互碰撞又会变为液态而回到溶剂中去，这一过程为凝聚。当蒸发速度与凝聚速度达到相等时，即达到了动态平衡，此时蒸气所具有的压强就是饱和蒸气压，简称蒸气压。,25,蒸发,凝聚,饱和蒸气压：一定温度下，一纯溶剂置于密闭容器中，当蒸发与凝聚达到动态平衡时，蒸气所具有的压力(p*)。,26,表1 水的蒸
9、气压,饱和蒸气压与溶剂的本性有关。同一溶剂的蒸气压又随温度的升高而增大。,27,2. 溶液的饱和蒸气压 首先来思考下面的这一实验会发生什么样的现象(见图)。,（水自动转移到糖水中去）,28,溶液的饱和蒸气压(p),当溶液中溶有难挥发的溶质时, 则有部分溶液表面被溶质分子所占据, 于是, 与纯溶剂相比，溶液中单位表面在单位时间内蒸发的溶剂分子的数目减少，溶液上方空间的蒸气密度亦减小；当蒸发与凝聚达平衡时, 此时的饱和蒸气压为: p p* .,p* p,29,解释实验现象(水自动转移到糖水中去)： 开始时, H2O 和糖水均以蒸发为主; 当蒸气压等于 p 时, 糖水与上方蒸气达到平衡, 而 p*
10、p, 即 H2O 并未平衡, 继续蒸发, 以致于蒸气压大于 p. H2O 分子开始凝聚到糖水中, 使得蒸气压不能达到 p*. 于是, H2O 分子从 H2O 中蒸出而凝聚入糖水. 出现了水自动转移到糖水中去的实验现象. 变化的根本原因是溶液的饱和蒸气压下降。,30,稀溶液的性质,第一类性质变化是与溶质本性有关的，如溶液的颜色、比重、吸放热等。,第二类性质是与溶质的本性无关的，只与溶质的质点浓度有关的。,31,凡由物质所包含的基本质点数（分子、原子、离子数）决定的性质称为依数性(colligative properties)。由于这一类性质变化只适用于稀溶液，故又称为稀溶液的通性。,主要包括溶液
11、的蒸气压下降，溶液的沸点升高和凝固点降低，溶液的渗透压等。,稀溶液的依数性,32,同一温度下达到平衡时，溶液的蒸气压必然比纯溶剂的蒸气压低（这里所指的蒸气压实际上是溶液中纯溶剂的蒸气压）。此现象称为溶液的蒸气压下降。,即p = p* p,1.蒸气压降低,2-2-3 非电解质稀溶液的依数性,33,1887年法国物理学家拉乌尔(F. M. Roault)根据实验提出了拉乌尔定律。,拉乌尔定律： 一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数。 p = p*xA,34,因为 xA + xB = 1 所以 p = p*(1 xB) = p* p*xB p* p = p = p*xB 又
12、因为稀溶液 xB = nB/(nA+nB) nB/nA 若溶剂为1000 g水，则 nA = 1000/18 = 55.5 mol,则 nB = b 所以 xB = b/55.5 故：p = p*xB = p*b/55.5 = kb,35,因此拉乌尔定律又可描述为：一定温度下，稀溶液的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。,p = kb,k是比例常数，又称蒸气压降低常数。,36,稀溶液的蒸气压下降是造成其沸点升高和凝固点降低的根本原因。,37,2.沸点升高,沸点(b. p.)：液体的蒸气压等于外界大气压时的温度。 特征：在此温度下，气化在整个液体中进行，液体表现出沸腾. 沸
13、腾与蒸发的区别：蒸发是低于沸点温度下的气化，仅限于在液体表面上进行.,38,当一种难挥发的非电解质溶质溶入溶剂后，溶液的蒸气压必然低于同温度下纯溶剂的蒸气压，因此在同一外压下，即使溶液的温度与纯溶剂的沸点相同，溶液也不会沸腾。因为此时溶液的蒸气压仍低于外压。欲使溶液沸腾必须将溶液继续升温，直到其蒸气压等于外压时为止。可见，溶液沸点必然高于溶剂沸点，此现象称为溶液的沸点升高。,39,Tb=Tb Tbo = kbb kb 为溶剂的沸点升高常数，它决定于溶剂的本性，而与溶质的本性无关。,H2O: kb= 0.512 K kg mol-1,难挥发非电解质稀溶液沸点的升高和溶质的质量摩尔浓度成正比:,4
14、0,凝固点(f. p.)：物质的液相与固相具有相同蒸气压时的温度。,3. 凝固点降低,41,由于稀溶液的蒸气压降低，因此溶液的蒸气压曲线位于纯溶剂的蒸气压曲线下方。如图所示，当溶液的温度降低到纯溶剂的凝固点时，溶液的蒸气压曲线并不与固态纯溶剂的蒸气压曲线相交，即在此温度下，体系中并未出现溶液和纯溶剂固相共存的状态。,只有将温度继续降低到Tf点时，两条曲线才相交于B点，在B点，溶液中析出固相A，此时溶液的蒸气压（实际为溶剂的蒸气压）等于固态纯溶剂的蒸气压。显然Tf Tf0。,42,稀溶液凝固点降低与沸点升高有同样的规律性，亦正比于溶质的质量摩尔浓度：Tf=Tfo Tf = kfb kf 为溶剂的
15、凝固点降低常数，它只决定于溶剂本质，而与溶质本性无关。,H2O的kf = 1.86 K kg mol-1,43,设溶质的质量为G克，溶剂质量为W克，实验测得的凝固点降低值为Tf， 则溶液的质量摩尔浓度为：,44,一般情况下，用凝固点降低法而不用沸点升高法测溶质的分子量。原因在于：,高温时，生物样品易遭破坏，测不准。 高温时，溶剂挥发，浓度逐渐变化。 同一溶剂的Kf大于其Kb值，故Tf 较Tb大，测定误差小，因此低温有利。,45,NaCl和冰的混合物，最低温度可降至22 ； CaCl2和冰的混合物, 最低温度可达到 55 。 CaCl2，冰和丙酮的混合物，可以致冷到 70 以下。,利用凝固点降低
16、原理可作致冷剂（冰+食盐或冰CaCl2)。,水箱中加乙二醇、甘油防冻。,46,4. 渗透压 渗透现象和渗透压 在很浓的蔗糖溶液面上小心地加入一层水，静置一段时间，则蔗糖分子从下层进入上层，同时水分子从上层进入下层，最后成为一均匀的蔗糖溶液，这一过程为扩散。,47,在 U 形管中, 用半透膜将等高度的 H2O和糖水分开, 放置一段时间, 会发生什么现象? 一段时间后, 糖水的液面升高; 而H2O的液面降低.,半透膜,48,渗透：当溶液与纯溶剂用半透膜隔开时，溶剂分子通过半透膜向溶液中扩散的现象，称为渗透(Osmosis)。 半透膜：只允许溶剂分子通过，而不允许溶质分子通过的膜。动物的膀胱、肠衣、细胞膜是天然的半透膜，人工半透膜有硝化纤维膜和醋酸纤维等高分子薄膜。,49,渗透现象产生的原因：,蔗糖分子不能透过半透膜，而溶剂水分子却可以自由通过。在两侧静水压相同的前提下, 由于半透膜两侧单位体积内溶剂分子数目不等，单位时间内由纯溶剂进入溶液中的水分子数目
