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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(1)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。气体的温度(T)热力学温度
2、(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-1Jmol-1K-1 1 atm = 760 mmHg = 1.01325105 PapV = nRT R- 摩尔气体常数在STP下,p =101.325kPa, T=273.15
3、Kn=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.41410-3m3R=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 / V3.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成的。总反应是:6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2F
4、e(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) 6mol9mol Mr(NaN3)=65.01 P=748mmHg=99.73kPaT=298K m(NaN3)=390.06g V(N2)=223.6L m(NaN3)=? V(N2)=75.0Lm(NaN3)=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
5、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 (2) M = 92.0 gmol-1 (3) 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 的体积的影响分子间力的影 响2. Van der Waals 方程
6、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)2pideal=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=1.50mol, a=0.6803Pa m6 mol-2,=0.563610-
7、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)=0.320mol,n(O2)=0.180mol, n(N2)=0.700mol。混合气体的总压 p=13
8、3.0kPa。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+0.700molp(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 的亚硝酸铵的质量。解: T =(273+19)K = 292Kp=97.8kPa V=4.16L292K 时
9、,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(H2O)查表知 294K p(H2O )= 2.48103 Pa p(O2) = p p(H2O) = 9.961042.
10、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 ui 或 =ui 扩散速度 气体密度 Mr 相对分子量 由 pV = nRT pV = RT = 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气体所占体积。 临界状态:气态物质处于
11、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l沸点,系指液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的温度。l在此温度下,气化在整个液体中进行,称之为液体的沸腾;而在低于此温度下的气化,则仅限于在液体表面
12、上进行,即蒸发。l当外界气压为1.013l05Pa时,液体的沸点称为正常沸点。 l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: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
13、义: 公式: 量纲: 14) 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 3) 凝固点下降 Freezing point lowering 4) 渗透压 Osmotic pressure1. 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.溶液表面溶剂分子数减少;B.形成溶剂化分子;pT0.1molkg-10.2molkg-1纯水3) Raou