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1、2018/8/22,1,第二章 物质的状态,2-1 气体,2-2 固体,2-3 液体与溶液,本章目录,2018/8/22,2,1. 了解物质的气、液、固三态的基本特征；2. 掌握有关的几个气体定律的内容，并能运用这些知识进行基本计算； 3. 熟悉非电解质稀溶液具有的依数性；4. 了解胶体溶液的性质。,教学要求,2018/8/22,3,2.1 气 体,理想气体与理想气体状态方程 分压定律与分体积定律,2018/8/22,4,气体的最基本特征：无限膨胀性和掺混性。,2.1.1 理想气体与理想气体状态方程,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
2、在容积的体积 气体的压强（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强。 气体的温度（T）热力学温度（K）,2018/8/22,5,分子不占体积，可看成几何质点，分子间无吸引力，分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能的损失 。,理想气体,实际气体在低压(101.325kPa)和高温(0)的条件下，接近理想气体。,2018/8/22,6,（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,2018/8/22,7,综合以上三式，可合并为V nTP实验测
3、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 Pa,2018/8/22,8,pV = nRT R- 摩尔气体常数 在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：,2018/8/22,9,1. 计算p，V，T，n四个物理量之一。
4、,2.气体摩尔质量的计算,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,2018/8/22,10, =, = m / V,3.气体密度的计算,2018/8/22,11,例2-1 在容积为10.0dm3的真空钢瓶内充入氯气，当温度为288K时，测得瓶内气体的压强为1.01107Pa。试计算钢瓶内氯气的质量，以千克表示。,解：由 ，推出,例2-1,2018/8/22,12,例2-2 在373K和100kPa压强下，UF6（密度最大的一种气态物质）的密度是多少？是H2的多少倍？,解：由 ，推出,或,例2-3,2018/8/22,13,某气体化合物是氮的氧化物，其
5、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）在标准大气压下该气体的密度； （2）该化合物的相对分子质量； （3）该化合物的分子式。,(1) 4.107 gL-1 p1V1= p2V2 M = 92.0 gmol-1N2O4,练习,2018/8/22,14,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i在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压强，叫做组分气体i的分压。,2.1.2 分压定律与分体积定律,（表达式之一）,2018/8/22,15,分压定律：,混合
6、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 = pi （ 表达式之二）,n =n1+ n2+,（道尔顿分压定律）,2018/8/22,16,分压的求解：,x i i的摩尔分数,（表达式之三）,2018/8/22,17,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=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。,解：n= n(NH3) + n(O2) + n(N2),=1.200(mol),=0.320+0.180+0.700,p
7、(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5 kPa,或,2018/8/22,18,分压定律的应用,2018/8/22,19,例题： 用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L，计算反应中消耗锌的质量。,2018/8/22,20,解： T =(273.15+25)K = 298.15Kp=98.70kPa V=2.50L 298.15K时，p(H2O)=3.17kPa Mr (Zn)=65.39,Zn(s) + 2HCl ZnC
8、l2 + H2(g) 65.39g 1mol m(Zn)=? 0.0964mol,2018/8/22,21,分体积：指相同温度下，组分气体具有与混合气体相同压力时所占体积。,O2,N2,O2+N2,+,V1、P、T,V2、P、T,V1+V2、P、T,混合气体总体积V总=各组分气体的分体积Vi之和V总=V1+V2+V3+V4Vi,分体积定律,2018/8/22,22,V总 = V1 + V2 + ,称为B的体积分数,2018/8/22,23,例题：天然气是多组分的混合物，其组成为：CH4，C2H6，C3H8和C4H10。若该混合气体的温度为25。总压力为150.0kPa，n总=100.0mol。
9、n(CH4):n(C2H6):n(C3H8):n(C4H10) =47.0:2.0:0.80:0.20。计算各组分的分体积和体积分数。,解：以CH4的分体积、体积分数为例。,解法一：思路，,需先求出n(CH4),2018/8/22,24,n(CH4) = x(CH4)n总,2018/8/22,25,解法二：,2018/8/22,26,2.3 液体与溶液,液体的特征:,没有固定的外形和显著的膨胀性,有一定的体积、流动性、掺混性、表面张力和沸点,2.3.1 液体的蒸发与凝固,饱和蒸气压：气液两相平衡时蒸气的分压即为该液体的饱和蒸气压。沸点：液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的温度。,2018/8/2
10、2,27,系统：研究讨论的对象,只含有一个相的系统-单相系统 含有两个及以上相的系统-多相系统,2.3.2 非电解质稀溶液的依数性,一、水的相图,相：系统中化学性质和物理性质完全相同的部分,不同的相之间有明显的界面,例：盐水溶液-单相系统,盐水溶液 + 上空的空气和水蒸气,两相系统,盐水溶液 + 上空的空气和水蒸气 + 加盐，直到有盐析出,三相系统,2018/8/22,28,例如：（1）油和水构成的系统，只有一个态-液态，但包含两个相。,（2）冰、水、水蒸气的化学组成相同，三者之间的转化没有发生化学变化，但却发生了相的变化。,态：物质存在的状态,固、液、气三相之间的转化称为相变,相变达到平衡时
11、称为相平衡,相平衡与温度、压力之间的关系图称为相图,2018/8/22,29,水的相图是根据实验绘制：三条线、一个点和三个区组成。,三个单相区 ：在气、液、固三个单相区内，独立的改变温度和压力不会引起相的改变。,三条两相平衡线：表示两相平衡时平衡压力与温度的对应关系。,OA 是气-液两相平衡线 OB 是气-固两相平衡线OC 是液-固两相平衡线 O点 是三相点气-液-固三相共存,2018/8/22,30,O点 是水的三相点,气-液-固三相共存。三相点的温度和压力皆由体系自定(H2O的三相点温度为0.0098，压力为611 Pa),三相点与冰点的区别,水的冰点(ice point)是指被101.3
12、25kPa下空气所饱和了的水与冰呈平衡的温度，即0 。系统所受压力（101.325kPa）是空气和水蒸气的总压力。,冰点温度比三相点温度低0.01是由两种因素造成的： (1)因外压增加，使凝固点下降 (2)因水中溶有空气，使凝固点下降,2018/8/22,31,2018/8/22,32,二、非电解质稀溶液的依数性,蒸气压：单位时间内由液面蒸发出的分子数和由气相回到液体内的分子数相等时，气、液两相处于平衡状态，这时液体上方的蒸气所具有的压力称为溶剂在该温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。,1. 溶液的蒸气压下降拉乌尔定律,蒸气压的大小表示液体分子向外逸出的趋势,2018/8/22,33,下图稀溶液蒸
13、气压下降的实验说明 溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压,2018/8/22,34,实验测定25C时，水的饱和蒸气压：p (H2O) = 3167.7 Pa 0.5 mol kg-1 糖水的蒸气压为： p (H2O) = 3135.7 Pa 1.0 mol kg-1 糖水的蒸气压为： p (H2O) = 3107.7 Pa,结论： 溶液的蒸气压比纯溶剂低，溶液浓度越大，蒸气压下降越多。,2018/8/22,35,当纯溶剂中溶入了难挥发的非电解质时，纯溶剂的部分表面被溶剂化的溶质所占据，单位时间内逸出溶液液面的分子数目就会相应减少，结果在达到平衡时，溶液表面蒸发的分子数和回到溶液表面的分子数也较纯溶剂
14、的少，因而使溶液的蒸气压下降。,蒸气压下降原因,2018/8/22,36,拉乌尔定律： (1887年，法国物理学家)在一定温度下，难挥发非电解质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。,拉乌尔定律,p：溶液的蒸气压；纯溶剂的蒸气压 p；溶剂的摩尔分数xA。,2018/8/22,37,p：纯溶剂蒸气压与稀溶液蒸气压之差。因此，p与溶质的摩尔分数成正比。,结论：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液蒸气压的下降值与溶质的摩尔分数成正比。拉乌尔定律,设溶质的摩尔分数为xB：,2018/8/22,38,沸点： 液体的沸点是指其蒸气压等于外界大气压力时的温度。 溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压
15、，故溶液的沸点升高 。tb* 为纯溶剂的沸点； tb 为溶液的沸点 tb = tb tb* Kb mBKb：溶剂沸点上升常数，决定于溶剂的本性，与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热有关。,2. 溶液的沸点升高,2018/8/22,39,几种溶剂的tb和Kb,2018/8/22,40,具体应用,思考题,（1）难挥发物质的溶液在不断沸腾时，它的沸点是否恒定？ （2）高山上为何饭煮不熟？,注意：纯液体有固定的沸点，溶液则没有，溶液的沸点随着沸腾的进行因溶剂的蒸发而不断升高，溶液达到饱和后沸点不再变化。我们讲的沸点是指某一浓度的溶液刚开始沸腾时的温度。,（1） 测定溶质的摩尔质量 （2） 在实验工作中常利用较浓的盐溶液来做高温热浴,2018/8/22,41,3. 溶液凝固点下降,凝固点：液体的蒸气压等于其固体蒸气压时系统对应的温度，此时物质固相的蒸气压与液相的蒸气压相等，两相平衡共存。纯溶剂加入溶质后，溶剂蒸气压就会下降。原有固相与液相共存的平衡会被破坏，于是固相要通过融化成液相，以此增加液相的蒸气压，使体系重新达到平衡。在固相融化过程中，要吸收体系的热量，因此新平衡点的温度就要比原平衡点温度低。,
