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1、第1章 化学基础知识,第一章 化学基础知识,1.1 气体,1.2 液体和溶液,1.3 固体和晶体,第1章 化学基础知识,基本要求： 1、掌握理想气体的状态方程式和混合气体 的分压定律并熟练运用； 2、了解气体分子的速率分布和能量分布； 3、掌握电解质稀溶液的依数性； 4、理解晶体的空间结构。,第1章 化学基础知识,重点： 1、理想气体的状态方程式的适用范围及 运用； 2、混合气体的分压定律的内容及运用； 3、非电解质稀溶液的依数性。 难点： 1、理想气体的状态方程式和混合气体的 分压定律的运用； 2、非电解质稀溶液的依数性的运用； 3、晶体的空间结构。,第1章 化学基础知识,1.1 气体 (G
2、as),1.1.1 气体的状态方程,1.1.3 气体扩散定律,1.1.2 混合气体的分压定律,1.1.4 气体分子的速率分布和能量分布,1.1 气体 (Gas),第1章 化学基础知识,1.1 气体 (Gas),1.1.1 气体的状态方程,1.理想气体 (Ideal Gas),气体分子本身没有体积，分子之间也没有相互作用力的气体称为理想气体。,一、理想气体的状态方程,2.理想气体状态方程式,（1）表达式,其中， p：气体的压力，Pa V：气体的体积，m3 n：气体的物质的量，mol T：热力学温度，K R：摩尔气体常数,（2）R的数值,标准状况（S.T.P）：,p = 101.325kPa T
3、= 273.15K Vm=22.41410-3 m3,（3）应用,1. 已知任意三个变量求另一个量,2. 确定气体的摩尔质量,3. 确定的气体密度,例：一学生在实验室中于73.3kPa和25条件下收集250ml气体，分析天平上称得净质量为0.118g，求该气体的相对分子质量。,解：,二、实际气体的状态方程,1.实际气体 ( True Gas ),对于沸点很低的气体，如H2 、N2、O2等，在压力不太高或温度不太低时，大致都能很好遵守理想气体状态方程式。,对于大分子质量的气体，如Cl2，或在很高压力、很低温度下，理想气体状态方程式的应用会出现偏差。,探究产生偏差的原因：, 体积因素,VV（实）n
4、b,n：气体物质的物质的量 b：校正因素, 压力因素,a：比例校正因素,2. 真实气体状态方程式,也称为van der Walls实际气体状态方程式,a，b 称为范德华常数，其值越大，说明实际气体偏离理想气体的程度越大。,1.1.2 混合气体的分压定律,混合气体的总压力等于混合气体中各组分气体的分压力之和；而某组分气体的分压是指该组分在同一温度下单独占有与混合气体相同体积所产生的压力。 道尔顿分压定律,(Partial Pressure of Dalton),表示式:,理想气体状态方程式不仅适应于单一组分气体,（1）,理想气体状态方程式也适应混合气体中各组分气体,（2）,理想气体状态方程式还适
5、应于气体混合物,（3）,由式（2）和式（3）得,（4）,混合气体中某组分气体的分压等于总压乘以该组分的物质的量分数。,例：在 25下将0.100mol O2和0.350mol H2装入 3.00 L容器中，通电后氧气和氢气反应生成水，剩下过量的氢气，求反应前后气体的总压和各组分的分压。,解：,反应前,反应时,反应后,1.1.3 气体扩散定律,同温同压下气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比。,1831年，英国物理学家Graham提出,即：,可以比较气体扩散的快慢，密度或摩尔质量大的气体，扩散得慢。,气体分子动理论：,气体分子是很小的微粒，彼此间的距离 比分子的直径大得多，分子本身的体积 与气
6、体占有的体系相比可以忽略不计。 气体分子以不同的速度在各个方向上处 于永恒地无规则运动之中。,除了在相互碰撞时，气体分子间相互作用 是很弱的，甚至是可以忽略的。 气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是弹 性碰撞。碰撞时总动能保持不变，没有能 量损失。 分子的平均动能与热力学温度成正比。,气体分子动理论从微观上对气体的宏观行为做出了定量的描述。,1.1.4 气体分子的速率分布和能量分布,1速率分布：,气体分子一直处于无规则的不断运动之中，但 每个分子运动的方向和速率是随机变化的。其速率 分布符合统计规律Maxwell速率分布。,只要温度相同，无论气体分子的总数怎样变化，曲线的形状保持一致。但温度升高
7、，对同一中气体而言，速率分布曲线变得平坦，最高峰右移。,O,up,u1,u2,u,图1 气体分子的速率分布,Up：最概然速率,O,图2 不同温度下气体分子的速率分布,u,最概然速度：与速率分布曲线极大值对应的气体分 子的运动速度。概率最大的平动速度。,方均根速度：气体各分子平动速度平方的平均值的 开方。,平均速度：又称算术平均速度，是气体中所有分子 平动速度的算术平均值。,在计算气体分子平均距离时，常用到算术平均速度；而计算气体分子的平均动能时，常用到方均根速度。,1.2 液体和溶液 (Liduid and Aqueous), 具有一定的体积而无固定形状； 组成液体的分子局部有序，整体无序；
8、液体分子作无规则运动，没有确定位置； 不同种液体混合，互溶情况不同，相似相 溶。,液体的特点：,1.2.1 溶液浓度的表示方法,物质的量浓度(moldm-3 ),质量摩尔浓度(mol/kg),质量分数：,摩尔分数：,体积分数：,对于稀溶液而言：,则：,2.2.2 饱和蒸汽压,1. 纯溶剂的饱和蒸汽压,当V（蒸发）=V（凝聚），达动态平衡。,在一定温度下，溶剂：,此时饱和蒸汽所产生的压强，为饱和蒸 汽压。表示为p*。,p*为液体性质，与温度有关。 同一液体在不同温度有不同的饱和蒸汽压值。,2. 溶液的饱和蒸汽压,在纯溶剂中加入难挥发的电解质年，会使溶液的饱和蒸汽压p小于纯溶剂饱和蒸汽压p*。,R
9、aoult定律：,p=p* x剂,饱和蒸汽压的降低只与溶液的浓度有关，而与溶质的种类有关。,1.2.3 非电解质稀溶液的依数性,溶液有两大类性质：,1）与溶液中溶质的本性有关：溶液的颜色、 比重、酸碱性和导电性等； 2）与溶液中溶质的独立质点数有关：而与溶 质的本身性质无关溶液的依数性，如溶 液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。,例如：溶液的几种性质与水的比较,物质 Tb / Tf / 20/(gcm-3) 纯水 100.00 0.00 0.9982 糖水0.5molkg-1 100.27 -0.93 1.0687 尿素溶液0.5molkg-1 100.24 -0.94 1.0012,难挥发的
10、非电解质稀溶液的这种性质称为稀溶液的通性，或称为依数性。,1、蒸气压降低,法国物理学家拉乌尔据实验得出以下定量关系：在一定温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压下降p与溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。即：,p=p* x质,p=k b,式中，k为只与溶剂性质有关的常数。,2、沸点升高和凝固点下降,蒸发：液体的汽化只发生在其表面上。 沸腾：液体的汽化同时发生在其表面和内部。,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。,凝固点：在标准状况下，纯液体蒸气压和它 的固相蒸气压相等时的温度。,原因：溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的气压。,凝固点下降示意图,沸点上升示意图,T = kp
11、,p=k b,T = k k b,同理：,kb为溶剂沸点上升常数， kf为溶剂凝固点下降常数，它们决定于溶剂的本性，与溶剂的摩尔质量、沸点、汽化热无关。,3、渗透压,半透膜： 只允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的膜叫做半透膜。用半透膜将浓度不等的溶液隔开。,渗透现象： 溶剂通过半透膜进入溶液或溶剂从稀溶液通过半透膜进入浓溶液的现象（单向扩散）。,渗透压：阻止渗透进行所施加的最小外压用表示。,溶液渗透压示意图,因此，渗透压可理解为：为阻止溶剂分子透过半透膜进入溶液而维持两边液面等高必须在溶液一边需要施加的额外压力。,难挥发的非电解质稀溶液的渗透压与溶液的浓度(moldm-3)及绝对温度成正比
12、。,：渗透压(Pa） c：浓度(mol.m-3) T：热力学温度(K) n：溶质的物质的量(mol) V：溶液的体积（m3),难挥发性非电解质稀溶液的性质，只与溶质的数量有关，而与溶质的本性无关。,4、稀溶液依数性的应用, 测定溶质分子的相对摩尔质量, 干燥剂工作原理：,CaCl2、NaOH、P2O5等易潮解的固态物质，常用作干燥剂。因其易吸收空气中的水分在其表面形成溶液，该溶液蒸气压较空气中水蒸气的分压小，使空气中的水蒸气不断凝结进入溶液而达到消除空气中水蒸气的目的。,防冻剂工作原理 冬天为防止汽车水箱结冰，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固点，避免因结冰，体积膨胀而使水箱破裂。,冷冻剂工作
13、原理 工业冷冻剂如在冰水中加氯化钙固体，由于溶液中水的蒸气压小于冰的蒸气压，使冰迅速熔化而大量吸热,使周围物质的温度降低。 食盐-冰 （30g NaCl + 100g H2O(s)） -22 CaCl2-冰（42.5g CaCl2 + 100g H2O(s)） -55,低熔合金的制备 利用固态溶液凝固点下降原理，可制备许多有很大的实用价值的合金。如33%Pb(mp.327.5)与67%Sn(mp.232)组成的焊锡，熔点为180，用于焊接时不会使焊件过热，还用作保险丝。又如自动灭火设备和蒸汽锅炉装置的伍德合金，熔点为70，组成为Bi：50%、Pb：25%、Sn： 12.5%、Cd：12.5%。
14、,例：把0.322g萘溶于80g苯中所得的溶液的凝固 点为278.34K，求萘的摩尔质量。,解：苯的凝固点：278.50K，Kf=5.10Kmol-1 kg,M=128.3g.mol -1,例：为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的冰 点降低到253K，即Tf=20.0K，则在每1000g水 中应加入甘油多少克？ 甘油分子式：C3H8O3，M（C3H8O3）=92g mol-1,解：,浓溶液中溶质微粒数较多，溶质微粒间的相互作用及溶质微粒与溶剂分子间的相互作用复杂，使稀溶液定律的定量关系产生偏差。在电解质溶液中，由于电解质的解离，使得稀溶液定律的定量关系不适用。,1. 晶体 (Crystal)
15、,1.3 固体和晶体,由原子、离子或分子（质点）在空间按一定规律周期性重复排列所构成的固体物质叫晶体。,2. 非晶体 (Amorphous),内部质点的空间排列没有规律的固体物质叫非晶体。,1.3.1 晶体与非晶体,3. 晶体与非晶体的相同处：,二者的扩散性、可压缩性都差。,4. 晶体与非晶体的不同处：,（1）完整的晶体有固定的几何外型，非晶体 则没有；,（2）晶体有固定的熔点，非晶体则没有；,（3）晶体具有各向异性，非晶体则各向同性。,1.3.2 对称性（Symmetry）,在所有智慧的追求中，很难找到其他例子能够在深刻的普遍性与优美简洁性方面与对称性原理性比李政道,对称是一种和谐的美。 W
16、ise man fish here. F.A Cotton,对称操作,操作：把系统从一个状态变到另一个状态 叫操作，也称变换。,对称元素是指客现存在的几何实体，或是一个点，一条直线，一个平面。而对称操作则是一个动作，一种变换。,一个系统对某种操作状态不变（等价：和起始状态物理上不能区别），则该系统对此操作具有对称性。该操作称为对称操作。,对称元素和对称操作是密切相关的：一个对称元素的存在取决于一个或几个对称操作的存在，而对称操作也只有与对称元素相联系才能得到定义。,对称操作： 不改变物体内部任何两点间的距离，使图形完全复原的一次或连续几次的操作。（借助于一定几何实体） 对称元素： 对图形进行对称操作，所依赖的几何要素，如：点，线，面及其组合。,1旋转和旋转轴,旋转是将分子通过一根轴旋转一定角度使分子
