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1、 第第 2 章章 化学基础知识化学基础知识气气 体体123液体和溶液液体和溶液固固 体体主主 要要 内内 容容21 气气 体体211 理想气体的状态方程理想气体的状态方程 用来描述气体状态的物理量用来描述气体状态的物理量压强压强 p 帕斯卡帕斯卡 Pa （Nm2）温度温度 T 开尔文开尔文 K体积体积 V 立方米立方米 m3物质的量物质的量 n 摩尔摩尔 mol （1） 忽略分子本身体积，忽略分子本身体积，将分子看成将分子看成有质量的几何点有质量的几何点。 理想气体模型的两个假设理想气体模型的两个假设 （2） 忽略分子间作用力忽略分子间作用力。 且分子与分子之间、分子与器壁之间的且分子与分子之
2、间、分子与器壁之间的碰撞，是完全弹性碰撞碰撞，是完全弹性碰撞 无动能损失。无动能损失。 高温低压下的实际气体接近于理想气高温低压下的实际气体接近于理想气体。体。 在高温和低压下，实际气体分子间的在高温和低压下，实际气体分子间的距离相当大，气体分子自身的体积远远小距离相当大，气体分子自身的体积远远小于气体占有的体积于气体占有的体积，此时分子间作用力极，此时分子间作用力极弱。弱。玻意耳定律玻意耳定律 当当 n 和和 T 一定时，气体的一定时，气体的 V 与与 p 成反比。成反比。1V p盖盖吕萨克克定律定律 当当 n 和和 p 一定时，气体的一定时，气体的 V 与与 T 成正比。成正比。 V T
3、V n当当 p 和和 T 一定时，气体的一定时，气体的 V 和和 n 成正比。成正比。 阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律 V nT p 综合以上三个经验公式，得综合以上三个经验公式，得实验测得，其比例系数是实验测得，其比例系数是 R， 则则 V = nRTp即即 pV = n RT 此式称为理想气体状态方程式。此式称为理想气体状态方程式。1V pV T V n nT pV R = 得得由由 pV = n RT 若压强若压强 p 的单位为的单位为 Pa 体积体积 V 的单位为的单位为 m3 温度温度 T 的单位为的单位为 K 物质的量物质的量 n 的单位为的单位为 mol 则则 R = 8.314
4、J mol1 K1 若压强用若压强用 Pa 体积用体积用 dm3 温度用温度用 K 物质的量用物质的量用 mol 为单位，则为单位，则 R = Pa dm3 mol1 K1 8.314 103 nT pV R = 解：解：依据题意可知依据题意可知 V1 = V2 ， n1 = n2 则当温度达到则当温度达到 900 K 以上时，烧瓶会炸裂。以上时，烧瓶会炸裂。例例21 一一玻玻璃璃烧烧瓶瓶可可以以耐耐压压 3.04 105 Pa ，在在温温度度为为300 K 和和压压强强为为 1.013 105 Pa 时时，使使其其充充满满气体。问在什么温度时，烧瓶将炸裂。气体。问在什么温度时，烧瓶将炸裂。
5、此时此时p1p2T1T2=即即 T2 = p2p1T13.04 105 Pa 300 K1.013 105 Pa= 900 K例例 22 27 和和 101 kPa下，下，1.0 dm3 某气体质某气体质量为量为 0.65 g。求它的相对分子质量。求它的相对分子质量。 由由 pV = nRT 解：解：设气体的摩尔质量为设气体的摩尔质量为 M，气体的质量为，气体的质量为 m，则该种气体的物质的量为则该种气体的物质的量为 n = mM则则 M = mRTpV得得 RT pV n =即即 = RT pV M m由由 M = mRTpVM = 0.65 g 8.314 J mol 1 K 1 300
6、K101 103 Pa 1 103 m3= 16 g mol 1所以该气体的相对分子质量为所以该气体的相对分子质量为 16。212 实际气体的状态方程实际气体的状态方程（1） 实际气体分子间的引力不容忽视；实际气体分子间的引力不容忽视；（2） 实际气体分子自身的体积不容忽视。实际气体分子自身的体积不容忽视。 实际气体的压力实际气体的压力 p实实 是碰是碰撞器壁的分子受到内层分子的撞器壁的分子受到内层分子的引力，不能自由碰撞器壁的结引力，不能自由碰撞器壁的结果。果。 所以有所以有 p实实 x质质， 则则bB =nBmA质量摩尔浓度：质量摩尔浓度：摩尔分数摩尔分数 x质质 = n质质n质质 + n
7、剂剂 n溶质溶质n溶剂溶剂x质质 = n质质n质质 + n剂剂对于水溶液对于水溶液 ，当溶剂为，当溶剂为 1 kg 时，即时，即 即对于稀溶液，溶质的摩尔分数与其即对于稀溶液，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。质量摩尔浓度成正比。 n质质 在数值上与质量摩尔浓度在数值上与质量摩尔浓度 b质质 相等相等 n剂剂 = = 55.6 mol ，1000 g18 g mol -1 n质质n剂剂 b质质55.6 x质质 =令令 k = ， 则则 x质质 k b1 55.6 将纯溶剂置于密闭容将纯溶剂置于密闭容器中，它将挥发，液面上器中，它将挥发，液面上方的空间被溶剂分子逐渐方的空间被溶剂分子逐渐占据
8、，上方空间里溶剂分占据，上方空间里溶剂分子数逐渐增加，蒸气密度子数逐渐增加，蒸气密度增大，压强也增大。增大，压强也增大。222 饱和蒸气压饱和蒸气压 1 纯溶剂的饱和蒸气压纯溶剂的饱和蒸气压 随着上方空间里溶剂分子个数的增随着上方空间里溶剂分子个数的增加，分子凝聚回到液相的机会增加。加，分子凝聚回到液相的机会增加。 当凝聚速度和蒸发速度相等时，上当凝聚速度和蒸发速度相等时，上方空间的蒸气密度不再改变，体系达到方空间的蒸气密度不再改变，体系达到动态平衡。动态平衡。同一液体，温度越高，蒸气压越大。同一液体，温度越高，蒸气压越大。 饱和蒸汽压属于物质的性质。饱和蒸汽压属于物质的性质。液体的蒸气压与气
9、相的体积及液相的液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关。量无关。 此时，蒸气的压强也不再改变。这个此时，蒸气的压强也不再改变。这个压强称为该温度下溶剂的饱和蒸气压，用压强称为该温度下溶剂的饱和蒸气压，用p* * 表示。表示。 溶剂的表面溶剂的表面 溶液的表面溶液的表面 难挥发溶质的分子难挥发溶质的分子溶剂分子溶剂分子2 溶液的饱和蒸气压溶液的饱和蒸气压 溶液表面单位时间内蒸发的溶剂分溶液表面单位时间内蒸发的溶剂分子的数目小于纯溶剂蒸发的分子数目。子的数目小于纯溶剂蒸发的分子数目。 当溶液中有难挥发的溶质时，则有当溶液中有难挥发的溶质时，则有部分溶液表面被溶质分子占据。部分溶液表面被溶质分子占据
10、。 当凝聚的分子数目与蒸发的分子数当凝聚的分子数目与蒸发的分子数目相等时，实现平衡，蒸气的密度及压目相等时，实现平衡，蒸气的密度及压强不会改变。强不会改变。 这种平衡状态下的饱和蒸气压这种平衡状态下的饱和蒸气压 p 小于小于纯溶剂的纯溶剂的 p* *。 在一定的温度下，难挥发非电解质稀在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。的摩尔分数的乘积。p p* * x剂剂 拉乌尔定律拉乌尔定律 （F. M. Raoult） 溶液的饱和蒸气压与纯溶剂的饱和蒸溶液的饱和蒸气压与纯溶剂的饱和蒸气压之间的数量关系与物质的本性无关。
11、气压之间的数量关系与物质的本性无关。 只与溶质的数量有关。只与溶质的数量有关。 在一定的温度下，难挥发非电解质稀在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。的摩尔分数的乘积。 这类性质称为依数性。这类性质称为依数性。1 蒸气压降低蒸气压降低故故 p p* *x质质 由由 p p* * x剂剂 可得可得 p p* *（1x质质）223 稀溶液的依数性稀溶液的依数性 可得可得 p* * p p* * x质质 在一定的温度下，难挥发非电解质在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的饱和蒸气压下降值稀溶液的饱和蒸气压下降值 p
12、与溶质与溶质的摩尔分数成正比。的摩尔分数成正比。 p p* *x质质 对于稀溶液，溶质的摩尔分数与其对于稀溶液，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。质量摩尔浓度成正比。 x质质 k b 故故 p = k b 在一定的温度下，难挥发非电解质在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的饱和蒸气压的降低值与稀溶液稀溶液的饱和蒸气压的降低值与稀溶液的质量摩尔浓度成正比。的质量摩尔浓度成正比。所以所以 p = p* * k b令令 k = p* *k p p* *x质质x质质 k b 2 沸点升高和凝固点降低沸点升高和凝固点降低 沸腾沸腾 当液体饱和蒸气压力等于外界当液体饱和蒸气压力等于外界的压力时，的压力
13、时，表面和内部同时气化的现象表面和内部同时气化的现象。 沸点沸点 液体沸腾过程中的温度。液体沸腾过程中的温度。 凝固点凝固点 液体凝固成固体（严格说是晶液体凝固成固体（严格说是晶体）的温度。体）的温度。 熔熔 解解 固体固体 液体液体 凝凝 固固 凝固点时，液体和固体的饱和蒸气压相等。凝固点时，液体和固体的饱和蒸气压相等。 若若 p固固 p液液， 则平衡右移，固体熔解则平衡右移，固体熔解; p固固 373 K），溶液的），溶液的饱和蒸气压才达到饱和蒸气压才达到 1.013 105 Pa，溶液才沸腾。溶液才沸腾。1.013 10 5611T2AA 水水BB 水水溶液溶液AB 冰冰p/Pa T/K
14、AABB273373T1结论结论 稀溶液沸点比纯溶剂升高。稀溶液沸点比纯溶剂升高。1.013 10 5611T2AA 水水BB 水水溶液溶液AB 冰冰p/Pa T/KAABB273373T11.013 10 5611T2AA 水水BB 水水溶液溶液AB 冰冰p/Pa T/KAABB273373T1 冰线和水线的交点冰线和水线的交点 A 处，冰和水的饱和处，冰和水的饱和蒸气压相等。此点蒸气压相等。此点 T = 273 K， 称为水的凝称为水的凝固点，亦称为冰点，此时固点，亦称为冰点，此时 p 611 Pa。AABBT22733731.013 10 5611AA 水水BB 水水溶液溶液AB 冰冰p
15、/Pa T/KT1 在在 273 K 时，溶液饱和蒸气压低于冰的时，溶液饱和蒸气压低于冰的饱和蒸气压，即饱和蒸气压，即 p冰冰 p溶溶 ，溶液此时尚未达溶液此时尚未达到凝固点。到凝固点。结论结论 稀溶液凝固点比纯溶剂低。稀溶液凝固点比纯溶剂低。 只有只有降温到降温到 T2（ 273 K ）时时，溶液溶液才达到凝固点。才达到凝固点。AABBT22733731.013 10 5611AA 水水BB 水水溶液溶液AB 冰冰p/Pa T/KT1 溶液的饱和蒸气压的降低，导致溶液溶液的饱和蒸气压的降低，导致溶液沸点升高、凝固点降低。沸点升高、凝固点降低。即即 Tb = Tb Tb* *用用 Tb 表示沸
16、点升高值，表示沸点升高值， 溶液沸点升高值、凝固点降低值与溶溶液沸点升高值、凝固点降低值与溶液的饱和蒸气压降低值成正比。液的饱和蒸气压降低值成正比。故故 Tb = k p 其中其中 kb 为沸点升高常数，与溶剂的种类为沸点升高常数，与溶剂的种类有关有关， 单位是单位是 K kg mol -1。得到沸点升高公式得到沸点升高公式 Tb = kb b和和 p = kb由由 Tb = k p令令 kb = k k得得 Tb = k kb b 为稀溶液的质量摩尔浓度。为稀溶液的质量摩尔浓度。 Tf 表示凝固点降低值，表示凝固点降低值， 即即 Tf = Tf * * Tf 与沸点升高公式相类似，与沸点升高
17、公式相类似，有有凝固点降低凝固点降低公式公式 Tf = kf b 其中其中 kf 为溶剂凝固点降低常数，为溶剂凝固点降低常数，与溶剂与溶剂的种类有关，的种类有关，单位是单位是 K kg mol -1。 b 为稀溶液的质量摩尔浓度。为稀溶液的质量摩尔浓度。3 渗透压渗透压水水半透膜半透膜糖糖水水 半透膜的特点：只允许溶剂半透膜的特点：只允许溶剂 H2O 分子分子透过，而不允许溶质蔗糖分子透过。透过，而不允许溶质蔗糖分子透过。水水 糖糖水水 放置放置 发生渗透现象，即溶剂透过半透膜，发生渗透现象，即溶剂透过半透膜，进入溶液的现象。进入溶液的现象。 渗透现象产生的原因：渗透现象产生的原因： 两侧静压
18、相等时，半透膜两侧透过的两侧静压相等时，半透膜两侧透过的水分子数不等，单位时间里，进入蔗糖溶水分子数不等，单位时间里，进入蔗糖溶液的水分子比从蔗糖溶液进入水中的水分液的水分子比从蔗糖溶液进入水中的水分子多些。子多些。渗透现象发生以后：渗透现象发生以后： （1） 水柱的高度降低，静压减小，使右水柱的高度降低，静压减小，使右行水分子数目减少行水分子数目减少; （2） 蔗糖溶液柱升高，静压增大，使左蔗糖溶液柱升高，静压增大，使左行水分子数目增加。行水分子数目增加。 水水糖糖水水 （3） 蔗糖溶液变稀，蔗糖溶液变稀，半透膜右侧的水分子的比例半透膜右侧的水分子的比例增加，亦使左行水分子数目增加，亦使左行
19、水分子数目增加。增加。 当过程进行到一定程度时，右行和左行当过程进行到一定程度时，右行和左行的水分子数目相等。水柱不再降低，同时蔗的水分子数目相等。水柱不再降低，同时蔗糖溶液柱亦不再升高，达到平衡。糖溶液柱亦不再升高，达到平衡。水水糖糖水水水水糖糖水水 达到平衡时，液柱高度差造成的静压达到平衡时，液柱高度差造成的静压称为溶液的渗透压。用称为溶液的渗透压。用 表示。表示。 渗透压公式渗透压公式 = cRT具有渗透压，是稀溶液的依数性质。具有渗透压，是稀溶液的依数性质。 渗透压渗透压 kPa c 溶质物质的量浓度溶质物质的量浓度 mol dm -3T 热力学温度热力学温度 K或或 V = nRT
20、则则 R = 8.314 kPa dm-3 mol-1 K-1依数性计算公式的使用范围：依数性计算公式的使用范围： 对于浓溶液或电解质溶液，这些对于浓溶液或电解质溶液，这些现象同样存在，但不再符合依数性的现象同样存在，但不再符合依数性的定量规律。定量规律。难挥发非电解质稀溶液。难挥发非电解质稀溶液。4 稀溶液依数性的应用稀溶液依数性的应用例例29 在在 26.6 g CHCl3 中溶解中溶解 0.402 g 难挥发性难挥发性非电解质溶质，所得溶液的沸点升高了非电解质溶质，所得溶液的沸点升高了0.432 K。已知已知 CHCl3 的沸点升高常数为的沸点升高常数为 3.63 Kkgmol-1，求该
21、溶质的平均相对分子质量求该溶质的平均相对分子质量 Mr。解：解：由由 Tb = kb b Tbkb b =3.63 K kg mol -1 0.432 K= = 0.119 mol kg -1故溶质的摩尔质量：故溶质的摩尔质量： 1000g CHCl3 中溶解的溶质的质量：中溶解的溶质的质量：0.402 g 1000 g26.6 g m = = 15.1 g 15.1 g 0.119 mol M = 127 g mol -1所以该溶质的平均相对分子质量所以该溶质的平均相对分子质量 Mr 为为 127。例例210 为为防防止止汽汽车车水水箱箱在在寒寒冬冬季季节节冻冻裂裂，需需使使水水的的冰冰点点
22、下下降降到到 253 K，则则在在每每 1000 g 水水中中应应加加入甘油多少克？入甘油多少克？解：解： Tf = 273 K 253 K = 20 K Tfkf b =20 K 1.8 K kg mol -1 = = 10.75 mol kg -1 甘油的摩甘油的摩尔尔质量量为 92 g mol -1。 所以，每所以，每 1000 g 水中应加入甘油的质水中应加入甘油的质量为量为根据根据题意，意，1000 g 水中水中应加加 10.75 mol 甘油甘油。 92 g mol -1 10.75 mol = 989 g 23 固体固体晶体：微观结构有规律排列的固体物质。晶体：微观结构有规律排列
23、的固体物质。非晶体（无定形）：微观结构排列无规律。非晶体（无定形）：微观结构排列无规律。 根据晶体中微粒之间相互作用的性质，根据晶体中微粒之间相互作用的性质，可以将晶体分成可以将晶体分成 4 种基本类型：分子晶体、种基本类型：分子晶体、离子晶体、原子晶体和金属晶体。离子晶体、原子晶体和金属晶体。 各种晶体的基本性质见下表。各种晶体的基本性质见下表。晶体类型晶体类型 离子晶体离子晶体原子晶体原子晶体 分子晶体分子晶体 金属晶体金属晶体代表物质代表物质 NaCl金刚石，金刚石， SiO2I2，干冰，干冰金属，合金金属，合金粒子间作用力粒子间作用力离子键离子键共价键共价键分子间力，氢键分子间力，氢键
24、金属键金属键熔沸点熔沸点较高较高很高很高较低较低较高较高硬度硬度较大而脆较大而脆大而脆大而脆较小较小多数较大多数较大溶解性溶解性极性溶剂极性溶剂不溶于不溶于一般溶剂一般溶剂符合相似相容原理符合相似相容原理不溶于不溶于一般溶剂一般溶剂机械加工性机械加工性不良不良不良不良不良不良 良好的延展性和良好的延展性和 机械加工性能机械加工性能应用应用电解质，电解质，耐火材料耐火材料半导体，半导体，硬质材料硬质材料溶剂，绝缘材料溶剂，绝缘材料机械制造机械制造导电、导热性导电、导热性热的不良热的不良导体，熔导体，熔融和溶于融和溶于水可导电水可导电电和热的电和热的不良导体不良导体电和热的电和热的不良导体不良导体电和热的电和热的良导体良导体
