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1、第四章第四章 物质的聚集状态物质的聚集状态胡应喜胡应喜 北京石油化工学院北京石油化工学院2012.10 1第一节气第一节气 体体一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程 分子本身不占体积，是一个具有质量的几何点；分子间没有分子本身不占体积，是一个具有质量的几何点；分子间没有分子本身不占体积，是一个具有质量的几何点；分子间没有分子本身不占体积，是一个具有质量的几何点；分子间没有作用力，分子间与分子与器壁之间发生的碰撞不造成能量损失作用力，分子间与分子与器壁之间发生的碰撞不造成能量损失作用力，分子间与分子与器壁之间发生的碰撞不造成能量损失作用力，分子间与分子与器壁之间发生的碰撞不造成能量损失。 对
2、于理想气体：对于理想气体：2 只适用理想气体只适用理想气体只适用理想气体只适用理想气体。对于低压、高温的实际气体来说，分。对于低压、高温的实际气体来说，分子间距与分子本身大小相比很大，分子间作用力极弱，这样子间距与分子本身大小相比很大，分子间作用力极弱，这样的实际气体也基本适用于理想气体状态方程。的实际气体也基本适用于理想气体状态方程。3 二、分压定律和分容定律二、分压定律和分容定律 1. 分压定律分压定律 结论：结论：v (1) 混混合合气气体体中中各各组组分分气气体体的的分分压压等等于于该该气气体体单单独独占占有有总总体体积时的压力。积时的压力。v (2) 混合气体的总压等于各组分气体分压
3、之和。混合气体的总压等于各组分气体分压之和。4 2. 分容分容(体积体积)定律定律 结论：结论：v (1) 混混合合气气体体中中各各组组分分气气体体的的分分体体积积等等于于该该温温度度T和和压压力力P时时某组分气体单独占有的体积。某组分气体单独占有的体积。v (2) 混合气体的总体积等于各组分气体分体积之和。混合气体的总体积等于各组分气体分体积之和。5q 例：今有例：今有3.0L的容器，内盛的容器，内盛2.0gO2和和4.0gN2，求，求300K时该混合时该混合气体的总压和气体的总压和O2、N2的分压。的分压。 解：解：M(O2)32 g/mol, M(N2)28 g/mol n0.063 +
4、 0.140.20mol6q 例：在例：在290K和和100.592kPa时，用排水法收集了时，用排水法收集了150mL某气体，某气体，该气体干燥后的质量为该气体干燥后的质量为0.172g。求该气体的相对分子质量求该气体的相对分子质量(290K时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为1.933kPa)。 解：设该气体的压力为解：设该气体的压力为p： p = 100.592 1.93398.659 kPa 根据：根据：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28.0。7q例：例：已知在已知在40时三氯甲烷时三氯甲烷(CHCl3)的蒸气压为的蒸气压为49.3kPa，若有若有4.0L干燥空气
5、在干燥空气在40、101kPa下缓慢通过下缓慢通过CHCl3并收集之。试并收集之。试求：求：(1) 101kPa下，为下，为CHCl3所饱和的空气，在该条件下体积所饱和的空气，在该条件下体积应是多少？应是多少？(2) 4.0L干空气带走干空气带走CHCl3多少克？多少克？ (1) 7.81L (2) 17.7g(1) 7.81L (2) 17.7g q例例：在在400kPa下下，由由CH4、C2H6、C3H8组组成成的的气气体体混混合合物物中中， C2H6和和C3H8的的体体积积分分数数分分别别为为30、10，则则混混合合气气体体中中CH4的分压力为的分压力为.( ) A120kPa B240
6、kPa C40kPa D133kPa 三、实际气体三、实际气体 (了解了解)8第二节第二节 液体和溶液液体和溶液 一、液体的蒸发和蒸气压一、液体的蒸发和蒸气压蒸蒸发发凝凝聚聚 当蒸发速率与凝聚速率当蒸发速率与凝聚速率相等时，液体上方的蒸气所相等时，液体上方的蒸气所具有的压力称为液体的饱和具有的压力称为液体的饱和蒸气压蒸气压( (简简称称蒸气压蒸气压) )。沸点：液体的饱和蒸气压等于沸点：液体的饱和蒸气压等于外界压力外界压力(101kPa)时的温度。时的温度。910 蒸气压的特征：蒸气压的特征： (1) 它与液体量的多少和液体上方蒸发的体积无关。它与液体量的多少和液体上方蒸发的体积无关。 (2)
7、 与温度有关。温度越高，蒸发速率越大，蒸气分子数增多，与温度有关。温度越高，蒸发速率越大，蒸气分子数增多，蒸气压力就越大。蒸气压力就越大。 (3) 液体蒸气压表达了一定温度下液体的蒸发难易程度，是液液体蒸气压表达了一定温度下液体的蒸发难易程度，是液体分子间作用力大小的反映。一般来说，液体分子间力越弱，体分子间作用力大小的反映。一般来说，液体分子间力越弱，液体越易蒸发，其蒸气压就越大。同温度，不同物质，蒸气压液体越易蒸发，其蒸气压就越大。同温度，不同物质，蒸气压不同。不同。例：例：1.0升密闭容器内盛有升密闭容器内盛有0.05mol C6H6(苯苯)，在沸点，在沸点(80)温度温度时容器内苯产生
8、的蒸气压与下列数据最接近的时容器内苯产生的蒸气压与下列数据最接近的.( ) (A) 101.3 kPa (B) 293 kPa (C) 147 kPa (D) 无法确定无法确定 11q例例：20时时，CS2的的蒸蒸气气压压为为40.0kPa，将将5.00g CS2置置于于该该温温度下的密闭容器内，问：度下的密闭容器内，问： (1) 若容器的体积为若容器的体积为3.0L，CS2蒸气压为多少？蒸气压为多少？ (2) 若容器的若容器的体积为体积为5.0L，CS2的蒸气压为多少？的蒸气压为多少？ 解：解：(1) 20时，将时，将5.00gCS2全部汽化为饱和蒸气，则其压力或全部汽化为饱和蒸气，则其压力
9、或体积：体积： 这说明这说明5.00gCS2在在3.0L容器中未全部气化，处于气液平衡，容器中未全部气化，处于气液平衡，所以容器中所以容器中PCS2=40kPa。 40.0kPa或或12 (2) 由由(1)计算结果知，计算结果知，CS2全部气化时的全部气化时的V4.00L，小于容器，小于容器体积，这说明体积，这说明5.00gCS2全部气化成气体，而且为不饱和气体，全部气化成气体，而且为不饱和气体，其压力可用理想气体状态方程式求解：其压力可用理想气体状态方程式求解： 13 二、溶液的一般概念和浓度表示方法二、溶液的一般概念和浓度表示方法 1. 质量分数和体积分数质量分数和体积分数 2. 物质的量
10、的分数：物质的量的分数：某一溶质物质的量占全部溶液物质的量某一溶质物质的量占全部溶液物质的量的比值。的比值。 3. 物质的量的浓度：物质的量的浓度：在在1L溶液中所含溶质的物质的量溶液中所含溶质的物质的量(摩尔数摩尔数)。c(B)nB/V (molL1 ) 4. 质量摩尔浓度质量摩尔浓度：在：在1kg溶剂中所溶解溶质的物质的量溶剂中所溶解溶质的物质的量(摩尔数摩尔数)，以，以b来表示。来表示。bnB/mA (molkg1 )14 5. 滴定度滴定度：每毫升标准溶液相当于待测组分的质量，用：每毫升标准溶液相当于待测组分的质量，用Tx/s表表示，示，x为溶液中被测物质的化学式，为溶液中被测物质的化
11、学式，s为标准溶液的化学式，单为标准溶液的化学式，单位为位为gmL1。 如如T(Fe/K2Cr2O7)0.005585 g mL-1 说明说明1.00mL K2Cr2O7标准溶液相当于标准溶液相当于0.005585g的的Fe滴定度与物质的量的浓度滴定度与物质的量的浓度(单位为单位为molL1)间可以换算：间可以换算： aA + bB P a b cAV nB (V的单位为的单位为L) m(B)bcAV /aMB (m(B)的单位为的单位为g) T(B/A) m(B) /(V1000) b b c cA A MMB B1010-3-3/ /a a (g mL-1 )15q已知已知0.1000mo
12、lL-1的的HCl溶液，求溶液，求TNaOH/HCl和和TNH3/HCl (以以gmL-1表示表示)解：解：TNaOH/HCl0.1000M(NaOH)10-3 0.004000gmL-1 TNH3/HCl0.1000M(NH3)10-30.001700gmL-1 q计算计算0.1000molL-1的的HCl标准溶液对标准溶液对Na2CO3的滴定度。的滴定度。解：解： 因为因为1mol HCl 只能与只能与1/2mol Na2CO3完全反应，所以完全反应，所以 TNa2CO3/HCl(1/2) 0.1000M(Na2CO3)10-3 0.50.100010610-3 0.005300gmL-1
13、16 五、稀溶液的通性五、稀溶液的通性 1. 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性 (1) 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降pA pA* 同一温度下，纯溶剂的蒸气压与溶液蒸气压的差值称为溶同一温度下，纯溶剂的蒸气压与溶液蒸气压的差值称为溶液的蒸气压下降液的蒸气压下降： ppA*pA 17 1887年，拉乌尔：年，拉乌尔： 在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积液的蒸气压等于纯溶剂的饱
14、和蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。 对于稀溶液，对于稀溶液，nB很小：很小： 在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶液的蒸气压下降与溶在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶液的蒸气压下降与溶在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶液的蒸气压下降与溶在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶液的蒸气压下降与溶质摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关质摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关质摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关质摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。拉乌尔定律。拉乌尔定律 18q 例：例：20时，将时，将4.50g尿素尿素CO(NH2)2溶于溶于100g水中。计算
15、溶水中。计算溶液的蒸气压和液的蒸气压和蒸气压下降常数蒸气压下降常数K 。 ( 20时水的饱和蒸气压时水的饱和蒸气压 2.34kPa) 解：解：水溶液中水的摩尔分数：水溶液中水的摩尔分数： 水溶液的蒸气压：水溶液的蒸气压： (2) 沸点上升和凝固点下降沸点上升和凝固点下降 沸点：液体的蒸气压等于外界压力沸点：液体的蒸气压等于外界压力(101.325kPa)时的温度，时的温度， 以以Tb表示。表示。19 凝凝固固点点：液液相相蒸蒸气气压压等等于于固固相相蒸蒸气气压压时时的的温温度度，以以Tf表表示。示。2021 难挥发的非电解质稀溶液，沸点上升和凝固点下降与溶液难挥发的非电解质稀溶液，沸点上升和凝
16、固点下降与溶液难挥发的非电解质稀溶液，沸点上升和凝固点下降与溶液难挥发的非电解质稀溶液，沸点上升和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与物质的本性无关。的质量摩尔浓度成正比，而与物质的本性无关。的质量摩尔浓度成正比，而与物质的本性无关。的质量摩尔浓度成正比，而与物质的本性无关。q如：如：10.3g某非电解质溶解在某非电解质溶解在140g水中，溶液的沸点为水中，溶液的沸点为101.3，求该电解质的分子量。，求该电解质的分子量。 解：设摩尔质量为解：设摩尔质量为M 根据根据22q 例：把例：把0.322g萘溶于萘溶于80g苯中所得溶液的凝固点为苯中所得溶液的凝固点为278.34K，求求萘的摩尔
17、质量。萘的摩尔质量。(苯的凝固点为苯的凝固点为278.50K，其，其Kf5.10K/mol.kg) 解：解： 23q例：为防止汽车水箱在冬季冻裂，需使水的冰点下降到例：为防止汽车水箱在冬季冻裂，需使水的冰点下降到253K，即，即Tf20.0K，则在每则在每1000g水中应加入甘油多少克？水中应加入甘油多少克？(甘油甘油的的M92，水的水的Kf1.853) 24(3) 渗透压渗透压 1886年，范特荷夫综合实验结果，年，范特荷夫综合实验结果， 指出了稀溶液的渗指出了稀溶液的渗透压与透压与T、浓度的关系：、浓度的关系：25q例：将例：将5.00g鸡蛋白溶于水，形成鸡蛋白溶于水，形成1.00L溶液，
18、测得该溶液的渗溶液，测得该溶液的渗透压在透压在25为为306Pa。求鸡蛋白的平均摩尔质量。求鸡蛋白的平均摩尔质量。 解：解：难挥发的非电解质稀溶液，它们的难挥发的非电解质稀溶液，它们的难挥发的非电解质稀溶液，它们的难挥发的非电解质稀溶液，它们的蒸气压下降、沸点上升、凝固点下蒸气压下降、沸点上升、凝固点下蒸气压下降、沸点上升、凝固点下蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压，这些性质的变化与溶降和渗透压，这些性质的变化与溶降和渗透压，这些性质的变化与溶降和渗透压，这些性质的变化与溶质的浓度成正比，而与溶质的本性质的浓度成正比，而与溶质的本性质的浓度成正比，而与溶质的本性质的浓度成正比，而与溶质的
19、本性无关，这些性质称为稀溶液定律，无关，这些性质称为稀溶液定律，无关，这些性质称为稀溶液定律，无关，这些性质称为稀溶液定律，也称为稀溶液的依数性。也称为稀溶液的依数性。也称为稀溶液的依数性。也称为稀溶液的依数性。 26q例：例：20时，葡萄糖时，葡萄糖(C6H12O6)15g，溶解于，溶解于200g水中，试计水中，试计算溶液蒸汽压算溶液蒸汽压p，沸点，沸点Tb，凝固点，凝固点Tf和渗透和渗透(20时水的蒸汽压时水的蒸汽压为为2338Pa，Kb为为0.512，Kf为为1.86) 解：解：溶液的溶液的bB(15/180)/0.20.42molkg1 ppA*xH2O23380.9932321.6P
20、aTbKbbB0.5120.420.22 Tb100 + Tb100.22 TfKfbB1.860.420.78 Tf0 Tf0.78 cRTbBRT0.428.314293= 1023 kPa27q例：一种体液的凝固点是例：一种体液的凝固点是0.50，求其沸点及此溶液在，求其沸点及此溶液在0时的渗透压力时的渗透压力(已知水的已知水的Kf1.86 Kkgmol1，Kb=0.512Kkgmol1)。 解：解：稀溶液的四个依数性是通过溶液的质量摩尔浓度相互关连稀溶液的四个依数性是通过溶液的质量摩尔浓度相互关连的，即的，即 TbKbb0.5120.2690.138K故其沸点为：故其沸点为：100 +
21、 0.138100.1380时的渗透压力时的渗透压力 cRTbRT 0.2698.314273= 610 kPa 2. 电解质稀溶液的性质电解质稀溶液的性质 28vAB型，如型，如NaCl、KCl的的i接近接近2；vA2B or AB2型，型， K2SO4、CaCl2的的i在在23之间，接近之间，接近3。 如果不考虑离子间作用力，如果不考虑离子间作用力，如果不考虑离子间作用力，如果不考虑离子间作用力，i i就等于电解质离解出的离子数目。就等于电解质离解出的离子数目。就等于电解质离解出的离子数目。就等于电解质离解出的离子数目。 强电解质：强电解质：v弱电解质：如弱电解质：如CH3COOH的的i
22、略大于略大于1。29 不考虑离子间作用力，不考虑离子间作用力，Al2(SO4)3(浓度为浓度为b)的的i为多少？为多少？q例例：某某温温度度时时，1molL1糖糖水水的的饱饱和和蒸蒸气气压压为为P1，同同温温度度下下1 molL1 NaCl盐水的饱和蒸气压为盐水的饱和蒸气压为P2，则则.( ) (A) P2 P1 (B) P2 P1 (C) P2P1 (D) 无法判断无法判断 q例：例：2.9%NaCl(摩尔质量为摩尔质量为58.5)溶液产生的渗透压接近于溶液产生的渗透压接近于( ) (A) 5.8%蔗糖溶液蔗糖溶液 (B) 2.9%蔗糖溶液蔗糖溶液 (C) 0.5 molkg1 蔗糖溶液蔗糖
23、溶液 (D) 1 molkg1蔗糖溶液蔗糖溶液q例例：下下列列各各种种物物质质的的溶溶液液浓浓度度均均为为0.01molkg1 ，按按它它们们的的沸沸点递减的顺序排列是点递减的顺序排列是( ) (A) HAc-NaCl-C6H12O6-CaCl2 (B) C6H12O6-HAc-NaCl-CaCl2 (C) CaCl2-NaCl-HAc-C6H12O6 (D) CaCl2-HAc-NaCl-C6H12O6 30q例：将例：将26.3g CdSO4固体溶解在固体溶解在1000g水中，其凝固点比纯水水中，其凝固点比纯水下降了下降了0.285K，计算计算CdSO4在溶液中离解的百分数。在溶液中离解的
24、百分数。(已知已知H2O的的Kf =1.86Kkgmol1)，原子量：原子量：Cd 112.4，S 32.06) 解：解：1000g水中溶解水中溶解CdSO4的摩尔数：的摩尔数：n26.3/2080.126mol 由实验测得由实验测得CdSO4溶液中的微粒的质量摩尔浓度：溶液中的微粒的质量摩尔浓度： bTf / Kf 0.285/1.850.153 molkg1 即即该该溶溶液液中中实实际际存存在在微微粒粒的的摩摩尔尔数数为为0.153mol，此此值值大大于于0.126mol，说说明明CdSO4在在水水溶溶液液中中发发生生部部分分离离解解，设设其其离离解解度为度为x，则：则： CdSO4(aq
25、)= Cd2+ + SO42 平衡时物质的量：平衡时物质的量： 0.126(1-x) 0.126x 0.126x 0.126(1-x) + 0.126x + 0.126x 0.153 x = 21% 31第三节第三节 相变化和相图相变化和相图 ( (了解了解) )32教学要点教学要点1. 掌握理想气体定律；掌握理想气体定律；2. 掌握溶液浓度的表示方法；掌握溶液浓度的表示方法；3. 理解稀溶液的依数性；理解稀溶液的依数性； 重点：重点：理想气体定律；非电解质稀溶液的依数性理想气体定律；非电解质稀溶液的依数性 难点：难点：稀溶液的依数性；稀溶液的依数性； 自学内容：自学内容：实际气体实际气体(了解了解)；相变化和相图；相变化和相图(了解了解)3334
