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1、第第 2 2 章章化学基础知识化学基础知识2 1 气体气体2 1 1 理想气体的状态方程理想气体的状态方程 理想气体：理想气体： 分子本身不占体积，分子间没有作用力的气体。分子本身不占体积，分子间没有作用力的气体。 低压高温下的气体接近于理想气体。低压高温下的气体接近于理想气体。 Boyle 定律定律 V 1 p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 。 V T CharlesGayLussac 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 nAvogadro 定律定律 当当 p 和和 T 一定时，气体的一
2、定时，气体的 V 和和 n 成正比。成正比。 实验测得，其比例系数是实验测得，其比例系数是 R， 则则 pV n RT V nRTpV nT p 综合以上三个经验公式，得综合以上三个经验公式，得或或理想气体状态方程理想气体状态方程R 8.3145 Pa m3 mol-1 K-1 8.3145 J mol-1 K-1 R: 摩尔气体常数摩尔气体常数1 mol 理想气体，理想气体，0，0.1MPa时的体积为时的体积为 22.4 L。 pV n RT 物质的量物质的量(n) mol温度温度 T (temperature) T (t + 273.15) K压力压力 p (pressure) 1 atm
3、 760 mmHg 101325 Pa 101 kPa 0.1 MPa体积体积 V (volume)1 m3 103 L 103 dm3 106 cm3解：依据题意可知解：依据题意可知 V1 V2 ， n1 n2此时此时 解得解得 T2 900 K当温度达到当温度达到 900 K 以上时，烧瓶会炸裂。以上时，烧瓶会炸裂。例例2-1 一玻璃烧瓶可以耐压一玻璃烧瓶可以耐压 3.08 105 Pa ，在温度为，在温度为300 K 和压强为和压强为 1.03 105 Pa 时，使其充满气体。问在什么温时，使其充满气体。问在什么温度时，烧瓶将炸裂。度时，烧瓶将炸裂。 例例 22 27 和和 101 kP
4、a下，下， 1.0 dm3 某气体质量为某气体质量为 0.65 g，求它的相对分子质量。，求它的相对分子质量。解：由理想气体的状态方程解：由理想气体的状态方程 pV nRT 得得 n pV/RT 即即 m/M pV/RT M 0.658.314300 1011 16 g mol12 1 2 实际气体的状态方程实际气体的状态方程 理想气体是在对于实际气体进行假定的基础上抽象出理想气体是在对于实际气体进行假定的基础上抽象出的模型，实际气体的实验数据偏离理想气体的状态方程，的模型，实际气体的实验数据偏离理想气体的状态方程，因此，必须对理想气体状态方程进行修正，才能够适用于因此，必须对理想气体状态方程
5、进行修正，才能够适用于实际气体。实际气体。 考虑到实际气体分子之间的相互作用，实际气体分子考虑到实际气体分子之间的相互作用，实际气体分子碰撞器壁时所产生的压力小于理想气体所产生的压力。碰撞器壁时所产生的压力小于理想气体所产生的压力。因此因此 p p实实 + p内内 p ：理想气体的压强：理想气体的压强p实实：实际气体的压强：实际气体的压强p内内：理想气体的压强：理想气体的压强 p 与实际气体的压强与实际气体的压强 p实实 的差的差 p内内 和内部分子的密度成正比，也和碰撞器壁的外层和内部分子的密度成正比，也和碰撞器壁的外层分子的密度成正比，即分子的密度成正比，即设其比例系数为设其比例系数为 a
6、，则上式可写成，则上式可写成则则 p内内 n V( )2 p内内 a n V( )2 p p实实 + a ( )2Vn V V实实 nb 实际气体分子自身的体积不能忽略，实际气体的体积实际气体分子自身的体积不能忽略，实际气体的体积占据一定的空间，气体分子自身体积与气体的物质的量有占据一定的空间，气体分子自身体积与气体的物质的量有关，所以，关，所以，理想气体方程可以写为理想气体方程可以写为 p 实实 + a(n/V)2（V实实 nb） nRT 范德华方程范德华方程 a、b 称为气体的范德华常数称为气体的范德华常数 a 和和 b 的值越大，实际气体偏离理想气体的程度越大。的值越大，实际气体偏离理想
7、气体的程度越大。 2 1 3 混合气体的分压定律混合气体的分压定律 混合气体混合气体 ：由两种或两种以上的，相互之间不发生：由两种或两种以上的，相互之间不发生反应的气体混合在一起组成的体系。反应的气体混合在一起组成的体系。组分气体：混合气体中的每一种气体组分气体：混合气体中的每一种气体 混合气体的物质的量为混合气体的物质的量为 n 各组分气体的物质的量各组分气体的物质的量 为为ni则则 对于双组分体系，对于双组分体系，T，V 一定时一定时pA+ pBnAnBnA + nBpApB pB nBRT/V pA nART/Vp总总 pA + pB1 道尔顿分压定律道尔顿分压定律 对于多组分体系对于多
8、组分体系 pi niRT/V总总 在温度和体积恒定时，混合气体的总压力等于各组分在温度和体积恒定时，混合气体的总压力等于各组分气体分压力之和，某组分气体的分压力等于该气体单独占气体分压力之和，某组分气体的分压力等于该气体单独占有总体积时所表现的压力。有总体积时所表现的压力。p pi niRT/V nRT/V n：混合气体总的物质的量：混合气体总的物质的量 pi /p ni/n 或或 pi ni p/n xi p2 分体积定律分体积定律(E.H. Amage1880) p， T 一定时一定时nBp，VBp，VA + VBnA + nB pVA nART pVB nBRTV总总 VA + VB 在
9、恒温恒压下，某组分的分体积等于该组分产生与在恒温恒压下，某组分的分体积等于该组分产生与混合气体相同的压力时所占据的体积。混合气体相同的压力时所占据的体积。p，VAnA例例 23某温度下，将某温度下，将 2 105 Pa 的的 O2 3 dm3 和和 3 105 Pa 的的 N2 1 dm3 充入充入 6 dm3 的真空容器中，求的真空容器中，求 混合气体的各组分的分压及总压混合气体的各组分的分压及总压 .解：解：O2 p1 2 105 Pa V1 3 dm3 p2 ? V2 6 dm3 O2 的分压的分压p(O2) p1V1/V2 (2 105 3/6) Pa 1 105 Pa同理同理 N2
10、的分压的分压 混合气体的总压力混合气体的总压力p(N2) (31051/6)Pa 0.5 105 Pap 总总 p ( O2 ) + p ( N2 ) ( 1105 + 0.5105 )Pa 1.5 105 Pa 例例 24 制取氢气时，在制取氢气时，在 22 和和 100.0 kPa 下，下， 用排水用排水集气法收集到气体集气法收集到气体 1.26 dm3，在此温度下水的蒸气压为，在此温度下水的蒸气压为 2.7 kPa，求所得氢气的质量。，求所得氢气的质量。解：由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合气体，解：由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合气体， 则其中水蒸气的分压则其中水蒸气的分压 p(H2
11、O) 2.7 kPa 那么那么 p(H2) 100 kPa 2.7 kPa 97.3 kPa由由 pi V总总 ni RT 故所得氢气的质量为故所得氢气的质量为 2 g mol 1 1 0.05 mol 0.1 g ni piV总总/(RT) 97.3 103 1.26 103/(8.314 295) mol 0.05 mol2 1 4 气体扩散定律气体扩散定律 气体扩散定律气体扩散定律 ：同温同压下气态物质的扩散速度与：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其密度的平方根成反比(Graham， 1831 )。 ui：扩散速度：扩散速度 i：表示密度：表示密度由理想气体状态方程推
12、得由理想气体状态方程推得 Mr m RT V p 同温同压下，气体的扩散速度与其相对分子质量的平同温同压下，气体的扩散速度与其相对分子质量的平方根成反比。方根成反比。 Mr RT p2 1 5 气体分子的速率分布和能量分布气体分子的速率分布和能量分布1 气体分子的速率分布气体分子的速率分布 u u : : 代表分子的运代表分子的运动动速率。速率。 单位速率间隔内分子的数目。单位速率间隔内分子的数目。Nu： 速率大的分子少；速率小的分子也少；速率居中的分速率大的分子少；速率小的分子也少；速率居中的分子较多子较多 。O 气体分子的速率分布气体分子的速率分布 up ：最概然速率：最概然速率 气体分子
13、中具有气体分子中具有 up 这种速率的分子数目最多，在分这种速率的分子数目最多，在分子总数中占有的比例最大子总数中占有的比例最大 。O不同温度下的气体分子运动速率的分布曲线不同温度下的气体分子运动速率的分布曲线 T2 T1 温度升高时，气体分子的运动速率普遍增大，具有较温度升高时，气体分子的运动速率普遍增大，具有较高速率的分子的分数提高，分布曲线右移。高速率的分子的分数提高，分布曲线右移。 O 气体分子的能量分布气体分子的能量分布 2 气体分子的能量分布气体分子的能量分布 O2 2 液体和溶液液体和溶液2 2 1 溶液浓度的表示方法溶液浓度的表示方法 特点：较方便，实验室最常用；特点：较方便，
14、实验室最常用； 由于体积受温度的影响，使用时要指明温度。由于体积受温度的影响，使用时要指明温度。 cB nB V SI 单位：单位：mol m3 常用单位为常用单位为mol dm3或或mol L1 溶质溶质 B 的物质的量除以混合物的体积，即的物质的量除以混合物的体积，即 1 m3 溶液溶液中所含的溶质的物质的量，用中所含的溶质的物质的量，用 cB 表示。表示。1 物质的量浓度物质的量浓度2 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 溶质溶质 B 的物质的量除以的物质的量除以溶剂溶剂 A 的质量，用符号的质量，用符号 b 表表示，示，SI 单位是单位是 mol kg-1特点：与温度无关，可用于沸点及凝固点的计
15、算。特点：与温度无关，可用于沸点及凝固点的计算。bB nBmA3 质量分数质量分数溶质溶质 B 的质量与混合物质量之比。的质量与混合物质量之比。 wB是量纲为是量纲为1的量的量 wB mB m总总4 摩尔分数摩尔分数 溶质和溶剂都用溶质和溶剂都用 mol 表示，溶质的物质的量占全部溶表示，溶质的物质的量占全部溶液的物质的量的分数，用液的物质的量的分数，用 xB 表示。表示。 对于多组分体系：对于多组分体系： xB nB n总总5 质量摩尔浓度与摩尔分数之间的关系质量摩尔浓度与摩尔分数之间的关系 稀溶液中，稀溶液中，x溶剂溶剂 x溶质溶质， 则则 x溶质溶质 n溶质溶质 n溶质溶质 n溶质溶质
16、+ n溶剂溶剂 n溶剂溶剂对于水溶液对于水溶液 ，当，当 n溶剂溶剂 1000 g/(18 g / mol) 55.6 mol 时，时，n溶质溶质 b溶质溶质即即 x溶质溶质 n溶质溶质/n溶剂溶剂 b溶质溶质/55.6令令 k 1/55.6， 则则 x溶质溶质 k b稀溶液中，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。稀溶液中，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。 2 2 2 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 在一定的温度下，液体与蒸气达到平衡时，水蒸气压在一定的温度下，液体与蒸气达到平衡时，水蒸气压力最大，称饱和蒸气压，用力最大，称饱和蒸气压，用 p p* *
17、表示表示. . H2O (l) H2O(g)蒸发蒸发凝聚凝聚乙醚乙醚乙醇乙醇水水pTA 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。B 与物质的本性有关：同一温度下，易挥发液体蒸与物质的本性有关：同一温度下，易挥发液体蒸 气压大。气压大。C 液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关。液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关。2 溶液的饱和蒸气压溶液的饱和蒸气压 溶液的蒸气压低于纯溶剂溶液的蒸气压低于纯溶剂丙酮溶液丙酮溶液压力计压力计丙酮丙酮 在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等在一定的温度下，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的摩尔分数的乘积。于纯溶
18、剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。 p pA*xA拉乌尔定律拉乌尔定律2 2 3 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性 溶液的性质与哪些因素有关？溶液的性质与哪些因素有关？导电性、酸碱性、氧化还原性导电性、酸碱性、氧化还原性蒸气压、凝固点、沸点、渗透压蒸气压、凝固点、沸点、渗透压 与物质的本性有关与物质的本性有关 与溶质的数量有关与溶质的数量有关水、溶液和冰的蒸气压温度图水、溶液和冰的蒸气压温度图AA 水线水线 ， BB 溶液线溶液线 ， AB 冰线冰线T2T1T 在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值降值 p 与溶质的摩尔分数
19、成正比。与溶质的摩尔分数成正比。 适用范围适用范围: :难挥发难挥发, ,非电解质非电解质, ,稀溶液。稀溶液。1 蒸气压下降蒸气压下降 p pA*xB p pA* xA p pA*(1xB)2 沸点升高沸点升高 当液体蒸气压力等于外界的压力时，液体沸腾，当液体蒸气压力等于外界的压力时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。此时的温度称为该液体的沸点。 当外压为当外压为 101325 Pa 时，液体的沸点为正常沸点。时，液体的沸点为正常沸点。(1) 液体的沸点液体的沸点(2) 影响沸点高低的因素影响沸点高低的因素u与物质的本性有关，在一定的外压下，易挥发的液体与物质的本性有关，在一定的外压下，
20、易挥发的液体沸点低；沸点低；u对于同一物质，沸点与外压有关，外压越大，沸点越对于同一物质，沸点与外压有关，外压越大，沸点越高；高；u外压一定时，纯净物具有固定的沸点。外压一定时，纯净物具有固定的沸点。(3) 溶液的沸点升高溶液的沸点升高 难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高值与溶液中溶难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高值与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比。质的质量摩尔浓度成正比。 kb: 溶剂沸点升高常数，只与溶剂有关，与溶质无关溶剂沸点升高常数，只与溶剂有关，与溶质无关, SI单位是单位是 Kkgmol-1。 Tb kb b 3 溶液的凝固点溶液的凝固点一定外压下，物质的固相与其液相达成平衡时的温度
21、。一定外压下，物质的固相与其液相达成平衡时的温度。(1) 液体的凝固点液体的凝固点 H2O (l) H2O(g)蒸发蒸发凝聚凝聚正常凝固点正常凝固点: 101325Pa下纯液体和其固相平衡时的温下纯液体和其固相平衡时的温度。度。 难挥发性非电解质稀溶液凝固点降低的数值，与其蒸难挥发性非电解质稀溶液凝固点降低的数值，与其蒸气压降低的数值成正比。气压降低的数值成正比。 (2)溶液的凝固点降低：溶液的凝固点降低： kf : 溶液凝固点降低常数，是与溶剂有关，与溶质无溶液凝固点降低常数，是与溶剂有关，与溶质无关的常数，关的常数，SI单位单位 Kkgmol-1。 Tf kfb Tf kfb kfnB/b
22、A kf bB/(MBbA)利用此式可以测定溶质的摩尔质量。利用此式可以测定溶质的摩尔质量。3 渗透压渗透压 渗透现象和渗透压渗透现象和渗透压 水水 糖水糖水水水 糖水糖水 a 渗透现象渗透现象 b 渗透压渗透压 c 渗透压的定量计算渗透压的定量计算 cBRT：kPa cB : molL-1 R 8.314 kPaLmol-1K-1 小小 大大 稀溶液稀溶液 浓溶液浓溶液理理 解解 渗透方向渗透方向等渗溶液等渗溶液 渗透能力相同的溶液渗透能力相同的溶液反渗透作用反渗透作用 溶剂溶剂 溶液溶液 依数性使用范围依数性使用范围: : 对于难挥发非电解质浓溶液或电解质溶液，这些现象对于难挥发非电解质浓
23、溶液或电解质溶液，这些现象同样存在，不再符合依数性的定量规律。同样存在，不再符合依数性的定量规律。 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a. 测定分子摩尔质量测定分子摩尔质量 低相对分子质量低相对分子质量- 沸点升高，凝固点降低沸点升高，凝固点降低 高相对分子质量高相对分子质量-渗透压渗透压b. “反渗透技术反渗透技术”应用应用例例 2-5 在在 26.6 g CHCl3 中溶解中溶解 0.402 g 难挥发性非电解难挥发性非电解质溶质，所得溶液的沸点升高了质溶质，所得溶液的沸点升高了0.432 K，CHCl3 的沸点的沸点升高常数为升高常数为 3.
24、63 Kkg mol-1，求该溶质的平均摩尔质量，求该溶质的平均摩尔质量Mr。解：由解：由 Tb kb b，解得，解得 0.119 mol kg 1 b 0.4323.63 Tb kb 因为因为所以所以 M m1000b26.6 0.40210000.11926.6 127 g mol 1例例 26 为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的凝固为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的凝固点降低到点降低到 253 K，则在每，则在每 1000 g 水中应加入甘油多少克？水中应加入甘油多少克？解：解： T Tf f ( 273-253) K 20 Kb Tf/kf 20 K/1.8 Kkgmol-1
25、10.75 molkg-1根据根据题题意，意，1000 g 水中水中应应加加 10.75 mol甘油，甘油，甘油的摩甘油的摩尔尔质质量量为为 92 g/mol。所以加入甘油的质量为所以加入甘油的质量为 92 g/mol 10.75 mol 989 g 2 3 固体固体晶体晶体类类型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代表物质质NaCl金金刚刚石，石，SiO2I2,干冰，大多数有机物干冰，大多数有机物金属，合金金属，合金粒子粒子间间作用力作用力离子离子键键共价共价键键分子分子间间力，力，氢键氢键金属金属键键熔沸点熔沸点较较高高很高很高较较低低较较高高挥发挥发性
26、性低低无无高高低低硬度硬度较较大而脆大而脆大而脆大而脆较较小小多数多数较较大大导电导电、导热导热性性热热的不良的不良导导体，熔融和体，熔融和溶于水可溶于水可导导电电非非导电导电(热热)体体非非导电导电(热热)体，不体，不绝对绝对，有些有机物可以有些有机物可以导电导电(合合成金属成金属)良良导电导电(热热)体体溶解性溶解性极性溶极性溶剂剂不溶于一般溶不溶于一般溶剂剂符合相似相容原理符合相似相容原理不溶于一般溶不溶于一般溶剂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良好的延展性和机械加工性和机械加工性能能应应用用电电解解质质，耐，耐火材料火材料半半导导体，硬体，硬质质材材料料溶溶剂剂，绝缘绝缘材料材料机械制造机械制造
