第一章气体液体溶液

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1、第一章第一章 气体液体溶液气体液体溶液一、气体一、气体1 理想气体状态方程理想气体状态方程2 混合气体分压定律混合气体分压定律3 实际气体和实际气体和 Van der Waals 方程方程二、液体二、液体1 气体的液化气体的液化2 液体的气化：蒸发、沸腾液体的气化：蒸发、沸腾3 蒸气压计算蒸气压计算三、溶液的浓度三、溶液的浓度（自学）（自学）（考试要求考试要求）1 质量百分比浓度质量百分比浓度2 质量摩尔浓度质量摩尔浓度3 摩尔分数浓度摩尔分数浓度4 物质的量浓度物质的量浓度一、气体一、气体1 理想气体状态方程理想气体状态方程 物质的状态：固体固体 液体液体 气体气体气体气体 分子间作用力分子

2、间作用力，减弱减弱 密度，密度，降低降低 （有例外） （分子本身所占体积的比例分子本身所占体积的比例）等离子体等离子体(Plasma)玻色-爱因斯坦凝结(Bose-Einstein condensate states)（请见ftp上有关资料）Figure: Gas-liquid-solid理想气体理想气体假定： 分子不占有体积(忽略尺寸) 分子间作用力忽略不计 P V = n R T （理想气体状态方程）压力体体积积温度气气体体常常数数摩尔数适用于：温度较高或压力较低时的稀薄气体温度较高或压力较低时的稀薄气体气体状态方程 的运用R 的取值 随压力单位的变化而不同 8.31 kPa dm3 mo

3、l-1 K-1 0.0821 atm dm3 mol-1 K-1几种变化情况：波义耳波义耳(Boyle) 定律：定律：PV = 衡量衡量 （T, n 恒定）恒定）查理查理-盖盖吕萨克吕萨克(Charles-GayLussac) 定律：定律： V/T =衡量衡量 （P, n 恒定）恒定）阿伏加德阿伏加德罗罗(Avogadro) 定律：定律： V/n = 衡量衡量 （T, P 恒定）恒定） 气体方程的运用求分子量（摩尔质量）M PV = (m/M) RT (n = m/M)求密度（r) r = m/V P(m/r) = nRT r = P(m/n)/(RT) M= m/n r = (PM)/(RT

4、)例题：计算摩尔质量 惰性气体氙能和氟形成多种氟化物 XeFx。实验测定在80 oC，15.6 kPa 时，某气态氟化氙试样的密度为0.899（g dm-3)，试确定这种氟化氙的分子式。解： 求出摩尔质量，即可确定分子式。 设氟化氙摩尔质量为M，密度为r（g dm-3)，质量为m (g)，R 应选用 8.31（kPa dm3 mol-1 K-1）。例题 PV = nRT = (m/M) RT M = (m/V)(RT/P) = r (RT/P) = (0.899 8.31 353)/15.6 = 169 (g mol-1)已知 原子量 Xe 131, F 19, XeFx 131+19x =1

5、69 x = 2 这种氟化氙的分子式为：XeF2 2 混合气体分压定律混合气体分压定律、一定，、一定， 气体：nA, PA= nA(RT/V) 气体 B ：nB, PB= nB(RT/V) 总 = PA + PB = (nA+ nB) (RT/V) PA /总 = nA/ (nA+ nB) = nA/ n总 PA = （nA/ n总总）总总 TVPAPBnBnA理想气体、的混合(A与B不反应)单独混合后P总混合气体分体积定律混合气体分体积定律、P 一定，一定， 气体：nA, VA= nA(RT/P) 气体 B ：nB, VB= nB(RT/P) V总 = VA + VB = (nA+ nB)

6、(RT/P) VA /V总 = nA/ (nA+ nB) = nA/ n总 V VA A= = ( (n nA A/ / n n总总总总) )V V总总总总 又又 PA/总总 = nA/ n总总 （T,V一定）一定） V VA A= = V V总总总总 ( (P PA A/ /总总总总) ) （T,P一定）一定）TPVAVBnA理想气体、的混合单独 nB混合后 V V总总总总P总= PVAVB例例例例1 1 A、B两种气体在一定温度下，在一容器中混合，混合后下面表达式是否正确？1PAVA = nART2P V = nART3PVA = nART4PAV = nART5PA (VA +VB) =

7、 nART6(PA+PB) VA = nART否 否是是是是P总总V分分 = P分分V总总 = n分分RT例例例例2 2 在58C将某气体通过一盛水容器，在100 kPa 下收集该气体1.00 dm3。问：1. 温度不变，将压力降降为50.0 kPa 时，气体的体积体积是多少？2. 温度不变，将压力压力增加增加到200 kPa 时，气体的体积体积是多少？3. 压力不变，将温度升高升高到100 C 时，气体的体积体积是多少？4. 压力不变，将温度温度降降至至 10 C 时，气体的体积体积是多少？解题思路1. 该气体与水蒸气的混合气体的总体积总体积总体积总体积, , n n总总总总不变，不变，不变

8、，不变，P1V1= P2V2 2. 压力增加会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化， 可以用该气体的分压来计算总体积：P P气气气气1 1V V1 1 = n= n气气气气RTRT = = P P气气气气2 2V V2 2 3. n3. n总总总总不变，不变，不变，不变， V1/T1 = V2/T2 = 常数4.温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化，可以用该气体的分压来计算总体积： P P气气气气1 1V V1 1 /T/T1 1= n= n气气气气R R = P= P气气气气2 2V V2 2/T/T2 2例例例例2 2 在58C将某气体通过一盛水容器，在100 kP

9、a 下收集该气体1.00 dm3。问：1. 温度不变，将压力降降为50.0 kPa 时，气体的体积体积是多少？2. 温度不变，将压力增加增加到200 kPa 时，气体的体积体积是多少？3. 压力不变，将温度升高升高到100 C 时，气体的体积体积是多少？4. 压力不变，将温度降降至 10 C 时，气体的体积体积是多少？解：解：1. P1 V1 = P2 V2 100 1.00 = 50.0 V2 V2 = 2.00 (dm3)2. 58 C时，P水 = 18.1 kPa, P气体 = (100-18.1) kPa V2 = (P气1 V1)/P气2 = (100-18.1) 1.00)/(20

10、0-18.1) = 0.450 (dm3)3. V1/T1 = V2/T2 1.00/(273+58) = V2/(273+100) V2 = 1.13 (dm3)4. P1V1/T1 = P2V2/T2 10 C时 P水= 1.23 kPa, P气体= (100-1.23) kPa (100-1.23)V2 /(273+10) = (100-18.1) 1.00)/(273+58) V2 = 0.709 (dm3)3 实际气体实际气体 与与 Van der Waals 方程方程 理想气体：理想气体： PV = nRT 实际气体实际气体: Z = (PV)/(nRT) Z 称为压缩系数称为压缩

11、系数 Z = 1 为理想气体为理想气体分子间作用力分子间作用力： Z 1 （ V增大）增大） 偏离理想气体的程度，取决于：偏离理想气体的程度，取决于： 1. 温度：温度： T 增加，趋向于理想气体增加，趋向于理想气体 2. 压力：压力： P 减小，趋向于理想气体减小，趋向于理想气体 3. 气体的性质：气体的性质： 沸点愈高与理想状态偏差愈大沸点愈高与理想状态偏差愈大温度愈升高，愈接近理想气体温度愈升高，愈接近理想气体 N2不同气体的比较（不同气体的比较（1摩尔摩尔, 300K )气体气体 Z-P 图的讨论图的讨论常压常温下，常压常温下，沸点低的气体，接近理想气体沸点低的气体，接近理想气体起初增

12、加压力时起初增加压力时，对于分子量较大的分子，对于分子量较大的分子，分子间作用力增加占主导，使得分子间作用力增加占主导，使得 Z 1Van der Waals 方程方程 ( P + a n2/V2 ) (V- nb) = nRT其中，其中，a 、b 为为 范德华常数范德华常数 a 用于用于校正压力校正压力，是与分子间作用力有，是与分子间作用力有 关的常数，分子间作用力与气体浓度关的常数，分子间作用力与气体浓度 的平方成正比的平方成正比 b 约等于气体凝聚为液体时的摩尔约等于气体凝聚为液体时的摩尔体积体积a和b, 似与分子间作用力及其分子的质量有关。习题习题 与与 思考题思考题1.室温下，将室温

13、下，将1.0 atm、10 dm3 的的 H2 与与1.0 atm、20 dm3 的的 N2 在在 40 dm3 容器中混容器中混合，合， 求求： H2 、N2 的分压、分体积、及摩尔比。的分压、分体积、及摩尔比。2.在在20 C、 99 kPa 下，用排水取气法收集下，用排水取气法收集 1.5 dm3 的的 O2, 问问：需多少克：需多少克 KClO3 分解分解？ 2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2 (查水（查水（20 C）的的蒸气压为蒸气压为 2.34 kPa )习题与思考题解答习题与思考题解答1.解：解： 1）求分压）求分压 T 一定一定，n 不变不变 （混合前后）（混合前后）

14、 P1V1 = P2V2 1.0 10 = 40 = 0.25 (atm) 1.0 20 = 40 = 0.5 (atm) 2）求分体积求分体积 V VA A= = V V总总总总 ( (P PA A/ /总总总总) ) = = = 40 = 40 = = 13 (dm3) = = = 40 = 40 0.5 / 0.75 = 0.5 / 0.75 = 27 (dm3) 3）求摩尔比求摩尔比 = = 0.25= = 0.25 / 0.5/ 0.5 = = 0.5习题与思考题解答习题与思考题解答习题与思考题解答习题与思考题解答2. 解解 2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2 2/3 1

15、= RT = 99 2.34 = 96.7 (kPa) = = = 0.060 (mol) = 2/3 需需 KClO3 = 2/3 =2/3 0.0595 122.5 = 4.9 (克）克）第一章 小结一、理想气体状态方程1 理想气体的概念2 PV = nRT 的运用、的运用、R 的取值的取值 3 密度和摩尔质量的计算 PV = (m/M) RT， r = (PM)/(RT)二、Dolton 分压定律（混合气体） PA = (nA/ n总总)总总 (T,V 不变）不变） V VA A= V= V总总 ( (P PA A/ /总总) )（T, P一定） P总V分 = P分V总 = n分RT三、

16、临界温度(Tc), 临界压力(Pc), 气液平衡气液平衡 lg (p2 / p1 )= Hvap/2.303R (T2 T1)/T2 T1 （R与H的单位要一致）四、质量浓度和体积浓度等（M和r是换算的条件）二二 液体液体1.气体的液化气体的液化问题：问题：1）是否所有气体都可以液化？）是否所有气体都可以液化？ 2） 什么样的条件下可以液化？什么样的条件下可以液化？例：例： 冬天带眼镜进屋时，镜片会变得模糊。冬天带眼镜进屋时，镜片会变得模糊。 家庭用液化气，主要成分是丙烷、丁烷，家庭用液化气，主要成分是丙烷、丁烷，加压后变成液体储于高压钢瓶里，打开时减压加压后变成液体储于高压钢瓶里，打开时减压

17、即气化。即气化。 但有时钢瓶还很重却不能点燃。是因为但有时钢瓶还很重却不能点燃。是因为C5H12 或或C6H14等级烷烃室温时不能气化。等级烷烃室温时不能气化。温度温度温度温度压力压力压力压力气气气气体体体体性性性性质质质质Tc Tc 以下，均可以下，均可以下，均可以下，均可临界现象临界现象Tb （沸点）沸点） 室温室温 Tc 室温，室温， 室温下室温下加压加压不能不能液化液化Tb 室温，室温， 室温下加压室温下加压可可液液化化Tb 室温室温 Tc 室温，室温， 在常温常压下在常温常压下为为液体液体? 临界常数：临界常数：临界温度临界温度 Tc: 每种气体液化时，各有一个每种气体液化时，各有一

18、个特定温度叫临界温度。特定温度叫临界温度。 在在Tc 以上，无论以上，无论怎样加大压力，都不能使气体液化。怎样加大压力，都不能使气体液化。临界压力临界压力 Pc: 临界温度时，使气体液化临界温度时，使气体液化所需的最低压力叫临界压力。所需的最低压力叫临界压力。临界体积临界体积 Vc: 在在Tc 和和 Pc 条件下，条件下，1 mol 气体所占的体积叫临界体积。气体所占的体积叫临界体积。 均与分子间作用力及分子质量有关。均与分子间作用力及分子质量有关。2. 液体的气化液体的气化：蒸发蒸发 与与与与 沸腾沸腾蒸发蒸发: 液体表面的气化现象叫蒸发（evaporation)。敞口容器干干涸涸吸热过程吸

19、热过程分子的分子的 动能：动能：红色：大红色：大黑色：中黑色：中蓝色：低蓝色：低气体分子的动能分布气体分子的动能分布 与 蒸发的关系蒸发的关系分分子子的的份份数数分子的动能分子的动能蒸发所需分子蒸发所需分子蒸发所需分子蒸发所需分子的最低动能的最低动能的最低动能的最低动能蒸发蒸发:密闭容器蒸发蒸发 冷凝冷凝 “动态平衡动态平衡”恒温恒温分子的分子的 动能：动能：红色：大红色：大黑色：中黑色：中蓝色：低蓝色：低饱和蒸气压：饱和蒸气压：与液相处于动态平衡与液相处于动态平衡的这种气体叫饱和蒸气，它的压力的这种气体叫饱和蒸气，它的压力叫饱和蒸气压，简称叫饱和蒸气压，简称蒸气压蒸气压。饱和蒸气压的特点：饱

20、和蒸气压的特点：1. 温度恒定时温度恒定时，为，为 定值；定值； 2. 气液共存时气液共存时，不，不受量的变化；受量的变化； 3. 不同的物质不同的物质有不有不同的数值。同的数值。沸腾沸腾沸腾沸腾:带活塞容器，带活塞容器， 活塞压力为活塞压力为 P沸点与外界压沸点与外界压力有关。外界力有关。外界压力等于压力等于101 kPa (1 atm)时时的沸点为的沸点为正常正常沸点沸点，简称，简称沸沸点点。 当温度升当温度升高到蒸气高到蒸气压与外界压与外界气压相等气压相等时，液体时，液体就就沸腾沸腾，这个温度这个温度就是就是沸点沸点。热源热源沸腾沸腾是在液体的表是在液体的表面和内部同时气化。面和内部同时

21、气化。例：水例：水的沸点为的沸点为 100 C，但在但在高山上高山上，由，由于大气压降低，于大气压降低，沸点较低沸点较低，饭就难于煮熟。，饭就难于煮熟。 而而高压锅高压锅内气压可达到约内气压可达到约10 atm，水水的沸点约在的沸点约在180 C左右，饭就很容易煮烂。左右，饭就很容易煮烂。“过热过热”液体：液体：温度高于沸点的液体称为温度高于沸点的液体称为过热液体，易产生过热液体，易产生爆沸爆沸。 蒸馏时蒸馏时一定要一定要加入沸石或搅拌，加入沸石或搅拌，以引以引入小气泡，产生气化中心，避免爆沸。入小气泡，产生气化中心，避免爆沸。蒸气压曲线蒸气压曲线蒸气压曲线蒸气压曲线:曲线曲线为气液为气液共存

22、平衡线；共存平衡线；曲线曲线左侧左侧为为液相液相区；区；右侧右侧为为气相气相区。区。 蒸蒸蒸蒸气气气气压压压压温度温度正常沸点正常沸点正常沸点正常沸点水及水及水及水及二氧化碳的相图：二氧化碳的相图：二氧化碳的相图：二氧化碳的相图：左图左图左图左图( (a):a): A A 正常沸点；正常沸点；正常沸点；正常沸点；B B 凝固点；凝固点；凝固点；凝固点；D D 临界点临界点临界点临界点: 218 : 218 atmatm, , 374374C; C; 三相点三相点三相点三相点：0.0098 0.0098 C C , 4.58 , 4.58 torrtorr (6.10 (6.10 10102 2

23、 Pa) Pa)。 压压压压力力力力温度温度温度温度COCO2 2常压下能以液体存在吗？常压下能以液体存在吗？常压下能以液体存在吗？常压下能以液体存在吗？3. 蒸气压的计算蒸气压的计算蒸气压的对数与蒸气压的对数与蒸气压的对数与蒸气压的对数与 的直线关系的直线关系的直线关系的直线关系:lg p = A/T + BA = - ( Hvap)/2.303R Hvap 为气体的摩尔为气体的摩尔 蒸发热蒸发热 103/K-13. 蒸气压的计算蒸气压的计算 （描述气（描述气-液平衡）液平衡）克拉佩克拉佩克拉佩克拉佩龙龙龙龙- -克劳修斯克劳修斯克劳修斯克劳修斯ClapeyronClapeyron- -Cl

24、ausiusClausius 方程方程方程方程: lg p = - ( Hvap)/2.303RT + B温度温度 T1 时，时，lg p1 = - ( Hvap)/2.303RT1 + B温度温度 T2 时时, lg p2 = - ( Hvap)/2.303RT2 + B两式相减，得两式相减，得 lg p2 lg p1 = - ( Hvap)/2.303R（1/T2 1/T1）或或 lglg ( (p p2 2 / / p p1 1 )= )= HHvapvap/2.303R /2.303R (T(T2 2 T T1 1)/T)/T2 2 T T1 1 应用：应用：1）计算液体的蒸发热；计算

25、液体的蒸发热；2) 求蒸气压求蒸气压 要注意要注意R 的单位与的单位与 Hvap的的单位一致单位一致。三、溶液的浓度溶液的浓度（自学）（考试要求）1 质量百分比浓度质量百分比浓度2 质量摩尔浓度质量摩尔浓度3 摩尔分数浓度摩尔分数浓度4 物质的量浓度物质的量浓度第一章 小结一、理想气体状态方程1 理想气体的概念2 PV = nRT 的运用、的运用、R 的取值的取值 3 密度和摩尔质量的计算 PV = (m/M) RT， r = (PM)/(RT)二、Dolton 分压定律（混合气体） PA = (nA/ n总总)总总 (T,V 不变）不变） V VA A= V= V总总 ( (P PA A/ /总总) )（T, P一定） P总V分 = P分V总 = n分RT三、临界温度(Tc), 临界压力(Pc), 气液平衡气液平衡 lg (p2 / p1 )= Hvap/2.303R (T2 T1)/T2 T1 （R与H的单位要一致）四、质量浓度和体积浓度等（M和r是换算的条件）习题习题：1.7 1.10 1.12