課堂教學(xué)多媒體教案：第二章物質(zhì)的狀態(tài)

1、2021/3/19,1,第二章 物質(zhì)的狀態(tài),2-1 氣體 2-2 液體 2-3 固體 2-4 等離子體,2021/3/19,2,2-1 氣體,一、理想氣體 二、實(shí)際氣體狀態(tài)方程 三、氣體的液化 四、氣體分子的速率分布和能量分布 五、氣體分子運(yùn)動(dòng)論,2021/3/19,3,理想氣體：分子之間沒(méi)有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對(duì)于氣體所占體積可以忽略（具有質(zhì)量的幾何點(diǎn)）。 實(shí)際氣體在低壓(101.325kPa)和高溫(0)的條件下，接近理想氣體,一、理想氣體,2021/3/19,4,1.理想氣體狀態(tài)方程,阿佛加得羅定律：相同溫度和壓力下，相同體積的不同氣體均含有相同數(shù)目的分子。 標(biāo)準(zhǔn)條件(sta

2、ndard condition,或標(biāo)準(zhǔn)狀況） 101.325kPa和273.15K（即0）-STP 標(biāo)準(zhǔn)條件下1mol氣體: 粒子數(shù)NA=6.021023mol-1 體積 Vm=22.414110-3m3,2021/3/19,5,理想氣體狀態(tài)方程 pV=nRT 在STP下， P=101325Pa, T=273.15K n=1.0mol時(shí), Vm=22.41410-3m3 R=8.314Pam3K-1mol-1 單位換算: 1atm=101.325kPa=760mmHg 1ml=1cm3=10-3L=10-3dm3=10-6m3 1m=102cm=103mm=106um=109nm=1012pm

3、 R=0.08206 atmLK-1mol-1 n=m/M =m/V C=n/V,2021/3/19,6,課堂練習(xí) 例1. 一敞口燒瓶中盛有空氣，欲使其量減少四分之一，需把溫度從288K提高到多少？ 例2. 0.326gXH2 遇水生成X（OH）2 和H2，在294K、1atm下集得0.384dm3H2，問(wèn)XH2是什么氫化物,2021/3/19,7,1.解：由題意知，P、V恒定， 則依據(jù) PV=nRT n1RT1 =n2RT2 n1/n2=T2/T1 4/3= T2/288 T2=384K 2.解：所得H2的物質(zhì)的量為,據(jù)反應(yīng)：XH2+2H2O=X（OH）2+2H2 生成0.0155mol的H

4、2需XH2為0.00775mol M（XH2）=W/n=42，M（X）=40 CaH2,2021/3/19,8,組分氣體：理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。 各組分氣體的相對(duì)含量可用分體積Vi、分壓Pi或摩爾分?jǐn)?shù)xi等表示,2.混合氣體分壓定律,氣體的最基本特征： 可壓縮性和擴(kuò)散性,2021/3/19,9,分體積、體積分?jǐn)?shù)、摩爾分?jǐn)?shù)（補(bǔ)充） 分體積：指相同溫度下，組分氣體具有和混合氣體相同壓力時(shí)所占體積,O2,N2,O2+N2,V1、P、T,V2、P、T,V1+V2、P、T,混合氣體總體積V總=各組分氣體的分體積Vi之和 V總=V1+V2+V3+V4Vi,2021/3/19,10,202

5、1/3/19,11,分壓定律： 分壓：一定溫度下，混合氣體中的某種氣體單獨(dú)占有混合氣體的體積時(shí)所呈現(xiàn)的壓強(qiáng),O2,N2,O2+N2,T、 V、P總=P1+P2,混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和。 P = P1 + P2 + 或 P = Pi,T、V、P1,T、 V、P2,2021/3/19,12,PiV=niRT P總V=n總RT,分壓定律,注意：在PV=nRT公式中，不能同時(shí)代入分體積和分壓,2021/3/19,13,例3：有一3.0dm3的容器，內(nèi)盛16gO2，28gN2，求300K時(shí)N2，O2的分壓及混合氣體的總壓。 解： n(O2)=16/32=0.5mol P(O2)V

6、=n(O2)RT P(O2)3.010-3=0.58.314300 P(O2)=4.16105(Pa) 同理：P(N2)=8.314105(Pa) P總=P(O2)+ P(N2)=12.48105(Pa,2021/3/19,14,溫度一定，水的分壓（飽和蒸氣壓）為定值。 氣液兩相平衡時(shí)蒸氣的分壓即為該液體的飽和蒸氣壓,2021/3/19,15,例4：（P21） 題意：KCIO3+MnO2KCI+O2，分解后質(zhì)量減少了0.480克，排水收集V（O2）=0.377dm3，T=294K，P=9.96104Pa 求M（O2） 解題思路：據(jù) PV=nRT=（m/M）RT 由題意求出氧氣質(zhì)量 m=0.48

7、0g 排水法收集的是含水蒸氣的混合氣體 P（O2）=P-P（H2O） 有關(guān)數(shù)據(jù)代入理想氣體狀態(tài)方程求解,2021/3/19,16,例5：在273K和1.013105Pa下,將1.0dm3干燥的空氣緩慢通過(guò)二甲醚(CH3OCH3)液體。在此過(guò)程中，液體損失0.0335克，求二甲醚在273K時(shí)的飽和蒸氣壓。 解題思路,思考：前后空氣分壓是否相同？求n和分壓,2021/3/19,17,2021/3/19,18,3.氣體擴(kuò)散定律,同溫同壓下某種氣態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散速度與其密度的平方根成反比,例6：P22 解：(O2)=50/20=2.5(cm3/S) (X)=20/9.2=2.174(cm3/S) 代入公式

8、 MX=42,2021/3/19,19,例7:P22,120-x HCL,X NH3,HCI)=(120-X)/t (NH3)=X/t,2021/3/19,20,二、實(shí)際氣體狀態(tài)方程式,P,CO2,O2,H2,理想氣體 PVm=RT,PVm,理想氣體與實(shí)際氣體產(chǎn)生偏差原因： 氣體分子本身的體積 分子間力,2021/3/19,21,實(shí)際氣體狀態(tài)方程-范德華方程,a、b均為范德華常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。 a與分子間引力有關(guān); b與分子自身體積有關(guān),2021/3/19,22,定義：氣體變成液體的過(guò)程叫液化或凝聚。 液化條件：降低溫度或降溫同時(shí)增加壓強(qiáng) 思考題： He、H2、N2、O2等難液化，原因？ H2

9、O、NH3等易液化，原因？ 理想氣體能否液化？ （非極性分子間引力小，極性分子間引力大） （分子間沒(méi)有作用力不能液化,三、氣體的液化,2021/3/19,23,2-2 液體,一、液體的蒸發(fā),液體的特征 無(wú)固定外形和顯著的膨脹性 有確定的體積，一定的流動(dòng)性，一定的摻混性，一定的表面張力，固定的凝固點(diǎn)和沸點(diǎn),液體的特征,2021/3/19,24,1.飽和蒸氣壓（saturated vapor pressure,2021/3/19,25,氣液兩相平衡時(shí)蒸氣的分壓即為該液體的飽和蒸氣壓,2021/3/19,26,影響因素：液體的本質(zhì)與溫度 溫度相同的不同液體，分子間引力越強(qiáng)，蒸氣壓越低； 同一液體，溫

10、度越高，蒸氣壓越大,乙醚 乙醇 水,2021/3/19,27,水在不同溫度下的蒸氣壓,2021/3/19,28,蒸氣壓僅是溫度的函數(shù),2.蒸發(fā)熱 維持液體恒溫恒壓下蒸發(fā)所必須的熱量。 不同液體，分子間引力不同，蒸發(fā)熱不同，引力越大，蒸發(fā)熱越大,2021/3/19,29,二、液體的沸點(diǎn) -液體的飽和蒸氣壓與外界壓強(qiáng)相等時(shí)的溫度 此時(shí)氣化在整個(gè)液體中進(jìn)行，稱為液本的沸騰 問(wèn)題：外界氣壓高，液體沸點(diǎn)（ ）？ 高山地區(qū)水的沸點(diǎn)（ or ）100,2021/3/19,30,例9：已知水的摩爾蒸發(fā)熱=40.67kJmol-1,炊事壓力鍋內(nèi)最高允許壓力為0.23MPa,計(jì)算水在壓力鍋內(nèi)所能達(dá)到的最高溫度是多

11、少,2021/3/19,31,2-3 固體,一、晶體與非晶體 晶體(crystals)：具有整齊規(guī)則的幾何外形，各向異性，有固定熔點(diǎn)。 非晶體(non crystals) ：無(wú)整齊規(guī)則的幾何外形，各向同性，沒(méi)有固定熔點(diǎn),2021/3/19,32,二、晶體的幾個(gè)基本概念 結(jié)點(diǎn)：晶體中的粒子（原子、分子、離子等）抽象為一個(gè)點(diǎn)，即為結(jié)點(diǎn)。 晶胞(unit cell)：能表現(xiàn)出晶體結(jié)構(gòu)全部特征的最小單元（六面體）。 晶格(lattice)：構(gòu)成晶體的質(zhì)點(diǎn)以一定的規(guī)則排列在空間的固定點(diǎn)上形成的格子,2021/3/19,33,三、七大晶系、十四種晶格,晶胞的大小和形狀由六個(gè)參數(shù)決定，即六面體的三個(gè)邊長(zhǎng)a、

12、b、c及三個(gè)夾角,根據(jù)晶胞參數(shù)的不同，晶體可分為七大晶系： 立方晶系、四方晶系、正交晶系、三方晶系、單斜晶系、三斜晶系、六方晶系,2021/3/19,34,2021/3/19,35,結(jié)點(diǎn)在六面體上的分布類型有4種 簡(jiǎn)單格子：只在八個(gè)頂角上有結(jié)點(diǎn)，P 底心格子：除八個(gè)頂角上有結(jié)點(diǎn)外，上下兩個(gè)平行面的中心各有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，C 體心格子：八個(gè)頂角和體心各有一個(gè)結(jié)點(diǎn)，I 面心格子：八個(gè)頂角和六個(gè)面心上均有結(jié)點(diǎn)，F(xiàn) 四種類型用于七大晶系，可得到十四種晶格,2021/3/19,36,Simple or primitive cubic lattice,Body-centered cubic lattice,20

13、21/3/19,37,Face-centered cubic lattice,2021/3/19,38,四、與晶胞有關(guān)的計(jì)算 1.晶胞中質(zhì)點(diǎn)數(shù)的計(jì)算 規(guī)則：晶胞內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)為1，棱邊上每個(gè)質(zhì)點(diǎn)為1/4；晶胞面上的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)為1/2；頂角上的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)為1/8,確定晶體類型的規(guī)則： 把晶胞中環(huán)境不同的質(zhì)點(diǎn)分開(kāi)看，觀察它們各自的排列方式。 CsCI:簡(jiǎn)單立方,CsCI,2021/3/19,39,Cs+:1 CI-:81/8=1 Cs+:CI-=1:1,2021/3/19,40,NaCI,2021/3/19,41,2021/3/19,42,NaCI:面心立方,Na+: 81/8+61/2=4 CI-: 1+

14、121/4=4 即一個(gè)NaCI晶胞中含4個(gè)NaCI分子,2.配位數(shù) 晶體中某一粒子周圍最接近的粒子數(shù) CsCI:8 NaCI:6,NaCI,2021/3/19,43,例10：金的晶胞是面心立方，已知其原子半徑是0.144nm,求晶胞邊長(zhǎng),解：設(shè)邊長(zhǎng)為a 2a2=（4r)2 a=0.4073nm,3.晶胞邊長(zhǎng),2021/3/19,44,晶胞邊長(zhǎng)為1,2021/3/19,45,例11：已知KF晶體具有NaCI型結(jié)構(gòu)，在20時(shí)，測(cè)出KF晶體密度為2.481gcm3,試計(jì)算KF晶胞的邊長(zhǎng)及在晶胞中相鄰的K+和F-離子間的距離（已知K和F的相對(duì)原子量分別為39.10和19.00,2021/3/19,46

15、,解：一個(gè)晶胞中含4個(gè)KF分子,2021/3/19,47,4.晶胞空隙的計(jì)算,2021/3/19,48,例12：求簡(jiǎn)單立方晶胞中“空隙”所占的百分?jǐn)?shù),解：設(shè)質(zhì)點(diǎn)半徑為r， 晶胞總體積為（2r)3 晶胞中的質(zhì)點(diǎn)數(shù)為81/8=1 質(zhì)點(diǎn)體積（4/3）r3,2021/3/19,49,例13.如圖是閃鋅礦型ZnS的晶體結(jié)構(gòu)，請(qǐng)判斷：閃鋅礦型ZnS晶胞屬于（ ）晶格，每個(gè)晶胞中含有（ ）個(gè)Zn2+離子。如果閃鋅礦型ZnS晶胞的邊長(zhǎng)(a)是0.539nm,則正負(fù)離子間的距離(d)為（ ）nm。（山大2001年碩士研究生入學(xué)試題,P135 立方面心；4 0.4330.539=0.233,2021/3/19,5

16、0,2-4 等離子體（補(bǔ)充,當(dāng)溫度升到較高時(shí)（104），氣體原子間的激烈碰撞使外層電子獲得足夠的動(dòng)能，從而擺脫原子核的束縛，而成為自由電子，失去外層電子的原子就成為帶正電荷的離子。這種處于高度電離狀態(tài)的氣體，其中包含電子、帶正電的離子以及少量中性原子，即為等離子體。（等離子體的意義是指其中粒子所帶正、負(fù)電量是相等的,2021/3/19,51,等離子體的基本特性： 導(dǎo)電性；電中性；與磁場(chǎng)可作用性；活潑的反應(yīng)性。 地球上等離子體只能在實(shí)驗(yàn)條件下產(chǎn)生。例：氘在105K時(shí)可形成等離子體，氣壓可達(dá)常壓的1360倍。宇宙中99%以上的物質(zhì)都是以等離子體狀態(tài)存在。 太陽(yáng)、火球、恒星、星際空間、地球上空的電離

17、層等都是等離子體,2021/3/19,52,H22H ; H +CH4CH3+H2 ; CH33H+C(金剛石,2021/3/19,53,2021/3/19,54,小 結(jié) 2-1 氣體（理想氣體） 理想氣體：分子之間沒(méi)有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對(duì)于氣體所占體積可以忽略（具有質(zhì)量的幾何點(diǎn)）。 實(shí)際氣體在低壓(101.325kPa)和高溫(0)的條件下，接近理想氣體,2021/3/19,55,計(jì)算： 1.理想氣體狀態(tài)方程：pV=nRT 標(biāo)準(zhǔn)條件(standard condition,或標(biāo)準(zhǔn)狀況） 101.325kPa和273.15K（即0）-STP,2021/3/19,56,2.分壓定律

18、Pi=xiP總 P總=P1+P2+P3+.Pi 分體積：指相同溫度下，組分氣體具有和混合氣體相同壓力時(shí)所占體積。 分壓：一定溫度下，混合氣體中的某種氣體單獨(dú)占有混合氣體的體積時(shí)所呈現(xiàn)的壓強(qiáng),2021/3/19,57,2-2 液體 有關(guān)概念 飽和蒸氣壓：氣液兩相平衡時(shí)蒸氣的分壓即為該液體的飽和蒸氣壓： 。 液體的沸點(diǎn)：液體的飽和蒸氣壓與外界壓強(qiáng)相等時(shí)的溫度,2021/3/19,58,蒸發(fā)熱：維持液體恒溫恒壓下蒸發(fā)所必須的熱量,2021/3/19,59,2-3 固體（晶體,Simple or primitive cubic lattice,晶胞的大小和形狀由六個(gè)參數(shù)決定，即六面體的三個(gè)邊長(zhǎng)a、b、c及三個(gè)夾角,2021/3/19,60,Body-centered cubic lattice,Face-centered cubic lattice,2021/3/19,61,與晶胞有關(guān)的計(jì)算 1.晶胞中質(zhì)點(diǎn)數(shù)的計(jì)算 計(jì)算規(guī)則：晶胞內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)為1，棱邊