第1章氣體和液體

1、氣體和溶液氣氣 體體理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體狀態(tài)方程式氣體混合物氣體混合物(分壓定律分壓定律) 溶溶 液液溶液的濃度溶液的濃度稀溶液的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性 理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體狀態(tài)方程式 理想氣體狀態(tài)方程式的應用理想氣體狀態(tài)方程式的應用 具有可壓縮性和擴散性氣體的最基本特征：理想氣體狀態(tài)方程式理想氣體狀態(tài)方程式 理想氣體狀態(tài)方程適用條件？可以用來求算什么？理想氣體狀態(tài)方程適用條件？可以用來求算什么？ 什么是理想氣體，什么條件下的氣體接近理想氣體：什么是理想氣體，什么條件下的氣體接近理想氣體： 分子本身不占體積（分子本身的體積相對于氣體所占有體積完全可

2、以忽略），分子間沒有作用力的氣體。 較低壓力：分子數(shù)少，分子體積相對氣體所占的體積可以忽略；碰撞幾率低，分子間的作用力可以忽略。 較高溫度：氣體運動速率快，分子運動空間大，分子體積相對氣體所占的體積可以忽略；碰撞幾率低，分子間的作用力可以忽略。R- 摩爾氣體常量在STP下，p=101.325kPa, T=273.15Kn=1.0mol時, Vm=22.414L=22.41410-3m31133KmolJ314.8K15.2731.0molm1022.4Pa101325nTpVRR=8.314 kPaLK-1mol-1pV=nRT需要注意的問題 pV=nRT注意R與V, P的單位要對應理想氣體狀

3、態(tài)方程式的應用理想氣體狀態(tài)方程式的應用1. 計算p，V，T，n四個物理量之一。 應用范圍： 溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。例例1 一玻璃燒瓶可以耐壓一玻璃燒瓶可以耐壓 3.08 105 Pa ，在溫度為，在溫度為300 K 和壓強為和壓強為 1.03 105 Pa 時，使其充滿氣體。問在什么時，使其充滿氣體。問在什么溫度時，燒瓶將炸裂。溫度時，燒瓶將炸裂。 解：依據(jù)題意可知解：依據(jù)題意可知 V1 V2 ， n1 n2此時此時 解得解得 T2 900 K當溫度達到當溫度達到 900 K 以上時，燒瓶會炸裂。以上時，燒瓶會炸裂。22p1 11 1T Tp pT T 2K5 55 53.0410

4、 3003.0410 3001.03101.0310T T 221p1 1T TT Tp p 有關氣體體積的化學計算例2:為了行車的安全，可在汽車中裝備上空氣袋，防止碰撞時司機受到傷害。這種空氣袋是用氮氣充脹起來的，所用的氮氣是由疊氮化鈉與三氧化二鐵在火花的引發(fā)下反應生成的?？偡磻牵?NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在25。748mmHg下，要產(chǎn)生75.0L的N2，計算需要疊氮化鈉的質(zhì)量。解： 根據(jù)化學反應方程式所顯示出的n（NaN3）與n（N2）的數(shù)量關系，可以進一步確定在給定條件下，m（NaN3）與V（N2）的關系。6NaN3+Fe2O3(s) 3

5、Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)6mol9molMr(NaN3)=65.01 P=748mmHg=99.73kPa T=298Km(NaN3)=？ V(N2)=75.0Lm(NaN3)= =131g01.65968.3149820 .759.739課堂練習課堂練習 一敞口燒瓶在一敞口燒瓶在280K時所盛的氣體，需要加時所盛的氣體，需要加熱到什么溫度時，才能使其體積的熱到什么溫度時，才能使其體積的1/3逸出逸出瓶外？瓶外？答題關鍵：答題關鍵：抓住變和不變的量，變的是溫度和物質(zhì)的量，抓住變和不變的量，變的是溫度和物質(zhì)的量，不變的是壓強和體積不變的是壓強和體積2. 氣體摩爾質(zhì)量的計算M =

6、 Mr gmol-1pVmRTMRTMmpVnRTpVMmn3. 氣體密度的計算 =RTpMpVmRTM = m / VpRTM氣體混合物氣體混合物分壓定律分壓定律分壓定律的應用分壓定律的應用組分氣體： 理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。分壓： 組分氣體B在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體B的分壓。VRTnpBB分壓定律(Daltons Law)對于雙組分體系，對于雙組分體系，T，V 一定時一定時pA+ pBnAnBnA + nBpApB pB nBRT/V pA nART/Vp總總 pA + pB思考P總總=？nAnBnA + nBpApBV2VVP總總=？

7、nAnBnA + nBpApB1/2V2VV 對于多組分體系對于多組分體系 pi niRT/V總總 在溫度和體積恒定時，混和氣體的總壓力等于各組分在溫度和體積恒定時，混和氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和，某組分氣體的分壓力等于該氣體單獨占氣體分壓力之和，某組分氣體的分壓力等于該氣體單獨占有總體積時所表現(xiàn)的壓力。有總體積時所表現(xiàn)的壓力。123iippppp分壓定律： 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 = pB VnRTp ,2211VRTnpVRTnpVRTnnVRTnVRTnp2121 n =n1+ n2+ 分壓的求解：x B B的摩爾分

8、數(shù)VRTnpBBpxpnnpxnnppBBBBBBVnRTp 例例3 某容器中含有NH3、O2 、N2等氣體的混合物。取樣分析后，其中n（NH3）=0.320mol，n（O2）=0.180mol，n（N2）=0.700mol。混合氣體的總壓p=133.0kPa。試計算各組分氣體的分壓。解：n= n（NH3）+n（O2）+n（N2） =0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol p(NH3)=n(NH3)/n p =0.320/1.200 133.0kPa =35.5kPa p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa

9、 =77.5kPa20.0kPakPa5 .35320. 0180. 0OO22pnnp 思考：1. 恒壓條件下，將4L H2 與6L N2 混合于一容器中，使其總壓為50KPa,求各組分分壓？ 2. 將4L 100 KPa H2 與4L 100KPa N2 混合于4L容器中，求總壓和各組分分壓？ 3.將4L 100 KPa H2 與4L 100KPa N2 混合于8L容器中，求總壓和各組分分壓？ 4.將4L 100 KPa H2 與5L 100KPa N2 混合于20L容器中，求總壓和各組分分壓？分壓定律不適用于實際氣體，為什么？分壓定律不適用于實際氣體，為什么？分壓定律的應用收集的氣體中有

10、什么氣體？例例 3 制取氫氣時，在制取氫氣時，在 22 和和 100.0 kPa 下，下， 用排水集氣用排水集氣法收集到氣體法收集到氣體 1.26 dm3，在此溫度下水的蒸氣壓為，在此溫度下水的蒸氣壓為 2.7 kPa，求所得氫氣的質(zhì)量。，求所得氫氣的質(zhì)量。解：由此法收集到的是氫氣和水蒸氣的混合氣體，解：由此法收集到的是氫氣和水蒸氣的混合氣體， 則其中水蒸氣的分壓則其中水蒸氣的分壓 p(H2O) 2.7 kPa 那么那么 p(H2) 100 kPa 2.7 kPa 97.3 kPa由由 pi V總總 ni RT 故所得氫氣的質(zhì)量為故所得氫氣的質(zhì)量為 2 g mol 1 0.05 mol 0.1

11、 g ni piV總總/(RT) 97.3 103 1.26 103/(8.314 295) mol 0.05 mol稀溶液的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性溶液的濃度的表示方法溶液的濃度的表示方法 稀溶液的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性特點：較方便，實驗室最常用；特點：較方便，實驗室最常用； 由于體積受溫度的影響，使用時要指明溫度。由于體積受溫度的影響，使用時要指明溫度。 cB nB V 溶質(zhì)溶質(zhì) B 的物質(zhì)的量除以混合物的體積，即的物質(zhì)的量除以混合物的體積，即 1 L 溶液溶液中中所含的所含的溶質(zhì)溶質(zhì)的物質(zhì)的量，用的物質(zhì)的量，用 cB 表示。表示。1 物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度溶液的濃度的表示方法溶液的濃度的表示

12、方法 cB-物質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度，molL-1 nB-溶液中溶質(zhì)B的物質(zhì)的量，mol V-溶液的體積，L 2 質(zhì)量摩爾濃度質(zhì)量摩爾濃度 溶質(zhì)溶質(zhì) B 的物質(zhì)的量除以的物質(zhì)的量除以溶劑溶劑 A 的質(zhì)量，用符號的質(zhì)量，用符號 m 表表示。示。特點：與溫度無關，可用于沸點及凝固點的計算。特點：與溫度無關，可用于沸點及凝固點的計算。bB nBmA bB-溶質(zhì)B的質(zhì)量摩爾濃度,molKg -1 nB-溶質(zhì)B的物質(zhì)的量,mol mA-溶劑A的質(zhì)量,Kg3 質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù)溶質(zhì)溶質(zhì) B 的質(zhì)量與混合物質(zhì)量之比。的質(zhì)量與混合物質(zhì)量之比。 wB mB m總總 B -溶質(zhì)B的質(zhì)量分數(shù), mB-溶質(zhì)B的質(zhì)量, Kg

13、 m-溶液的總質(zhì)量，Kg4 摩爾分數(shù)摩爾分數(shù) 溶質(zhì)和溶劑都用溶質(zhì)和溶劑都用 mol 表示，溶質(zhì)的物質(zhì)的量占全部表示，溶質(zhì)的物質(zhì)的量占全部溶溶液液的的物質(zhì)的量的分數(shù)，用物質(zhì)的量的分數(shù)，用 xB 表示表示。B(B)1x 對于多組分體系：對于多組分體系： xB nB n總總 xB -溶質(zhì)B的質(zhì)量分數(shù), nB-溶質(zhì)B的物質(zhì)的量, mol n-溶液的總的物質(zhì)的量，mol 5 質(zhì)量濃度 B= mB/V 式中: B -溶質(zhì)B的質(zhì)量濃度, gL-1 mB-溶質(zhì)B的質(zhì)量, g V-溶液的體積，L質(zhì)量摩爾濃度與摩爾分數(shù)之間的關系質(zhì)量摩爾濃度與摩爾分數(shù)之間的關系 稀溶液中，稀溶液中，x溶劑溶劑 x溶質(zhì)溶質(zhì)， 則則

14、xB n溶質(zhì)溶質(zhì) n溶質(zhì)溶質(zhì) n溶質(zhì)溶質(zhì) + n溶劑溶劑 n溶劑溶劑需要注意的問題需要注意的問題對于水溶液對于水溶液 ，當，當 n溶劑溶劑 1000 g/(18 g / mol) 55.6 mol 時，時，n溶質(zhì)溶質(zhì) b溶質(zhì)溶質(zhì)即即 x溶質(zhì)溶質(zhì) n溶質(zhì)溶質(zhì)/n溶劑溶劑 b溶質(zhì)溶質(zhì)/55.6令令 k 1/55.6， 則則 xm kb稀溶液中，溶質(zhì)的摩爾分數(shù)與其質(zhì)量摩爾濃度成正比稀溶液中，溶質(zhì)的摩爾分數(shù)與其質(zhì)量摩爾濃度成正比。 溶液有兩大類性質(zhì)： 1）與溶液中溶質(zhì)的本性有關與溶液中溶質(zhì)的本性有關：溶液的顏色、比重、酸堿性和導電性等； 2）與溶液中溶質(zhì)的獨立質(zhì)點數(shù)有關與溶液中溶質(zhì)的獨立質(zhì)點數(shù)有關：而

15、與溶質(zhì)的本身性質(zhì)無關：如溶液的蒸氣壓、凝固點、沸點和滲透壓等。 閱讀P5 ，什么是飽和蒸汽壓？ 怎樣理解純液體？ 250mL水 與 1L水的飽和蒸汽壓是否一樣？ 250mL水 與 250mL 0.5%的蔗糖水的飽和蒸汽壓是否一樣？1 飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓 稀溶液的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性純?nèi)軇┑娘柡驼羝麎杭內(nèi)軇┑娘柡驼羝麎?在一定的溫度下，液體與蒸氣達到平衡時，水蒸氣壓在一定的溫度下，液體與蒸氣達到平衡時，水蒸氣壓力最大，稱飽和蒸氣壓力最大，稱飽和蒸氣壓( ( 簡稱蒸汽壓簡稱蒸汽壓) ) ，用，用 p p* *表示表示. . H2O (l) H2O(g)蒸發(fā)蒸發(fā)凝聚凝聚A 同一液體，溫度越高，蒸氣

16、壓越大。同一液體，溫度越高，蒸氣壓越大。B 與物質(zhì)的本性有關：同一溫度下，易揮發(fā)液體蒸與物質(zhì)的本性有關：同一溫度下，易揮發(fā)液體蒸 氣壓大。氣壓大。C 液體的蒸氣壓與液體的蒸氣壓與氣相的體積及液相的量無關氣相的體積及液相的量無關。T / K p / kPa T / K p / kPa 273278283293303313323 0.6100.871 1.227 2.338 4.242 7.375 12.33333334335336337342319.918 35.157 47.342 70.100 101.32476.02 不同溫度下水的蒸汽壓不同溫度下水的蒸汽壓溶液的飽和蒸氣壓溶液的飽和蒸氣壓

17、 溶液的蒸氣壓低于純?nèi)軇┤芤旱恼魵鈮旱陀诩內(nèi)軇┍芤罕芤簤毫τ媺毫τ嫳芤旱恼羝麎合陆?Raoult定律 在一定的溫度下，難揮在一定的溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶劑等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶劑的摩爾分數(shù)的乘積。的摩爾分數(shù)的乘積。 p pA*xA拉烏爾定律拉烏爾定律(F. M. Raoult) 在一定的溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下在一定的溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降值降值 p 與溶質(zhì)的摩爾分數(shù)成正比。與溶質(zhì)的摩爾分數(shù)成正比。 適用范圍適用范圍: : 非電解質(zhì)，難揮發(fā)，稀溶液。非電解質(zhì)，難揮發(fā)，稀溶液。蒸氣壓下降蒸

18、氣壓下降 p pA*xB p pA* xA p pA*(1xB)xA+ xB =1溶液的蒸汽壓下降公式： 由于 nA nB， 若取1000g溶劑，有則 p= K bB 適用：難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液。ABBABBnnnnnxAAMgn1000BABbMpxpp1000水糖水趣題討論2 沸點升高沸點升高 當液體蒸氣壓力等于外界的壓力時，液體沸騰，當液體蒸氣壓力等于外界的壓力時，液體沸騰，此時的溫度稱為該液體的沸點。此時的溫度稱為該液體的沸點。 當外壓為當外壓為 101.3 k Pa 時，液體的沸點為正常沸點。時，液體的沸點為正常沸點。(1) 液體的沸點液體的沸點(2) 影響沸點高低的因素影響沸點高

19、低的因素u 與物質(zhì)的本性有關，在一定的外壓下，易揮發(fā)的液體與物質(zhì)的本性有關，在一定的外壓下，易揮發(fā)的液體沸點低；沸點低；u 對于同一物質(zhì)，沸點與外壓有關，外壓越大，沸點越對于同一物質(zhì)，沸點與外壓有關，外壓越大，沸點越高；高；u 外壓一定時，純凈物具有固定的沸點。外壓一定時，純凈物具有固定的沸點。溶液的沸點總是高于純?nèi)軇┑姆悬c，這一現(xiàn)象稱之為溶液的沸點升高。 溶液沸點升高是由溶液的蒸汽壓下降引起。 Tb = Tb - Tb0 = kb bB 溶液的沸點升高 難揮發(fā)性非電解質(zhì)稀溶液的沸點升高值與溶液中溶難揮發(fā)性非電解質(zhì)稀溶液的沸點升高值與溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比。質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比。 K

20、b: 溶劑沸點升高常數(shù)，只與溶劑有關，與溶質(zhì)無關溶劑沸點升高常數(shù)，只與溶劑有關，與溶質(zhì)無關, 單位是單位是 Kkgmol-1。 Tb kb bB 例例 4在在 26.6 g CHCl3 中溶解中溶解 0.402 g 難揮發(fā)性非電解質(zhì)難揮發(fā)性非電解質(zhì)溶質(zhì)，所得溶液的沸點升高了溶質(zhì)，所得溶液的沸點升高了0.432 K，CHCl3 的沸點升的沸點升高常數(shù)為高常數(shù)為 3.63 Kkg mol-1，求該溶質(zhì)的平均分子質(zhì)量，求該溶質(zhì)的平均分子質(zhì)量Mr。解：由 Tb kb bB 得得因為因為所以所以100026.6WmM10000.402 1000/127/26.60.119 26.6WMg molg mo

21、lm3 溶液的凝固點溶液的凝固點 (Freezing point)一定外壓下，物質(zhì)的固相與其液相達成平衡時的溫度。一定外壓下，物質(zhì)的固相與其液相達成平衡時的溫度。(1) 液體的凝固點液體的凝固點 H2O (l) H2O(g)蒸發(fā)蒸發(fā)凝聚凝聚正常凝固點正常凝固點: 101 kPa下純液體和其固相平衡時的溫度下純液體和其固相平衡時的溫度。 難揮發(fā)性非電解質(zhì)稀難揮發(fā)性非電解質(zhì)稀溶液冰點降低的數(shù)值，與溶液冰點降低的數(shù)值，與其蒸氣壓降低的數(shù)值成正其蒸氣壓降低的數(shù)值成正比。比。 (2)溶液的凝固點下降：溶液的凝固點下降： kf : 摩爾凝固點降低常數(shù)，是與溶劑有關，與溶質(zhì)無摩爾凝固點降低常數(shù)，是與溶劑有關

22、，與溶質(zhì)無關的常數(shù)，單位關的常數(shù)，單位 Kkgmol-1。 Tf kfbB Tf kfbB kfnB/mA kf mB/(MBmA)利用此式可以測定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。利用此式可以測定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。雖然理論上沸點升高和凝固點降低兩種方法都可測量分子量，可是后者不起破壞作用、且Kf值較大，故常用。例例 5 為防止汽車水箱在寒冬季節(jié)凍裂，需使水的冰點下為防止汽車水箱在寒冬季節(jié)凍裂，需使水的冰點下降到降到 253 K，則在每，則在每 1000 g 水中應加入甘油多少克？水中應加入甘油多少克？解：解： T Tf f ( 273-253) K 20 Kb Tf/kf 20 K/1.8 Kkgmol-1 10.75 molkg-1根據(jù)題意，根據(jù)題意，1000 g 水中應加水中應加 10.75 mol甘油，甘油，甘油的摩爾質(zhì)量為甘油的摩爾質(zhì)量為 92 g/mol。所以加入甘油的質(zhì)量為所以加入甘油的質(zhì)量為 92 g/mol 10.75 mol 989 g 趣味思考： 怎樣用合適的上述規(guī)律來解釋植物的抗寒性和抗旱性？ 當植物所處環(huán)境溫度發(fā)生較大改變時，植物細胞中的有機體會