第2章-化學基礎知識

§2.1氣體§2.2液體§2.3固體第二章物質的狀態(tài)§2.1氣體

§2.1.1理想氣體狀態(tài)方程§2.1.2氣體分壓定律§2.1.3氣體擴散定律氣體的最基本特征：

具有可壓縮性和擴散性。

人們將符合理想氣體狀態(tài)方程式的氣體，稱為理想氣體。

理想氣體分子之間沒有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對于氣體所占有體積完全可以忽略。分子間及分子與器壁間的碰撞不造成動能損失。2.1.1理想氣體狀態(tài)方程式在描述氣體狀態(tài)時，常用以下物理量：氣體物質的量（n）——單位（mol）氣體的體積（V）——指氣體所在容積的體積氣體的壓力（p）——氣體分子無規(guī)則運動時，對器壁發(fā)生碰而產生了氣體的壓力。氣體的溫度（T）——熱力學溫度（K）（2）當n,T一定時

V

∝1／p

p1V1=p2V2

波義耳定律當n，p一定時V

∝T

V1／V2=T1／T2

查理-蓋·呂薩克定律當p，T一定時V

∝

nn

1／n2=V1／V2

阿佛加德羅定律綜合以上三式，可合并為

V∝nT／P

實驗測得比例系數(shù)為R，則V=nRT／

p

通常寫成pV=nRT

理想氣體狀態(tài)方程單位：p----PaV----m3

T----Kn----mol理想氣體常數(shù)R=8.314Pa·m3·mol-1·K-1J·mol-1·K-11atm=760mmHg=1.01325×105PapV

=nRT

R----

摩爾氣體常數(shù)在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol時,Vm=22.414L=22.414×10-3m3R=8.314kPaLK-1mol-1理想氣體狀態(tài)方程式：1.

計算p，V，T，n四個物理量之一。2.氣體摩爾質量的計算M=Mrgmol-1

理想氣體狀態(tài)方程式的應用用于溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。pV

=nRT==m/V3.氣體密度的計算4.有關氣體體積的化學計算例: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。總反應是：6NaN3+Fe2O3(s)

3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在25℃。748mmHg下，要產生75.0L的N2，計算需要疊氮化鈉的質量。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)3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)6mol 9molMr(NaN3)=65.01P=748mmHg=99.73kPa

T=298Km(NaN3)=390.06g V(N2)=223.6Lm(NaN3)=？ V(N2)=75.0L m(NaN3)==131g

某氣體化合物是氮的氧化物，其中含氮的質量分數(shù)為30.5%。在一容器中充有該氮氧化合物，質量是4.107g，其體積為0.500L，壓力為202.7kPa,溫度為0℃，求：（1）在STP條件下該氣體的密度；（2）該化合物的相對分子質量；（3）該化合物的分子式。(1)4.11g·L-1p1V1=p2V2

M=92.0g·mol-1N2O4

[練習]2.1.2真實氣體1.真實氣體與理想氣體的偏差2.VanderWaals方程1.真實氣體與理想氣體的偏差

理想氣體狀態(tài)方程式僅在足夠低壓力下適合于真實氣體。產生偏差的主要原因是:①氣體分子本身的體積的影響②分子間力的影響2.VanderWaals方程a,b分別稱為Vanderwaals常量。(V-nb)=Videal等于氣體分子運動的自由空間b為1mol氣體分子自身的體積。分子間吸引力正比與(n/V)2

內壓力p′=a(n/V)2

pideal=preal+a(n/V)2

表1-1某些氣體的VanderWaals常量例題

分別按理想氣體狀態(tài)方程式和Vanderwa?ls方程式計算1.50molSO2在30攝氏度占有20.0L體積時的壓力，并比較兩者的相對誤差。如果體積減少為2.00L，其相對誤差又如何？解：已知T=303K，V=20.0L，n=1.50mol，a=0.6803Pa·m6·mol-2，=0.563610-4m3·mol-1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生的壓力，叫做組分氣體B的分壓。

2.1.3混合氣體分壓定律（表達式之一）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

（

表達式之二）

n=n1+n2+

（道爾頓分壓定律）分壓的求解：xBB的摩爾分數(shù)（表達式之三）

例題：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?；旌蠚怏w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)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700molp(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa

分壓定律的應用

例題:

可以用亞硝酸銨受熱分解的方法制取純氮氣。反應如下：

NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)如果在19℃、97.8kPa下，以排水集氣法在水面上收集到的氮氣體積為4.16L，計算消耗掉的亞硝酸銨的質量。解：T=(273+19)K=292K

p=97.8kPaV=4.16L292K時，p(H2O)=2.20kPa則p(N2)=p-p(H2O)Mr

(NH4NO2)=64.04NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)64.04g1molm(NH4NO2)=?0.164moln(N2)=m(NH4NO2)==10.5g=0.164mol例2-6.已知：p=9.96×104Pa,T=294K,

m(O2)=0.480g,V=0.377dm3

求：M(O2)

解：∵

p=p(O2)+p(H2O)

查表知294Kp(H2O)=2.48×103Pa∴p(O2)=p

－p(H2O)=9.96×104－2.48×103=9.71×104(Pa)由piV=niRT

有n(O2)==

＝0.015(mol)

則M(O2)＝＝＝32.0(g·mol–1)同溫同壓下某種氣態(tài)物質的擴散速度與其密度的平方根成反比。即

ui∝或=

ui

擴散速度

ρ

氣體密度

Mr

相對分子量

由pV=nRT

pV=RT

ρ=

即同溫同壓下

ρ與Mr成反比

=2.1.4氣體擴散定律例題2-7液化或凝聚——氣體變成液體的過程條件？臨界常數(shù)臨界溫度(Tc)：加壓時使氣體液化的最高溫度。臨界壓力(Pc)：在Tc時使氣體液化的最低壓力。臨界體積(Vc)：在Tc和Pc下1mol氣體所占體積。臨界狀態(tài)：氣態(tài)物質處于Tc,Pc,Vc的狀態(tài)。對非極性分子,Tc

較低,難液化。HeH2N2O2對極性分子，較易液化。NH3H2O氣體的液化2-2-1液體的蒸發(fā)（1）蒸發(fā)過程蒸發(fā)、凝聚（2）飽和蒸氣壓易揮發(fā)物質：

P蒸較大難揮發(fā)物質：

P蒸較小克勞修斯—克拉貝龍方程：（3）蒸發(fā)熱維持液體恒溫恒壓下蒸發(fā)所必須的熱量，稱為液體的蒸發(fā)熱。在一定的溫度和壓強下取1mol液體的蒸發(fā)熱比較，這種蒸發(fā)熱叫做摩爾蒸發(fā)熱,以ΔvHm表示。

lg=§2.2液體沸點，系指液體的飽和蒸氣壓與外界壓強相等時的溫度。在此溫度下，氣化在整個液體中進行，稱之為液體的沸騰；而在低于此溫度下的氣化，則僅限于在液體表面上進行，即蒸發(fā)。當外界氣壓為1.013×l05Pa時，液體的沸點稱為正常沸點。采用減壓蒸餾的方法去實現(xiàn)分離和提純的目的。2-2-2液體的沸點

一升溶液中所含溶質B的物質的量2-2-3.溶液濃度的表示方法1)物質的量濃度c(B)①定義:②公式:③

單位:

mol·dm-3

(mol·L-1)

一千克溶劑中所含溶質B的物質的量2)

質量摩爾濃度b(B)①定義:②公式:③單位:mol·kg-1

與溫度無關。在極稀的水溶液中④.優(yōu)點:c(B)≈

b(B)

例1.500克水中溶解17.1克蔗糖,求蔗糖溶液的質量摩爾濃度。

解:

某組分的物質的量與全部溶液的物質的量之比。

3)

摩爾分數(shù)xi

①定義:②公式:③量綱：

14)

質量分數(shù)ω

用溶質的質量除以溶液的質量表示濃度稱為質量分數(shù)，用ω表示。①定義:②公式:

例2.48%的硫酸溶液的密度為1.38g·ml-1,

計算此溶液的（1）物質的量濃度;

（2）質量摩爾濃度;

（3）摩爾分數(shù)；

5)

濃度的相互換算解:

(1)（3）（2）

§4.

稀溶液的依數(shù)性

(colligativeproperties)2)沸點升高

Boilingpointelevation

1)

蒸氣壓下降

Decreaseofvaporpressure

3)凝固點下降Freezingpointlowering

4)滲透壓Osmoticpressure1.依數(shù)性：

只與溶質所含粒子的數(shù)目有關，而與溶質的本性無關。（稀溶液的通性）

2.溶液的蒸氣壓下降1)

蒸氣壓

vaporpressure

當蒸發(fā)速率與凝結速率相等時，液體上方的蒸氣所具有的壓力稱為液體的飽和蒸氣壓（簡稱蒸氣壓）。

蒸發(fā)凝聚2)

溶液的蒸氣壓下降

在一定溫度下,溶液的蒸氣壓總是低于純溶劑的

蒸氣壓，稱為溶液的蒸氣壓下降。.

Decreaseofsolutionvaporpressure溶液蒸氣壓下降的原因：A.溶液表面溶劑分子數(shù)減少；B.形成溶劑化分子；pT0.1mol·kg-10.2mol·kg-1純水3)Raoult

(拉烏爾)定理

在一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓與溶液中溶劑的摩爾分數(shù)成正比.對于兩組分溶液

Raoult

定律又可表述為：在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質稀溶液的蒸氣壓下降,近似地與溶質B的質量摩爾濃度成正比,而與溶質的本性無關。例3.計算293K時，17.1g蔗糖溶于1000g水中，溶液的蒸汽壓下降值。解：293K時，P*(H2O)=2.33kPa或

M(B)=342g.mol-1★只適用于難揮發(fā)非電解質的稀溶液3.溶液的沸點升高

boilingpointelevationTbpTTb*P外

1)

沸點

boilingpoint液體的沸點是該液體的蒸氣壓等于外界大氣壓時的溫度Tb純水蔗糖

Kb

為沸點升高常數(shù)Ebullioscopicconstant(1).計算溶液的沸點

2)

溶液的沸點升高：3)沸點升高的應用溶液的沸點與純溶劑的沸點之差◆它只與溶質的質量摩爾濃度成正比,而與溶質的本性無關。例4.在100克水中溶解4.56克尿素,計算此溶液的沸點.

例5.將0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,測得溶液的沸點為100.056℃,計算葡萄糖的摩爾質量.解：

0.40/M葡萄糖20/1000b

葡萄糖=DTb

=0.056=Kb·b

葡萄糖

M葡萄糖

=182.9g·mol-1(2)測定難揮發(fā)非電解質的摩爾質量4.溶液的凝固點下降

freezingpointlowering1)

凝固點：

freezingpointTfTfpT

液體的蒸氣壓與固體蒸氣壓相等，

兩相平衡共存時的溫度。*純水蔗糖冰(1)溶液的凝固點：

(Tf

)Kf為凝固點下降常數(shù).CryoscopicconstantTf=Tf*-

Tf

=Kf·b(B)溶液的蒸氣壓與固態(tài)純溶劑的蒸氣壓平衡時的溫度。

(2)溶液的凝固點下降：純溶劑的凝固點與溶液凝固點之差◆它只與溶質的質量摩爾濃度成正比,而與溶質的本性無關。2)

沸點升高和凝固點下降的原因：溶液的蒸氣壓下降。3)

凝固點下降的應用：(1)解釋植物的抗旱性與耐寒性等現(xiàn)象；(2)計算溶液的凝固點；(3)測定難揮發(fā)非電解質的摩爾質量；解:例6.將0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,測得溶液的凝固點為-0.207℃,計算葡萄糖的摩爾質量.

5.溶液的滲透壓

osmoticpressure

溶劑分子通過半透膜進入溶液的自動擴散過程。1)滲透現(xiàn)象

Osmosis為了維持滲透平衡向溶液所施加的最小外壓。

在溶液上方施加一外壓P,使半透膜兩邊溶劑分子進出的速率相等時，體系所處的狀態(tài)。2)滲透平衡3)滲透壓4)產生滲透現(xiàn)象的條件①有半透膜的存在；②膜兩邊的溶液存在濃度差；5)Van’tHoff

定律πV=nRTπ=nRT/V=cRT植物的細胞6)高滲、低滲、等滲溶液

7)滲透壓的應用①解釋動植物的生命現(xiàn)象.②計算高分子化合物的摩爾質量.有一定的體積和形狀，可壓縮性小。§2.3固體2-3-1晶體和非晶體晶體：內部質點呈有規(guī)則的空間排列。多數(shù)固體為晶體。如食鹽、金剛石等非晶體(無定形體)：內部質點排列不規(guī)則，沒有一定的結晶外形。如玻璃、瀝青石蠟、爐渣等。晶體的特征:(1)有固定的幾何外形；

(2)有固定的熔點；

(3)具有各向異性。晶體的分類晶體類型2-3-2晶體外形七大晶系