氣體液體和溶液

關(guān)于氣體液體和溶液§1.ThepropertiesofGases忽略分子之間的作用力和分子本身的體積一、理想氣體（IdealGases）壓力不太高，溫度不太低的實(shí)際氣體可看作理想氣體氣體的基本特征:擴(kuò)散性和可壓縮性2.1、理想氣體定律(TheIdealGasLaw)

波義耳定律:PV=常數(shù)（n，T一定）查理-蓋·呂薩克定律:

V/T=常數(shù)（n，P一定）阿伏加徳羅定律:V/n=常數(shù)（T，P一定）二、理想氣體性質(zhì)

第2頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天1)理想或接近理想（溫度，壓力）2)只適用于完全封閉的氣體

R=PV/nT=PVm/T

=101.325×103Pa×22.414

×10-3m3/273.15K

=8.314J·mol－1·K－1注意點(diǎn)：=0.082L·atm·mol－1K-1

3)R的取值隨壓力單位的變化而不同*理想氣體定律應(yīng)用P—V—T—n(m,M,ρ)第3頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天Sample：AsampleofCH4wasslowlyheatedataconstantpressureof0.9atm.Thevolumeofthegaswasmeasuredataseriesofdifferenttemperaturesandaplotofvolumevs.temperaturewasconstructed.Theslopeofthelinewas2.88×10-4L/K.WhatisthemassofthesampleofCH4?第4頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天應(yīng)用實(shí)例：測(cè)分子量a.蒸氣密度法測(cè)某種易揮發(fā)的液體的相對(duì)分子質(zhì)量由于已知P、R、T，所以必須求V和m忽略第5頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天b.極限密度法:蒸氣密度法的改進(jìn)外推P→0時(shí)，第6頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.2、分壓定律(Doltons’lawofpracticalpressure)組分氣體：氣體混合物中每一種氣體。分壓：組分氣體A在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體A的分壓。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

=

Pi

P總V=n總RT=(n1+n2+……+ni)RT=P1V+P2V+……+PiV=(P1+p2+……+Pi)VP總=Σpi=P1+p2+……+Pi同時(shí)由于PiV=niRT；P總V=n總RT

(摩爾分?jǐn)?shù))證明:第7頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天例題：

V=2dm3,O2:

0.20mol,H2:0.50mol,Ar:0.10molT=300K,O2+2H2→2H2O(l)求反應(yīng)前后各氣體的分壓以及總壓。(T=300K時(shí)PH2O=0.035atm）解：

反應(yīng)前：反應(yīng)后：

2H2+O2=2H2OAr0.500.2000.100.1000.40(l)0.10注意:在該溫度下，2dm3

體積的H2O(g)計(jì)算得0.002846mol,若O2為0.001mol，生成H2O0.002mol,則水將完全氣化,P就不是P飽和。第8頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3、分體積定律（Amagat’sLawofPartialVolumes）V總＝V1+V2+V3+…＝

Vi=V總Xi分體積:混合氣體中某一組分B的分體積VB是該組份單獨(dú)存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時(shí)所占有的體積。分體積定律：當(dāng)溫度、壓力相同時(shí)，混合氣體的總體積等于各組分分體積之和。注意：對(duì)混合氣體體系，分體積和分壓不能同時(shí)代入理想氣體方程第9頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.4、格拉罕姆擴(kuò)散定律（Graham’slawofeffusion）

在恒壓條件下，某一溫度下氣體的擴(kuò)散速率與其密度（或摩爾質(zhì)量）的平方根成反比(實(shí)驗(yàn)定律)表達(dá)式：應(yīng)用:1)測(cè)定未知?dú)怏w的分子量（或原子量）例：WhatisthemolecularformulaofacompoundofempiricalformulaCHthatdiffuse1.246moreslowlythanKrypton(MW=83.8)atthesametemperatureandpressure.

第10頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2)可以分離同位素isotope從鈾礦制備分離235U,利用UF6不同的擴(kuò)散速率差別很小，需非常多級(jí)分離氣體擴(kuò)散串聯(lián)示意圖設(shè)計(jì)了3000級(jí)，耗資8億美元第11頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天基本假設(shè):

A.氣體分子是質(zhì)點(diǎn)

三、氣體分子運(yùn)動(dòng)論(KineticMolecularTheory)

C.氣體分子做彈性碰撞J.C.Maxwell、L.Boltzmann、R.ClausiusB.氣體分子不斷地作高速無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)推導(dǎo)過(guò)程：?jiǎn)挝粫r(shí)間動(dòng)量改變量：壓強(qiáng)：總壓強(qiáng)：第12頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天定義：稱為均方根速率

熱力學(xué)溫度:大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能有關(guān);熱:大量分子的混亂運(yùn)動(dòng)或無(wú)序運(yùn)動(dòng)格林漢姆擴(kuò)散定律K:波爾茲曼常數(shù)P,T分子運(yùn)動(dòng)橋梁氣體分子運(yùn)動(dòng)論意義:**例題:求在0?C時(shí)氫分子的速度第13頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、氣體分子速度分布與能量分布（Distributionofgasmolecularspeedsandenergy)a.速度分布b.能量分布波爾茲曼因子

能量大于和等于E0的所有分子的分?jǐn)?shù)：第14頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、實(shí)際氣體定律(TheRealGasLaw)1.實(shí)際氣體與理想氣體的偏差:1mol氣體的PV/RT~p曲線1molN2的PV/RT~p曲線（不同溫度）氣體分子間作用力與距離的關(guān)系第15頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.實(shí)際氣體狀態(tài)方程（vanderwaalsequation）2.分子間的引力兩點(diǎn)修正:a,b

稱為vanderWaal’sconstant(Vreal-nb)=Videal等于氣體分子運(yùn)動(dòng)的自由空間1.

分子自身的體積分子間吸引力正比于(n/V)2

內(nèi)壓力P′=a(n/V)2

Pideal=Preal+a(n/Vreal)2第16頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天表某些氣體的VanderWaals常數(shù)第17頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天例題：分別按理想氣體狀態(tài)方程和vanderwaals方程計(jì)算1.50molSO2在30攝氏度占有20.0L體積時(shí)的壓力，并比較兩者的相對(duì)誤差。如果體積減少為2.00L，其相對(duì)誤差又如何？已知a=0.6803Pa·m6

·mol-2，

b=0.5636

10-4m3

·mol-1解：已知：T=303K，V=20.0L，n=1.50mol思考題：范德華實(shí)際氣體狀態(tài)方程的適用范圍？

第18頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

五、氣體的液化和臨界狀態(tài)(criticalstate)液化的方法：降溫、加壓臨界溫度：加壓下氣體能夠液化的最高溫度；臨界壓強(qiáng)：臨界溫度時(shí)，使氣體液化的最低壓強(qiáng)；臨界體積：臨界溫度和臨界壓強(qiáng)下，1mol氣態(tài)物質(zhì)占有的體積。熔沸點(diǎn)低的物質(zhì)，臨界溫度也低物質(zhì)tc(oC)Pc(106Pa)

c(g/ml)氨132.411.2760.235CO-140.243.49850.301CO231.047.3760.468HCl51.58.30820.45H2O373.0922.0470.32NO-93.06.48440.52SO2157.67.88370.525Na2300.035.4620.198Ar-122.44.87340.533Cl2144.07.70030.573H2-240.171.29280.0314N2-147.03.39420.313O2-118.575.04260.436第19頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、液體的結(jié)構(gòu)（structureofliquids）§2.液體（Liquid）液體結(jié)構(gòu)特點(diǎn):處于完全混亂的氣體狀態(tài)和完全有序的固體狀態(tài)之間液體特性：粘度，表面張力，凝固點(diǎn)，沸點(diǎn)，飽和蒸氣壓（簡(jiǎn)稱為蒸汽壓）近程有序遠(yuǎn)程無(wú)序第20頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

二、液體的蒸氣壓(Vaporpressureofliquid)1、蒸發(fā)過(guò)程

1）蒸發(fā):液體氣化的一種方式2）蒸發(fā)熱(焓):在恒定的溫度和壓力條件下，1mol液體蒸發(fā)變?yōu)檎魵馑盏臒崃?．液體的飽和蒸氣壓（簡(jiǎn)稱蒸氣壓）

3）蒸氣壓只與液體本質(zhì)和溫度有關(guān).

1）2）蒸氣壓：一定溫度下與液體平衡的飽和蒸氣所具有的壓力。蒸氣壓vs溫度第21頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天Clusius---ClapeyronequationApplicationofClusius-Clapeyronequation1、求蒸發(fā)熱2、已知蒸發(fā)熱和一個(gè)溫度下的壓強(qiáng)，求另一個(gè)溫度下的壓強(qiáng)第22頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天例題：25℃

時(shí)，0.100mol液態(tài)苯在一個(gè)可通過(guò)提高活塞而改變的容器中蒸發(fā)（蒸氣壓為12.3kPa),試求（1）體積增加至何值時(shí)液體恰巧消失？（2）體積為12.0dm3

和30.0dm3

時(shí)，苯蒸氣壓分別是多少？（3）1atm,4dm3空氣緩慢地鼓泡通過(guò)足量的苯中，苯將損失多少克？解：（1）V=nRT/P=20.1dm3（2）12.0dm3:氣壓為12.3kPa.30.0dm3:

P1V1=P2V2P2=P1V1/V2=8.24kPa（3）P總=P空氣＋P苯P空氣=89kPa

這時(shí)，4dm3空氣體積變?yōu)?/p>

V=(101.3×4)/89=4.55dm3,也是苯蒸氣的體積由PV=nRT=mRT/M得：m=PVM/RT=1.76g第23頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、超臨界流體（supercriticalfluid)當(dāng)T＞Tc，P＞Pc時(shí)的流體稱為超臨界流體超臨界流體兼有液體和氣體的雙重特性，擴(kuò)散系數(shù)大，粘度小，滲透性好，與液體溶劑相比，可以更快地完成傳質(zhì)，達(dá)到平衡，促進(jìn)高效分離過(guò)程的實(shí)現(xiàn)

第24頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

§3.溶液及其性質(zhì)（propertiesofsolution）一、基本概念（Basicconcepts)根據(jù)分散相直徑分類：d<1nm溶液d=1～100nm溶膠d>100nm懸濁液、乳濁液。1、分散系（dispersionsystem)：一種或幾種物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)分散在另一種物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)中所形成的體系

分散相

(dispersionphase)：被分散的物質(zhì)分散介質(zhì)(dispersionmedium):容納分散相的物質(zhì)分散相─溶質(zhì)(solute)分散介質(zhì)─溶劑(solvent)。2、溶液(Solution):一種物質(zhì)以分子、原子或離子狀態(tài)分散于另一種物質(zhì)中所構(gòu)成的均勻而又穩(wěn)定的體系.第25頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、溶液的濃度表示法1、質(zhì)量分?jǐn)?shù)(massfraction,masspercentage)

（w）

：2、摩爾分?jǐn)?shù)(Molefraction)

（xi）:

=ni/n=molesofsolute/molesofallcomponentsppm(partspermillion)，ppb(partsperbillion)3、體積物質(zhì)的量濃度(Molarity)

（cB）：

cB

=molesofsolute/litersofsolution4、質(zhì)量物質(zhì)的量濃度

(Molality)（mB）

：

mB

=molesofsolute/kilogramsofsolvent當(dāng)溶液很稀時(shí)，ρ=1，所以1kg溶劑近似看作1L溶液，則cB

≈mB

各種濃度之間的換算（Unitsexchange）第26頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、溶解度原理（principleofsolubility)1、溶解過(guò)程是物理化學(xué)過(guò)程。2、溶解度（solubility）:每100g溶劑中所能溶解的溶質(zhì)的最大質(zhì)量3．溶解平衡是動(dòng)態(tài)平衡(dynamicequilibrium)。4．影響溶解度的內(nèi)因：“相似相溶”溶質(zhì)和溶劑在結(jié)構(gòu)或極性上相似**液—液相溶：

**固—液溶解：

極性與極性，非極性與非極性易溶離子化合物復(fù)雜類似結(jié)構(gòu)的化合物熔點(diǎn)低的易溶**氣—液溶解：

高沸點(diǎn)氣體溶解度大；氣體在近似分子間力溶劑溶解度大物質(zhì)熔點(diǎn)(℃)在苯中的溶解度(x)蒽2180.008菲1000.21萘800.26聯(lián)二苯690.39第27頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

5、影響溶解度的外因:

溫度和壓力溫度:

壓力:壓強(qiáng)增大時(shí)，對(duì)固體、液體溶解度變化不大，固體：若溶解過(guò)程是吸熱，則升溫溶解度增大

液體：溫度升高，溶解度增大氣體：溫度升高，溶解度降低

氣體溶解定律---Hernry’sLaw在一定溫度和一定體積的液體中，所溶解的氣體質(zhì)量與該氣體的分壓成正比數(shù)學(xué)表達(dá)式：kH=p/x

kH：Henry’sconstantP：被溶解氣體的分壓（以mmHg為單位）X：溶解的氣體在溶液中所占的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。只適用于溶解度小、不與溶劑相互作用的氣體第28頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天由亨利定律∴SampleExercise：20℃時(shí)，氧氣溶解在水中的亨利定律常數(shù)為2.95×107mmHg，在通常大氣中，氧分壓為0.21atm，此時(shí)有多少摩爾氧氣溶在1000g水中？解:第29頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天6、溶解度原理的應(yīng)用：

1）利用不同溶質(zhì)在同一溶質(zhì)溶劑中的溶解度的差別來(lái)分離物質(zhì)固液體系：

分級(jí)結(jié)晶（重結(jié)晶recrystalline）液液體系：

萃取氣液體系：

2）利用溶解度差異來(lái)制備材料、生長(zhǎng)單晶等高溫區(qū)低溫區(qū)第30頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天

四.非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性(colligativeproperties)依數(shù)性:與微粒個(gè)數(shù)有關(guān)的性質(zhì)，與溶質(zhì)種類無(wú)關(guān)1．溶液的蒸氣壓降低（Loweringthevaporpressure）──稀溶液依數(shù)性的核心Raoult定律：一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)相乘;或者說(shuō)蒸氣壓的下降等于純?nèi)軇┑恼魵鈮撼艘匀苜|(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)。（溶質(zhì)不揮發(fā)）

對(duì)于稀溶液∴∴第31頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天Raoul定律實(shí)驗(yàn)圖

兩種易揮發(fā)的物質(zhì)互溶時(shí)，若在理想狀態(tài)下，符合拉烏爾定律:反之，凡符合此式的溶液稱理想溶液**理想溶液：溶液中各物質(zhì)分子的大小及各種分子間力的大小與性質(zhì)相同第32頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天例題:某混合溶液由1mol苯和2mol甲苯組成，求20oC時(shí)蒸氣組成。已知.

雖然苯在溶液中僅占33mol%，但在蒸氣中占63mol%，所以易揮發(fā)的成份在蒸氣中富積，成為蒸餾技術(shù)（distillation）的重要基礎(chǔ)。解:第33頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天液體的沸點(diǎn)是指液體的飽和蒸氣壓與外界大氣壓相等時(shí)的溫度；凝固點(diǎn)是指液體的蒸氣壓與其固體的蒸氣壓相等時(shí)的溫度問(wèn)題：（1）某一溫度，一種物質(zhì)固體的蒸氣壓大于液體，請(qǐng)問(wèn)物質(zhì)表現(xiàn)為溶解還是凝固？

（2）蒸發(fā)和沸騰的不同點(diǎn)

2.溶液沸點(diǎn)的升高和凝固點(diǎn)的降低（BoilingpointelevationandFreezingpointdepressionofsolution）

第34頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天ΔTb=Kb?m

沸點(diǎn)升高Kb為溶劑的沸點(diǎn)升高常數(shù)ΔTf=Kf?m凝固點(diǎn)降低Kf：摩爾凝固點(diǎn)下降常數(shù)Application:測(cè)分子量同一溶劑：Kf＞Kb，不同溶劑：有機(jī)物的Kf

和Kb較大第35頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.

滲透壓（osmoticpressure）（1）半透膜：允許小分子（如水）透過(guò)，但大的溶質(zhì)分子不能透過(guò)的膜狀物質(zhì)。（2）滲透：溶劑分子通過(guò)半透膜從稀溶液向濃溶液方向移動(dòng)的現(xiàn)象。（3）滲透壓：為阻止?jié)B透過(guò)程進(jìn)行所需施加于溶液的壓力稱為滲透壓。第36頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天（4）溶質(zhì)分散在一定體積的溶劑中的滲透壓和溶質(zhì)擴(kuò)散在等體積中的氣體壓力一樣，即：πV=nRTorπ=cRTa．在極稀溶液中，π≈mRT；b．只有在半透膜存在下，才能表現(xiàn)出滲透壓；c．雖然稀溶液的π=cRT與氣體的pV=nRT完全符合，但π與p產(chǎn)生的原因是不同。

（5）Application:用于極高分子量的測(cè)定Sampleexercise：在250C、1升苯中含5.0克聚苯乙烯的溶液，其π=7.6mmHg，試求聚苯乙烯的分子量？Solution：=1.22×104（g/mol）第37頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天例：在常溫恒壓下，讓一定量干燥的空氣先緩慢通過(guò)含有5％某不揮發(fā)性物質(zhì)的苯溶液，然后再緩慢地通過(guò)純苯液體。停止通氣后，測(cè)得第一瓶得苯溶液失重1.24g,第二瓶的純苯失重0.04g,試計(jì)算該溶質(zhì)的分子量（假設(shè)氣體，溶液均為理想狀態(tài)，氣液保持相平衡）解：P1V=m1RT/MP0V=m2RT/MX劑=P1/P0=

m1/m2=1.24/(1.24＋0.04)=0.09688X質(zhì)=1－X劑

=1－0.09688＝0.0312按題意95g苯應(yīng)能溶解的溶質(zhì)為5g溶質(zhì)X質(zhì)=n質(zhì)/

(n質(zhì)+n劑

)

=(m質(zhì)/M質(zhì))/(m質(zhì)/M質(zhì)+m劑/M劑)＝0.0312M=127.5(g/mol)第38頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天5、電解質(zhì)溶液的依數(shù)性(colligativepropertiesofelectrolyticsolution)△Tb=i·Kb·m

△Tb=i·Kb·m

i：范特荷夫系數(shù)。

例：3.24gHg(NO3)2和10.14gHgCl2

分別溶解在1000g水中，溶液的凝固點(diǎn)分別為

0.0558℃和0.0744℃，問(wèn)哪種鹽在水中以離子狀態(tài)存在?（Kf=1.86）解：

Hg(NO3)2

離子狀態(tài)HgCl2

分子形式而而第39頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、膠體溶液（ColloidalSolution）1．定義：2．膠態(tài)種類:體系有8種（gas-gas除外）分散相粒子的直徑在1~100nm范圍內(nèi)的均勻分散系根據(jù)溶劑的相分為：固溶膠（也叫凝膠）、溶膠、氣溶膠我們研究固體分散在液體中的膠態(tài)體系－溶膠（sol）。

溶膠又分兩類：親液膠體和疏液（憎液）膠體。前者指大分子溶液，是熱力學(xué)穩(wěn)定體系；后者則屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定的非均相體系，主要靠動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和界面電荷維持體系的相對(duì)穩(wěn)定，膠體化學(xué)主要研究后一類體系。第40頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．溶膠制備(preparation):

b．化學(xué)凝聚法(ii)氧化法制硫溶膠：(1)凝聚法a．物理凝聚法(i)更換介質(zhì)法：硫的灑精溶液倒入水中形成硫溶膠；(ii)蒸氣凝聚法：在特制的反應(yīng)器中，蒸發(fā)鈉金屬與有機(jī)化合物（苯），在蒸氣相中形成鈉溶膠（aerosol）。(i)還原法制Au溶膠：(iii)分解法制鎳溶膠：(iv)水解法制Fe2O3水溶膠：(2)分散法：機(jī)械、電、超聲波等分散，膠體磨分散。第41頁(yè),共47頁(yè)，2024年2月25日，星期天4．溶膠的特性：(1)丁鐸爾效應(yīng)（Tyndall’seffect）

(2)電泳現(xiàn)象（Electrophoresis）

(3)溶膠不穩(wěn)定，放置一定時(shí)間會(huì)沉淀出來(lái)，若