第一章-物質(zhì)的凝聚狀態(tài)1

歡迎你們加入安徽理工大學(xué)！好的開始是成功的一半！9/21/20241工科化學(xué)多媒體課件－石建軍第一章物質(zhì)的凝聚狀態(tài)主講人：石建軍工科化學(xué)9/21/20242工科化學(xué)多媒體課件－石建軍前言大學(xué)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)

——快，不可能在課堂上掌握全部知識；

——注重自學(xué)；

——注意獲取知識的能力培養(yǎng),掌握獲取知識的方法比獲取知識更重要，但必要的知識積累也是必不可少的；本門課程的學(xué)習(xí)要求

1、注意“了解”、“明確”和“掌握”三個(gè)要求層次。

2、準(zhǔn)備兩個(gè)作業(yè)本輪換使用，每次改一半。

3、堅(jiān)持預(yù)習(xí)、及時(shí)復(fù)習(xí)、自主練習(xí)。9/21/20243工科化學(xué)多媒體課件－石建軍學(xué)時(shí)安排章數(shù)學(xué)時(shí)數(shù)章數(shù)學(xué)時(shí)數(shù)章數(shù)學(xué)時(shí)數(shù)1(含序言)49201762610121823101114192441214202512134212610144222741542總時(shí)數(shù)1608201669/21/20244工科化學(xué)多媒體課件－石建軍參考書（含2、3、4、5、6章）1.天津大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室編.無機(jī)化學(xué)（上、下冊，第三版）.北京：高等教育出版社2.南京大學(xué)．無機(jī)與分析化學(xué)（第三版）．北京：高等教育出版社，19983.嚴(yán)宣申，王長富編著．普通無機(jī)化學(xué)．北京：北京大學(xué)出版社，19994.武漢大學(xué)、吉林大學(xué)等校編.無機(jī)化學(xué)（上、下冊）.第三版，北京：高等教育出版社，19945.天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編.物理化學(xué)（上、下冊）.第四版，北京：高等教育出版社，20016.胡英主編.物理化學(xué)（上、中、下冊）.第四版.北京：高等教育出版社，19997.李慎安等編．新編法定計(jì)量單位應(yīng)用手冊．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19969/21/20245工科化學(xué)多媒體課件－石建軍第一章物質(zhì)的聚集狀態(tài)本章要求1．掌握理想氣體的概念及理想氣體狀態(tài)方程式、混合理想氣體的分壓定律和分體積定律。2．了解實(shí)際氣體p、V、T的關(guān)系。3．掌握溶液和液體混合物組成的常用表示法。4．理解飽和蒸汽壓的概念，掌握拉烏爾定律和亨利定律，了解其使用范圍。5．了解物質(zhì)的幾種聚集狀態(tài)：氣、液、固和等離子態(tài)。

9/21/20246工科化學(xué)多媒體課件－石建軍一、理想氣體（idealgas；I.G.）1.定義：

在任何溫度、壓力下均服從理想氣體狀態(tài)方程的氣體稱為理想氣體。2.理想氣體具備的兩個(gè)條件：

分子是無體積的質(zhì)點(diǎn)；分子間無任何作用力。3.微觀模型：

理想氣體是一種分子本身無體積；分子之間無相互作用力的氣體。幾點(diǎn)說明：(1)理想氣體客觀上不存在，是從實(shí)際中抽象出來的假想氣體（p→0）;(2)高溫或低壓的實(shí)際氣體接近理想狀態(tài)，近似適用理想氣體狀態(tài)方程；(3)理想氣體狀態(tài)方程能夠滿足一般工程計(jì)算需要;(4)R的數(shù)值用外推法求?！?.1理想氣體

9/21/20247工科化學(xué)多媒體課件－石建軍二、理想氣體狀態(tài)方程f(p,V,T)=0;f(p,V,T,n)=02.理想氣體狀態(tài)方程

波義耳(R.Boyle)定律:

pV=C(n,T恒定);

蓋?呂薩克(J.Gay-Lussac)定律:

V/T=C(n,p恒定);

阿伏加德羅(A.Avogadro)定律:

V/n=C(T,p恒定);pV=nRT說明:

(1)該狀態(tài)方程僅嚴(yán)格適用于理想氣體;

(2)實(shí)際氣體在高溫或低壓條件下近似適用;（為什么？）

(3)R是摩爾氣體常數(shù);1.什么叫狀態(tài)方程物質(zhì)的聚集狀態(tài)是通過一系列的性質(zhì)來描述的，性質(zhì)確定，物質(zhì)就處在一定的狀態(tài)。類似這種函數(shù)關(guān)系稱為狀態(tài)方程。9/21/20248工科化學(xué)多媒體課件－石建軍式中：p—壓力（Pa），V—體積(m3)，n—物質(zhì)的量(mol)，T—熱力學(xué)溫度(K，T/K=273.15+t/

C)，R—摩爾氣體常數(shù)(8.314J·mol-1·K-1)。二、理想氣體狀態(tài)方程

推論2：物質(zhì)的量n與質(zhì)量m、摩爾質(zhì)量M的關(guān)系為：1.什么叫狀態(tài)方程2.理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT由得：由得：

推論1：根據(jù)摩爾體積的定義：9/21/20249工科化學(xué)多媒體課件－石建軍三、摩爾氣體常數(shù)(R)的求取T為常數(shù)pVm=RT→R=pVm/T3.4.說明:1.確定溫度下,同一氣體

的Vm隨p變化;實(shí)驗(yàn)可測得pVm～p關(guān)系。2.不同氣體,T,p相同,pVm

也不相同;圖1.1

273.15K時(shí)不同氣體的pVm-p等溫線9/21/202410工科化學(xué)多媒體課件－石建軍例1.1

一個(gè)體積為40.0dm3的氧氣鋼瓶。在25

C時(shí)，使用前壓力為1.25

103kPa。求鋼瓶壓力降為1.00

103kPa時(shí)所用去的氧氣質(zhì)量。解：使用前鋼瓶中O2物質(zhì)的量：n1=p1V/RT=20.2mol

使用后鋼瓶中O2物質(zhì)的量：n2

=p2V/RT=16.1mol

所用的氧氣質(zhì)量：m=(n1-n2)M=(20.2-16.1)mol

32.0g

mol-1=130g

答：用去的氧氣質(zhì)量為130g。強(qiáng)調(diào)：

1.注意解題過程的完整性；

2.注意運(yùn)算過程中量綱的統(tǒng)一。9/21/202411工科化學(xué)多媒體課件－石建軍在研究低壓下的混合氣體時(shí)，得到了兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律。嚴(yán)格來說，它們都只適用于理想氣體。1、分壓定律

(道爾頓，1801)四、分壓定律和分體積定律

內(nèi)容：在溫度和體積恒定時(shí)，混合氣體的總壓力等于分壓力之和。

p=p1+p2+…+pN=pi

注意：——分壓力(partialpressure)：溫度為T時(shí)組分i單獨(dú)占據(jù)總體積V時(shí)所具有的壓力。定義此壓力為混合氣體中i組分的分壓力（注意不同教材關(guān)于分壓力有不同的定義）9/21/202412工科化學(xué)多媒體課件－石建軍

p=nRT/V=n1RT/V+n2RT/V+…+nNRT/V

=

=p1+p2

+…+

pN

=

pi分壓定律是氣體遵守IG定律的必然結(jié)果：

分壓定律的另一形式：pi=yi

p

yi——i組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)

說明：氣體混合物的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)常用yi表示，液體混合物的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，則常用xi表示）。9/21/202413工科化學(xué)多媒體課件－石建軍

內(nèi)容：在溫度和壓力恒定時(shí)，混合氣體的總體積等于分體積之和。V=V1+V2+…+VN=

Vi2、分體積定律

(阿馬格，1880)

注意：——分體積(partialvolume)：溫度為T時(shí)組分i單獨(dú)具有總壓力p時(shí)所占據(jù)的體積。定義此體積為混合氣體中i組分的分體積（注意不同教材關(guān)于分體積有不同的定義）分體積定律是氣體遵守IG定律的必然結(jié)果：

V=nRT/p=n1RT/p+n2RT/p+…+nNRT/p=

niRT/p=V1+V2+…+VN=Vpi9/21/202414工科化學(xué)多媒體課件－石建軍

Vi

=yiV

或Vi

/V=yiyi——i組分的摩爾分?jǐn)?shù)（molefraction）。意義：體積分?jǐn)?shù)即為其摩爾分?jǐn)?shù)。

分體積定律的另一形式：

1.分壓定律與分體積定律廣泛用于混合氣體的計(jì)算。

2.當(dāng)使用分壓時(shí)，必須用總體積；而使用分體積時(shí)，則應(yīng)用總壓。

3.兩定律的適用條件皆為總壓不高的情況，嚴(yán)格適用于混合理想氣體。小結(jié)：現(xiàn)舉例說明9/21/202415工科化學(xué)多媒體課件－石建軍例1.2

將氯酸鉀加熱分解以制備氧氣，生成的O2用排水集氣法收集。在25℃，101.3kPa時(shí)，收集得到氣體體積為500ml。已知25℃，pH2O=3.17kPa。計(jì)算：（1）O2的物質(zhì)的量；（2）干燥O2的體積。解：按題意，收集得到的氣體是O2和飽和水蒸氣的混合氣體。即：pO2

=p-pH2O=101.3kPa-3.17kPa=98.13kPa（1）O2的物質(zhì)的量：

nO2=pO2

V/RT=1.98

10-2mol（2）干燥O2的體積：

V(O2)=V

y(O2)=500ml(98.13kPa/101.3kPa)=484ml答：O2的物質(zhì)的量為1.9810-2mol；干燥O2的體積為484ml。9/21/202416工科化學(xué)多媒體課件－石建軍例1.325℃時(shí)，32g的氧和14g的氮盛于20L容器中，試計(jì)算：（1）這兩種氣體的分壓；（2）混合氣體的總壓力；（3）這兩種氣體的分體積。解：根據(jù)pi=niRT/V（1）p(O2)==1.24

105（Pa）

p(N2)==6.20

104（Pa）（2）混合氣體的總壓力p=p(O2)+p(N2)=1.86

105（Pa）（3）根據(jù)Vi/V=ni/n=yiO2的分體積V(O2)=y(O2)V=

20=13.33（L）

同理可得N2的分體積V(N2)=6.67（L）答：O2的分壓為1.24

105Pa；N2

的分壓為6.20

104Pa，總壓力為1.86

105Pa；O2和N2

的分體積依次為13.33L和6.67L。9/21/202417工科化學(xué)多媒體課件－石建軍1、氣體由不停頓地作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子所組成。

分子的直徑與它們之間的距離相比可以忽略不計(jì)，亦即分子本身的體積與氣體所占有的體積相比可以忽略。五、氣體分子運(yùn)動(dòng)論——基本要點(diǎn)

2、氣體分子間互相作用力很小，氣體分子的運(yùn)動(dòng)與其他分子無關(guān)，分子可視為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。3、氣體分子在運(yùn)動(dòng)中，分子不僅相互碰撞，而且對器壁進(jìn)行連續(xù)撞擊產(chǎn)生壓力。4、氣體分子的平均平動(dòng)能與氣體的熱力學(xué)溫度成正比。9/21/202418工科化學(xué)多媒體課件－石建軍

壓力：大量分子碰撞所產(chǎn)生的垂直作用于單位面積上的力；

溫度：氣體分子平均動(dòng)能的度量，氣體分子的平均平動(dòng)能越大，系統(tǒng)的溫度越高，它們都是大量分子行為的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果，是一種統(tǒng)計(jì)量。因此，說一個(gè)分子的壓力或溫度是沒有意義的。

體積：則是氣體分子自由運(yùn)動(dòng)的空間。氣體分子運(yùn)動(dòng)論對幾種常見宏觀性質(zhì)的微觀解釋：9/21/202419工科化學(xué)多媒體課件－石建軍§1.2實(shí)際氣體一、壓縮因子（compressibilityfactor）(1)理想氣體:pVm/RT=1；(2)實(shí)際氣體在低溫或高壓下，均出現(xiàn)明顯偏差，即pVm/RT≠1。P,atm

圖（補(bǔ)充）：

一些實(shí)際氣體的pV-p等溫線如左圖所示：9/21/202420工科化學(xué)多媒體課件－石建軍1.定義:2.Z-p曲線1)同一種氣體在不同Ｔ,p時(shí)的Z值A(chǔ).低壓、高溫條件下,真實(shí)氣體接近于理想氣體;B.Z值與1差別的大小,就表示理想氣體與真實(shí)氣體的差別;C.低溫、高壓條件下,Z值隨p單調(diào)增大。2)不同氣體在相同的T、p下一般具有不同的Z值P,102kPa圖（補(bǔ)充）

甲烷在不同溫度下的Z-p等溫線§1.2實(shí)際氣體一、壓縮因子（compressibilityfactor）9/21/202421工科化學(xué)多媒體課件－石建軍3.說明(1)Z值的大小反映了實(shí)際氣體對理想氣體的偏離程度;(2)Z>1時(shí),(pVm)實(shí)/RT=Z>1=(pVm)理/RT(Vm)實(shí)>(Vm)理實(shí)際氣體難壓縮，正偏差；(3)Z<1時(shí),實(shí)際氣體比理想氣體易壓縮,負(fù)偏差；(4)Z=1,不一定是理想氣體。

(Vm)實(shí)>(Vm)理，表明該氣體在指定T,p條件下，存在著pVm=RT關(guān)系，但不具備理想氣體的模型。思考：既然理想狀態(tài)方程在實(shí)際體系中有應(yīng)用的局限性，是否可以從理想氣體與實(shí)際氣體的區(qū)別入手對狀態(tài)方程進(jìn)行修正呢？9/21/202422工科化學(xué)多媒體課件－石建軍理想氣體狀態(tài)方程:pVm=RT

p-指分子間無作用力時(shí)氣體對容器器壁的作用力(實(shí)驗(yàn)測

得壓力);

Vm-指1mol氣體分子的自由活動(dòng)空間.但實(shí)際氣體的行為應(yīng)該用什么樣的氣體狀態(tài)方程式來描

述呢?因?qū)嶋H氣體分子間有作用力,且分子本身有體積.二、范德華(Vander

Waals)方程——修正體積和壓力項(xiàng)1體積修正項(xiàng)理想氣體:V=V容器真實(shí)氣體:V=V容器-V`V`=分子本身體積p(V-V`)=nRT理想氣體:p=p氣壁(實(shí)驗(yàn)測得)真實(shí)氣體:p=p氣壁+p`

(實(shí)驗(yàn)測得)

(內(nèi)壓力)§1.2實(shí)際氣體2.2壓力修正項(xiàng)9/21/202423工科化學(xué)多媒體課件－石建軍§1.2實(shí)際氣體一、壓縮因子（compressibilityfactor）

表示實(shí)際氣體與理想氣體之間偏差的物理量：二、范德華方程a、b——范德華常數(shù)。意義：易液化的氣體，氣體分子間吸引力越大，a越大；分子越大，則b越大。9/21/202424工科化學(xué)多媒體課件－石建軍物質(zhì)a/(Pa

m6

mol-2)b

103/(m3

mol-1)物質(zhì)a/(Pa

m6

mol-2)