化學(xué)基礎(chǔ)知識PPT課件.ppt

第1章化學(xué)基礎(chǔ)知識 第一章化學(xué)基礎(chǔ)知識 1 1氣體 1 2液體和溶液 1 3固體和晶體 第1章化學(xué)基礎(chǔ)知識 基本要求 1 掌握理想氣體的狀態(tài)方程式和混合氣體的分壓定律并熟練運用 2 了解氣體分子的速率分布和能量分布 3 掌握電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性 4 理解晶體的空間結(jié)構(gòu) 第1章化學(xué)基礎(chǔ)知識 重點 1 理想氣體的狀態(tài)方程式的適用范圍及運用 2 混合氣體的分壓定律的內(nèi)容及運用 3 非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性 難點 1 理想氣體的狀態(tài)方程式和混合氣體的分壓定律的運用 2 非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性的運用 3 晶體的空間結(jié)構(gòu) 第1章化學(xué)基礎(chǔ)知識 1 1氣體 Gas 1 1 1氣體的狀態(tài)方程 1 1 3氣體擴散定律 1 1 2混合氣體的分壓定律 1 1 4氣體分子的速率分布和能量分布 1 1氣體 Gas 第1章化學(xué)基礎(chǔ)知識 1 1氣體 Gas 1 1 1氣體的狀態(tài)方程 1 理想氣體 IdealGas 氣體分子本身沒有體積 分子之間也沒有相互作用力的氣體稱為理想氣體 一 理想氣體的狀態(tài)方程 2 理想氣體狀態(tài)方程式 1 表達式 其中 p 氣體的壓力 PaV 氣體的體積 m3n 氣體的物質(zhì)的量 molT 熱力學(xué)溫度 KR 摩爾氣體常數(shù) 2 R的數(shù)值 標準狀況 S T P p 101 325kPaT 273 15KVm 22 414 10 3m3 3 應(yīng)用 1 已知任意三個變量求另一個量 2 確定氣體的摩爾質(zhì)量 3 確定的氣體密度 例 一學(xué)生在實驗室中于73 3kPa和25 條件下收集250ml氣體 分析天平上稱得凈質(zhì)量為0 118g 求該氣體的相對分子質(zhì)量 解 二 實際氣體的狀態(tài)方程 1 實際氣體 TrueGas 對于沸點很低的氣體 如H2 N2 O2等 在壓力不太高或溫度不太低時 大致都能很好遵守理想氣體狀態(tài)方程式 對于大分子質(zhì)量的氣體 如Cl2 或在很高壓力 很低溫度下 理想氣體狀態(tài)方程式的應(yīng)用會出現(xiàn)偏差 探究產(chǎn)生偏差的原因 體積因素 V V 實 nb n 氣體物質(zhì)的物質(zhì)的量b 校正因素 壓力因素 a 比例校正因素 2 真實氣體狀態(tài)方程式 也稱為vanderWalls實際氣體狀態(tài)方程式 a b稱為范德華常數(shù) 其值越大 說明實際氣體偏離理想氣體的程度越大 1 1 2混合氣體的分壓定律 混合氣體的總壓力等于混合氣體中各組分氣體的分壓力之和 而某組分氣體的分壓是指該組分在同一溫度下單獨占有與混合氣體相同體積所產(chǎn)生的壓力 道爾頓分壓定律 PartialPressureofDalton 表示式 理想氣體狀態(tài)方程式不僅適應(yīng)于單一組分氣體 1 理想氣體狀態(tài)方程式也適應(yīng)混合氣體中各組分氣體 2 理想氣體狀態(tài)方程式還適應(yīng)于氣體混合物 3 由式 2 和式 3 得 4 混合氣體中某組分氣體的分壓等于總壓乘以該組分的物質(zhì)的量分數(shù) 例 在25 下將0 100molO2和0 350molH2裝入3 00L容器中 通電后氧氣和氫氣反應(yīng)生成水 剩下過量的氫氣 求反應(yīng)前后氣體的總壓和各組分的分壓 解 反應(yīng)前 反應(yīng)時 反應(yīng)后 1 1 3氣體擴散定律 同溫同壓下氣態(tài)物質(zhì)的擴散速度與其密度的平方根成反比 1831年 英國物理學(xué)家Graham提出 即 可以比較氣體擴散的快慢 密度或摩爾質(zhì)量大的氣體 擴散得慢 氣體分子動理論 氣體分子是很小的微粒 彼此間的距離比分子的直徑大得多 分子本身的體積與氣體占有的體系相比可以忽略不計 氣體分子以不同的速度在各個方向上處于永恒地?zé)o規(guī)則運動之中 除了在相互碰撞時 氣體分子間相互作用是很弱的 甚至是可以忽略的 氣體分子相互碰撞或?qū)ζ鞅诘呐鲎捕际菑椥耘鲎?碰撞時總動能保持不變 沒有能量損失 分子的平均動能與熱力學(xué)溫度成正比 氣體分子動理論從微觀上對氣體的宏觀行為做出了定量的描述 1 1 4氣體分子的速率分布和能量分布 1 速率分布 氣體分子一直處于無規(guī)則的不斷運動之中 但每個分子運動的方向和速率是隨機變化的 其速率分布符合統(tǒng)計規(guī)律 Maxwell速率分布 只要溫度相同 無論氣體分子的總數(shù)怎樣變化 曲線的形狀保持一致 但溫度升高 對同一中氣體而言 速率分布曲線變得平坦 最高峰右移 O up u1 u2 u 圖1氣體分子的速率分布 Up 最概然速率 O 圖2不同溫度下氣體分子的速率分布 u 最概然速度 與速率分布曲線極大值對應(yīng)的氣體分子的運動速度 概率最大的平動速度 方均根速度 氣體各分子平動速度平方的平均值的開方 平均速度 又稱算術(shù)平均速度 是氣體中所有分子平動速度的算術(shù)平均值 在計算氣體分子平均距離時 常用到算術(shù)平均速度 而計算氣體分子的平均動能時 常用到方均根速度 1 2液體和溶液 LiduidandAqueous 具有一定的體積而無固定形狀 組成液體的分子局部有序 整體無序 液體分子作無規(guī)則運動 沒有確定位置 不同種液體混合 互溶情況不同 相似相溶 液體的特點 1 2 1溶液濃度的表示方法 物質(zhì)的量濃度 mol dm 3 質(zhì)量摩爾濃度 mol kg 質(zhì)量分數(shù) 摩爾分數(shù) 體積分數(shù) 對于稀溶液而言 則 2 2 2飽和蒸汽壓 1 純?nèi)軇┑娘柡驼羝麎?當V 蒸發(fā) V 凝聚 達動態(tài)平衡 在一定溫度下 溶劑 此時飽和蒸汽所產(chǎn)生的壓強 為飽和蒸汽壓 表示為p p 為液體性質(zhì) 與溫度有關(guān) 同一液體在不同溫度有不同的飽和蒸汽壓值 2 溶液的飽和蒸汽壓 在純?nèi)軇┲屑尤腚y揮發(fā)的電解質(zhì)年 會使溶液的飽和蒸汽壓p小于純?nèi)軇╋柡驼羝麎簆 Raoult定律 p p x劑 飽和蒸汽壓的降低只與溶液的濃度有關(guān) 而與溶質(zhì)的種類有關(guān) 1 2 3非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性 溶液有兩大類性質(zhì) 1 與溶液中溶質(zhì)的本性有關(guān) 溶液的顏色 比重 酸堿性和導(dǎo)電性等 2 與溶液中溶質(zhì)的獨立質(zhì)點數(shù)有關(guān) 而與溶質(zhì)的本身性質(zhì)無關(guān) 溶液的依數(shù)性 如溶液的蒸氣壓 凝固點 沸點和滲透壓等 例如 溶液的幾種性質(zhì)與水的比較 物質(zhì)Tb Tf 20 g cm 3 純水100 000 000 9982糖水0 5mol kg 1100 27 0 931 0687尿素溶液0 5mol kg 1100 24 0 941 0012 難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的這種性質(zhì)稱為稀溶液的通性 或稱為依數(shù)性 1 蒸氣壓降低 法國物理學(xué)家拉烏爾據(jù)實驗得出以下定量關(guān)系 在一定溫度下 難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降 p與溶質(zhì)的摩爾分數(shù)成正比 而與溶質(zhì)的本性無關(guān) 即 p p x質(zhì) p kb 式中 k為只與溶劑性質(zhì)有關(guān)的常數(shù) 2 沸點升高和凝固點下降 蒸發(fā) 液體的汽化只發(fā)生在其表面上 沸騰 液體的汽化同時發(fā)生在其表面和內(nèi)部 沸點 液體的沸點是指其蒸氣壓等于外界大氣壓力時的溫度 凝固點 在標準狀況下 純液體蒸氣壓和它的固相蒸氣壓相等時的溫度 原因 溶液的蒸氣壓總是低于純?nèi)軇┑臍鈮?凝固點下降示意圖 沸點上升示意圖 T k p p kb T k kb 同理 kb為溶劑沸點上升常數(shù) kf為溶劑凝固點下降常數(shù) 它們決定于溶劑的本性 與溶劑的摩爾質(zhì)量 沸點 汽化熱無關(guān) 3 滲透壓 半透膜 只允許溶劑分子通過 不允許溶質(zhì)分子通過的膜叫做半透膜 用半透膜將濃度不等的溶液隔開 滲透現(xiàn)象 溶劑通過半透膜進入溶液或溶劑從稀溶液通過半透膜進入濃溶液的現(xiàn)象 單向擴散 滲透壓 阻止?jié)B透進行所施加的最小外壓用 表示 溶液滲透壓示意圖 因此 滲透壓可理解為 為阻止溶劑分子透過半透膜進入溶液而維持兩邊液面等高必須在溶液一邊需要施加的額外壓力 難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的滲透壓與溶液的濃度 mol dm 3 及絕對溫度成正比 滲透壓 Pa c 濃度 mol m 3 T 熱力學(xué)溫度 K n 溶質(zhì)的物質(zhì)的量 mol V 溶液的體積 m3 難揮發(fā)性非電解質(zhì)稀溶液的性質(zhì) 只與溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān) 而與溶質(zhì)的本性無關(guān) 4 稀溶液依數(shù)性的應(yīng)用 測定溶質(zhì)分子的相對摩爾質(zhì)量 干燥劑工作原理 CaCl2 NaOH P2O5等易潮解的固態(tài)物質(zhì) 常用作干燥劑 因其易吸收空氣中的水分在其表面形成溶液 該溶液蒸氣壓較空氣中水蒸氣的分壓小 使空氣中的水蒸氣不斷凝結(jié)進入溶液而達到消除空氣中水蒸氣的目的 防凍劑工作原理冬天為防止汽車水箱結(jié)冰 可加入甘油 乙二醇等以降低水的凝固點 避免因結(jié)冰 體積膨脹而使水箱破裂 冷凍劑工作原理工業(yè)冷凍劑如在冰水中加氯化鈣固體 由于溶液中水的蒸氣壓小于冰的蒸氣壓 使冰迅速熔化而大量吸熱 使周圍物質(zhì)的溫度降低 食鹽 冰 30gNaCl 100gH2O s 22 CaCl2 冰 42 5gCaCl2 100gH2O s 55 低熔合金的制備利用固態(tài)溶液凝固點下降原理 可制備許多有很大的實用價值的合金 如33 Pb mp 327 5 與67 Sn mp 232 組成的焊錫 熔點為180 用于焊接時不會使焊件過熱 還用作保險絲 又如自動滅火設(shè)備和蒸汽鍋爐裝置的伍德合金 熔點為70 組成為Bi 50 Pb 25 Sn 12 5 Cd 12 5 例 把0 322g萘溶于80g苯中所得的溶液的凝固點為278 34K 求萘的摩爾質(zhì)量 解 苯的凝固點 278 50K Kf 5 10K mol 1 kg M 128 3g mol 1 例 為防止汽車水箱在寒冬季節(jié)凍裂 需使水的冰點降低到253K 即 Tf 20 0K 則在每1000g水中應(yīng)加入甘油多少克 甘油分子式 C3H8O3 M C3H8O3 92g mol 1 解 濃溶液中溶質(zhì)微粒數(shù)較多 溶質(zhì)微粒間的相互作用及溶質(zhì)微粒與溶劑分子間的相互作用復(fù)雜 使稀溶液定律的定量關(guān)系產(chǎn)生偏差 在電解質(zhì)溶液中 由于電解質(zhì)的解離 使得稀溶液定律的定量關(guān)系不適用 1 晶體 Crystal 1 3固體和晶體 由原子 離子或分子 質(zhì)點 在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)排列所構(gòu)成的固體物質(zhì)叫晶體 2 非晶體 Amorphous 內(nèi)部質(zhì)點的空間排列沒有規(guī)律的固體物質(zhì)叫非晶體 1 3 1晶體與非晶體 3 晶體與非晶體的相同處 二者的擴散性 可壓縮性都差 4 晶體與非晶體的不同處 1 完整的晶體有固定的幾何外型 非晶體則沒有 2 晶體有固定的熔點 非晶體則沒有 3 晶體具有各向異性 非晶體則各向同性 1 3 2對稱性 Symmetry 在所有智慧的追求中 很難找到其他例子能夠在深刻的普遍性與優(yōu)美簡潔性方面與對稱性原理性比 李政道 對稱是一種和諧的美 Wisemanfishhere F ACotton 對稱操作 操作 把系統(tǒng)從一個狀態(tài)變到另一個狀態(tài)叫操作 也稱變換 對稱元素是指客現(xiàn)存在的幾何實體 或是一個點 一條直線 一個平面 而對稱操作則是一個動作 一種變換 一個系統(tǒng)對某種操作狀態(tài)不變 等價 和起始狀態(tài)物理上不能區(qū)別 則該系統(tǒng)對此操作具有對稱性 該操作稱為對稱操作 對稱元素和對稱操作是密切相關(guān)的 一個對稱元素的存在取決于一個或幾個對稱操作的存在 而對稱操作也只有與對稱元素相聯(lián)系才能得到定義 對稱操作 不改變物體內(nèi)部任何兩點間的距離 使圖形完全復(fù)原的一次或連續(xù)幾次的操作 借助于一定幾何實體 對稱元素 對圖形進行對稱操作 所依賴的幾何要素 如 點 線 面及其組合 1 旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)軸 旋轉(zhuǎn)是將分子通過一根軸旋轉(zhuǎn)一定角度使分子復(fù)原的操作 旋轉(zhuǎn)所依據(jù)的對稱元素是旋轉(zhuǎn)軸 或轉(zhuǎn)軸 又稱對稱軸 SymmetryAxis 或真軸 ProperAxis 旋轉(zhuǎn)又稱為真轉(zhuǎn)動 ProperRotation 轉(zhuǎn)軸以符號Cn表示 n為轉(zhuǎn)動軸次 是指繞該軸旋轉(zhuǎn)2 出現(xiàn)等價構(gòu)型的次數(shù) n是整數(shù) 2 n是得到等價構(gòu)型的最小旋轉(zhuǎn)角 稱為基轉(zhuǎn)角 如旋轉(zhuǎn)2 得到三個等價構(gòu)型 故轉(zhuǎn)軸為三次軸 以C3表示 如果以分子中包含多個旋轉(zhuǎn)軸 則軸次最高的為主軸 其他的旋轉(zhuǎn)軸為次軸 2 反映與反映面 若分子中所有原子 核 經(jīng)過某平面 鏡面 的反映得到起始構(gòu)型的相同構(gòu)型 則此平面就是該分子的對稱面 反映面或鏡面 以符號 表示 對稱操作為反映 對稱元素為反映面或鏡面 3 反演和對稱中心 分子中所有的原子通過一個點反映的操作稱為反演 或倒反 若分子中的所有原于通過中心的反演得到等價構(gòu)型 則稱該分子有對稱中心 以i表示 1 3 3晶體和點陣 晶體結(jié)構(gòu)的幾何特征是其結(jié)構(gòu)基元 原子 離子 分子或其它原子集團 一定周期性的排列 通常將結(jié)構(gòu)基元看成一個相應(yīng)的幾何點 而不考慮實際物質(zhì)內(nèi)容 這樣就可以將晶體結(jié)構(gòu)抽象成一組無限多個作周期性排列的幾何點 這種從晶體結(jié)構(gòu)抽象出來的 描述結(jié)構(gòu)基元空間分布周期性的幾何點 稱為晶體的空間點陣 幾何點為陣點 1 晶體的結(jié)構(gòu)基元 UnitCell 在晶體的點陣結(jié)構(gòu)中每個陣點所代表的具體內(nèi)容 包括原子或分子的種類和數(shù)量及其在空間按一定方式排列的結(jié)構(gòu) 稱為晶體的結(jié)構(gòu)基元 結(jié)構(gòu)基元是指重復(fù)周期中的具體內(nèi)容 即晶體中重復(fù)出現(xiàn)的最小單位 又稱晶胞 2 點陣點 LatticeCrunode 點陣點是代表結(jié)構(gòu)基元在空間重復(fù)排列方式的抽象的點 如果在晶體點陣中各點陣點位置上 按同一種方式安置結(jié)構(gòu)基元 就得整個晶體的結(jié)構(gòu) 點陣中的每一個點稱為陣點或結(jié)點 代表具體晶體結(jié)構(gòu)中的相當點 晶體結(jié)構(gòu)中的點陣點 按照一定的規(guī)律連接起來就形成了空間點陣 結(jié)構(gòu)基元晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點重復(fù)規(guī)律化學(xué)組成 空間結(jié)構(gòu) 排列取向 周圍環(huán)境相同素晶胞 晶胞中含有一個結(jié)構(gòu)基本單元復(fù)晶胞 含有2個和2個以上結(jié)構(gòu)單元 所以可簡單地將晶體結(jié)構(gòu)示意表示為 晶體結(jié)構(gòu) 點陣 結(jié)構(gòu)基元 結(jié)構(gòu)基元的大小與形狀 由結(jié)構(gòu)基元參數(shù)a b c 表示 a b c為六面體邊長 分別是bc ca ab所組成的夾角 1 3 4晶系和點陣型式 1 7個晶系 粒子種類 數(shù)目及它在晶胞中的相對位置 按基元參數(shù)的差異將晶體分成七種晶系 按照晶體具有的特征對稱元素 2 14種空間點陣型式 滿足三個原則 平行六面體的對稱性盡可能與整個空間點陣的對稱性一致 即盡可能具有相同的對稱元素 平行六面體中棱與棱的直角數(shù)盡量多 以使其形狀規(guī)整 在滿足上述兩條原則的情況下 平