第1章氣體和稀溶液.

1、2021-12-100第一章第一章氣氣 體體 和和 稀稀 溶溶 液液2021-12-101液體液體liquid氣體氣體gas物質(zhì)的聚集狀態(tài)物質(zhì)的聚集狀態(tài)大量微觀粒子大量微觀粒子不停運(yùn)動(dòng)不停運(yùn)動(dòng)相互作用力相互作用力狀態(tài)可互變狀態(tài)可互變固體固體solid2021-12-102氣體氣體gas物質(zhì)的聚集狀態(tài)物質(zhì)的聚集狀態(tài)無固定體積和形狀；無固定體積和形狀；最易被壓縮；最易被壓縮；以任意比例均勻混合；以任意比例均勻混合；密度比液體和固體的密度小很多。密度比液體和固體的密度小很多。氣體的基本特性氣體的基本特性擴(kuò)散性和可壓縮性擴(kuò)散性和可壓縮性2021-12-103氣體狀態(tài)物理量氣體狀態(tài)物理量物質(zhì)的量（物質(zhì)的

2、量（n）：）：mol溫度溫度(T)：K體積體積(V)：m3壓強(qiáng)壓強(qiáng)(p)：Pa、atm、cmHg、mmHg 2021-12-1041.1 理想氣體理想氣體分子只占有位置而不占有體積，是一個(gè)具分子只占有位置而不占有體積，是一個(gè)具有質(zhì)量的幾何點(diǎn)；有質(zhì)量的幾何點(diǎn)；分子之間沒有相互作用力；分子之間沒有相互作用力；分子之間及分子與壁的碰撞屬于完全彈性分子之間及分子與壁的碰撞屬于完全彈性碰撞，碰撞過程無動(dòng)能損失。碰撞，碰撞過程無動(dòng)能損失。2021-12-105理想氣體說明理想氣體說明 理想氣體又稱理想氣體又稱“完全氣體完全氣體” ，是理論上，是理論上假想的一種把實(shí)際氣體性質(zhì)加以簡化的假想的一種把實(shí)際氣體性

3、質(zhì)加以簡化的氣體。氣體。 理想氣體是一種理想化的模型，實(shí)際并理想氣體是一種理想化的模型，實(shí)際并不存在。不存在。 當(dāng)氣體處于高壓或者低溫條件下，它們當(dāng)氣體處于高壓或者低溫條件下，它們的狀態(tài)變化就較顯著地偏離氣態(tài)方程，的狀態(tài)變化就較顯著地偏離氣態(tài)方程，對方程需要按實(shí)際情況加以修正。對方程需要按實(shí)際情況加以修正。 2021-12-1061.1.1 氣體三大定律氣體三大定律n、T恒定：恒定：V 1/ p Boyle定律定律n、V恒定：恒定：p T Charles定律定律n、p恒定：恒定：V T Gay-Lussac定律定律T，p恒定恒定 V n 阿伏伽德羅定律阿伏伽德羅定律 V nT/p2021-12

4、-1071.1.2 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程pVnRTR：摩爾氣體常數(shù)：摩爾氣體常數(shù)nTpVR 11KmolJ314. 8K15.2731.0molm1022.414Pa10132533=8.314kPadm3mol-1K-12021-12-1081.1.3理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用 計(jì)算計(jì)算p、V、T、n中的任意物理量中的任意物理量; 計(jì)算的氣體摩爾質(zhì)量計(jì)算的氣體摩爾質(zhì)量; 計(jì)算氣體的密度。計(jì)算氣體的密度。pVmRTM RTpM 2021-12-109例例1：丁烷丁烷C4H10是易液化的氣體燃料，根據(jù)是易液化的氣體燃料，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，理想氣體狀態(tài)方程，計(jì)算在

5、計(jì)算在23，90.6KPa下丁烷氣體的密度。下丁烷氣體的密度。Mmn 解：由理想氣體狀態(tài)方程可得：解：由理想氣體狀態(tài)方程可得：pV nRTpVmRTM 2.14g L-1Vm RTpM 2021-12-1010例例2：為了行車的安全，可在汽車中裝備上為了行車的安全，可在汽車中裝備上空氣袋，防止碰撞時(shí)司機(jī)受到傷害。這種空空氣袋，防止碰撞時(shí)司機(jī)受到傷害。這種空氣袋是用氮?dú)獬涿浧饋淼乃玫牡獨(dú)馐怯莎B氣袋是用氮?dú)獬涿浧饋淼乃玫牡獨(dú)馐怯莎B氮化鈉與三氧化二鐵在火花的引發(fā)下反應(yīng)生氮化鈉與三氧化二鐵在火花的引發(fā)下反應(yīng)生成的?？偡磻?yīng)是：成的?？偡磻?yīng)是： 6NaN3+Fe2O3(s) = 3Na2O(s)+2F

6、e(s)+9N2(g)計(jì)算在計(jì)算在25、748mmHg下，要產(chǎn)生下，要產(chǎn)生75.0L的的N2，需要疊氮化鈉的質(zhì)量是多少？，需要疊氮化鈉的質(zhì)量是多少？2021-12-1011解：解：mol02. 3RTpVn2NP=748mmHg=99.73kPaT=298K，V=75.0L 6NaN3 9N2(g) 6mol*65.01g/mol 9mol m 3.02molm(NaN3)=131g2021-12-10121.1.3 真實(shí)氣體的狀態(tài)方程真實(shí)氣體的狀態(tài)方程0 H2,O2,CO2的的pV-p圖圖E 氣體分子本身氣體分子本身體積的影響體積的影響E 分子間作用力分子間作用力影響影響2021-12-10

7、13L氣體分子本身的體積的影響氣體分子本身的體積的影響 b：體積校正系數(shù)，：體積校正系數(shù)，dm3mol-1V=V實(shí)實(shí)-Bdm3V=V實(shí)實(shí)-nb2021-12-101422Vanpp實(shí)實(shí)a：壓力校正系數(shù)，：壓力校正系數(shù)，Pam6mol-2L分子間作用力影響分子間作用力影響p p實(shí)實(shí)p=p實(shí)實(shí) + p內(nèi)內(nèi)p內(nèi)內(nèi)（n碰撞碰撞/V）(n內(nèi)層內(nèi)層/V) p內(nèi)內(nèi)（n/V）2 2021-12-1015Van der Waals 方程方程nRT)nbV)(Vnap(22a，b分別稱為分別稱為van der waals常量。常量。2021-12-1016氣體10a(Pam6mol-2)104b(m3mol-1)

8、He0.034570.2370H20.24760.2661Ar1.3630.3219O21.3780.3183N21.4080.3913CH42.2830.4278CO23.6400.4267HCl3.7160.4081NH34.2250.3707NO25.3540.4424H2O5.5360.3049C2H65.5620.6380SO26.8030.5636C2H5OH12.180.8407某些氣體的某些氣體的Van der Waals 常量常量2021-12-1017例例3：分別按理想氣體狀態(tài)方程式和分別按理想氣體狀態(tài)方程式和van der waals方程式計(jì)算方程式計(jì)算1.50mol S

9、O2在在30占有占有20.0L體積時(shí)的壓力，比較兩者的相對誤差。如體積體積時(shí)的壓力，比較兩者的相對誤差。如體積減少減少2.00L，相對誤差又如何？，相對誤差又如何？a=0.6803Pam6mol-2 ，b=0.5636 10-4m3mol-1VnRTp1解：解：T =303K，V=20.0L，n=1.50mol189kPa20.0L303KmolK8.314J1.5mol112021-12-1018222VannbVnRTp%9 .18%1001059. 110)59. 189. 1(ppp331kPa1059. 1p kPa1089. 1p L00. 2V3231%61. 1%1001861

10、86189ppp221186kPa3.8kPa189.7kPa2021-12-10191.2 混合氣體的分壓定律混合氣體的分壓定律1.2.1 基本概念基本概念混合氣體混合氣體組分氣體組分氣體分壓分壓混合氣體的摩爾分?jǐn)?shù)混合氣體的摩爾分?jǐn)?shù)nnxii2021-12-1020p1V=n1RT p2V=n2RT . pV=nRT(p1+p2+.+pi)V=(n1+n2+.+ni) RTn= n1+n2+.+nipV=nRT =(n1+n2+.+ni) RT = (p1+p2+.+pi)V1.2.2 Dolton分壓定律分壓定律p= p1+p2+.+pi 2021-12-10211.2.2 Dolton分

11、壓定律分壓定律在溫度與體積恒定時(shí)，混合氣體的總壓力等在溫度與體積恒定時(shí)，混合氣體的總壓力等于組分氣體分壓力之和；氣體分壓等于總壓于組分氣體分壓力之和；氣體分壓等于總壓氣體摩爾分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)。氣體摩爾分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)。 p= p1+p2+.+pi 注意：注意：理想氣體混合時(shí)理想氣體混合時(shí), 由于分子間無相互作用由于分子間無相互作用, 故在容器中碰撞器壁產(chǎn)生壓力時(shí)故在容器中碰撞器壁產(chǎn)生壓力時(shí), 與獨(dú)立存在時(shí)與獨(dú)立存在時(shí)是相同的。是相同的。2021-12-10221.2.3 分壓的求解分壓的求解x i i的的摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)VRTnpiiiiixnnppVnRTp pxpnnpiii組分氣體的分壓等于

12、總壓與該組分氣體的摩組分氣體的分壓等于總壓與該組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)之積。爾分?jǐn)?shù)之積。2021-12-1023例例4:在潛水員自身攜帶的水下呼吸器中充有在潛水員自身攜帶的水下呼吸器中充有氧氣和氦氣混合氣（氮?dú)庠谘褐腥芙舛妊鯕夂秃饣旌蠚猓ǖ獨(dú)庠谘褐腥芙舛容^大，易導(dǎo)致潛水員患上氣栓癥，所以以較大，易導(dǎo)致潛水員患上氣栓癥，所以以氦氣代替氮?dú)猓?。對一特定的潛水操作來氦氣代替氮?dú)猓σ惶囟ǖ臐撍僮鱽碚f，將說，將25，0.1MPa的的46LO2和和25，0.1MPa的的12LHe沖入體積為沖入體積為5.0L的貯的貯罐中。罐中。計(jì)算計(jì)算25下在該罐中兩種氣體下在該罐中兩種氣體的分壓和混合氣體的總壓。的

13、分壓和混合氣體的總壓。2021-12-1024P(O2)= p1(O2)* V1(O2)/V2(O2) =0.1MPa46L/5.0L=920kPaP(He)= p1(He)* V1(He)/V2(He) =0.1MPa12L/5.0L=240kPaP=920 kPa+240 kPa=1.16MPa解：解：p1(O2)=p1(He)=0.1MPa=100kPaV1(O2)=46L，V1(He)=12L，V2=5L2021-12-1025例例5:用亞硝酸銨受熱分解的方法制取氮?dú)?。用亞硝酸銨受熱分解的方法制取氮?dú)?。NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 如果在如果在19、97.8kPa

14、下，以排水集氣法在下，以排水集氣法在水面上收集到的氮?dú)怏w積為水面上收集到的氮?dú)怏w積為4.16L，計(jì)算消計(jì)算消耗掉的亞硝酸銨的量。耗掉的亞硝酸銨的量。（ 19 時(shí)，時(shí)，p(H2O)=2.20kPa）2021-12-1026解：解： T =(273+19)K = 292K p=97.8kPa V=4.16L292K 時(shí)，時(shí)，p(H2O)=2.20kPaK292molKJ31484.16L)kPa202897(1 -1 -.n(N2) =0.164molNH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 1mol 1moln(NH4NO2)= 0.164mol 0.164mol 2021-12-10

15、27NH3HCl3/5同溫同壓下某種氣態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散速度與其密同溫同壓下某種氣態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散速度與其密度的平方根成反比。度的平方根成反比。1.3 氣體擴(kuò)散定律氣體擴(kuò)散定律- GrahamGraham擴(kuò)散定律擴(kuò)散定律ABBA ABMM2021-12-10281.4 分子運(yùn)動(dòng)的速率分布和能量分布分子運(yùn)動(dòng)的速率分布和能量分布L 個(gè)體分子速率是隨機(jī)的。個(gè)體分子速率是隨機(jī)的。J 大量分子的速率分布遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律。大量分子的速率分布遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律。麥克斯韋速度分布律麥克斯韋速度分布律2)2(5 . 1v2e)2(4)(vkTmvNNvfkTmv v:分子速率分子速率(m/s); m:分子質(zhì)量分子質(zhì)量(g); T:

16、 絕對溫度絕對溫度(K); k :波爾斯曼常數(shù)波爾斯曼常數(shù)k1.3810-16 爾格爾格/K2021-12-10291.4.1 麥克斯韋速率分布圖麥克斯韋速率分布圖up： 最概然速率最概然速率1.4 分子運(yùn)動(dòng)的速率分布和能量分布分子運(yùn)動(dòng)的速率分布和能量分布2021-12-1030F溫度升高，最概然速率增大。溫度升高，最概然速率增大。1.4 分子運(yùn)動(dòng)的速率分布和能量分布分子運(yùn)動(dòng)的速率分布和能量分布2021-12-10311.4.2 分子的能量分布分子的能量分布RTEkTEEENNf/meefE：能量大于等于：能量大于等于E的氣體分子的氣體分子占總分子數(shù)的份額。占總分子數(shù)的份額。2021-12-1

17、0321.5 溶液的飽和蒸汽壓溶液的飽和蒸汽壓1.蒸發(fā)蒸發(fā)(evaporation) 液相液相氣相氣相氣相氣相 液相液相2.凝結(jié)凝結(jié)(condensation)2021-12-1033在一定溫度下，當(dāng)液相蒸發(fā)的速率與氣相凝在一定溫度下，當(dāng)液相蒸發(fā)的速率與氣相凝結(jié)的速率相等時(shí)，液相和氣相達(dá)到平衡，此結(jié)的速率相等時(shí)，液相和氣相達(dá)到平衡，此時(shí)蒸汽所具有的壓力稱為該溫度下的飽和蒸時(shí)蒸汽所具有的壓力稱為該溫度下的飽和蒸汽壓，簡稱蒸汽壓，單位帕斯卡（汽壓，簡稱蒸汽壓，單位帕斯卡（Pa)。 1.5.1 飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓2021-12-1034蒸汽壓與液體的本性有關(guān)，在一定溫度下蒸汽壓與液體的本性有關(guān)，在

18、一定溫度下純凈物質(zhì)具有一定的蒸汽壓，不同的物質(zhì)有純凈物質(zhì)具有一定的蒸汽壓，不同的物質(zhì)有不同的蒸汽壓。不同的蒸汽壓。蒸汽壓與溫度有關(guān)。溫度升高，蒸汽壓增蒸汽壓與溫度有關(guān)。溫度升高，蒸汽壓增大。大。固體也具有一定的蒸汽壓固體也具有一定的蒸汽壓 ，溫度升高，固，溫度升高，固體的蒸汽壓增大。體的蒸汽壓增大。 注意注意 1.5.1 飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓2021-12-1035 純?nèi)軇┘內(nèi)軇?溶液溶液含有難揮發(fā)性溶質(zhì)溶液的蒸汽壓總是低于同含有難揮發(fā)性溶質(zhì)溶液的蒸汽壓總是低于同溫度純?nèi)軇┑恼羝麎?。這種現(xiàn)象稱為溶液的溫度純?nèi)軇┑恼羝麎骸＿@種現(xiàn)象稱為溶液的蒸汽壓下降蒸汽壓下降。2021-12-1036一定溫度下

19、，難揮發(fā)性的非電解質(zhì)稀溶液的一定溫度下，難揮發(fā)性的非電解質(zhì)稀溶液的蒸汽壓等于純?nèi)軇┑娘柡驼羝麎号c溶液中溶蒸汽壓等于純?nèi)軇┑娘柡驼羝麎号c溶液中溶劑摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。劑摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。1.5.2 拉烏爾定律拉烏爾定律 (Laoult)P 為溶液的蒸汽壓，為溶液的蒸汽壓， P0 為純?nèi)軇┑恼羝麎海瑸榧內(nèi)軇┑恼羝麎?，xi 為溶為溶液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。液中溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)。P = P0 xi2021-12-1037只有一種溶質(zhì)的稀溶液只有一種溶質(zhì)的稀溶液P0P = P = P0 xBP 表示溶液的蒸汽壓下降。表示溶液的蒸汽壓下降。 Raoult定律：定律：一定溫度下，難揮發(fā)性的非電解質(zhì)一定溫度下，難揮發(fā)性的

20、非電解質(zhì)稀溶液的蒸汽壓下降值稀溶液的蒸汽壓下降值P和溶質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)和溶質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。適用條件：成正比，而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。適用條件：難揮難揮發(fā)非電解質(zhì)的稀溶液。發(fā)非電解質(zhì)的稀溶液。1.5.2 拉烏爾定律拉烏爾定律 (Laoult)2021-12-1038 在稀溶液中：在稀溶液中： nA nB RaoultRaoult定律定律：在一定溫度下，難揮發(fā)性非電解質(zhì)在一定溫度下，難揮發(fā)性非電解質(zhì)稀溶液的蒸汽壓下降值稀溶液的蒸汽壓下降值P與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度(mB)成正比。成正比。P = P0 xB= P0 mB/55.5mol*kg-1 =kmBP

21、= K mB1.5.2 拉烏爾定律拉烏爾定律 (Laoult)2021-12-1039例例6 6：已知已知 在在20 oC 時(shí)水的飽和蒸氣壓為時(shí)水的飽和蒸氣壓為2333 Pa，將，將17.1 g 某易溶難揮發(fā)非電解質(zhì)溶某易溶難揮發(fā)非電解質(zhì)溶于于100 g 水中，溶液的蒸氣壓為水中，溶液的蒸氣壓為 2312Pa ，試試計(jì)算該物質(zhì)摩爾質(zhì)量。計(jì)算該物質(zhì)摩爾質(zhì)量。解：解：設(shè)該物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為設(shè)該物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M M：P = P0 mB/55.5mol*kg-1 =（2333-2312）Pa=21Pa2333Pa * 171/M =21Pa* 55.5mol*kg-1M=342g/mol2021-12

22、-10401.6 溶液的沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)溶液的沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)沸點(diǎn)沸點(diǎn)液體的蒸汽壓等于外界壓強(qiáng)時(shí)的溫度。液體的蒸汽壓等于外界壓強(qiáng)時(shí)的溫度。液體的正常沸點(diǎn)液體的正常沸點(diǎn)是指外壓為是指外壓為101.3KPa時(shí)的沸點(diǎn)。時(shí)的沸點(diǎn)。P P外外 沸點(diǎn)沸點(diǎn)1.6.1 基本概念基本概念凝固點(diǎn)凝固點(diǎn)液體凝固成固體（晶體）時(shí)的溫度。液體凝固成固體（晶體）時(shí)的溫度。2021-12-10411.6.2 溶液的沸點(diǎn)升高溶液的沸點(diǎn)升高實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明: :難揮發(fā)非電解質(zhì)溶液的沸點(diǎn)總是高于難揮發(fā)非電解質(zhì)溶液的沸點(diǎn)總是高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn), ,這一現(xiàn)象稱為溶液的這一現(xiàn)象稱為溶液的沸點(diǎn)升高沸點(diǎn)升高。 Tb=Tb Tb0 Tb=

23、TbTb0 = KbmBT Tb b為溶液的沸點(diǎn)升高，為溶液的沸點(diǎn)升高，T Tb b為溶液的沸點(diǎn)，為溶液的沸點(diǎn)，T Tb b0 0為純?nèi)軇┓悬c(diǎn)，為純?nèi)軇┓悬c(diǎn)，K Kb b為溶劑的沸點(diǎn)升高常數(shù)。為溶劑的沸點(diǎn)升高常數(shù)。2021-12-10421.1.溶液的沸點(diǎn)是指溶液剛開始沸騰時(shí)的溫度。溶液的沸點(diǎn)是指溶液剛開始沸騰時(shí)的溫度。2.2.純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)恒定純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)恒定, ,溶液的沸點(diǎn)不恒定。溶液的沸點(diǎn)不恒定。3.3.溶劑的沸點(diǎn)升高常數(shù)溶劑的沸點(diǎn)升高常數(shù)K Kb b只與溶劑的本性有，只與溶劑的本性有，其值可通過實(shí)驗(yàn)確定。其值可通過實(shí)驗(yàn)確定。 注意注意2021-12-10431.6.3 溶液的凝固點(diǎn)降低溶

24、液的凝固點(diǎn)降低Tf = Tf0 Tf = Kf mBT Tf f 為溶液的凝固點(diǎn)降低值，為溶液的凝固點(diǎn)降低值，T Tf f0 0為溶劑的凝固為溶劑的凝固點(diǎn)，點(diǎn)，T Tf f 為溶液的凝固點(diǎn)，為溶液的凝固點(diǎn)，K Kf f為溶劑的凝固點(diǎn)降為溶劑的凝固點(diǎn)降低常數(shù)。低常數(shù)。2021-12-10441.7 稀溶液的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)、與溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān)：蒸氣與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)、與溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān)：蒸氣壓、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)、滲透壓。壓、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)、滲透壓。溶液的性質(zhì)有兩類：溶液的性質(zhì)有兩類：與溶質(zhì)的性質(zhì)、數(shù)量均有關(guān)：導(dǎo)電性、顏色、與溶質(zhì)的性質(zhì)、數(shù)量均有關(guān)：導(dǎo)電性、顏色、pH值等。值等。2021-12-1045R測定溶質(zhì)的相對分子量。測定溶質(zhì)的相對分子量。R利用凝固點(diǎn)降低的性質(zhì)，用鹽和冰的混合物利用凝固點(diǎn)降低的性質(zhì)，用鹽和冰的混合物作冷卻劑。作冷卻劑。1.7.1 稀溶液依數(shù)性的應(yīng)用稀溶液依數(shù)性的應(yīng)用2021-12-1046滲透滲透裝置裝置滲透：滲透：溶劑分子通過半透膜，由溶劑分子通過半透膜，由純?nèi)軇┻M(jìn)入溶液的自發(fā)過程。純?nèi)軇┻M(jìn)入溶液的自發(fā)過程。產(chǎn)生滲透