第二章 物質(zhì)的狀態(tài) 氣體液體溶液

1、1p162 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：一、氣體一、氣體1. 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程2. 混合氣體分壓定律混合氣體分壓定律3. 實(shí)際氣體和實(shí)際氣體和 Van der Waals 方程方程二、液體二、液體1. 氣體的液化氣體的液化2. 液體的氣化：蒸發(fā)、沸騰液體的氣化：蒸發(fā)、沸騰3. 蒸氣壓的計(jì)算蒸氣壓的計(jì)算三、固體與固體結(jié)構(gòu)簡介三、固體與固體結(jié)構(gòu)簡介3一、氣體一、氣體1 1.1 物質(zhì)狀態(tài)：物質(zhì)狀態(tài)：固體固體 液體液體 分子間作用力減弱分子間作用力減弱 密度降低密度降低（分子本身所占體積的比例不同）分子本身所占體積的比例不同）等離子體等離子體 (Plasma)p16-17如何建立如何建

2、立氣體模型？氣體模型？41.2 理想氣體狀態(tài)方程（經(jīng)驗(yàn)定律）理想氣體狀態(tài)方程（經(jīng)驗(yàn)定律） p17-18 理想氣體假定：理想氣體假定： 氣體分子不占有體積氣體分子不占有體積(忽略尺寸忽略尺寸) 氣體分子間作用力忽略不計(jì)，氣體分子間作用力忽略不計(jì)，則：則： PV = nRT （理想氣體狀態(tài)方程）（理想氣體狀態(tài)方程） 其中，其中，R 為氣體常數(shù)。為氣體常數(shù)。 幾種變化情況：幾種變化情況：三個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律三個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律 波義耳波義耳(Boyle) 定律：定律： PV = 衡量衡量 （T, n 恒定）恒定） 查理查理-蓋蓋呂薩克呂薩克(Charles-GayLussac) 定律：定律： V/T = 衡量衡量

3、（P, n 恒定）恒定） 阿伏加德羅阿伏加德羅(Avogadro) 定律：定律： V/n = 衡量衡量 （T, P 恒定）恒定）51.3 氣體狀態(tài)方程的運(yùn)用氣體狀態(tài)方程的運(yùn)用p18-191）R 的取值：的取值：隨壓力單位的變化而不同隨壓力單位的變化而不同 P：kPa V：dm3 R= 8.31 kPadm3mol1 K1 P：Pa V：m3 R= 8.314 Jmol1 K1 P：atm V：dm3 R= 0.0821 atmdm3mol1 K1 2）P V = n R T 適用于適用于：溫度較高或壓力較低時(shí)的稀薄氣體（為什么？）溫度較高或壓力較低時(shí)的稀薄氣體（為什么？）PV = nRT63）

4、求分子量：）求分子量：M （摩爾質(zhì)量）（摩爾質(zhì)量） PV = nRT PV = (m/M) RT ( n = m/M ) M = (mRT)/(PV)4）求密度：）求密度：r r r r = (PM)/(RT) ( r = m/V ) 能否以此解釋熱氣球原理？能否以此解釋熱氣球原理？7例例 1： 惰性氣體氙能和氟形成惰性氣體氙能和氟形成多種氟化物多種氟化物XeFx。實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)測定在測定在80oC，15.6 kPa 時(shí)，某氣態(tài)氟化氙試樣的密時(shí)，某氣態(tài)氟化氙試樣的密度為度為0.899 gdm-3, 試確定這種氟化試確定這種氟化氙的分子式。氙的分子式。解：解： （關(guān)鍵：求出摩爾質(zhì)量，即可確定分子式。

5、）（關(guān)鍵：求出摩爾質(zhì)量，即可確定分子式。） 設(shè)氟化氙摩爾質(zhì)量為設(shè)氟化氙摩爾質(zhì)量為M, 密度為密度為r r(g dm-3), 質(zhì)量為質(zhì)量為m (g), R 應(yīng)選用應(yīng)選用 8.31 (kPa dm3 mol-1 K-1), 則：則：8 PV = nRT = (m/M) RT M = (m/V)(RT/P) = r r (RT/P) = (0.899 8.31 353)/15.6 = 169 (g mol-1)已知原子量已知原子量 Xe: 131, F: 19, 對于對于XeFx，應(yīng)有：，應(yīng)有： 131+19x =169 x = 2 這種氟化氙的分子式為：這種氟化氙的分子式為：XeF2 9先理解二個(gè)

6、概念： 分體積：分體積：指指在恒溫下在恒溫下，某組分氣體具有和混合氣體相同壓力時(shí)所占的體積。，某組分氣體具有和混合氣體相同壓力時(shí)所占的體積。分壓分壓(力力)：指在恒溫下，指在恒溫下，某組分某組分氣體單獨(dú)占有整個(gè)混合氣體氣體單獨(dú)占有整個(gè)混合氣體體體積時(shí)所呈現(xiàn)的積時(shí)所呈現(xiàn)的 壓力。壓力。 分壓定律分壓定律:P總= Pi = P1+P2+P3+Pi 由由PV = nRT 可得可得: Pi = P總總 xi xi = (摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)) iinn2 混合氣體分壓定律混合氣體分壓定律 (1801年年, Dalton) p19-2010 T、V一定時(shí)的情一定時(shí)的情況況： 氣體 A: PA = nA(RT

7、/V) 氣體 B: PB = nB(RT/V) P總 = PA + PB = (nA+ nB) (RT/V) PA / P總 = nA/ (nA+ nB) = nA/ n總 = P總 xAT,VnA PAnB PB理想氣體理想氣體 A、B 的混合的混合P總總= PA+PB混混合合前前混混合合后后T,VnA nBT,VPA：分壓分壓11 T、P 一定時(shí)的情況：一定時(shí)的情況： 氣體 A：VA= nA(RT/P) 氣體 B：VB= nB(RT/P) V總 = VA + VB = (nA+ nB)(RT/P) VA/V總 = nA/(nA+ nB) = nA/n總 VA= V總 xAT,PVAVBnA

8、混混合合前前混混合合后后V總總 nBT,PTTT,P理想氣體理想氣體 A、B 的混合的混合VA：分體積分體積12一般來說，對于混合氣體中組分一般來說，對于混合氣體中組分A ： 分壓分壓 PA = P總總 xA 分體積分體積 VA= V總總 xA VA / V總總 = PA/ P總總推而廣之，應(yīng)有：推而廣之，應(yīng)有：P總總V分分 = P分分V總總 = n分分RT理想氣體理想氣體 A、B 的混合的混合13例例 2： A、B兩種氣體在一定溫度下，在一容器中混合，混合后下面表達(dá)式是否正確?1. PAVA = nART2. PV = nART3. PVA = nART4. PAV = nART5. PA

9、(VA+ VB) = nART6. (PA+ PB) VA = nART否否 否否是是是是是是是是是？否？14例例 3： 室溫下，將室溫下，將1.0 atm、10 dm3 的的 H2 與與1.0 atm、20 dm3 的的 N2 在在 40 dm3 容器中混合。容器中混合。 求求： H2 、N2 的分壓、分體積、摩爾比。的分壓、分體積、摩爾比。解解: ?15 例例 3 解：解： 1）求分壓：）求分壓： T 一定，一定，n 不變不變 （混合前后）（混合前后） P1V1 = P2V2 1.0 10 = 40 = 0.25 (atm) 1.0 20 = 40 = 0.5 (atm) 2）求分體積：）

10、求分體積： VA= V總總 (PA/總總)13 (dm3)27 (dm3) 3）求摩爾比：）求摩爾比： 0.5總總V2NV2HP2HP2NP2NP2HV總總PP2H總總PP2N總總V22NHnn22NHPP5 . 025. 025. 0 163 氣體擴(kuò)散定律氣體擴(kuò)散定律 (1831，Graham) p21-22 u 或： d1ABBAd d u u = =ABBAABABM M u u M M d d = = =同溫同壓下同溫同壓下, 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:而同溫同壓下，氣體的密度與分子量成正比，所以：而同溫同壓下，氣體的密度

11、與分子量成正比，所以：r rp22：例題：例題17實(shí)際氣體與實(shí)際氣體與Van der Waals方程方程 p22-25理想氣體：理想氣體： PV = nRT實(shí)際氣體實(shí)際氣體: PV = Z(nRT) Z 稱為壓縮系數(shù)稱為壓縮系數(shù) Z = 1 為理想氣體為理想氣體 考慮分子間作用力：考慮分子間作用力： Z 1 （V增大）增大）實(shí)際氣體偏離理想氣體的程度，取決于實(shí)際氣體偏離理想氣體的程度，取決于： 1. 溫度：溫度： T 增加，趨向于理想氣體增加，趨向于理想氣體 2. 壓力：壓力： P 減小，趨向于理想氣體減小，趨向于理想氣體 3. 氣體的性質(zhì)：氣體的性質(zhì)： 沸點(diǎn)愈高與理想狀態(tài)偏差愈大沸點(diǎn)愈高與理

12、想狀態(tài)偏差愈大18壓力壓力P愈小愈小, 溫度溫度T愈高愈高, 愈接近理想氣體愈接近理想氣體 1mol N2氣氣Z =19不同氣體的比較不同氣體的比較 (1mol, 300K ) Z =20氣體氣體 Z-P 圖總結(jié)：圖總結(jié)：1. 常壓常溫下，沸點(diǎn)低的氣體，接近理想氣體常壓常溫下，沸點(diǎn)低的氣體，接近理想氣體2. 起初增加壓力時(shí)起初增加壓力時(shí)，對于分子量較大的分子，分子間作用力增，對于分子量較大的分子，分子間作用力增加占主導(dǎo)，使得加占主導(dǎo)，使得 Z 121 Van der Waals方程方程: p25 實(shí)際氣體方程：實(shí)際氣體方程： PV = Z(nRT)Van der Waals方程方程： 其中，其

13、中，a 、b 為范德華常數(shù)為范德華常數(shù)a 用于用于校正壓力校正壓力，是與分子間作用力有關(guān)的常數(shù)，分子，是與分子間作用力有關(guān)的常數(shù)，分子 間作間作用力與氣體濃度的平方成正比用力與氣體濃度的平方成正比b 約等于氣體凝聚為液體時(shí)的約等于氣體凝聚為液體時(shí)的摩爾體積摩爾體積22VanDerwaalsa 和和 b, 與其分子間作用力及分子的體積、質(zhì)量有關(guān)。與其分子間作用力及分子的體積、質(zhì)量有關(guān)。235 氣體的液化氣體的液化 p25問題：問題：1）是否所有氣體都可以液化？）是否所有氣體都可以液化？2）什么樣的條件下可以液化？）什么樣的條件下可以液化？v 冬天帶眼鏡進(jìn)屋時(shí)，鏡片會變得模糊。冬天帶眼鏡進(jìn)屋時(shí)，鏡

14、片會變得模糊。 v 家庭用液化氣，主要成分是丙烷、丁烷，加壓后變成液家庭用液化氣，主要成分是丙烷、丁烷，加壓后變成液 體儲于高壓鋼瓶里，打開時(shí)減壓即氣化。體儲于高壓鋼瓶里，打開時(shí)減壓即氣化。 但有時(shí)鋼瓶還很重卻不能點(diǎn)燃。是因?yàn)榈袝r(shí)鋼瓶還很重卻不能點(diǎn)燃。是因?yàn)镃5H12或或C6H14等高等高級烷烴室溫時(shí)不能氣化。級烷烴室溫時(shí)不能氣化。溫度溫度壓力壓力Tc 以下，均可以下，均可24?課本課本p26Tb （沸點(diǎn)）（沸點(diǎn)） 室溫室溫 Tc 室溫，室溫， 室溫下加壓不能室溫下加壓不能液化液化Tb 室溫，室溫， 室溫下加壓可液室溫下加壓可液化化Tb 室溫室溫 Tc 室溫，室溫， 在常溫常壓下為在常溫常壓

15、下為液體液體25p26 每種氣體液化時(shí)每種氣體液化時(shí), 各有一個(gè)特定溫度叫各有一個(gè)特定溫度叫臨界溫度臨界溫度Tc. 在在Tc 以以上上, 無論怎樣加大壓力無論怎樣加大壓力, 都不能使氣體液化都不能使氣體液化. 臨界溫度時(shí)臨界溫度時(shí), 使氣體液化所需的最低壓力叫使氣體液化所需的最低壓力叫臨界壓力臨界壓力Pc. 在在Tc 和和 Pc 條件下條件下, 1 mol 氣體所占的體積叫氣體所占的體積叫臨界體積臨界體積Vc.v Tc 、Pc 、Vc 均與分子間作用力及分子質(zhì)量有關(guān)均與分子間作用力及分子質(zhì)量有關(guān).266 氣體分子的速率分布和能量分布?xì)怏w分子的速率分布和能量分布a) 最幾速率：最幾速率：up -

16、幾率最大；幾率最大； p29b) 算術(shù)平均速率：算術(shù)平均速率：u -計(jì)算運(yùn)動距離；計(jì)算運(yùn)動距離；c) 均方根速率：均方根速率：u 1/2 -計(jì)算平均動能；計(jì)算平均動能；d) 氣體分子的能量分布：氣體分子的能量分布：p30圖圖7 氣體分子運(yùn)動論氣體分子運(yùn)動論p30-32a) 理想氣體運(yùn)動方程式：理想氣體運(yùn)動方程式： p32b) 氣體分子的平均動能：氣體分子的平均動能： p27-30自學(xué)自學(xué)271 液體的氣化液體的氣化：蒸發(fā)蒸發(fā) 與與 沸騰沸騰 液體表面的氣化現(xiàn)象叫液體表面的氣化現(xiàn)象叫蒸發(fā)蒸發(fā) (evaporation)，是吸熱過程：是吸熱過程：ab敞口容器敞口容器分子的動能：分子的動能：紅色：大

17、紅色：大黑色：中黑色：中藍(lán)色：低藍(lán)色：低二、二、 液體液體p33-38熱源熱源28氣體分子的動能分布?xì)怏w分子的動能分布 與與 蒸發(fā)的關(guān)系蒸發(fā)的關(guān)系分分子子的的份份 數(shù)數(shù)分子的動能分子的動能蒸發(fā)所需分子蒸發(fā)所需分子的最低動能的最低動能291.1 蒸發(fā)蒸發(fā):密閉容器，密閉容器，恒溫時(shí)：恒溫時(shí)：蒸發(fā)蒸發(fā) 冷凝冷凝 “動態(tài)平衡動態(tài)平衡”ab飽和蒸氣壓：飽和蒸氣壓：氣體與氣體與其液相處于動態(tài)平衡其液相處于動態(tài)平衡的蒸氣壓力叫飽和蒸的蒸氣壓力叫飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。氣壓，簡稱蒸氣壓。飽和蒸氣壓的特點(diǎn)：飽和蒸氣壓的特點(diǎn)：1. 溫度恒定時(shí)，為定值；溫度恒定時(shí)，為定值； 2. 氣液共存時(shí)，不受量氣液共存時(shí)，不

18、受量的變化；的變化； 3. 不同的物質(zhì)有不同的不同的物質(zhì)有不同的數(shù)值。數(shù)值。p33-35301.2 沸騰沸騰： 在液體的表面和內(nèi)部同時(shí)氣化的現(xiàn)象在液體的表面和內(nèi)部同時(shí)氣化的現(xiàn)象叫叫沸騰沸騰。沸點(diǎn)與外界壓力有沸點(diǎn)與外界壓力有關(guān)。外界壓力等于關(guān)。外界壓力等于101 kPa (1 atm)時(shí)時(shí)的沸點(diǎn)為的沸點(diǎn)為正常沸點(diǎn)正常沸點(diǎn)，簡稱簡稱沸點(diǎn)沸點(diǎn)。 當(dāng)溫度升高到蒸當(dāng)溫度升高到蒸氣壓與外界氣壓氣壓與外界氣壓相等時(shí)，液體就相等時(shí)，液體就沸騰沸騰，這個(gè)溫度這個(gè)溫度就是就是沸點(diǎn)沸點(diǎn)。熱源熱源abp37 P312 蒸氣壓曲線蒸氣壓曲線:曲線為氣液共存平衡曲線為氣液共存平衡線；線；曲線左側(cè)為液相區(qū)；曲線左側(cè)為液相區(qū)

19、；右側(cè)為氣相區(qū)。右側(cè)為氣相區(qū)。 蒸蒸氣氣壓壓正常沸點(diǎn)正常沸點(diǎn)p35溫度溫度32 水的沸點(diǎn)為水的沸點(diǎn)為 100 C，但在高山上，由于大氣壓降低，沸，但在高山上，由于大氣壓降低，沸點(diǎn)較低，飯就難于煮熟。點(diǎn)較低，飯就難于煮熟。 而高壓鍋內(nèi)氣壓可達(dá)到約而高壓鍋內(nèi)氣壓可達(dá)到約10 atm，水的沸點(diǎn)約在，水的沸點(diǎn)約在180 C左右，飯就很容易煮爛。左右，飯就很容易煮爛。 “過熱過熱”液體：溫度高于沸點(diǎn)的液體稱為過熱液體，易液體：溫度高于沸點(diǎn)的液體稱為過熱液體，易產(chǎn)生爆沸。產(chǎn)生爆沸。 蒸餾時(shí)一定要加入沸石或攪拌，以引入小氣泡，產(chǎn)生氣蒸餾時(shí)一定要加入沸石或攪拌，以引入小氣泡，產(chǎn)生氣化中心，避免爆沸。化中心，避

20、免爆沸。33例例 4： 在在20 C、99 kPa 下，用排水取氣法收集下，用排水取氣法收集 1.5 dm3 的的 O2, 問：問：需多少克需多少克 KClO3 分解？分解？ 2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2 (查得：水在查得：水在20 C的蒸氣壓為的蒸氣壓為 2.34 kPa )解解: ?34 2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2 2/3 1 = RT = 99 2.34 = 96.7 (kPa) = = = 0.060 (mol) = 2/3 需需 KClO3 = 2/3 = 2/3 0.060 122.5 = 4.9 (克）克）2OP2OP總總V2On2On2OnRT

21、VP2O總總)20273(31. 85 . 17 .96 3KClOn2On3KClOM例例 4 解：解： 35例例 5：在58C將某氣體通過一盛水容器，在100 kPa 下收集該氣體1.00 dm3。問：1) 溫度不變，將50.0 kPa 時(shí)，氣體的體積是多少？2) 溫度不變，將壓力增加到200 kPa 時(shí)，氣體的體積是多少？3) 壓力不變，將100 C 時(shí)，氣體的體積是多少？4) 壓力不變，將溫度降至10 C 時(shí)，氣體的體積是多少？解解: ?361) 是求氣體與水蒸氣的混合氣體的總體積，P1V1= P2V2 .2) 壓力增加會引起水蒸氣的凝聚，但該氣體的摩爾數(shù)沒有變化，可以用 該氣體的分壓

22、來計(jì)算總體積： P氣氣1V1 = P氣氣2V2= n氣氣RT .n總不變，V1/T1 = V2/T2 = 常數(shù)常數(shù).4) 溫度降低也會引起水蒸氣的凝聚，但該氣體的摩爾數(shù)沒有變化，可以用該氣體的分壓來計(jì)算總體積： n氣氣R = P氣氣1V1 /T1= P氣氣2V2/T2 .例例 5：在58C將某氣體通過一盛水容器，在100 kPa 下收集該氣體1.00 dm3。問：1) 溫度不變，將50.0 kPa 時(shí)，氣體的體積是多少？2) 溫度不變，將壓力增加到200 kPa 時(shí)，氣體的體積是多少？3) 壓力不變，將100 C 時(shí)，氣體的體積是多少？4) 壓力不變，將溫度降至10 C 時(shí)，氣體的體積是多少？

23、37：1)P1 V1 = P2 V2 100 1.00 = 50.0 V2 V2 = 2.00 (dm3)2) 58 C時(shí)，時(shí)，P水水 = 18.1 kPa, P氣體氣體 = (100-18.1) kPa V2 = (P氣氣1 V1)/P氣氣2 = (100-18.1) 1.00)/(200-18.1) = 0.450 (dm3)3)V1/T1 = V2/T2 1.00/(273+58) = V2/(273+100) V2 = 1.13 (dm3)4) P1V1/T1 = P2V2/T2 10 C時(shí)時(shí) P水水= 1.23 kPa, P氣體氣體= (100-1.23) kPa (100-18.1) 1.00)/(273+58) = (100-1.23)V2 /(273+10) V2 = 0.709 (dm3)383 蒸氣壓的計(jì)算蒸氣壓的計(jì)算 p36 蒸氣壓的對數(shù)與蒸氣壓的對數(shù)與 的直線關(guān)系（經(jīng)驗(yàn)公式）的直線關(guān)系（經(jīng)驗(yàn)公式）:lg p = A/T + BA = ( Hvap)/2.303R Hvap