复旦大学普通化学课件第一章物质的聚集态2014.

普通化学第一章物质的聚集状态物质的聚集状态2化学的研究对象——物质化学的研究内容——在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质、变化规律物质的基础——化学元素普通化学物质的聚集状态3混合物单质化合物固定的组成物质的分类(ClassificationofMatter)物质根据组成不同纯物质无机有机非金属金属均一的性质溶液普通化学物质的聚集状态4根据物态分类液体（纯液体、溶液）复杂，认识最少固体（晶体、非晶）次简单气体（单一、混合气体）最简单普通化学三种物态之间可随温度或压强变化而互相转化物质的聚集状态普通化学等离子体（Plasma）：物质的第四态？当温度足够高，外界提供的能量打破了气体分子中的原子核和电子的结合，气体就电离成由自由电子和正离子组成的电离气体，即等离子体。等离子体的意思是指其中粒子所带的正、负电量是相等的。例：等离子电视。液晶（Liquidcrystal）：液体与固体之间的过渡状态。液晶既具有液体的性质（流动性），也具有晶体的性质（光学和电学性质与液体不同，很象晶体，是各向异性）。例：液晶显示器、液晶电视。5物质的聚集状态6§1气体(Gases)普通化学无机化合物有机化合物氢化物氧化物氟化物烷烃烯烃炔烃卤代烃醚醛B2H6(B4H10)SiH4NH3,PH3,AsH3H2S,H2Se,H2TeHF,HCl,HBr,HICO,CO2N2O,NO,(NO2)SO2Cl2OBF3,B2F4CF4,C2F4,SiF4NF3,PF3,PF5,AsF5OF2,SF2,SF4,SF6,SeF6,TeF6ClF,(ClF3),(BrF),IF7CH4C2H6C3H8C4H10C2H4C3H6C4H8C2H2C3H4(C4H6)CH3F,CH3Cl,CH3BrCH2F2(C2H5Cl)CHF3C2H5FC3H7FC4H9F(CH3)2OH2CO(CH3CHO)*()内为正常沸点在525C范围内的化合物物质的聚集状态普通化学气体的特性（共性）：具有可扩散性和可压缩性无固定形状密度很小可以任何比例混合7@@经验告诉我们，在一定温度（T）和压强（P）下，一定量（n）的气体常有一定的体积（V）。T、P、n、V四个基本物理量就是气体的四大宏观性质。不同气体的化学性质不同，但一定条件下它们表现出来的宏观性质却非常相似。物质的聚集状态8§1.1理想气体状态方程(TheIdealGasEquation)理想气体——无分子间作用力，无体积的抽象气体（在温度较高、压力较低时，可认为一般气体为理想气体）PV=nRT简单、变量多普通化学理想气体状态方程物质的聚集状态普通化学P2V’T1P1V1T1P2V2T2等温等压波义尔定律查理－盖•吕萨克定律理想气体状态方程是汇总了若干涉及两个变量的实验定律而构成，是许多科学家归纳求证的结果，经历了2个世纪。9物质的聚集状态普通化学波义耳定律（1662）：一定温度下，一定量气体的体积与压强成反比。其数学表达形式为：PV=K(n,T)或V=K(n,T)1P10波义耳物质的聚集状态普通化学，查理－盖•吕萨克定律（1787）：一定压强下，一定量气体的体积与绝对温度成正比。其数学表达形式为：=K(n,P)TV查理盖•吕萨克11物质的聚集状态19世纪克拉佩龙将波义尔定律、查理－盖•吕萨克定律、阿佛伽德罗定律三条定律归于一个方程式，即理想气体定律。PV=nRT在不同的条件下，有不同的表现形式：a)n、T一定时，P1V1=P2V2，Boyle’sLawsb)n、P一定时，，CharlesGayLussac’sLawsc)P、T一定时，，Avogadro’sLaws2211TVTV2121VVnn普通化学阿佛伽德罗定律（1811）：相同温度和压强下，气体的体积和它的物质的量成正比。其数学表达形式为：V=K(T,P)n12物质的聚集状态单位换算(ConversionofUnits)R的取值:0.08206atmdm3mol-1K-18.314Pam3mol-1K-1,8.314kPadm3mol-1K-1R：能量单位，8.314Jmol-1K-1P:SI制：Pa；非SI制：atm,mmHg,torr1atm=760mmHg=760torr=101.3kPa=1.013105PaV:m3,dm3(L),cm3(mL)1m3=103dm3=106cm3T:K,绝对温度T=t+273.15,t:Cn:mol,物质的量Pa=N/m2J=N•m普通化学13物质的聚集状态因此磷的分子式为P4例题(Example)：解：有误差，因为PV＝nRT源于理想气体实验测得310C和101.3kPa时，单质气态磷的密度是2.64gdm-3，求磷的分子式Px。已知：P的原子量为30.96gmol-1。,2.648.314(310273.15)101.3126.4/126.4/30.964.084mmnVMmPVnRTRTMmPMRTRTVRTMPgmolx普通化学14物质的聚集状态极限密度法（外延法）测定气态物质的精确分子量)P'1(RTnVP理想气体定律只能近似地描述实际气体的行为，所以直接用理想气体定律算出的分子量只可能是气态物质的近似分子量。极限密度法（等温）：普通化学在压强为01atm范围内，一定温度下的PVm值和P之间呈线性关系：PVm=K(T)+P用上面的线性关系将理想气体定律PVm=K(T)=RT修正为：RT'15物质的聚集状态普通化学)'1(PMRTP将n=m/M，=m/V代入上式，可以给出：0PRTM以P/对P作图，直线在P/轴上的截距应为：0RTPM16所以有：物质的聚集状态例（P51）：在25.00C时测量二甲醚(CH3)2O在不同压强下的密度，得到了一组数据。25.00oC时，(CH3)2O的P/P图0)/(PRTM11162.366mmHgLmolK(273.1525.00)K403.60mmHggL=46.071(gmol-1)(mmHg)普通化学17物质的聚集状态§1.2混合气体(Mixtureofgases)Dalton分压定律(Dalton’sLawofPartialPressures)前提：可以以任何比例混合，无化学反应发生。普通化学18物质的聚集状态Dalton分压定律：在恒定温度恒定体积的条件下，混合气体的总压等于各组分气体的分压强之和。Dalton分压定律的数学表达式:上面的例子中：P总=PH2+PHe=2.4+6.0=8.4atm分压——恒定温度、体积的条件下，混合气体中单个组分气体单独占有总体积时所表现的压强。P总=PA+PB+PC+……+Pi普通化学19物质的聚集状态每一组分气体都是理想气体，则有：PA=nART/V总,PB=nBRT/V总,Pi=niRT/V总P总=nART/V总+nBRT/V总+……+niRT/V总=(nA+nB+……+ni)RT/V总=n总RT/V总iiiinRTVPnxnRTPnV总总总总总iiPPx总又因为：（Dalton分压定律的另一种表达方式）摩尔分数，MoleFraction普通化学20物质的聚集状态在恒定温度和压强的条件下，混合气体的总体积等于各组分气体的分体积之和。分体积——恒定温度和压强的条件下，混合气体中单个组分气体在压强为P总时所占有的体积。V总=VA+VB+VC+……+Vi普通化学上面的例子中：V总=VH2+VHe=1.4+3.6=5.0L21物质的聚集状态iiiiiiiiiiiinRTPnRTVnVxnRTPVnPPVnxVPPVPVn总总总总总总总总总总总混合气体：PiV总＝P总Vi=niRTP总V总＝n总RT普通化学22物质的聚集状态用压缩系数Z来表示实际气体的实验值和理想值的偏差：nRTPVZ实际上，气体分子本身是有体积的，它们占有容器的一部分空间。分子间确实存在着某种吸引力（气体能液化的事实可说明）普通化学23n=1mol§1.3实际气体与实际气体方程物质的聚集状态Z1或者1，why？分子体积和相互作用之间的抗衡1)分子内聚力使气体分子对器壁碰撞产生的压强减小，这样实测的压强要比理想状态的压强小些，因此Z=pV/(nRT)12)由于分子占有一定的空间体积，所以实测体积总是大于理想状态，因此Z=pV/(nRT)1两种因素同时存在，当分子的吸引力因素起主要作用时，Z1当体积因素比较突出时，Z1两个因素恰好相抵消，Z=1，但此时并非理想气体普通化学24物质的聚集状态1881年vanderWaals提出的修正的气态方程a,b为vanderWaals常数，分别用于校正压强和体积，与气体自身的性质以及T、P有关。RTbVVaPnRTnbVVanP))(())((222(n=1mol时)普通化学25物质的聚集状态几种常见气体的vanderWaals常数-340.05622657.7Cl2_-1040.05136444.7C2H2-780.04267363.9CO2-1960.03913140.8N2-1830.03183137.8O2-2530.0266124.76H2-2690.023703.456He气体26molkPadm31bdmmolC沸点31dmmol液态的摩尔体积0.0540.0400.0350.0280.0290.027普通化学26物质的聚集状态例题：1.在25C，758mmHg时从水面收集到饱和有水蒸气的氢气152mL。已知：25C时水的饱和蒸气压为23.76mmHg。计算：（1）H2的分压；（2）收集到H2的物质的量；（3）干燥H2的体积。普通化学解：(1)PH2=P总PH2O=75823.76=734.24mmHg(2)PH2V总=nH2RTnH2=PH2V总/(RT)=734.240.152/(7600.08206(273.15+25))=6.0010-3mol(3)PH2V总=VH2P总VH2=PH2V总/P总=734.24152/758=147mL27物质的聚集状态普通化学2.在250C，PCl5全部气化并能部分转化为PCl3和Cl2，现将2.98gPCl5置于1.00L的容器中，在250C全部气化后，测得其总压为113kPa。已知：MPCl5=208.5g/mol计算：容器中各气体的分压。解：首先2.98gPCl5全部气化在1L容器中:PPCl5=nRT/V=62.2kPaPCl5=PCl3+Cl262.20062.2–xxx62.2–x+x+x=113x=50.8kPaPPCl5=62.250.8=11.4kPaPPCl3=PCl2=50.8kPa28V总、T不变，摩尔数之比等于分压之比，因此，摩尔数的变化可以用分压的变化来表示物质的聚集状态理想气体P45：1,3混合气体P47-48：1a,3,5,7,8,10P53：19,21普通化学29作业物质的聚集状态§2液体(Liquids)普通化学液体的结构介于气体和固体之间，对于液体的结构到目前为止人们并不是很清楚，只有定性结论：短程有序，长程无序。30液体有较大的密度和粘度、难以压缩因而有比较确定的摩尔体积，与固体相似；液体有较大的流动性，没有确定的形状，与气体相似。物质的聚集状态相(Phase)：体系内宏观性质（包括物理性质和化学性质）保持均匀的部分称为相。相变(Phasechange)：外界条件改变时，物质由一个相向另一个相转变的过程称为相变。相平衡(Phaseequilibrium)：相变过程中，当体系的相数不再改变，构成各相的物质的相对含量在宏观上不再随时间而改变，体系就达到了平衡状态，这种平衡称为相平衡。普通化学31物质的聚集状态单组分体系中，纯物质的气态、液态和固态之间存在着如下转化：六种相变过程三类相平衡：gl，gs，ls普通化学32物质的聚集状态普通化学相数如何计算？a)气体体系：1个相b)固体体系：有n种固体物质则