无机化学课件之 气体和溶液

第二章化学基础知识§1物质的状态§1-1气体§1-2液体§1-3固体§1-4等离子态（了解）§2溶液§1物质的状态：固体液体气体等离子体（Plasma）分子间作用力:减弱密度:降低（有例外）（分子本身所占体积的比例）§1-1气体2.理想气体人们将符合理想气体状态方程式pV=nRT的气体，称为理想气体。分子体积与气体体积相比可以忽略不计分子之间没有相互吸引力分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失----弹性碰撞1.气体的最基本特征具有可压缩性和扩散性。3.理想气体的状态方程式波义尔定律：当n和T一定时，气体的V与p成反比V∝1/p（1）查理-盖吕萨克定律：n和p一定时，V与T成正比V∝T（2）阿佛加德罗定律：p与T一定时，V和n成正比V∝n（3）以上三个经验定律的表达式合并得V∝nT/p(4)实验测得（4）的比例系数是R，于是得到理想气体状态方程式:pV=nRT(5)适用于：温度较高、压力较低时的稀薄气体pV=nRTR----摩尔气体常量在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.414×10-3m3nTpVRR=8.314kPaLK-1mol-1理想气体状态方程式11KmolJ314.8K15.2731.0molm1022.414Pa10132533=0.0821atm·dm3·mol-1·K-1注意：R的取值，P、V、n、T单位之间关系理想气体状态方程应用计算p，V，T，n四个物理量之一：pV=nRT计算气体摩尔质量：mpVRTM计算气体密度：pMRTRTMpmnMmVmRTMpV例题mAr=0.7990g，T=16℃，p=111.46kPa，V=0.4314L，求a)1摩尔Ar的质量；b)在标准状态下Ar的密度。解：a)∵PV=m/M×RT,∴M=mRT/pV=0.799×8.315×289.15/（111.46×103×0.4314×10－3）＝39.95g/molb)或ρ=39.95/22.4=1.783（g/L）pMRT101.31030.03995(8.315273.15)pMRT3=1.782kgm=1.782gL4.混合气体分压定律理想气体混合物：当几种气体在同一容器中混合，互相不发生化学反应，分子间作用力和分子大小可被忽略，它们互不干扰，如同单独存在于容器中一样。组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分压：组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。BBnRTpVp1p2p3++＝混合气体的总压力等于各组分气体分压之和VVVp（总压力）V:N2(3):H2(1):O2(2)道尔顿分压定律或BppnRTpV1212,,nRTnRTppVV1212nRTnRTRTpnnVVVn=n1+n2+混合理想气体状态方程式仍有效分压的求解：xBB的摩尔分数BBnRTpVBBBpnxpnnRTpVBBBnppxpn。氢气+水蒸气盐酸锌p(总压)pp混合气体分压定律的应用思考题：在20°C、99kPa下，用排水取气法收集1.5dm3的O2,问：需多少克KClO3分解？2KClO3=2KCl+3O2(查水（20°C）的蒸气压为2.34kPa)例题：某容器中含有NH3、O2、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mol0.320133.0kPa35.5kPa1.20033NH(NH)nppnp(N2)=p-p(NH3)-p(O2)=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa22(O)(O)nppn0.180133.0kPa20.0kPa1.200例题：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25℃下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25℃时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L，计算反应中消耗锌的质量。解：T=(273+25)K=298Kp=98.70kPaV=2.50L298K时，p(H2O)=3.17kPaMr(Zn)=65.39Zn(s)+2HClZnCl2+H2(g)65.39g1molm(Zn)=?0.0964mol-1-1(98.703.17)kPa2.50L8.314JKmol298Kn(H2)=65.39g0.0964mol1molm(Zn)==6.30g=0.0964mol例题:可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气。反应如下：NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)如果在19℃、97.8kPa下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为4.16L，计算消耗掉的亚硝酸铵的质量。解：T=(273+19)K=292Kp=97.8kPaV=4.16L292K时，p(H2O)=2.20kPaMr(NH4NO2)=64.04NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)64.04g1molm(NH4NO2)=?0.164mol-1-1(97.82.20)kPa4.16L8.314JKmol292Kn(N2)=64.04g0.164mol1molm(NH4NO2)==0.164mol道尔顿分压定律理想气体的压力或分压与摩尔数或摩尔分数有关，而与分子种类无关注意：1.道尔顿分压定律使用范围：理想气体混合物，高温低压下实际气体2.计算单位匹配分体积：混合气体中某一组分B的分体积VB是该组份单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。pRTnVBB5.混合气体分体积定律V=V1+V2+pRTnVBBBBVV或pnRTpRTnpRTnV21BBBnnVV—称为B的体积分数ppBBVVxppBBBB,pRTnn21例1A、B两种气体在一定温度下，在一容器中混合，混合后下面表达式是否正确？1PAVA=nART2PV=nART3PVA=nART4PAV=nART5PA(VA+VB)=nART6(PA+PB)VA=nART否否是是是是P总V分=P分V总=n分RT6.实际气体与VanderWaals方程理想气体：PV=nRT实际气体:Z=(PV)/(nRT)Z称为压缩系数Z=1为理想气体•分子间作用力：Z1（内聚力使P减小）•分子占有体积：Z1（V增大）偏离理想气体的程度，取决于：1.温度：T增加，趋向于理想气体2.压力：P减小，趋向于理想气体3.气体的性质温度愈升高，愈接近理想气体N2不同气体的比较（1摩尔,300K)VanderWaals方程(P+an2/V2)(V-nb)=nRT其中，a、b为范德华常数a用于校正压力，是与分子间作用力有关的常数，分子间作用力与气体浓度的平方成正比b约等于气体凝聚为液体时的摩尔体积VanDerwaalsa和b,似与分子间作用力及其分子的质量有关。7.气体扩散定律(自学)同温同压下某种气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比，这就是气体扩散定律8.气体分子的速率分布和能量分布（自学）掌握气体分子的能量和速率分布曲线与温度关系1.气体的液化问题：1）是否所有气体都可以液化？2）什么样的条件下可以液化？例：·冬天带眼镜进屋时，镜片会变得模糊。·家庭用液化气，主要成分是丙烷、丁烷，加压后变成液体储于高压钢瓶里，打开时减压即气化。但有时钢瓶还很重却不能点燃。是因为C5H12或C6H14等级烷烃室温时不能气化。温度压力气体性质Tc以下，均可§1-2液体临界现象Tb（沸点）室温Tc室温，室温下加压不能液化Tb室温，Tc室温，室温下加压可以液化Tb室温Tc室温，在常温常压下为液体几个临界常数：•临界温度Tc:每种气体液化时，各有一个特定温度叫临界温度。在Tc以上，无论怎样加大压力，都不能使气体液化。•临界压力Pc:临界温度时，使气体液化所需的最低压力叫临界压力。•临界体积Vc:在Tc和Pc条件下，1mol气体所占的体积叫临界体积。临界常数主要与分子间作用力及分子质量有关。2.液体的气化：蒸发与沸腾•蒸发:气化现象发生在液体表面。•沸腾：气化即发生在液体表面也发生在液体内部。蒸发的两个条件：1、运动速率（动能）足够大。2、运动方向指向液体表面。2.液体的气化：蒸发与沸腾•蒸发:液体表面的气化现象叫蒸发（evaporation)。ab敞口容器完全蒸发干涸吸热过程分子的动能：红色：大黑色：中蓝色：低2.液体的气化：蒸发与沸腾•蒸发:密闭容器蒸发凝聚“动态平衡”恒温分子的动能：红色：大黑色：中蓝色：低ab饱和蒸气压：与液相处于动态平衡的这种气体叫饱和蒸气，它的压力叫饱和蒸气压，简称蒸气压。饱和蒸气压的特点：1.温度恒定时，为定值；2.气液共存时，不受量的变化；3.不同的物质有不同的数值。2.液体的气化：蒸发与沸腾•沸腾:带活塞容器，活塞压力为P沸点与外界压力有关。外界压力等于101kPa(1atm)时的沸点为正常沸点，简称沸点。当温度升高到蒸气压与外界气压相等时，液体就沸腾，这个温度就是沸点。热源沸腾是在液体的表面和内部同时气化。ab例：水的沸点为100°C，但在高山上，由于大气压降低，沸点较低，饭就难于煮熟。而高压锅内气压可达到约10atm，水的沸点约在180°C左右，饭就很容易煮烂。“过热”液体：温度高于沸点的液体称为过热液体，易产生爆沸。蒸馏时一定要加入沸石或搅拌，以引入小气泡，产生气化中心，避免爆沸。3.蒸气压的计算•蒸气压的对数与的直线关系:lgp=A/T+BA=-(Hvap)/2.303RHvap为气体的摩尔蒸发热T1×103/K-1T13.蒸气压的计算•Clapeyron-Clausius方程:lgp=-(Hvap)/2.303RT+B温度T1时，lgp1=-(Hvap)/2.303RT1+B温度T2时,lgp2=-(Hvap)/2.303RT2+B两式相减，得lgp2–lgp1=-(Hvap)/2.303R（1/T2–1/T1）或lg(p2/p1)=Hvap/2.303R[(T2–T1)/T2•T1]应用：1）计算液体的摩尔蒸发热；2)求某T下蒸气压注意R的单位与Hvap的单位一致。§1-3固体1晶体与非晶体晶体与非晶体的不同点（a）可压性和扩散性均不同（b）晶体有固定的外形，非晶体没有（c）晶体有固定的熔点，非晶体没有（d）晶体有各向异性，非晶体则是各向同性的2晶体类型：分子晶体、离子晶体、原子晶体、金属晶体3晶体的外形－－七大晶系4晶体的内部结构（1）十四种晶格三斜P单斜P单斜C正交P正交C正交I正交F四方P四方F三方P六方P立方P立方F立方I§2溶液一、溶液的基础知识回顾溶液的定义及其浓度表示方法二、溶解度原理溶解度原理及其一般规律三、非电解质稀溶液的依数性1依数性的定义及其适用范围2蒸气压下降－拉乌尔(Raoult)定律3沸点升高4凝固点下降5渗透压6依数性的应用一、溶液的基础知识回顾1溶液的定义及其分类1)溶液：以分子、原子或离子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而又稳定的体系。2)分类：a气态溶液；b液态溶液；c固态溶液。其中液态溶液常用（溶质＋溶剂）注意：酒精溶于水，液体的总体积减小（常识积累－－开心词典）。2.溶液浓度表示法BBmwm质量分数：质量摩尔浓度：物质的量浓度：摩尔分数：BBAnbmBBncVBBnxn溶液浓度之间的相互换算：通过密度二、溶解度原理溶解度原理及其一般规律1)原理：只是经验理论“相似着相溶”，其中“相似者”是指溶质与溶剂在结构或极性上的相似。2)经验规律：a液－液相溶：如含有OH的液体易溶于水，但如有机醇随着碳链增加，越难溶于水。b固