物质的状态

§2.1气体§2.2液体§2.3固体第二章物质的状态§2.1气体§2.1.1理想气体状态方程§2.1.2气体分压定律§2.1.3气体扩散定律§2.1.4实际气体状态方程气体的最基本特征：具有可压缩性和扩散性。人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。分子间及分子与器壁间的碰撞不造成动能损失。2.1.1理想气体状态方程式(1)在描述气体状态时，常用以下物理量：气体物质的量（n）——单位（mol）气体的体积（V）——指气体所在容积的体积气体的压强（p）——气体分子无规则运动时，对器壁发生碰而产生了气体的压强。气体的温度（T）——热力学温度（K）（2）当n,T一定时V∝1／pp1V1=p2V2波义耳定律当n，p一定时V∝TV1／V2=T1／T2查理-盖·吕萨克定律当p，T一定时V∝nn1／n2=V1／V2阿佛加德罗定律END综合以上三式，可合并为V∝nT／P实验测得比例系数为R，则V=nRT／p通常写成pV=nRT理想气体状态方程单位：p----PaV----m3T----Kn----mol理想气体常数R=8.314Pa·m3·mol-1·K-1J·mol-1·K-11atm=760mmHg=1.01325×105PaENDpV=nRTR----摩尔气体常数在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END1.计算p，V，T，n四个物理量之一。2.气体摩尔质量的计算MmnM=Mrgmol-1理想气体状态方程式的应用pVmRTMRTMmpVnRTpV用于温度不太低，压力不太高的真实气体。pV=nRTEND=RTpMpVmRTM=m/VpRTM3.气体密度的计算END例2-1在容积为10.0dm3的真空钢瓶内充入氯气，当温度为288K时，测得瓶内气体的压强为1.01☓107Pa。试计算钢瓶内氯气的质量，以千克表示。解：由，推出nRTpVRTMpVmK288KmolmPa314.8m100.10Pa1001.1molkg100.71m11333713kg99.2例2-1例2-2在373K和100kPa压强下，UF6（密度最大的一种气态物质）的密度是多少？是H2的多少倍？解：由，推出nRTpVRTpMK373KmolmPa314.8molkg10352Pa10100113133UF63mkg4.11K373KmolmPa314.8molkg1002.2Pa10100113133H23mkg0651.01750651.04.1126HUF或2626HUFHUFMM例2-3例2-3已知：室温288.5K，水浴温度373K瓶子盛满蒸气质量为23.720ｇ瓶子盛满空气质量为23.449ｇ瓶子盛满水的质量为201.5ｇ大气压强为1.012☓105Pa解：瓶子的容积为)dm(1781.0110449.23105.201mv333瓶内空气的质量＝？122121TpTpRTpM)g(2177.0p10013.1T5.288p10012.1T273)(293.1[1781.0m2511522）（）（）（）（空瓶内蒸气质量＝23.720-(23.449-0.2177)=0.4887(g))molg(1.84101781.010012.1373314.84887.0pVmRTM135练习某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质量分数为30.5%。在一容器中充有该氮氧化合物，质量是4.107g，其体积为0.500L，压力为202.7kPa,温度为0℃，求：（1）在STP条件下该气体的密度；（2）该化合物的相对分子质量；（3）该化合物的分子式。(1)4.11g·L-1p1V1=p2V2(2)M=92.0g·mol-1(3)N2O4[练习]分压定律组分气体：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强，叫做组分气体B的分压。VRTnpBB2.1.2气体分压定律（表达式之一）END分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。p=p1+p2+或p=pB（表达式之二）VnRTp,,2211VRTnpVRTnpVRTnnVRTnVRTnp2121n=n1+n2+（道尔顿分压定律）END分压的求解：xBB的摩尔分数VRTnpBBBBBxnnppVnRTppxpnnpBBB（表达式之三）补例题补例题：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)=1.200(mol)=0.320+0.180+0.70035.5kPakPa0.133200.1320.0应用pnnp)O()O(2220.0kPakPa5.35320.0180.0p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa或)()()(332NHpNHnOnpnNHnNHp)()(33分压定律的应用例2-6P21例2-6.将一定量的固体氯酸钾和二氧化锰混合物加热分解后，称得其质量减少了0.480g，同时测得用排水集气法收集起来的氧气的体积为0.377dm3，此时的温度为294K，大气压强为9.96×104Pa。试计算氧气的相对分子质量。解：∵p=p(O2)+p(H2O)查表知294Kp(H2O)=2.48×103Pa∴p(O2)=p－p(H2O)=9.96×104－2.48×103=9.71×104(Pa)补例题已知：p=9.96×104Pa,T=294K,m(O2)=0.480g,V=0.377dm3求：M(O2))(0150.0294314.810377.01071.93422molRTVpnOO总)(0.320150.0480.01222molgnmMOOO补例题: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)=2.20kPa则p(N2)=p-p(H2O)Mr(NH4NO2)=64.04分体积VRTnpBBn(N2)=K292molKJ31484.16L)kPa202897(1-1-...=0.164molNH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)64.04g1molm(NH4NO2)=?0.164molm(NH4NO2)=10.5g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*分体积定律ENDV=V1+V2+pRTnVBBBBVV或pnRTpRTnpRTnV21BBBnnVV—称为B的体积分数ppBBVVxppBBBB,pRTnn21例﹡[例]在298K时，将压力为3.33×104Pa的N20.2L和压力为4.67×104Pa的O20.3L移入0.3L的真空容器中。问混合气体中各组分气体的分压力、分体积和总压力是多少？扩散定律解：因n,T一定，则P1V1=P2V2N2的分压P(N2)=×3.33×104=2.22×104(Pa)O2的分压P(O2)=×4.67×104=4.67×104(Pa)3.02.03.03.0混合气体总压P=P(N2)+P(O2)=2.22×104+4.67×104=6.89×104(Pa)N2的分体积V(N2)O2的分体积V(O2))(097.03.01089.61022.2442LVppN)(203.03.01089.61067.4442LVppO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。即同温同压下ρ与Mr成反比2.1.3气体扩散定律例题2-7即ui∝或ui扩散速度ρ气体密度Mr相对分子量由pV=nRT1ABBAuuRTMnpVrRTpMr)()(AMBMuurrBAP22例2-7.50cm3氧气通过多孔性隔膜扩散需要20秒,20cm3另一种气体通过该膜需要9.2秒,求这种气体的相对分子质量.解:单位时间内气体扩散的体积与扩散的速度成正比,故322.9/2020/50)()()(22xrOrxrxOMMMuu42)(XrM例题2-8实际气体2.1.4实际气体状态方程实际气体对理想气体的偏差:对理想气体，恒温时pV是一常数。图2-2气体的pV-p示意图~H2O2CO2p/PapV/dm3·Pa~AB对实际气体？P23图2-2、表2-1pV~气体摩尔体积实际气体受两个相反因素的互相消长的影响：（1）实际分子本身有一定的体积，所以比理想气体更不易压缩，pVRT（2）实际气体分子之间有吸引力，所以比理想气体更容易压缩，pVRT~~当引力因素的影响体积因素时，pVRT当引力因素的影响体积因素时，pVRT当两相反因素随压力的变化率相等时，形成曲线最低点。~~实际气体1.实际气体的体积实际气体分子可以活动的空间容器的容积若1mol某气体分子自身体积为b，则忽略分子吸引力时：nRTnbVp)(2.实际气体的压强用P内表示实际气体压强与理想气体压强的差,称为内压强，则器壁内pnbVnRTpnbVnRTpp内nRTnbVpp))((内内p2Vn∝设比例系数为a则：2Vnap内实际气体的压强:2Vnap实际气体方程nRTnbVVnap))((223.实际气体的状态方程a,b称为气体的范德华常数.显然,不同的气体范德华常数不同,反映出其与理想气体的偏差程度不同。对1mol气体RTbVVap)~)(~(2对nmol气体范德华气体状态方程a,与分子间引力有关的常数b,与分子自身体积有关的常数气体的液化●液化或凝聚——气体变成液体的过程条件？●临界常数临界温度(Tc)：加压时使气体液化的最高温度。临界压力(Pc)：在Tc时使气体液化的最低压力。临界体积(Vc)：在Tc和Pc下1mol气体所占体积。临界状态：气态物质处于Tc,Pc,Vc的状态。对非极性分子,Tc较低,难液化。如HeH2N2O2对极性分子，较易液化。如NH3H2O2.1.5气体的液化2.2液体高于Tc时,无论施加多大的压力都不能使气体液化P27表2-4注:1-4气体速率分布和能量分布(自学)§2.2液体●液体的特征:2.2.1液体的蒸发蒸发?液体变成蒸气或气体的过程凝聚？气体转变成液体的过程饱和蒸气压?饱和蒸气所产生的压力影响因素?液体的本性和温度相同温度时，若液体分子之间引力强，则蒸气压低若液体分子之间引力弱，则蒸气压高如，20℃时，kPa85.5pkPa36.2pOH2乙醇易挥发物质?难挥发物质?P蒸较大P蒸较小对同一液体，T↑时,蒸气压↑P35图2-7蒸发热没有固定的外形和显著的膨胀性,有一定的体积、流动性、掺混性、表面张力和沸点蒸发热?克劳修斯—克拉贝龙方程：维持液体恒温恒压下蒸发所必需的热量不同液体