1、第 2 章化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2 1 氣體2 1 1 理想氣體的狀態(tài)方程 理想氣體： 分子本身不占體積，分子間沒(méi)有作用力的氣體。 低壓高溫下的氣體接近于理想氣體。 Boyle 定律 V 1 p當(dāng) n 和 T 一定時(shí)，氣體的 V 與 p 成反比 。 V T CharlesGayLussac 定律 當(dāng) n 和 p 一定時(shí)，氣體的 V 與 T 成正比。 V nAvogadro 定律 當(dāng) p 和 T 一定時(shí)，氣體的 V 和 n 成正比。 實(shí)驗(yàn)測(cè)得，其比例系數(shù)是 R， 則 pV n RT V nRTpV nT p 綜合以上三個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，得或理想氣體狀態(tài)方程R 8.3145 Pa m3 mol-1 K-1 8.3

2、145 J mol-1 K-1 R: 摩爾氣體常數(shù)1 mol 理想氣體，0，0.1MPa時(shí)的體積為 22.4 L。 pV n RT 物質(zhì)的量(n) mol溫度 T (temperature) T (t + 273.15) K壓力 p (pressure) 1 atm 760 mmHg 101325 Pa 101 kPa 0.1 MPa體積 V (volume)1 m3 103 L 103 dm3 106 cm3解：依據(jù)題意可知 V1 V2 ， n1 n2此時(shí) 解得 T2 900 K當(dāng)溫度達(dá)到 900 K 以上時(shí)，燒瓶會(huì)炸裂。例2-1 一玻璃燒瓶可以耐壓 3.08 105 Pa ，在溫度為300

3、 K 和壓強(qiáng)為 1.03 105 Pa 時(shí)，使其充滿氣體。問(wèn)在什么溫度時(shí)，燒瓶將炸裂。 例 22 27 和 101 kPa下， 1.0 dm3 某氣體質(zhì)量為 0.65 g，求它的相對(duì)分子質(zhì)量。解：由理想氣體的狀態(tài)方程 pV nRT 得 n pV/RT 即 m/M pV/RT M 0.658.314300 1011 16 g mol12 1 2 實(shí)際氣體的狀態(tài)方程 理想氣體是在對(duì)于實(shí)際氣體進(jìn)行假定的基礎(chǔ)上抽象出的模型，實(shí)際氣體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏離理想氣體的狀態(tài)方程，因此，必須對(duì)理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行修正，才能夠適用于實(shí)際氣體。 考慮到實(shí)際氣體分子之間的相互作用，實(shí)際氣體分子碰撞器壁時(shí)所產(chǎn)生的壓力小于理想

4、氣體所產(chǎn)生的壓力。因此 p p實(shí) + p內(nèi) p ：理想氣體的壓強(qiáng)p實(shí)：實(shí)際氣體的壓強(qiáng)p內(nèi)：理想氣體的壓強(qiáng) p 與實(shí)際氣體的壓強(qiáng) p實(shí) 的差 p內(nèi) 和內(nèi)部分子的密度成正比，也和碰撞器壁的外層分子的密度成正比，即設(shè)其比例系數(shù)為 a，則上式可寫(xiě)成則 p內(nèi) n V( )2 p內(nèi) a n V( )2 p p實(shí) + a ( )2Vn V V實(shí) nb 實(shí)際氣體分子自身的體積不能忽略，實(shí)際氣體的體積占據(jù)一定的空間，氣體分子自身體積與氣體的物質(zhì)的量有關(guān)，所以，理想氣體方程可以寫(xiě)為 p 實(shí) + a(n/V)2（V實(shí) nb） nRT 范德華方程 a、b 稱為氣體的范德華常數(shù) a 和 b 的值越大，實(shí)際氣體偏離理想氣

5、體的程度越大。 2 1 3 混合氣體的分壓定律 混合氣體 ：由兩種或兩種以上的，相互之間不發(fā)生反應(yīng)的氣體混合在一起組成的體系。組分氣體：混合氣體中的每一種氣體 混合氣體的物質(zhì)的量為 n 各組分氣體的物質(zhì)的量 為ni則 對(duì)于雙組分體系，T，V 一定時(shí)pA+ pBnAnBnA + nBpApB pB nBRT/V pA nART/Vp總 pA + pB1 道爾頓分壓定律 對(duì)于多組分體系 pi niRT/V總 在溫度和體積恒定時(shí)，混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓力之和，某組分氣體的分壓力等于該氣體單獨(dú)占有總體積時(shí)所表現(xiàn)的壓力。p pi niRT/V nRT/V n：混合氣體總的物質(zhì)的量 pi /p

6、 ni/n 或 pi ni p/n xi p2 分體積定律(E.H. Amage1880) p， T 一定時(shí)nBp，VBp，VA + VBnA + nB pVA nART pVB nBRTV總 VA + VB 在恒溫恒壓下，某組分的分體積等于該組分產(chǎn)生與混合氣體相同的壓力時(shí)所占據(jù)的體積。p，VAnA例 23某溫度下，將 2 105 Pa 的 O2 3 dm3 和 3 105 Pa 的 N2 1 dm3 充入 6 dm3 的真空容器中，求 混合氣體的各組分的分壓及總壓 .解：O2 p1 2 105 Pa V1 3 dm3 p2 ? V2 6 dm3 O2 的分壓p(O2) p1V1/V2 (2

7、105 3/6) Pa 1 105 Pa同理 N2 的分壓 混合氣體的總壓力p(N2) (31051/6)Pa 0.5 105 Pap 總 p ( O2 ) + p ( N2 ) ( 1105 + 0.5105 )Pa 1.5 105 Pa 例 24 制取氫氣時(shí)，在 22 和 100.0 kPa 下， 用排水集氣法收集到氣體 1.26 dm3，在此溫度下水的蒸氣壓為 2.7 kPa，求所得氫氣的質(zhì)量。解：由此法收集到的是氫氣和水蒸氣的混合氣體， 則其中水蒸氣的分壓 p(H2O) 2.7 kPa 那么 p(H2) 100 kPa 2.7 kPa 97.3 kPa由 pi V總 ni RT 故所得

8、氫氣的質(zhì)量為 2 g mol 1 1 0.05 mol 0.1 g ni piV總/(RT) 97.3 103 1.26 103/(8.314 295) mol 0.05 mol2 1 4 氣體擴(kuò)散定律 氣體擴(kuò)散定律 ：同溫同壓下氣態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散速度與 其密度的平方根成反比(Graham， 1831 )。 ui：擴(kuò)散速度 i：表示密度由理想氣體狀態(tài)方程推得 Mr m RT V p 同溫同壓下，氣體的擴(kuò)散速度與其相對(duì)分子質(zhì)量的平方根成反比。 Mr RT p2 1 5 氣體分子的速率分布和能量分布1 氣體分子的速率分布 u : 代表分子的運(yùn)動(dòng)速率。 單位速率間隔內(nèi)分子的數(shù)目。Nu： 速率大的分子少；

9、速率小的分子也少；速率居中的分子較多 。O 氣體分子的速率分布 up ：最概然速率 氣體分子中具有 up 這種速率的分子數(shù)目最多，在分子總數(shù)中占有的比例最大 。O不同溫度下的氣體分子運(yùn)動(dòng)速率的分布曲線 T2 T1 溫度升高時(shí)，氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率普遍增大，具有較高速率的分子的分?jǐn)?shù)提高，分布曲線右移。 O 氣體分子的能量分布 2 氣體分子的能量分布 O2 2 液體和溶液2 2 1 溶液濃度的表示方法 特點(diǎn)：較方便，實(shí)驗(yàn)室最常用； 由于體積受溫度的影響，使用時(shí)要指明溫度。 cB nB V SI 單位：mol m3 常用單位為mol dm3或mol L1 溶質(zhì) B 的物質(zhì)的量除以混合物的體積，即 1

10、m3 溶液中所含的溶質(zhì)的物質(zhì)的量，用 cB 表示。1 物質(zhì)的量濃度2 質(zhì)量摩爾濃度 溶質(zhì) B 的物質(zhì)的量除以溶劑 A 的質(zhì)量，用符號(hào) b 表示，SI 單位是 mol kg-1特點(diǎn)：與溫度無(wú)關(guān)，可用于沸點(diǎn)及凝固點(diǎn)的計(jì)算。bB nBmA3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶質(zhì) B 的質(zhì)量與混合物質(zhì)量之比。 wB是量綱為1的量 wB mB m總4 摩爾分?jǐn)?shù) 溶質(zhì)和溶劑都用 mol 表示，溶質(zhì)的物質(zhì)的量占全部溶液的物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)，用 xB 表示。 對(duì)于多組分體系： xB nB n總5 質(zhì)量摩爾濃度與摩爾分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系 稀溶液中，x溶劑 x溶質(zhì)， 則 x溶質(zhì) n溶質(zhì) n溶質(zhì) n溶質(zhì) + n溶劑 n溶劑對(duì)于水溶液 ，當(dāng) n溶劑

11、1000 g/(18 g / mol) 55.6 mol 時(shí)，n溶質(zhì) b溶質(zhì)即 x溶質(zhì) n溶質(zhì)/n溶劑 b溶質(zhì)/55.6令 k 1/55.6， 則 x溶質(zhì) k b稀溶液中，溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)與其質(zhì)量摩爾濃度成正比。 2 2 2 飽和蒸氣壓 1 純?nèi)軇┑娘柡驼魵鈮?在一定的溫度下，液體與蒸氣達(dá)到平衡時(shí)，水蒸氣壓力最大，稱飽和蒸氣壓，用 p* 表示. H2O (l) H2O(g)蒸發(fā)凝聚乙醚乙醇水pTA 同一液體，溫度越高，蒸氣壓越大。B 與物質(zhì)的本性有關(guān)：同一溫度下，易揮發(fā)液體蒸 氣壓大。C 液體的蒸氣壓與氣相的體積及液相的量無(wú)關(guān)。2 溶液的飽和蒸氣壓 溶液的蒸氣壓低于純?nèi)軇┍芤簤毫τ?jì)丙酮 在一

12、定的溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓等于純?nèi)軇┑恼魵鈮号c溶劑的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。 p pA*xA拉烏爾定律2 2 3 非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性 溶液的性質(zhì)與哪些因素有關(guān)？導(dǎo)電性、酸堿性、氧化還原性蒸氣壓、凝固點(diǎn)、沸點(diǎn)、滲透壓 與物質(zhì)的本性有關(guān) 與溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān)水、溶液和冰的蒸氣壓溫度圖AA 水線 ， BB 溶液線 ， AB 冰線T2T1T 在一定的溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降值 p 與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。 適用范圍:難揮發(fā),非電解質(zhì),稀溶液。1 蒸氣壓下降 p pA*xB p pA* xA p pA*(1xB)2 沸點(diǎn)升高 當(dāng)液體蒸氣壓力等于外界的壓力時(shí)，液體沸騰，此時(shí)的溫度稱為

13、該液體的沸點(diǎn)。 當(dāng)外壓為 101325 Pa 時(shí)，液體的沸點(diǎn)為正常沸點(diǎn)。(1) 液體的沸點(diǎn)(2) 影響沸點(diǎn)高低的因素與物質(zhì)的本性有關(guān)，在一定的外壓下，易揮發(fā)的液體沸點(diǎn)低；對(duì)于同一物質(zhì)，沸點(diǎn)與外壓有關(guān)，外壓越大，沸點(diǎn)越高；外壓一定時(shí)，純凈物具有固定的沸點(diǎn)。(3) 溶液的沸點(diǎn)升高 難揮發(fā)性非電解質(zhì)稀溶液的沸點(diǎn)升高值與溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比。 kb: 溶劑沸點(diǎn)升高常數(shù)，只與溶劑有關(guān)，與溶質(zhì)無(wú)關(guān), SI單位是 Kkgmol-1。 Tb kb b 3 溶液的凝固點(diǎn)一定外壓下，物質(zhì)的固相與其液相達(dá)成平衡時(shí)的溫度。(1) 液體的凝固點(diǎn) H2O (l) H2O(g)蒸發(fā)凝聚正常凝固點(diǎn): 101325P

14、a下純液體和其固相平衡時(shí)的溫度。 難揮發(fā)性非電解質(zhì)稀溶液凝固點(diǎn)降低的數(shù)值，與其蒸氣壓降低的數(shù)值成正比。 (2)溶液的凝固點(diǎn)降低： kf : 溶液凝固點(diǎn)降低常數(shù)，是與溶劑有關(guān)，與溶質(zhì)無(wú)關(guān)的常數(shù)，SI單位 Kkgmol-1。 Tf kfb Tf kfb kfnB/bA kf bB/(MBbA)利用此式可以測(cè)定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。3 滲透壓 滲透現(xiàn)象和滲透壓 水 糖水水 糖水 a 滲透現(xiàn)象 b 滲透壓 c 滲透壓的定量計(jì)算 cBRT：kPa cB : molL-1 R 8.314 kPaLmol-1K-1 小 大 稀溶液 濃溶液理 解 滲透方向等滲溶液 滲透能力相同的溶液反滲透作用 溶劑 溶液 依數(shù)性使

15、用范圍: 對(duì)于難揮發(fā)非電解質(zhì)濃溶液或電解質(zhì)溶液，這些現(xiàn)象同樣存在，不再符合依數(shù)性的定量規(guī)律。 難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液4 稀溶液依數(shù)性的應(yīng)用a. 測(cè)定分子摩爾質(zhì)量 低相對(duì)分子質(zhì)量- 沸點(diǎn)升高，凝固點(diǎn)降低 高相對(duì)分子質(zhì)量-滲透壓b. “反滲透技術(shù)”應(yīng)用例 2-5 在 26.6 g CHCl3 中溶解 0.402 g 難揮發(fā)性非電解質(zhì)溶質(zhì)，所得溶液的沸點(diǎn)升高了0.432 K，CHCl3 的沸點(diǎn)升高常數(shù)為 3.63 Kkg mol-1，求該溶質(zhì)的平均摩爾質(zhì)量Mr。解：由 Tb kb b，解得 0.119 mol kg1 b 0.4323.63 Tb kb 因?yàn)樗?M m1000b26.6 0.40210000.11926.6 127 g mol1例 26 為防止汽車(chē)水箱在寒冬季節(jié)凍裂，需使水的凝固點(diǎn)降低到 253 K，則在每 1000 g 水中應(yīng)加入甘油多少克？解： Tf ( 273-253) K 20 Kb Tf/kf 20 K/1.8 Kkgmol-1 10.75 molkg-1根據(jù)題意，1000 g 水中應(yīng)加 10.75 mol甘油，甘油的摩爾質(zhì)量為 92 g/mol。所以加入甘油的質(zhì)量為 92 g/mol 10.75 mol 989 g 2 3 固體晶體類(lèi)型