第一章物质的聚集状态.ppt

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1、第一章 物质的聚集状态基本要求1.掌握理想气体的状态方程、分压定律和分体积定律并熟练地进行不同条件下的各种计算2.掌握实际气体的范德华方程的意义并能熟练应用于实际气体的计算。3.掌握溶液浓度的各种表示方法并能熟练地进行溶液各种浓度的计算4.掌握稀溶液的依数性及其应用第一章 物质的聚集状态 物质由分子组成，组成物质的分子是不停地运动的，并且分子间存在着相互作用力（引力和斥力）。温度升高时，分子的热运动加剧，物质的宏观状态就可能发生变化，由一种聚集状态变为另一种聚集状态。冰 水熔化（固态）（液态）水汽气化（液态）（气态）第一章 物质的聚集状态常温下，物质三种可能状态 气体 液体 固体它们都由大量分

2、子（原子、离子）聚集而成。1摩尔的任何物质，包含相同数目的分子，这个数目为阿伏加得罗常数。阿伏加得罗常数（Avogadro constant），用符号NA或L表示，6.021023mol-1。第一章 物质的聚集状态 当温度足够高时，外界提供的能量足以破坏分子中原子核和电子的结合，气体就电离成自由电子和正离子，即形成物质的第四态等离子态。气体、液体和等离子态都可在外力场作用下流动，所以也统称为流体 物质的第五态超固态，压力达几百万大气压时，原子结构被破坏，原子的电子壳层被挤压到原子核周围，此时物质密度非常大。1.1 气体 1.1.1 低压气体的经验定律a.玻意耳定律 在一定温度下，一定量气体的体

3、积和其压力的乘积为一常数。pV=常数或 V 1/p 大多数气体只在低压下能服从玻意耳定律，压力越高，偏差越大。1.1 气体 1.1.1 低压气体的经验定律 b.查理盖吕萨克定律 一定量的气体，压力一定时，其体积与热力学温度的商为常数。V/T=常数或 V TT：热力学温度，单位为开尔文，符号KT=(273.15+t/)K气体只有在低压下才服从查理盖吕萨克定律1.1 气体 1.1.1 低压气体的经验定律c.阿伏加德罗定律 同温同压下相同体积的任何气体含有相同数目的 ，即气体的体积V与物质的量n成正比。V n n:物质的量，单位名称为摩尔，符号物质的量，单位名称为摩尔，符号mol。分子1.1 气体

4、1.1.2 理想气体的状态方程式 RTpVnRTpVmP:气体的压力（Pa)V:气体的体积（m3)Vm:气体的摩尔体积(m3/mol)n:气体的物质的量(mol)T:气体的热力学温度(K)R:摩尔气体常数 (8.315Jmol-1K-1)人们将任何压力和温度下符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。注意单位1.1 气体 1.1.2 理想气体的状态方程式理想气体的模型：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。可近似地看作是理想气体在压力趋近于零时，所有实际气体都可以视作理想气体。低压、高温下的气体1.1 气体 1.1.2 理想气体的状态方程式理想气

5、体状态方程的应用：1计算p、V、T、n中的任意物理量,应用于温度不太低，压力不太高的真实气体。2气体摩尔质量的计算。3气体密度的计算。例：丁烷C4H10是一种易液化的气体燃料，计算在23，90.6KPa下，丁烷气体的密度。pVnRT m/VpVmRTM RTpM 2.14g L11.1 气体 1.1.3 混合理想气体1 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力，叫做组分气体B的分压。VRTnpBB1.1 气体 1.1.3 混合理想气体1 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

6、 p=pB 混合气体总的物质的量为混合气体总的物质的量为：1.1 气体 1.1.3 混合理想气体1 分压定律 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+0.700mol35.5kPakPa0.133200.1320.0pnnp33NH)NH(p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)=(133.0-35.

7、5-20.0)kPa =77.5kPapnnp)O()O(2220.0kPakPa5.35320.0180.01.1 气体 1.1.3 混合理想气体1 分体积定律pRTnVBB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。1.1 气体 1.1.3 混合理想气体1 分体积定律1.1 气体 1.1.4 实际气体1.2 液体1.2.1 液体的微观结构 “近程有序而远程无序”在短暂的时间内液体分子在很小的区域内排列 是有规则的，但这些小区域不是固定不变的，随时在 变化。液体分子的运动情况与固体类似，在平衡位置 附近振动，还可以做平动运动，液体分子

8、的平衡位 置不是固定的，因此它有流动性。液晶 1.2 液体 1.2.2 液体的蒸气压与液体的沸点 在一定温度下，液体置于密闭容器中，当液体的 蒸发速率等于蒸气的凝结速率时，该液体和它的蒸气 处于平衡状态。此时蒸气所具有的压力称为该温度下 的饱和蒸气压，简称蒸气压，单位为Pa或kPa。随着温度的升高，饱和蒸气压必然增大。当温度升 到使液体蒸气压等于外界压力时，液体就会 ，此时的温度称为该液体的沸点。提到沸点，必须同时指明 ，习惯上将外界 压力等于101.325kPa时的沸点称为正常沸点。外界压力沸腾1.3 溶液 一种物质以分子、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叫溶液。溶

9、液分为气态溶液、液态溶液、固态溶液，通常不加说明的溶液是指液态溶液。液态溶液按组成的溶质与溶剂的状态可分为三种类型：气态物质与液态物质组成的溶液，常把液态物质看成 ，气态物质看成 ；固态物质与液态物质组成的溶液，常把液态物质看成溶剂，固态物质看成溶质；液态物质与液态物质组成的溶液，常把含量较多的组分称为溶剂，含量较少的称为溶质。溶剂溶质1.3 溶液 1.3.1 溶液浓度的表示方法1.3 溶液 1.3.1 溶液浓度的表示方法1.3 溶液 1.3.1 溶液浓度的表示方法1.3 溶液 1.3.1 溶液浓度的表示方法1.3 溶液 1.3.1 溶液浓度的表示方法(5)物质B的摩尔比，符号rB。rB=xB

10、/(1-xB)溶质B的物质的量与溶剂的物质的量之比。(6)物质B的质量浓度，符号B。溶质B的质量除以溶液的体积。kgm-3，或kgL-1 1.3.2 非电解质稀溶液的非电解质稀溶液的依数性依数性 与溶液有关的性质分为两类：与溶液有关的性质分为两类：溶液的颜色、比重、导电性等性质，溶液的颜色、比重、导电性等性质，各种溶液各有其特性，各种溶液各有其特性，与溶质的本性有关与溶质的本性有关；溶液的蒸气压、沸点、凝固；溶液的蒸气压、沸点、凝固点等性质，点等性质，与溶质的本性无关与溶质的本性无关，是一般稀溶液所共有的是一般稀溶液所共有的.这类性质与浓度有关，或者是与溶液中的这类性质与浓度有关，或者是与溶液

11、中的“粒子数粒子数”有关，而与溶质的有关，而与溶质的性质无关性质无关.Ostwald Ostwald 称其为称其为“依数性依数性”.这里是非常强调溶液是这里是非常强调溶液是“难难挥发的挥发的”，“非电解质的非电解质的”和和“稀的稀的”这几个定语的这几个定语的.溶液的几种性质与水的比较溶液的几种性质与水的比较 物质 Tb/Tf/纯水 100.00 0.00 0.5molkg-1糖水 100.27 -0.93 0.5molkg-1尿素水溶液 100.24 -0.94 溶液里的蒸气压下降溶液里的蒸气压下降 （lowering of the vapor pressure of the solvent）

12、溶液蒸气压下降实验溶液蒸气压下降实验 在液体中加入任何一种难挥发的物质时，液体的蒸气压便下在液体中加入任何一种难挥发的物质时，液体的蒸气压便下降，在同一温度下，纯溶剂蒸气压与溶液蒸气压之差，称为溶液降，在同一温度下，纯溶剂蒸气压与溶液蒸气压之差，称为溶液的蒸气压下降（的蒸气压下降（p）.实验：实验：为什么溶液的蒸气压会下降？为什么溶液的蒸气压会下降？当溶质分散于溶剂当溶质分散于溶剂之中，溶液表面的之中，溶液表面的部分位置，被溶质部分位置，被溶质分子所占据，使得分子所占据，使得单位表面所能逸出单位表面所能逸出的溶剂的分子个数的溶剂的分子个数减少，因此溶液蒸减少，因此溶液蒸气压较之纯溶剂有气压较之

13、纯溶剂有所降底。所降底。拉乌尔定律拉乌尔定律（Raoults law）根据实验结果，在一定温度下，根据实验结果，在一定温度下，稀溶液稀溶液的蒸气压的蒸气压p1等于等于纯溶剂的蒸气压纯溶剂的蒸气压p1*乘以乘以溶剂溶剂在溶液中的摩尔分数在溶液中的摩尔分数x1，即，即p1=p1*x1p1*p1=p1*x2沸点升高沸点升高 当溶液的蒸气压下降，要使其沸腾，即蒸气压达到当溶液的蒸气压下降，要使其沸腾，即蒸气压达到外界压力，就必须使其温度外界压力，就必须使其温度 ，达到新的沸点，达到新的沸点，才能沸腾才能沸腾.这叫稀溶液的沸点升高这叫稀溶液的沸点升高.溶液越浓，其溶液越浓，其 p p 越大，越大，T T

14、b b 越大，即越大，即 T Tb b p p，则则蒸气压下降引起的直接后果之一蒸气压下降引起的直接后果之一 K Kb b为沸点升高常数，为沸点升高常数，单位为单位为Kkgmol-1，与溶剂的摩与溶剂的摩尔质量、沸点、气化热有关，可由理论推算，也可由实尔质量、沸点、气化热有关，可由理论推算，也可由实验测定验测定.b bB B为溶质的质量摩尔浓度为溶质的质量摩尔浓度.Tb=KbbB继续升高继续升高蒸气压下降引起的直接后果之二蒸气压下降引起的直接后果之二 凝固点下降凝固点下降 凝固点定义：当某一液体的蒸气压等于固体蒸气压时，液体就会凝固，此时的温度称为该液体的凝固点。凝固点下降原因凝固点下降原因：

15、由于溶液的蒸气压下降，必须降低温度，才能使固相纯溶剂的蒸气压与溶液中的蒸气压相等，此时的温度就是溶液的凝固点。数学表达式为：T Tf KfbB K为溶剂凝固点下降常数，单位为Kkgmol-1。bB为溶质的质量摩尔浓度.K Kf f与与K Kb b一样只与溶剂及浓度有关，而与溶质无关。一样只与溶剂及浓度有关，而与溶质无关。渗透压渗透压（osmotic pressure）蒸气压下降引起的直接后果之三蒸气压下降引起的直接后果之三溶剂分子从一个液相通过半透膜向另一个液相扩散的过程叫渗透溶剂分子从一个液相通过半透膜向另一个液相扩散的过程叫渗透。达到了渗透平衡时，半透膜两边的水位差所表示的静水压就称为达到

16、了渗透平衡时，半透膜两边的水位差所表示的静水压就称为称为该溶液的渗透压。称为该溶液的渗透压。渗透压渗透压（osmotic pressure）蒸气压下降引起的直接后果之三蒸气压下降引起的直接后果之三 若在溶液液面上施加一定的外压可阻止渗透进行，外压等于若在溶液液面上施加一定的外压可阻止渗透进行，外压等于渗透压时两液面持平。外压大于渗透压则水分子由溶液向纯溶渗透压时两液面持平。外压大于渗透压则水分子由溶液向纯溶剂扩散，纯溶剂液面上升，产生反渗透现象。剂扩散，纯溶剂液面上升，产生反渗透现象。1886年荷兰物理学家范托夫（Vant Hoff）总结得出：“稀溶液的渗透压与溶液的浓度和温度的关系同理想气体状态方程式一致”，即V=nBRT =cBRT式中，是渗透压，V是溶液体积，nB是溶质物质的量（mol），cB是浓度，R是气体常数，T是绝对温度。从上面的式子可以看出，在一定条件下，难挥发非电解质稀溶液的渗透压与溶液中溶质的浓度成正比，而与溶质本性无关。例14 1L溶液中含5.0g马的血红素，在298K时测得溶液的渗透压为1.82102Pa，求马的血红素的摩尔质量。稀溶液的依数性 非挥发性、非电解质