大学无机化学基础知识.ppt

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化学基础知识,气体,1,2,3,液体和溶液,固体,主要内容,21气体,211理想气体的状态方程,用来描述气体状态的物理量,

（1）忽略分子本身体积，将分子看成有质量的几何点。

理想气体模型的两个假设,

（2）忽略分子间作用力。

且分子与分子之间、分子与器壁之间的碰撞，是完全弹性碰撞无动能损失。

高温低压下的实际气体接近于理想气体。

在高温和低压下，实际气体分子间的距离相当大，气体分子自身的体积远远小于气体占有的体积，此时分子间作用力极弱。

玻意耳定律,当n和T一定时，气体的V与p成反比。

盖吕萨克定律,当n和p一定时，气体的V与T成正比。

VT,Vn,当p和T一定时，气体的V和n成正比。

阿伏伽德罗定律,综合以上三个经验公式，得,实验测得，其比例系数是R，则,即pV=nRT,此式称为理想气体状态方程式。

VT,Vn,由pV=nRT,若压强p的单位为Pa体积V的单位为m3温度T的单位为K物质的量n的单位为mol,则R=8.314Jmol1K1,若压强用Pa体积用dm3温度用K物质的量用mol为单位，则,解：

依据题意可知V1=V2，n1=n2,则当温度达到900K以上时，烧瓶会炸裂。

例21一玻璃烧瓶可以耐压3.04105Pa，在温度为300K和压强为1.013105Pa时，使其充满气体。

问在什么温度时，烧瓶将炸裂。

=900K,例2227和101kPa下，1.0dm3某气体质量为0.65g。

求它的相对分子质量。

由pV=nRT,=16gmol1,所以该气体的相对分子质量为16。

212实际气体的状态方程,

（1）实际气体分子间的引力不容忽视；,

（2）实际气体分子自身的体积不容忽视。

实际气体的压力p实是碰撞器壁的分子受到内层分子的引力，不能自由碰撞器壁的结果。

所以有p实p,理想气体的压强p，是忽略分子间的吸引力，由分子自由碰撞器壁产生的结果。

则有p=p实+p内,用p内表示p实与p的差，,内是两部分分子相互吸引的结果，它与这两部分分子在单位体积内的物质的量成正比。

这两部分分子共处一体，浓度一致，故有,令比例系数为a，则上式可写成,理想气体的体积，是指可以任凭气体分子在其中运动，且可以无限压缩的理想空间。

原因是理想气体分子自身无体积。

但实际气体的分子体积不能忽略。

则对于nmol实际气体V=V实nb

（2）,设每摩尔分子的体积为bdm3mol-1,将

（1）和

（2）代入理想气体状态方程式,pV=nRT,V=V实nb

（2）,当n=1时，范德华方程变为,式中Vm为摩尔体积。

式中a和b称为气体的范德华常数。

不同气体的范德华常数不同。

a和b的值越大，实际气体偏离理想气体的程度越大。

213混合气体的分压定律,混合气体：

由两种或两种以上的气体混合在一起组成的体系。

组分气体：

组成混合气体的每一种气体。

显然，空气是混合气体，其中的O2，N2，CO2等，均为空气这种混合气体的组分气体。

设混合气体的物质的量为n，各组分气体的物质的量为ni，则,组分气体i的摩尔分数用xi表示，则,总体积与分压,分压是指当组分气体i单独存在，且占有总体积时，其具有的压强，用pi表示。

总体积是指混合气体的体积，用V总表示。

piV=niRT,总压和分体积,分体积是指当组分气体i单独存在，且具有总压时，其所占有的体积，用Vi表示。

总压是指混合气体所具有的压强，用p总表示。

总Vi=niRT,道尔顿（Dalton）进行了大量实验，提出了混合气体的分压定律,混合气体的总压等于各组分气体的分压之和。

理想气体混合时，由于分子间无相互作用，故碰撞器壁产生的压力，与独立存在时是相同的。

亦即在混合气体中，组分气体是各自独立的。

这是分压定律的实质。

故pi=p总xi,即组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积。

又（3）/

（1）得,又有pi=p总xi,即组分气体的分压，等于总压与该组分气体的体积分数之积。

例23某温度下，将2105Pa的O23dm3和3105Pa的N26dm3充入6dm3的真空容器中。

求各组分气体的分压及混合气体的总压。

O2V1=3dm3，p1=2105Pa，V2=6dm3，pO=p2,解：

根据分压的定义求组分气体的分压，,由道尔顿分压定律p总=pO+pN,例23某温度下，将2105Pa的O23dm3和3105Pa的N26dm3充入6dm3的真空容器中。

求各组分气体的分压及混合气体的总压。

=1105Pa+3105Pa=4105Pa,故混合气体的总压为4105Pa,例24制取氢气时，在22和100kPa下，用排水集气法收集到气体1.26dm3，在此温度下水的蒸气压为2.7kPa，求所得氢气的质量。

解：

由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合气体，其中水蒸气的分压,可得p（H2）100kPa2.7kPa,p（H2O）2.7kPa,97.3kPa,由piV总niRT,故所得氢气的质量为2gmol-10.05mol0.1g,=0.05mol,例24制取氢气时，在22和100kPa下，用排水集气法收集到气体1.26dm3，在此温度下水的蒸气压为2.7kPa，求所得氢气的质量。

214气体扩散定律,气体扩散定律：

同温同压下气态物质的扩散速率与其密度的平方根成反比。

由于气体密度与其相对分子质量M成正比,例25某未知气体在一台扩散机内以10.00cm3s-1的速率扩散，在此仪器内甲烷气体以30.00cm3s-1的速率扩散，试计算此未知气体的相对分子质量。

例26将氨气和氯化氢气体同时从一根120cm长的玻璃管两端分别向管内自由扩散。

两气体在管中什么位置相遇而生成NH4Cl白烟。

解：

设经过t秒后，两气体在距氨气一端xcm处相遇，则相遇处距氯化氢气体一端为（120x）cm。

x=71.3,即两气体在管中71.3cm处相遇而生成NH4Cl白烟。

215气体分子的速率分布和能量分布,处于同一体系的为数众多的气体分子，相互碰撞，运动速率不一样，且不断改变。

但其速率分布却有一定规律。

1气体分子的速率分布,代表分子的运动速率。

曲线下覆盖的面积为分子的数目N,阴影部分的面积为速率在u1和u2之间的气体分子的数目。

从图中可以看出，速率大的分子少；速率小的分子也少；速率居中的分子较多。

不足之处在于面积代表的是一个绝对的数量N，所以当气体分子的总数不同时，图形会不同。

若将纵坐标，除以气体分子总数N。

则纵坐标表示单位速率间隔中分子的数目占分子总数的分数。

只要温度相同，不论气体分子的总数是多少，曲线形状一致。

整个曲线下覆盖的总面积为单位1。

气体分子中具有up这种速率的分子数目最多，在分子总数中占有的比例最大。

这里的up称为最概然速率，意思是概率最大。

不同温度下，曲线的形状不同。

高温时的图象更平坦些。

温度增高，气体分子运动速率普遍增大，最概然速率也增大。

但是温度高时具有最概然速率的分子分数少了。

不同温度下的两条曲线，覆盖的面积是相等的。

2气体分子的能量分布,常用的能量分布的近似公式,其中E能量；,NE能量超过E的分子的个数；,N分子的总数。

用fE表示这个分数。

从式子中可以看出，E越大时，fE越小。

22液体和溶液,221溶液浓度的表示方法,物质的量浓度,质量摩尔浓度,质量分数,摩尔分数,特点：

1.较方便，实验室最常用；2.由于体积受温度的影响，使用时要指明温度。

溶液中所含溶质B的物质的量除以溶液的体积，称为B的物质的量浓度，用cB表示，常用的单位是moldm-3,有时也用molL1。

溶液中所含溶质B的物质的量除以溶剂A的质量，称为B的质量摩尔浓度，用bB或mB表示，单位是molkg1。

特点浓度数值不受温度影响。

n=,=0.0167mol,质量摩尔浓度,b=,=0.348molkg1,溶质B的质量与混合物质量m之比称为B的物质的质量分数，用符号wB表示。

对溶液而言，mB代表溶质B的质量，m代表溶液的质量。

例28某氨水中氨的质量分数为24%，试求这种氨水的质量摩尔浓度。

解：

对于1000g氨水，其中含氨的质量,m氨=1000g24%=240g,氨的摩尔质量M=17gmol-1,240g氨的物质的量,n氨=,=14.12mol,=18.6molkg-1,溶剂水的质量m水=1000g240g=760g=0.76kg,例28某氨水中氨的质量分数为24%，试求这种氨水的质量摩尔浓度。

溶液中溶质的物质的量n质与溶液的总物质的量n液之比称为溶质的摩尔分数，用x质表示。

对于稀溶液，其质量摩尔浓度与摩尔分数之间有近似的数量关系。

稀溶液中，x剂x质，则,质量摩尔浓度：

对于水溶液，当溶剂为1kg时，即,即对于稀溶液，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。

n质在数值上与质量摩尔浓度b质相等,将纯溶剂置于密闭容器中，它将挥发，液面上方的空间被溶剂分子逐渐占据，上方空间里溶剂分子数逐渐增加，蒸气密度增大，压强也增大。

222饱和蒸气压,1纯溶剂的饱和蒸气压,随着上方空间里溶剂分子个数的增加，分子凝聚回到液相的机会增加。

当凝聚速度和蒸发速度相等时，上方空间的蒸气密度不再改变，体系达到动态平衡。

同一液体，温度越高，蒸气压越大。

饱和蒸汽压属于物质的性质。

液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关。

此时，蒸气的压强也不再改变。

这个压强称为该温度下溶剂的饱和蒸气压，用p*表示。

2溶液的饱和蒸气压,溶液表面单位时间内蒸发的溶剂分子的数目小于纯溶剂蒸发的分子数目。

当溶液中有难挥发的溶质时，则有部分溶液表面被溶质分子占据。

当凝聚的分子数目与蒸发的分子数目相等时，实现平衡，蒸气的密度及压强不会改变。

这种平衡状态下的饱和蒸气压p小于纯溶剂的p*。

在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。

p*x剂,拉乌尔定律（F.M.Raoult）,溶液的饱和蒸气压与纯溶剂的饱和蒸气压之间的数量关系与物质的本性无关。

只与溶质的数量有关。

在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。

这类性质称为依数性。

1蒸气压降低,故pp*x质,由pp*x剂可得pp*（1x质）,223稀溶液的依数性,可得p*pp*x质,在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的饱和蒸气压下降值p与溶质的摩尔分数成正比。

pp*x质,对于稀溶液，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。

故p=kb,在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的饱和蒸气压的降低值与稀溶液的质量摩尔浓度成正比。

pp*x质,2沸点升高和凝固点降低,沸腾当液体饱和蒸气压力等于外界的压力时，表面和内部同时气化的现象。

沸点液体沸腾过程中的温度。

凝固点液体凝固成固体（严格说是晶体）的温度。

凝固点时，液体和固体的饱和蒸气压相等。

若p固p液，则平衡右移，固体熔解;,固p液，则平衡左移，液体凝固。

水，水溶液，冰体系的饱和蒸气压-温度图,

（1）温度升高，水，水溶液，冰的饱和蒸气压都升高。

（2）同一温度，水溶液饱和蒸气压低于水饱和蒸气压。

（3）冰的曲线斜率大，饱和蒸气压随温度变化显著。

图中A点水的饱和蒸气压等于外界大气压力1.013