吉林大学化学学院宋天佑《无机化学》PPT资料.ppt

1、,看出 pV 乘积的物理学单位为,焦耳（J）,从物理学单位上看 pV 是一种功。,所以 pV 的单位为 Nm2m3=Nm=J,p Pa Nm2 V m3,R=Padm3mol1K1,8.314 103,d,这个 R 值用于处理压力与浓度的关系时，十分方便。,R=8.314 103 Padm3mol1K1,如用在下面的公式中,式中 c 是以 moldm3 为单位的浓度。,p=c RT,1.1.2 混合气体的分压定律,由两种或两种以上的气体混合在一起，组成的体系，称为混合气体。,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。,组成混合气体的每种气体，都称为该

2、混合气体的组分气体。,第 i 种组分气体的物质的量用 ni 表示，混合气体的物质的量用 n 表示，,第 i 种组分气体的摩尔分数用 xi 表示，则,例如，由 4 mol N2 和 1 molO2 组成的混合气体，则其中,当第 i 种组分气体单独存在，且占有总体积时，其具有的压力，称为该组分气体的分压。,混合气体的体积称为总体积，用 V总 表示。,应有关系式 p V=n R T,第 i 种组分气体的分压，用 pi 表示,i i,总,当第 i 种组分气体单独存在，且具有总压时，其所占有的体积，称为该组分气体的分体积。,混合气体所具有的压力，称为总压，用 p总 表示。,第 i 种组分气体的分体积，用

3、Vi 表示。,应有关系式 p V=n R T,i i,总,我们通过实验来研究分压与总压的关系,总,将 N2 和 O2 按上图所示混合。,测得混合气体的 p总 为 4 105 Pa。,按分压的定义,p（O2）=2 105 Pa,p（N2）=2 105 Pa,可见 p总=p（N2）+p（O2）,测得混合气体的 p总 为 4 105 Pa。,p（O2）=2 105 Pa,p（N2）=2 105 Pa,1 dm3 2 dm3 4 dm3 8105 Pa 2105 Pa p总,再考察一个实验,测得混合气体的总压为 3 105 Pa,1 dm3 2 dm3 4 dm3 8105 Pa 2105 Pa p总

4、,根据分压的定义，由波义耳定律得,p（O2）=1 105 Pa,p（N2）=2 105 Pa,混合气体的总压为 3 105 Pa,p（N2）=2 105 Pa,p（O2）=1 105 Pa,亦有 p总=p（N2）+p（O2）,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,此即道尔顿分压定律的数学表达式,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。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。,故有 pi=p总 xi,同样基于上述原因，各组分气体的分压 pi 在混合气体的总压 p总 中所

5、占有的比例，应该与其摩尔分数 xi 一致。,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。,i=p总 xi,例 1.1 某温度下，将 5 105 Pa 的 H2 2 dm3 和 4 105 Pa 的 N2 5 dm3 充 入 10 dm3 的真空容器中。,求各组分气体的分压及混合气体的总压。,H2 V1=2 dm3，p1=5 105 Pa，V2=10 dm3，p（H2）=p2,解：根据分压的定义求组分气体的分压，,=1 105+2 105,=3 105（Pa）,例 1.2 常压（1.0 105 Pa）下，将 2.0 g H2，11.2 g N2 和19.2 g O2 相混合。,求各组分气

6、体的分压。,解：混合气体的总压和组成已知，可用总压和组成求分压。,n（N2）=0.4 mol,n（H2）=1.0 mol,n（O2）=0.6 mol,（H2）=p总 x（H2）,=0.5 105（Pa）,=1 105 0.5,=0.2 105（Pa）,=1 105 0.2,（N2）=p总 x（N2）,=0.3 105（Pa）,=1 105 0.3,（O2）=p总 x（O2）,1.2.1 溶液的浓度,1.2 稀溶液的性质,物质的量浓度 溶液中所含溶质 A 的物质的量与溶液的体积之比，称为溶质 A 的物质的量浓度。,溶质 A 的物质的量浓度用符号 c（A）表示。,物质的量浓度经常称为体积摩尔浓度。

7、,当物质的量以 mol 为单位，体积以 dm3 为单位时，体积摩尔浓度的单位为 moldm3。,体积摩尔浓度使用方便，唯一不足就是其数值要随温度变化。,质量摩尔浓度 溶液中所含溶质 A 的物质的量与溶剂的质量之比，称为溶质 A 的质量摩尔浓度，用符号 m（A）或 b（A）表示。,当物质的量以 mol 为单位，质量以 kg 为单位时，质量摩尔浓度的单位为 molkg1。,经常将物质的量浓度简称为浓度。,摩尔分数,显然有 x（质）+x（剂）=1,对于稀溶液，n（质）n（剂），故有,对于稀的水溶液，则有,对于 1 kg 溶剂水，则有,分子和分母同时除以 1 kg,分子是 1 kg 溶剂水所对应的溶质

8、的物质的量，即质量摩尔浓度 m。,这是稀的水溶液中，x（质）与质量摩尔浓度 m（质）之间的关系。,对于其他溶剂，分母不是 55.5，但仍是一个特定的数值。,1.2.2 饱和蒸气压,1.溶剂的饱和蒸气压,在密闭容器中，在纯溶剂的单位表面上，单位时间里，有 N0 个溶剂分子蒸发到上方空间中。,上方空间里溶剂分子个数逐渐增加，密度增加，压力也增加。,随着上方空间里溶剂分子个数的增加，分子凝聚回到液态的机会增加。,凝聚回到液态的分子个数也在增加。,当密度达到一定数值时，凝聚回来的分子的个数也达到 N0 个。,这时起，上方空间里溶剂分子的个数不再改变，蒸气的密度也不再改变，保持恒定。,这个压力称为该温度

9、下溶剂的饱和蒸气压，用 p0 表示。,此时，蒸气的压力也不再改变。,2.溶液的饱和蒸气压,当溶液中溶有难挥发的溶质时，则有部分液体表面被这种溶质分子所占据。,于是，溶液中，在单位表面上单位时间内蒸发的溶剂分子的数目 N 要小于纯溶剂的 N0。,当凝聚的分子数目达到 N（N N0）时，实现平衡，蒸气的密度及压力不会改变。,这种平衡状态下的饱和蒸气压为 p，则有 p p0。,一般性的结论是，在相同的温度下，溶液的饱和蒸气压低于纯溶剂的饱和蒸气压。,当溶剂或溶液与气态实现平衡时，若使蒸气压小于其饱和蒸气压，则平衡右移，液体气化。,若使蒸气压大于其饱和蒸气压时，平衡左移，气体液化。,在一定温度下，稀溶

10、液的饱和蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂的摩尔分数之积。,3.拉乌尔定律,其数学表达式为 p=p0 x（剂）,这就是拉乌尔（Raoult）定律。,用 p 表示稀溶液饱和蒸气压下降值，则有 p=p0 p,=p0 p0 x（剂）,=p0 1 x（剂）,故有 p=p0 x（质）,对于稀的水溶液，有,p=p0 x（质）,一定温度下，p0 为常数。,故上式可以写成 p=km,稀溶液饱和蒸气压下降值，与稀溶液的质量摩尔浓度成正比。,p=km,这是 Raoult 定律的又一种表述形式。,式中 k 为常数，但不同溶剂 k 值不同。,但稀溶液的某些共性，与溶质的种类无关，只与溶液浓度相关。,各种不同物质的稀溶

11、液，其化学性质各不相同，这是显然的。,我们把这类性质称为稀溶液的依数性。,溶液的饱和蒸气压降低，就是一种依数性。它与溶质的种类无关，只与溶液浓度相关。,1.饱和蒸气压图,下面是水，水溶液体系的饱和蒸气压图。,物质的饱和蒸气压 p，对温度 T 做图，即得到物质的饱和蒸气压图。,1.2.3 溶液沸点升高,水，水溶液体系的饱和蒸气压图,纵坐标：蒸气压 p,横坐标：温度 T,l1 水线,l2 水溶液线,从图中可以看出（1）随着温度的升高，水和水溶液的饱和蒸气压都升高。,（2）同一温度，水溶液的饱和蒸气压低于水的饱和蒸气压。,（3）拟使水的饱和蒸气压等于外界大气压力 1.013 105 Pa，需要 37

12、3 K，见图中 A 点。,故水的沸点是 373 K。,（4）在 373 K 时，溶液的饱和蒸气压小于外界大气压力 1.013 105 Pa，溶液未达到沸点。,即 T1 是溶液的沸点，比纯水的沸点 373 K 高。,可见，由于溶液的饱和蒸气压的降低，导致溶液沸点升高。,即水溶液的沸点高于纯水。,2.沸点升高计算公式,用 Tb 表示沸点升高值，,Tb 直接受 p 影响，Tb p,比例系数用 kb 表示，则有 Tb=kbm,而 p=km，故 Tb m,Tb p,Tb=kbm,最常见的溶剂是 H2O，其 kb=0.513,kb 称为沸点升高常数。不同的溶剂 kb 值不同。,结论是溶液的沸点升高值与其质

13、量摩尔浓度成正比。,kb 的单位？,Tb=kbm,Tb=kbm,kb 的单位为 Kkgmol1,例 1.3 100 g 水中溶有 5.0 g葡萄糖（C6H12O6），试求所得水溶液的沸点比纯水的升高多少？,已知水的 kb=0.513 Kkgmol1。由葡萄糖的化学式 C6H12O6 可得，其摩尔质量为 180 gmol1。,用 m 表示葡萄糖溶液的质量摩尔浓度，则有,5.0 g 葡萄糖溶于 100 g 水中，,5.0 g 葡萄糖溶于 100 g 水中,将质量摩尔浓度 m 代入沸点升高公式 Tb=kbm 中，得,求得 Tb=0.14 K,计算公式成立的条件是：,不挥发的非电解质的稀溶液。,（1）

14、溶质有挥发性的溶液,由后续课程讲授,（2）浓溶液 公式的推出，曾用到稀溶液的条件，即 n（质）n（剂）。,因此浓溶液虽然有沸点升高现象，但定量关系不准确，不能用公式计算。,（3）电解质溶液,定量关系不确切，不能用公式计算。,溶质不发生解离，是质量摩尔浓度 m 与溶液表面不挥发的质点数之间存在准确定量关系的重要前提。,例如 NaCl，解离成为 Na+和 Cl。,m=1 molkg1 时，质点浓度似乎是 2 molkg1。,而由于 Na+和 Cl 之间的相互吸引，又使得发挥作用的质点浓度不足 2 molkg1。,故对于电解质溶液，定量关系不确切，不能用公式计算。,所以对于电解质溶液，仍有蒸气压降低、沸点升高等性质。,但是只可以定性地讨论和推理，而一般不用公式进行定量计算。,1.3 晶体结构基本概念,生活中常见的金属器材，实验室中的固体试剂，自然界的砂子、岩石等，绝大多数是由晶体构成的。,构成晶体的粒子，包括原子、离子或分子在晶体内部呈周期性有规律排列。,讨论晶体结构，研究晶体内部粒子的规律性排列，势必要接触晶体的对称性。,因此简单认识和了解有关对称性的基础知识是完全必要的。,1.3.1 对称性,下面将有限几何图形中常见的对称性作一简单介绍，尽管这种对称性与无限的晶体的对称性还有很多不同。,1.旋转和旋转轴,正方形绕着经过其对角线交点且垂直于