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第二章第二章 化学基础知识化学基础知识l气气 体体l液液 体体l固固 体体第1页第1页2.1 气体气体气体最基本特性：含有可压缩性和扩散性抱负气体：抱负气体：分子之间没有互相吸引和排斥，分子本身体积相对于气体所占有体积完全能够忽略，分子间及分子与器壁间碰撞不造成动能损失。低压高温下气体靠近于抱负气体低压高温下气体靠近于抱负气体2.1.1 抱负气体抱负气体第2页第2页2.1.1.1 抱负气体状态方程抱负气体状态方程对气体状态进行描述时，惯用下列物理量：物质量（n）单位（mol）体积（V）指气体所在容积体积压强（p）气体分子无规则运动时，对器壁发生 了碰撞而产生了气体压强温度（T）热力学温度（K）第3页第3页当n,T一定期 V 1p p1V1=p2V2 波义耳定律当n，p一定期V T V1V2=T1T2 查理-盖吕萨 克定律当p，T一定期V n n 1n2=V1 V 2 阿佛加德罗定律几种经验定律：几种经验定律：综合以上三式，可合并为 V nTP 第4页第4页试验测得百分比系数为R，则 V=nRT p 通常写成 pV=nRT 抱负气体状态方程抱负气体状态方程R摩尔气体常数R=8.314 Pam3mol-1K-1 Jmol-1K-1R值也能够进行下列推导单位单位：p-Pa V-m3 T-K n-mol第5页第5页STP下，下，1 mol 抱负气体体积抱负气体体积 22.4 LSTP:p=1 atm=760 mmHg=1.01325105 Pa T=273.1K,n=1.0 mol Vm=22.414L=22.41410-3m3=8.314Jmol-1K-1第6页第6页2.1.1.2 抱负气体状态方程应用抱负气体状态方程应用1）计算）计算p，V，T，n四个物理量之一。四个物理量之一。2 2）气体摩尔质量计算）气体摩尔质量计算M=Mr gmol-1用于温度不太低，压力不太高真实气体第7页第7页=m/V3 3）气体密度计算）气体密度计算第8页第8页例2-1：在容积为10.0dm3真空钢瓶内充入氯气，当温度为288K时，测得瓶内气体压强为1.01107Pa。试计算钢瓶内氯气质量，以公斤表示。解：由，推出=2.99kg第9页第9页例2-2：在373K和100kPa压强下，UF6（密度最大一个气态物质）密度是多少？是H2多少倍？解：由，推出或第10页第10页 某气体化合物是氮氧化物，其中含氮质量分数为30.5%。在一容器中充有该氮氧化合物，质量是4.107g，其体积为0.500 L，压力为202.7 kPa,温度为0，求：（1）在STP条件下该气体密度；（2）该化合物相对分子质量；（3）该化合物分子式。(1)4.11 gL-1(2)M=92.0 gmol-1(3)N2O4 练习：第11页第11页混合气体：由两种或两种以上、互相之间不发生反应气体混合在一起构成体系。组分气体：混合气体中每一个气体。2.1.1.3 混合气体分压定律混合气体分压定律假设各组分气体物质量为ni混合气体物质量为n则有i种组分气体摩尔分数用xi表示，则第12页第12页分压定律（分压定律（道尔顿分压定律道尔顿分压定律）：）：混合气体总压等于混合气体中各组分气体分压之和。分压：分压：指组分气体i在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生压强，用 表示。条件：恒温等容条件：恒温等容第13页第13页将两式相比，得因此对于混合体系分压求解第14页第14页例2-3：某容器中含有NH3、O2、N2等气体混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体总压 p=133.0kPa，试计算各组分气体分压。解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200(mol)=0.320+0.180+0.700第15页第15页分压定律主要应用排水集气法第16页第16页例题2-4:用亚硝酸铵受热分解办法制取纯氮气，反应下列：NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)，假如在19、97.8kPa下，以排水集气法在水面上搜集到氮气体积为4.16 L，计算消耗掉亚硝酸铵质量。解：T=(273+19)K=292K p=97.8kPa V=4.16L 292K 时，p(H2O)=2.20kPa 则 p(N2)=p-p(H2O)Mr(NH4NO2)=64.04 n(N2)=0.164molNH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)64.04g 1molm(NH4NO2)=?0.164mol m(NH4NO2)=10.5g第17页第17页2.1.1.4 混合气体分体积定律混合气体分体积定律分体积：分体积：混合气体中某一组分B分体积VB是该组分单独存在并含有与混合气体相同温度和压力时所占有体积。分体积定律（分体积定律（阿麦加分容积定律阿麦加分容积定律）：）：混合气体总体积等于混合气体中各组分气体分体积之和。条件：恒温等压条件：恒温等压第18页第18页称为称为B B体积分数体积分数分体积求解第19页第19页例题2-5：在298K时，将压力为3.33104PaN2 0.2 L和压力为4.67104PaO2 0.3 L移入0.3 L真空容器中。问混合气体中各组分气体分压力、分体积和总压力是多少？混合气体总压 P=P(N2)+P(O2)=2.22104+4.67104=6.89104(Pa)N2 分体积 O2分体积 解：因n,T一定，则 P1V1=P2V2N2分压 P(N2)=3.33104 =2.22104(Pa)O2分压 P(O2)=4.67104=4.67104(Pa)第20页第20页2.1.1.5 气体扩散定律气体扩散定律气体扩散定律是指同温同压下某种气态物质扩散速度与其密度平方根成反比。（1831年，T.Graham）即u 扩散速度 气体密度由代入得同温同压下，气体扩散速度与其相对分子质量平方根成反比。第21页第21页例题2-6：50cm3氧气通过多孔性隔阂扩散需要20秒,20cm3另一个气体通过该膜需要9.2秒,求这种气体相对分子质量.解:单位时间内气体扩散体积与扩散速度成正比,故第22页第22页2.1.2 实际气体状态方程实际气体状态方程实际气体受两个相反原因互相消长影响：（1）实际分子本身有一定体积，因此比抱负气体更不易压缩，pV实 RT（2）实际气体分子之间有吸引力，因此比抱负气体更容易压缩，pV实 RT实际气体体积实际气体体积 实际气体分子能够活动空间 P,即即 H2O此时并未平衡，继续蒸发，此时并未平衡，继续蒸发，以致于钟罩内蒸气压不小于糖水液面蒸气压力，为了保持互相以致于钟罩内蒸气压不小于糖水液面蒸气压力，为了保持互相平衡，平衡，H2O 分子开始凝聚到糖水中分子开始凝聚到糖水中,使得蒸气压不能达到使得蒸气压不能达到 P0。于是，于是，H2O 分子从分子从 H2O 中蒸出而凝聚入糖水。使得糖水体积中蒸出而凝聚入糖水。使得糖水体积不断扩大，纯水体积不断减小，直至纯水体积为零，达到糖水不断扩大，纯水体积不断减小，直至纯水体积为零，达到糖水溶液与空气中水蒸气压相平衡为止。溶液与空气中水蒸气压相平衡为止。改变主线原因是溶液饱和改变主线原因是溶液饱和蒸气压下降蒸气压下降。第46页第46页若改为两杯浓度不同糖水，其结果又会怎样？两杯两杯糖水浓度相同！糖水浓度相同！第47页第47页溶液蒸气压下降溶液蒸气压下降第48页第48页难难挥发性挥发性非非电解质电解质稀溶液蒸气压稀溶液蒸气压与稀溶液中与稀溶液中溶剂溶剂物质量分数成正比。物质量分数成正比。3）拉乌尔定律）拉乌尔定律（1887，法国物理学家），法国物理学家）对于只含有一个难挥发性非电解质溶质稀溶液对于只含有一个难挥发性非电解质溶质稀溶液 xA+xB=l，xA=l xB，在温度一定期，难挥发性非电解质稀溶液在温度一定期，难挥发性非电解质稀溶液蒸气压减少蒸气压减少（p p）与溶液中与溶液中溶质溶质物质量分数成正比物质量分数成正比 p=po(1-xB)p=po-po xB po p=p=po xB第49页第49页稀溶液中，溶剂物质量远远不小于溶质物质量稀溶液中，溶剂物质量远远不小于溶质物质量 即即nA nB*在温度一定期，难挥发性非电解质稀溶液在温度一定期，难挥发性非电解质稀溶液蒸气压下降蒸气压下降（p p）与与溶液质量摩尔浓度溶液质量摩尔浓度成正比，与溶质本性成正比，与溶质本性无关无关。稀溶液蒸气压下降常数稀溶液蒸气压下降常数K 只与溶剂本性相关，与溶液质只与溶剂本性相关，与溶液质量摩尔浓度无关。量摩尔浓度无关。将将xBbBMA代入式代入式p=po xB中得中得 p=po MAbB=K bB第50页第50页例例2-13：已知：已知293K时水饱和蒸气压为时水饱和蒸气压为2.338kPa。将。将17.10g蔗蔗糖糖(C12H22O11)和和3.003g尿素尿素CO(NH2)2分别溶解于分别溶解于1000.0g水中。试计算这两种溶液蒸气压。水中。试计算这两种溶液蒸气压。因此，蔗糖溶液蒸气压因此，蔗糖溶液蒸气压解：蔗糖摩尔质量解：蔗糖摩尔质量MC12H22O11342.0g/mol，则溶液质量，则溶液质量摩尔浓度摩尔浓度第51页第51页由于尿素摩尔质量由于尿素摩尔质量MCO(NH2)2=60.05g/mol，则溶液质量，则溶液质量摩尔浓度摩尔浓度因此，在尿素溶液中溶剂水物质量分数因此，在尿素溶液中溶剂水物质量分数因此，尿素溶液蒸气压因此，尿素溶液蒸气压结果表明，两种溶液溶剂物质量分数相同，因此它们蒸气压结果表明，两种溶液溶剂物质量分数相同，因此它们蒸气压就相同。就相同。第52页第52页2.2.2.2 溶液沸点溶液沸点液体液体沸点沸点(Tbo):液体蒸气压等于外界压力时温液体蒸气压等于外界压力时温度。度。液体液体正常沸点正常沸点:外压为外压为 101.325kPa 时沸点。时沸点。1）沸点）沸点第53页第53页2）影响沸点高下原因）影响沸点高下原因*与物质本性相关，在一定外压下，易挥发液体沸点与物质本性相关，在一定外压下，易挥发液体沸点低；低；*同一物质，沸点与外压相关，外压越大，沸点越高同一物质，沸点与外压相关，外压越大，沸点越高;*外压一定期，纯物质有固定沸点外压一定期，纯物质有固定沸点第54页第54页3）溶液沸点）溶液沸点向纯溶剂中溶入向纯溶剂中溶入难挥发性难挥发性物质后，溶液蒸气压减少，要使物质后，溶液蒸气压减少，要使得溶液蒸气压与外界压力相等，就必须升高温度，因此，得溶液蒸气压与外界压力相等，就必须升高温度，因此，溶液沸点升高溶液沸点升高。试验表明，试验表明，难挥发性非电解质稀溶液难挥发性非电解质稀溶液沸点升高数值，均与沸点升高数值，均与其蒸气压减少数值成正比，即其蒸气压减少数值成正比，即沸点升高常数沸点升高常数*难挥发性非电解质稀溶液难挥发性非电解质稀溶液沸点升高沸点升高（TbTb）只）只与与溶液质量摩溶液质量摩尔浓度尔浓度成正比，与溶质本性成正比，与溶质本性无关（也称拉乌尔定律）无关（也称拉乌尔定律）。第55页第55页例例2-14：在：在38环境下用乙醚作麻醉剂，环境下用乙醚作麻醉剂，1kg乙醚中至少需乙醚中至少需加多少加多少g难挥发性非电解质？难挥发性非电解质？(已知：乙醚已知：乙醚Tb=34.7，难挥发性非电解质，难挥发性非电解质M=100 g/mol)解：解：第56页第56页4）沸点升高应用）沸点升高应用测定溶质摩尔质量（即相对分子质量）测定溶质摩尔质量（即相对分子质量）第57页第57页2.2.2.3 溶液凝固点溶液凝固点1）凝固点）凝固点 物质固相蒸气压与它液相蒸气压相等时温度，称物质固相蒸气压与它液相蒸气压相等时温度，称凝固点凝固点（T Tf f）。此时固、液两相能够长期共存。此时固、液两相能够长期共存。水凝固点（即冰点）水凝固点（即冰点）常压下水和冰在常压下水和冰在0时蒸气压相（时蒸气压相（0.6106kPa）两相达成平）两相达成平衡，因此水凝固点是衡，因此水凝固点是0。第58页第58页2）溶液凝固点）溶液凝固点 AC为冰蒸气压曲线，为冰蒸气压曲线，AA为水蒸气压曲线，为水蒸气压曲线，BB为稀溶液蒸气压曲线，为稀溶液蒸气压曲线，AA与与AC相交于相交于A点，表示在点，表示在101.325kPa下，冰和水两相平衡共存，其下，冰和水两相平衡共存，其蒸气压都是蒸气压都是0.6106kPa。这一点所相应温度即为水凝固点，此时若向冰水。这一点所相应温度即为水凝固点，此时若向冰水共存体系中溶解入难挥发性非电解质，就会引起溶液中溶剂蒸气压下降，共存体系中溶解入难挥发性非电解质，就会引起溶液中溶剂蒸气压下降，但对冰蒸气压却没有影响，因此冰就会融化，也就是稀溶液蒸气压低于但对冰蒸气压却没有影响，因此冰就会融化，也就是稀溶液蒸气压低于0.6106kPa，稀溶液和冰不能平衡共存。假如进一步减少温度，稀溶液蒸，稀溶液和冰不能平衡共存。假如进一步减少温度，稀溶液蒸气压曲线和冰蒸气压曲线相交于气压曲线和冰蒸气压曲线相交于B点，此时稀溶液中溶剂蒸气压与冰蒸点，此时稀溶液中溶剂蒸气压与冰蒸气压相等，稀溶液和冰平衡共存。此时温度，即气压相等，稀溶液和冰平衡共存。此时温度，即B点温度就是点温度就是稀溶液凝稀溶液凝固点固点。第59页第59页试验表明，难挥发性非电解质稀溶液凝固点减少数值，与试验表明，难挥发性非电解质稀溶液凝固点减少数值，与其蒸气压减少数值成正比，即其蒸气压减少数值成正比，即凝固点减少常数凝固点减少常数*难挥发性非电解质稀溶液难挥发性非电解质稀溶液凝固点减少凝固点减少（T Tf）只）只与与溶液质量溶液质量摩尔浓度摩尔浓度成正比，与溶质本性成正比，与溶质本性无关（也称拉乌尔定律）无关（也称拉乌尔定律）。3）溶液凝固点减少）溶液凝固点减少第60页第60页3）溶液凝固点减少应用）溶液凝固点减少应用*测定溶质相对分子质量测定溶质相对分子质量第61页第61页凝固点减少法应用更为广泛凝固点减少法应用更为广泛l1、多数、多数Kf Kb即即Tf Tb，灵敏度更高；，灵敏度更高；l2、低温下进行，多次重复不会破坏样品。、低温下进行，多次重复不会破坏样品。溶剂溶剂 Tbo()Kb(Kkg/mol)Tfo()Kf(Kkg/mol)乙酸乙酸 118 2.93 17.0 3.90 水水 100 0.512 0.0 1.86苯苯 80 2.53 5.5 5.10乙醇乙醇 78.4 1.22 -117.3 四氯化碳四氯化碳 76.7 5.03 -22.9 32.0乙醚乙醚 34.7 2.02 -116.2 1.8萘萘 218 5.80 80.0 6.0第62页第62页*致冷剂致冷剂冰盐混合物可用作制冷剂冰盐混合物可用作制冷剂原理原理:冰表面总是附着有少许水冰表面总是附着有少许水,冰水共存冰水共存,温度为零度。温度为零度。当撒上盐后当撒上盐后,盐溶解于水形成溶液盐溶解于水形成溶液,由于溶液蒸气压下由于溶液蒸气压下降降,低于冰蒸气压低于冰蒸气压,溶液和冰不能平衡共存溶液和冰不能平衡共存,冰就会融冰就会融化化,冰融化需要吸取大量热冰融化需要吸取大量热,冰盐混合物温度就会减少冰盐混合物温度就会减少,因此冰盐混合物可用作制冷剂。因此冰盐混合物可用作制冷剂。比如：用比如：用NaCl和冰混合，和冰混合，-22;用用CaCl2 和冰混合物，和冰混合物，-55；第63页第63页讨论题：1.把把一一块块冰冰放放在在273K水水中中，另另一一块块放放在在273K盐盐水中，各有什么现象？水中，各有什么现象？2.把把相相同同质质量量葡葡萄萄糖糖和和甘甘油油分分别别溶溶入入1Kg水水中中，所所得得溶溶液液沸沸点点是是否否相相同同？假假如如把把相相同同物物质质量量葡葡萄糖和甘油溶入萄糖和甘油溶入1Kg水中，结果又是怎么样？水中，结果又是怎么样？第64页第64页2.2.2.4 渗入压渗入压1）渗入现象）渗入现象溶剂（水）分子通过半透膜，由纯溶剂扩散进入溶液（或溶剂（水）分子通过半透膜，由纯溶剂扩散进入溶液（或由稀溶液进入浓溶液）现象被称为由稀溶液进入浓溶液）现象被称为渗入渗入第65页第65页2）渗入现象产生条件、结果和方向）渗入现象产生条件、结果和方向渗入渗入条件：条件：（1 1）半透膜存在）半透膜存在渗入渗入结果：结果：缩小膜两侧浓度差缩小膜两侧浓度差溶剂分子从溶剂分子从纯溶剂纯溶剂溶液溶液，或是从，或是从稀稀溶液溶液浓浓溶液。溶液。（2 2）半透膜两侧溶液浓度不相等，即膜两侧溶液存在浓度）半透膜两侧溶液浓度不相等，即膜两侧溶液存在浓度差差渗入渗入方向：方向：第66页第66页3）渗入平衡与渗入压）渗入平衡与渗入压当溶液液面升高后，其静压力增大，当溶液液面升高后，其静压力增大，驱使溶液中溶剂分子加速通过半透驱使溶液中溶剂分子加速通过半透膜进入纯溶剂。当静压力增大至一膜进入纯溶剂。当静压力增大至一定数值后，单位时间内从膜两侧互定数值后，单位时间内从膜两侧互相通过溶剂分子数目相等，这种状相通过溶剂分子数目相等，这种状态被称为态被称为渗入平衡渗入平衡。当渗入过程达平衡时，水柱不再下降，糖水柱不再升高，此当渗入过程达平衡时，水柱不再下降，糖水柱不再升高，此时液面高度差所造成静压，称溶液渗入压，用时液面高度差所造成静压，称溶液渗入压，用表示。表示。第67页第67页18861886年年，范范特特霍霍夫夫（Vant Vant HoffHoff）依依据据试试验验结结果果指指出出稀稀溶溶液液渗渗入入压压与与溶溶液液体体积积和和温温度度关关系系同同抱抱负负气气体体方方程程式式一致，即一致，即 VnRT 式中式中 溶液渗入压溶液渗入压(kPa)V 溶液体积溶液体积(L)n 溶质物质量（溶质物质量（mol）R百分比常数百分比常数 8.314(J/Kmol)-1 T绝对温度绝对温度(K)(273.15t0C)cB稀溶液物质量浓度稀溶液物质量浓度(mol/L)渗入压也是稀渗入压也是稀溶液依数性之溶液依数性之一一第68页第68页对于稀溶液而言对于稀溶液而言因此因此依据渗入压能够求算溶质相对分子量依据渗入压能够求算溶质相对分子量第69页第69页 例例2-15：1L溶液中含溶液中含5.0g马血红素，在马血红素，在298K时测得溶液渗入压时测得溶液渗入压为为1.8 102Pa，求马血红素相对分子量，求马血红素相对分子量。第70页第70页假如在溶液液面上施加外界压假如在溶液液面上施加外界压力不小于溶液渗入压力，则将力不小于溶液渗入压力，则将会有更多溶剂分子从溶液一方会有更多溶剂分子从溶液一方通过半透膜进入溶剂一方。这通过半透膜进入溶剂一方。这种使渗入现象逆向发生过程被种使渗入现象逆向发生过程被称为称为反渗入反渗入。惯用于从海水中快速提取淡水，惯用于从海水中快速提取淡水，以及废水处理等以及废水处理等第71页第71页难难难难挥发性挥发性挥发性挥发性非非非非电解质电解质电解质电解质稀稀稀稀溶液依数性溶液依数性溶液依数性溶液依数性小结：小结：性性 质质 定定 义义 关关 系系 式式蒸气压下降蒸气压下降 p=po-pp=po xB=K bB沸点升高沸点升高Tb=Tb-TboTb=Kb bBl凝固点减少Tf=Tfo-TfTf=Kf bBl渗入压力=cBRT=bBRT第72页第72页2.3 固体（自学）固体（自学）习题：2-14；2-15；2-16；2-17第73页第73页