第二章 化学基础知识.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 化学基础知识,2-1,气体,2-2,液体,和溶液,2-3,固体,2-1,气体,2-1-1 气体分子运动论,2-1-2 理想气体,假设有一种气体，它的分子只有位置而不占有体积，是一个具有质量的几何点；分子之间没有相互吸引力，分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失。,理想气体（实际气体在高温和低压下比较接近理想气体）,描述气体性质的物理量：,压力(,P),体积(,V),温度(,T),物质的量(,n),状态函数,1、理想气体的状态方程式,波义尔定律：当,n,和,T,一定时，气体的,V,与,p,成反比,V,1/,p,（21）,注意：,R,的取值，,P,、,V,、,n,、,单位之间关系,查理-盖吕萨克定律：,n,和,p,一定时,，,V,与,T,成正比,V,T,（22）,阿佛加德罗定律：,p,与,T,一定时，,V,和,n,成正比,V,n,（23）,以上三个经验定律的表达式合并得,V,nT/p,(24),实验测得（2-4）的比例系数是,R，,于是得到,pV,=,nRT,(25),理想气体状态方程式,2-1-2 理想气体,2、,气体分压定律,分压,:,指在相同温度下混合气体中的某种气体单独占有混合气体的体积时所呈现的压强。（,P,i,表示）,分体积,：,在相同温度下，组分气体具有和混合气体相同压力时所占的体积。（,V,i,表示）,道尔顿分压定律,：,混合气体的总压等于组成混合气体的各气体的分压之和。,P,总,=,p,i,=p,1,+p,2,+p,3,+,P,总、,P,i,、,V,总、,V,i,、,n,总、,n,i,之间的关系,:,x,i,=,n,i,/n,总,（,2,12,）,n,i,:,称为混合气体中某气体的摩尔分数,.,P,i,V,总,=,n,i,RT,(213),P,总,V,i,=,n,i,RT,(2,14),P,总,V,总,=,n,总,RT,(215),P,i,/P,总,=,n,i,/n,总,P,i,=,x,i,P,总,(21,6),称为混合气体中某气体的摩尔分数。,2、,气体分压定律,3、气体扩散定律,英国物理学家格拉罕姆（,Graham,）,指出：同温同压下，气体的扩散速度与共密度的平方根成反比,或,即,（式,2,17,）,u,：表示扩散速度；,：表示密度,3、气体扩散定律,由于,（式,2,20,）,因为同温同压下，气体的密度与其相对分子质量成正比，所以式(2-1,7),可以写成：,式,(2-20),表示，在同温同压下，气体的扩散速度与其相对分子质量的平方根成反比。,例2-,5,例2-,6,2-1-3 实际气体状态方程式（自学）,在恒温条件下，一定量理想气体的,pV,乘积是一个常数，而实际气体却不是这样。,2-1-3 实际气体状态方程式（自学）,因此考虑分子间引力时(2-13)式变为：,(,p+p,内,)(,V-,nb,)=,nRT,p,内,=,a(n/V),2,2-1-3 实际气体状态方程式（自学）,2-1-4 气体的液化（自学）,气体变成液体的过程叫做液化或凝聚。,2-1-6 气体分子运动论（自学）,2-1-5 气体分子的速率分布和能量分布（自学）,2-2 液体和溶液,液体的性质：,液体没有固定的外形和显著的膨胀性，有确定的体积，一定的流动性、一定的掺混性、一定的表面张力，固定的凝固点和沸点。,2-2-1 液体的蒸发,饱和蒸气所产生的压强叫做,饱和蒸气压,，简称,蒸气压,。,1,、蒸发过程,2,、凝聚过程,3,、饱和蒸气压,2-2-1 液体的蒸发,图28 几种液体的蒸气压曲线,2-2-1 液体的蒸发,对同一种液体：,2-2-1 液体的蒸发,lg,=,（228）,（228）称为,克劳修斯克拉贝龙方程式,4、,蒸发热,维持液体恒温恒压下蒸发所必须的热量，称为液体的,蒸发热,。,在一定的温度和压强下蒸发1,mol,液体所需要的总热量，称为该液体的,摩尔蒸发热,。,不同的液体，分子间作用力不同，蒸发热必不同；同一液体，温度不同，蒸发热也不相同。,一般来说，蒸发热越大，液体分子间作用力越大。,2-2-1 液体的蒸发,2-2-2 液体的沸点,利用液体沸点随外界气压变化的性质，对于高沸点或加热易分解的物质，可以采用减压蒸馏的方法实现分离和提纯的目的。,从图中可以看出，外界气压升高，液体的的沸点升高；外界气压下降，液体的沸点也随之下降。,2-2-2,液体的沸点,2-2-3,水,2-2-3-1,水的结构,水有一些反常的物理性质：,2-2-3-2,水的物理性质,一个标准大气压下：,水的相图,水的相图,水的相图：,水在不同的,P,、,T,下，其状态不同，根据实验数据可以绘出水的状态和温度、压力之间关系的几何图，叫水的状态图，又叫水的相图。,在水的相图中，有三条线、三个区及一个点，它们是：,OA,线：水的蒸气压曲线，它代表水的饱和蒸气压随温度变化的情况。,A,是临界点（,T=647K,，,P=2.209,10,7,Pa,）。,OB,线：冰的蒸气压曲线（升华曲线），代表冰的蒸气压随温度变化的情况。,OC,线：水的凝固点曲线，代表水的凝固点随压力改变的情况。,三条曲线的共同点都是两相处于平衡状态。要维持体系的两相平衡状态，必须使体系所处的条件（,P,、,T,）沿着曲线变动。因此,P,、,T,这两个条件中只能自由地改变一个，另一个则必然随之而确定，否则平衡状态会破坏。,水的相图,在水的状态图中，三条曲线将平面分成三个区：,固相区（,COB,）、液相区（,COA,）、气相区（,BOA,）。在每个区中，都只有一个相，叫做单相区。在单相区中，温度和压力可在一定范围内自由改变而不会引起旧相消失和新相生成。单相区内的任一点都是由温度和压力两个条件同时决定的。,在水的相图中，,O,点是三个相的交点，叫做三相点。该点所对应的温度和压力是固定的（,T=273.0098K,，,P=6.105,10,2,Pa,）。在该条件下，三相共存于平衡体系中，若改变任何一个条件，三相平衡即遭破坏。,注意,三相点与通常说的水的冰点不同。三相点是指纯水而言的，是单组分体系，是指水在它自己的蒸气压（,610.5Pa,）下的凝固点。而冰点是在,101.325kPa,压力下被空气饱和了的水结冰时的温度。,水的相图,2-2-3-3,水的化学性质,2-2-4,溶液,2-2-4-1,溶液的一般概念,2-2-4-2,溶液的浓度,（,1,）质量摩尔浓度,（,2,）物质的量浓度,（,3,）质量分数,b,B,=,溶质,B,的物质的量,溶剂的质量,（,molkg,-1,）,C,B,=,n,B,V,=,溶质,B,的物质的量,溶液的体积,（,molL,-1,）,B,=,m,B,m,=,n,B,m,A,（）摩尔分数,x,质,=,n,质,n,液,（）体积分数,B,=,V,B,V,总,x,i,=1,(2-22),或,n,质,n,质,+,n,剂,x,质,=,对于稀溶液：,x,剂,x,质,，,x,质,=,n,质,n,质,+,n,剂,n,质,n,剂,对于水溶液，,x,质,n,质,n,剂,=,b,55.56,(2-23),(2-24),K=,1,55.56,x,质,Kb,摩尔分数与质量摩尔浓度的近似关系：,质量分数与物质的量浓度的关系：,C=(,1000)/M,C-,物质的量浓度；,-,质量分数；,-,密度；,M-,摩尔质量,C,1,V,1,=C,2,V,2,2-2-4-3,溶解度原理,溶解度的概念及单位：,一定温度和压力下,溶质在一定量溶剂中形成饱和溶液时，被溶解的溶质的量称为该溶质的溶解度。,固体物质溶解度的单位习惯上用,g/100gH,2,O,表示。,气体物质的溶解度一般用,g,L,-1,或,mol,L,-1,表示，或用,L,L,-1,表示，在表示时需要标明,温度和压力。,影响溶解度的因素：,本性,溶剂,压强,温度,液,液相溶,液,固溶解,气,液溶解,（,1,）本性,（,1,）溶质分子与溶剂分子的结构越相似，相互越容易溶解。例如，甲醇、乙醇、戊醇等在水中的溶解。,（,2,）溶质分子的分子间力与溶剂分子的分子间力越相似，越易互溶。,（,3,）若溶质分子与水分子能形成氢键，则在水中的溶解度相对较大。,（,2,）温度对溶解度的影响,对气体而言,P,增大,S,增大。,亨利定律 ：,C,i,=K P,i,C,i,为气体在溶液中的浓度，,P,i,为,i,气体分压，,K,为亨利常数。,（,3,）压强对溶解度的影响,在一定温度下，一种溶质分配在互不相溶的两种溶剂中的浓度之比值为一常数，称为分配常数。,K=,K,为分配系数，为,B,溶质在,溶剂中的浓度，,为,B,溶质在,溶剂中的浓度。,2-2-4-4,分配定律,根据分配定律，第一次萃取后剩余量,m,1,K=,第二次萃取剩余量,m,2,因为:,K=,依次类推,n,次萃取后剩余量,m,n,2-2-5,非电解质溶液的依数性,非电解质稀溶液,的,蒸气压下降,、,沸点升高、凝固点下降和渗透压,等性质仅与溶质的量有关而与溶质的本性无关，这些性质称稀溶液的,依数性,，又称,稀溶液通性,。,稀溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低。,法国物理学家,拉乌尔,根据实验得出结论：,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乘以溶剂的摩尔分数。,（拉乌尔定律）,P=P,*,x,剂,（,2,26,）,P,溶液的蒸气压；,P,*,纯溶剂的蒸气压；,X,剂,溶剂,B,的摩尔分数。,2-2-5-1,蒸气压下降,（,1,）式变形：,P=,P,*,x,质,；（,2-27,）,p,溶液蒸气压下降值，,x,质,溶,质,的摩尔分数。,或：,P=k,b,（,2-28,）,K,蒸气压下降常数,仅与溶剂有关；,m,溶液的质量摩尔浓度。,若溶质和溶剂都有挥发性，,拉乌尔定律仍然适用：,P=P,A,+P,B,=P,A,x,A,+P,B,x,B,（,4,）,难挥发非电解质稀溶液的沸点比纯溶剂的高：,T,b,=K,b,b,T,b,溶液的沸点上升值，,T,b,=T,b,-T,b,0,；,K,b,沸点上升常数，仅与溶剂有关；,b,溶液的质量摩尔浓度。,沸点上升实验是测定溶质的摩尔质量的经典方法之一。,2-2-5-2,沸点升高,2-2-5-3,凝固点下降,物质的凝固点是指在一定外界压力下物质的液相蒸气压和固相蒸气压相等时的温度，即固液共存的温度。水的凝固点为,273.15K(,外压为,101.325kPa),。,难挥发非电解质稀溶液的凝固点比纯溶剂的低，而且有下关系：,T,f,=,K,f,b,T,f,溶液凝固点下降值，,T,f,=T,f,0,-T,f,；,K,f,凝固点下降常数,仅与溶剂有关；,b,溶液的质量摩尔浓度。,用凝固点下降实验测量溶质的摩尔质量，也是测定相对分子质量的经典实验方法之一。,2-2-5-4,渗透压,溶剂分子透过半透膜由纯溶剂（或较稀溶液）一方向溶液（或较浓溶液一方）扩散使溶液变稀的现象。例如植物的根系从土壤中吸取水分、皮肤出汗等现象。,只允许溶剂分子自由通过而溶质分子不能通过的膜状物质。例如新鲜的萝卜皮、肠衣、植物果实的外皮等。,h,渗透压,渗透压：施与溶液液面阻止纯溶剂通过半透膜向溶液渗透的压强。,与理想气体方程无本质联系。,：,渗透压；,V,：,溶液体积；,R,：,气体常数；,n,：溶质物质的量；,c,：体积摩尔浓度；,T,：,温度；,R=8.388 J mol,-1,K,-1,Vant Hoff(,范特霍夫,),渗透压平衡与生命过程的密切关系：,给患者输液的浓度；植物的生长；,人的营养循环。,结论：,蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降，渗透压都是难挥发的非电解质稀溶液的通性；它们只与溶剂的本性和溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关。,2-2-5-5,依数性的应用,（,a,）测定物质的摩尔质量,例,2,8,在,26.6gCHCl,3,中溶解,0.402g,难挥发非电解质溶质，所得溶液的沸点升高了,0.432K,，,CHCl,3,的沸点升高常数为,3.63Kkgmol,-1,，求该溶质的平均分子质量,M,r,。,例,2,9,把,0.322g,萘溶于,80g,苯中所得的溶液的凝固点为,278.34K,，求萘的摩尔质量。,（,b,）制作防冻剂和致冷剂,例,2,10,为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的冰点下降到,253K,，即,T,f,=20.0K,，则在每,1000g,水中应加入甘油多少,g,？,在实验室中常用食盐和冰的混合物作致冷剂，在一定配比时，最低温度可达,250.6K,，氯化钙和水的混合物最低温度可达,218K,。,（,c,）配制等渗溶液,人的血液的渗透压为,780kPa,，向病人作静脉输液的各种溶液的渗透压必须与血液的相等，称为,等渗溶液,，例如,5%,的葡萄糖溶液、,0.9%,的生理盐水等。比等渗溶液的渗透压高的溶液叫,高渗溶液,，低的叫,低渗溶液,。,注意：,1,、浓溶液也有蒸汽压降低、沸点升高、冰点下降的现象，但定量关系不准确。,2,、电解质溶液也存在以上现象，定量关系也不确切。,2-3 固体,2-3-1 晶体与非晶体,1、概念：,晶体：固体内部质点呈现规则的空间排列。,非晶体：固体内部质点空间排列豪无规则。,液体,固体,凝固,熔化,2-3-1 晶体与非晶体,2、晶体与非晶体的不同点,（,1）,可压性和扩散性均不同。,（,2）,完整晶体有固定的外形，非晶体没有。,（,3）,晶体有固定的熔点，非晶体没有。,（,4）,晶体有各向异性，非晶体则是各向同性的。,根据晶体中有序排列的质点的性质，可以将晶体分为：,分子晶体,离子晶体,原子晶体,金属晶体,气体分子运动,波义尔,理想气体状态方程式的,R,值：,P、V,的单位,R,值,R,的单位,Pam,3,PaL,atmL,mmHgmL,8.3143,8314.3,0.08206,62363,Pam,3,mol,-1,K,-1,或,J mol,-1,K,-1,PaL mol,-1,K,-1,atmL,mol,-1,K,-1,mmHgmL,mol,-1,K,-1,例,2,1,：一玻璃烧瓶可以耐压,3.04,10,5,Pa,，在温度微,300K,和压强为,1.013,10,5,Pa,时，使其充满气体。问在什么温度时，烧瓶将炸破。,例,2,2,：,27,和,101KPa,下，,1.0dm,3,某气体质量为,0.65g,。求它的相对分子质量。,例2,3:,某温度下，将,210,5,Pa,的,O,2,3dm,3,和,310,5,Pa,的,N,2,dm,3,充入,6dm,3,的真空容器中，求混合气体的各组分的分压及总压。,例,2,4,：制取氢气时，在,22,和,100kPa,下，用排水集气法收集到气体,1.26,dm3,。在此温度下水的蒸气压为,2.7kPa,，求所得氢气的质量。,例2-,5,：,50,cm,3,氧气通过多孔隔膜扩散需20秒，20,cm,3,另一种气体通过该膜扩散需9.2秒，求这种气体的相对分子质量。,例2-,6,：,将氨气和氯化氢气体同时从一根120,cm,长的玻璃管两端分别向管内自由扩散。试问两种气体在管内什么位置相遇而生成,NH4Cl,白烟？,