无机化学宋天佑版化学基础知识课件.pptx

第2章 化学基础知识2-1-1 理想气体状态方程2-1-2 气体混合物2-1-3 真实气体2-1-4 气体分子动理论2022/5/1412-1 气体2-1 气体2-1-1 理想气体状态方程及应用2022/5/142 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体积可以忽略（具有质量的几何点） 实际气体在低压(101.325kPa)和高温(0)的条件下，接近理想气体等压变化(盖吕萨克定律）: 恒压条件下，气体的体积与其温度成正比VT等温变化（玻意耳定律）： 恒温条件下，气体的体积与压强成反比 PV = C由此： 一定量气体P，V，T之间有如下关系 PV/T = C2022/5/1432022/5/144理想气体状态方程 PV = nRT 在STP下，P = 101325 Pa, T = 273.15 K n = 1.0 mol时, Vm= 22.41410-3 m3 R = 8.314 Pam3K-1mol-1 另一单位制：atm, L, mol, K R=0.08206 atmLK-1mol-1单位换算1atm=101.325kPa=760mmHg 1ml=1cm3=10-3L=10-3dm3=10-6m3 1m=102cm=103mm=106um=109nm=1012pm n=m/M =m/V C=n/V阿佛加得罗定律： 相同温度和压力下，相同体积的不同气体均含有相同数目的分子。

标准条件(standard condition,或标准状况）101.325kPa和273.15K（即0）-STP 标准条件下1mol气体: 粒子数NA=6.021023mol-1 体积 Vm=22.414110-3m32022/5/1452022/5/146理想气体状态方程的应用 推导出气体密度与P，V，T之间的关系设气体质量为m,摩尔质量为M） = m/V, n = m/M 代入PV = nRT注意单位的使用,R用8.314, P、V、T、n均为国际单位,也可以P以kPa,V以L做单位,此时考虑n=m/M PV=mRT/M PM= RT(密度的单位是 g/L) 2022/5/147解：依据 PV=nRT,由题意知，P、V恒定，容器内物质的量减小为原来的四分之三. n1RT1 =n2RT2 n1/n2=T2/T1 4/3= T2/288 T2=384K例1.一敞口烧瓶中盛有空气，欲使其量减少四分之一，需把温度从288K提高到多少？2022/5/148例2.实验室用金属钠与氢气在高温下反应制备NaH反应装置中的空气需用无水无氧的氮气置换氮气由氮气钢瓶提供，该钢瓶体积为50 L，温度25 C，压力为15.2 MPa. 请计算钢瓶中气体的物质的量和质量； 若将反应装置用氮气置换5次后，钢瓶压力下降为13.8 MPa.计算在25 C 、0.1 MPa下，平均每次消耗氮气的体积。

2022/5/149(1)解：依据 PV=nRT,15.21065010-3=n8.314298n=307 mol m=30728= 8589 g(2)解:置换5次后,钢瓶压力降低为13.8MPa,此时钢瓶内的气体物质的量 n= 278.5 mol 即排出的N2=28.5 mol每次排出的气体体积由PV=nRT得到.例2.Page42022/5/1410组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体各组分气体的相对含量可用分体积Vi、分压Pi或摩尔分数xi等表示1.分压定律气体的最基本特征：可压缩性和扩散性2-1-2 气体混合物2022/5/1411 分体积、体积分数、摩尔分数（补充）分体积：指相同温度下，组分气体具有和混合气体相同压力时所占体积O2N2O2+N2+V1、P、TV2、P、TV1+V2、P、T混合气体总体积V总=各组分气体的分体积Vi之和 V总=V1+V2+V3+V4Vi2022/5/1412|2022/5/1413分压定律： 分压：一定温度下，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O2N2O2+N2+T、 V、P总=P1+P2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 P = Pi T、V、P1T、 V、P22022/5/1414PiV=niRT P总V=n总RT分压定律注意：在PV=nRT公式中，不能同时代入分体积和分压2022/5/1415例：潜水员携带的水下呼吸器中充有氧气和氦气的混合气体将25 C，0.10 MPa的46 L O2和12 L He充入体积为5.0 L的储罐中请计算该温度下储罐中两种气体的分压和混合气体的总压2022/5/1416 气液两相平衡时液相表面蒸气的分压即为该液体的饱和蒸气压温度一定，水的分压（饱和蒸气压）为定值2022/5/1417例.温度为18 C，室内气压计指示为753.8 mmHg，某同学在实验室用排水法收集到0.567 L 氢气用分子筛可以除去气体中的水分，得到干氢气请计算同样条件下干氢气的体积和物质的量已知：PH2O(18 C) = 15.477 mmHg)气压计指示的空气压强,是氢气和水蒸汽的压强和PT;排水收集的为湿润氢气,其体积VT=0.567L湿润氢气的分压PH2应从气压计读数中扣除此温度下水蒸汽的饱和蒸汽压.欲求的是去掉水蒸汽后氢气的体积，即分体积VH2. PH2 VT=PTVH22022/5/1418PCO2O2H2理想气体 PVm=RT PVm2-1-3 真实气体2022/5/1419实际气体与理想气体产生偏差：应考虑气体分子本身的体积，在方程中扣除；应考虑内层分子与外层分子间、外层分子与器壁间的作用力。

2022/5/1420实际气体状态方程-范德华方程a、b均为范德华常数，由实验确定a与分子间引力有关;b与分子自身体积有关2022/5/1421对理想气体：PV=nRTP：气体分子对容器壁产生的压力V：气体分子自由活动的空间，即容器的体积实际气体需修正P、VV=(V-nb) nb是n摩尔气体自身的体积2022/5/1422 例.分别按理想气体状态方程式和范德华方程式计算1.50 mol SO2在303K,占有20.0 dm3体积时的压力，并比较两者的相对误差如果体积减少为2.00 dm3，其相对误差又如何？ 解：已知T=303 K，V=20.0 dm3，n=1.50 mol， a=0.6803 Pa m6 mol-2， b=0.563610-4m3 mol-12022/5/14232022/5/1424 PFu 碰撞力与碰撞速度的乘积 Fmv uv N/V Pmv2(N/V) 其中v是具有统计平均意义的方均根速度v rms,同时考虑碰撞的方向因素, PV=Nmv2/3与理想气体状态方程对比: Nmv2/3=nRT NAmv2/3=RT Mv2/3=RT2-1-4 气体分子动理论2022/5/1425方均根速度: Mv2/3=RT vrms=(3RT/M)1/2有关气体分子运动速度还包括最概然速度 vmp,平均速度vav,三者数值不同但十分接近,相对关系如下:Vrms:Vav:Vmp=1.000:0.921:0.816气体分子的速度分布和扩散定律2022/5/14262-2-1 溶液浓度及表示方法2-2 液体和溶液1.质量摩尔浓度mBmB=溶质B的物质的量(mol)溶剂的质量（kg)2.物质的量浓度CB3.3.质量分数质量分数w w4.摩尔分数w =溶 质 的 质 量溶 液 的 质 量xB=nBn总 Xi=12022/5/14282-2-2 非电解质稀溶液的依数性蒸气压下降拉乌尔定律沸点升高凝固点下降渗透压如果将将蔗糖溶解在水中形成溶液，其蒸气压有何变化？蒸气压下降：与纯溶剂相比，难挥发物质的溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气压。

难挥发物质的稀溶液蒸气压会下降的原因: 溶剂的部分表面被溶质占据，单位时间，逸出液面的溶剂分子数减少，即蒸发速率减小，使系统在较低的蒸气浓度或压力下达到平衡即溶液的蒸气压必低于纯溶剂的蒸气压一、蒸气压下降一、蒸气压下降拉乌尔定律拉乌尔定律拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发非拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂摩尔分数的乘积气压与溶剂摩尔分数的乘积拉乌尔定律适用于非电解质稀溶液p=Km 拉乌尔定律的另一表达式m为溶质B的质量摩尔浓度（mol/kg)，K为溶剂的蒸气压下降常数 非挥发性溶质的稀溶液溶液的蒸气压只非挥发性溶质的稀溶液溶液的蒸气压只与单位体积内溶质的粒子数目有关，而与与单位体积内溶质的粒子数目有关，而与溶质分子的组成和性质无关溶质分子的组成和性质无关 若溶质（若溶质（B B）、溶剂（）、溶剂（A A）都有挥发性，）都有挥发性，且两者没有相互作用，可组成理想溶液，且两者没有相互作用，可组成理想溶液，也可以利用拉乌尔定律也可以利用拉乌尔定律. .这时可分别考虑，这时可分别考虑，然后加合：然后加合：P PA A=P=PA A0 0 x xA A ; ; P PB B=P=PB B0 0 x xB B ; ;溶液蒸气压溶液蒸气压P=PP=PA+A+P PB B例：苯与甲苯例：苯与甲苯bslgaco2.21107Pa 101325 610.5273.16K373.15K647K冰点(1)三相点(纯水在其饱和蒸气压下的凝固点）Tt=273.16K, Pt=610.5Pa(2)水的冰点（一大气压下被空气饱和的水和冰的平衡点）Tf=273.15K(3)水的沸点Tb=373.15K(4)水的临界点Tc, Pc Tc=647K,Pc=2.21107Pa 水的相图 和三相点(triple point) 沸点升高沸点升高（液体饱和蒸气压（液体饱和蒸气压= =外压）外压） 1.01105 水 溶液 Tb 373 T T/K 溶液沸点上升 蒸气压 p/Pa 难挥发非电解质稀溶液的沸点纯溶剂沸点难挥发非电解质稀溶液的沸点纯溶剂沸点解释？解释？ TTb b=K=Kb bm m T Tb b: : 沸点上升值；沸点上升值； m m：溶质的质量摩尔浓度：溶质的质量摩尔浓度(mol/kg)(mol/kg)； K Kb b：溶剂的摩尔沸点上升常数：溶剂的摩尔沸点上升常数。

凝固点下降凝固点下降凝固点：固态纯溶剂与液态溶液平衡时的温凝固点：固态纯溶剂与液态溶液平衡时的温度即固体纯溶剂的蒸气压度即固体纯溶剂的蒸气压= =溶液中溶剂的蒸溶液中溶剂的蒸气压时的温度若气压时的温度若P P固固 P P液液，固体熔化；反，固体熔化；反之，凝固之，凝固. .温度/ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -10 -15 -20 -25 冰的蒸气压 /Pa 611 562 517 476 437 402 369 260 165 103 63 水的蒸气压 /Pa 611 568 527 490 455 422 391 冰蒸汽压下降的程度超过水蒸汽压的下降程度！OO00时冰的蒸气压时冰的蒸气压= =水的蒸气压水的蒸气压=611Pa=611Pa由于水溶液的蒸气压下降，水溶液的蒸气压下降，00时水溶液的蒸气时水溶液的蒸气压必低于冰的蒸气压，如果此时溶液中加入压必低于冰的蒸气压，如果此时溶液中加入冰，冰就会融化，融化过程要从系统吸热，冰，冰就会融化，融化过程要从系统吸热，系统温度就会降低系统温度就会降低由于冰的蒸气压曲线坡度大，在由于冰的蒸气压曲线坡度大，在00以下某以下某温度时，冰的蒸气压曲线与溶液的蒸气压曲温度时，冰的蒸气压曲线与溶液的蒸气压曲线相交于一点，这个温度就是溶液的凝固点。

线相交于一点，这个温度就是溶液的凝固点 凝固点降低值凝固点降低值 T Tf f=K=Kf fm m半透膜：只能透过溶剂分子（水），但不半透膜：只能透过溶剂分子（水），但不能透过溶质分子的膜状物质动物的膀胱、能透过溶质分子的膜状物质动物的膀胱、肠衣、细胞膜等肠衣、细胞膜等渗透：渗透：溶剂通过半透膜进入溶液的单方。