绪论第一章物质的聚集状态.ppt

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1、大学化学,College Chemistry,姚淑娟,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,化学变化,物质化学性质,物质的组成、结构,外界条件,化学研究的内容,化学研究的内容,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,大学化学,承担着研究所有元素的单质和化合物的组成、结构、性质和反应的重大任务。,用化学的方法对物质的组成、结构、含量及形态进行分析的一门科学。,大学化学简介,无机化学,分析化

2、学,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,无机化学的内容主要包括,无机化学原理,元素无机化学,-元素单质及化合物的结构、性质、制备应用、鉴别、分 离及去除.,化学反应的限度和反应的方向性,化学反应速率及化学反应速率理论,无机化学的四大平衡,原子结构,分子结构,氧化还原平衡,配位平衡,酸碱电离平衡,沉淀溶解平衡,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,分析化学的内容,S.Yao,Colle

3、ge Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,大学化学课程的内容安排：（64学时）绪论(0.5学时)第一章 物质的聚集状态(3.5学时)第二章 化学热力学初步(8学时)第三章 化学平衡(4学时)第四章 化学反应速率(4学时)第五章 原子结构和元素周期律(8学时)第六章 分子结构和化学键(8学时)第七章 酸碱平衡和酸碱滴定(8学时)第八章 沉淀溶解平衡和沉淀滴定法(6学时)第九章 氧化还原平衡和氧化还原滴定法(6学时)第十章 配位平衡和配位滴定法(6学时),无机化学原理,定量分析,S.Yao,College Chemis

4、try,Department of Materials Science and Engineering,课程成绩考核：,平时成绩（20%）：,期末考试（80%）：闭卷考试，120分钟,作业质量+上课出席+课前预习和记笔记,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,主要参考书目：基础化学李保山，科学出版社(第2版)无机化学武汉大学、吉林大学等校编，高等教育出版社（1994年4月第3版）分析化学武汉大学主编，高等教育出版社（1995年5月第3版）大学化学大连理工大学编普通化学浙江大学普通化学教研组

5、编,高等教育出版社(2002年7月第五版),S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,第一章 物质的聚集状态,通常情况下，物质有几种可能的聚集状态,虽然物质的聚集状态是物理性质的范畴，但研究化学反应时通常涉及物质状态的变化，因此讨论物质的聚集状态亦是化学上很重要的内容。,气态、液态和固态,物质的第四态、第五态：等离子态和超高密度态,处于某一聚集态的物质，分别称之为气体，液体和固体。,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science

6、and Engineering,第一章 物质的聚集状态,1.1 气体1.2 液体和溶液1.3 固体学习要求：了解理想气体的模型及应用价值；掌握理想气体方程式及相关计算；了解混合气体分压定律、分体积定律和气体扩散定律；理解液体的气化、饱和蒸气压、沸点、凝固点等概念和实际意义以及非电解质稀溶液的依数性；,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,通常用气体的物质的量n 压力p 温度T 体积V 来描述气体的状态,1-1 气体,S.Yao,College Chemistry,Department of

7、 Materials Science and Engineering,一、低压气体的几个经验定律玻义耳定律：n和T一定时，V 1/p（1）盖吕萨克定律：n和p一定时，V T（2）阿佛加德罗定律：p与T一定时，V n（3）二、理想气体理想气体严格遵守上述三个经验定律，将以上三个经验定律的表达式合并得 V nT/p设V nT/p 的比例系数为R，得到：pV=nRT 理想气体状态方程式,1-1 气体,显然这样理想化的气体是不存在的，而都是实际气体.但实际气体，在低压、高温的条件下可近似看作理想气体.,分子之间没有相互作用力分子体积与气体体积相比可以忽略不计分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能

8、损失,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,理想气体状态方程式：pV=nRT式中p是气体压力，单位：Pa(帕斯卡)V是气体体积，单位：m3 n是气体物质的量，单位：mol(摩尔)T是热力学温度，单位：K(开尔文)R是气体常数，单位：J mol-1 K-1如，在标准状态下1摩尔气体，压力，温度，体积一般有如下关系P=101325 Pa;V=22.4 dm3;T=273.15 K;从中可以算出:R=PV/nT=101325*22.4/1*273.15=8.314 J.mol-1.-1,注意：P

9、、V、n、T单位要一致只有理想气体及近似理想气体才可用上式计算,气体常数,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,在容积为10.0dm3的真空钢瓶内充入氯气，当温度为288K时，测得瓶内气体压强1.01107Pa，试计算瓶内氯气的质量。,解：由 pV=nRT,代入数据得m2.99Kg,引申：由 pV=nRT,Example,(M为氯气的摩尔质量),S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,根

10、据 理想气体在恒温下的 值应该是一个常数，但实际气体的情况不是这样。273K时CH3F蒸气的 图。试求CH3F的摩尔质量。,Example,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,三、道尔顿（Dalton)气体分压定律,分压力：在相同的温度下，某种气体单独存在并且占有 与混合气体相同体积时该气体的压强，即 pi V总=niRT,分压定律：在温度和体积一定时，混合气体的总压等 于组成混合气体的各气体的分压之和，即 p总pi=p1+p2+p3+,对混合气体则有：p总 V总=n总RT,两式相除得：

11、,物质的量分数或摩尔分数,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,四、阿马格（Amagat)气体分体积定律,分体积：某组分的分体积等于该气体与混合气体温度、压 力相同时并单独存在时占有的体积，即 p总 Vi=niRT,分体积定律：在温度和压力一定时，混合气体的总体 积等于组成混合气体的各气体的分体积之和，即 V总Vi=V1+V2+V3+,对混合气体则有：p总 V总=n总RT,两式相除得：,物质的量分数或摩尔分数,S.Yao,College Chemistry,Department of Ma

12、terials Science and Engineering,25时，装有0.3kPa O2的体积为1dm3的容器A与装有0.06kPa N2的体积为2dm3的容器B用旋塞联结，旋塞打开，待气体混合后，计算：(1)O2和N2的物质的量；(2)O2和N2的分压力；(3)混合气体的总压力；(4)O2和N2的分体积解:(1)混合前后物质的量没有发生变化,Example,O2,1dm3,N2,2dm3,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,（2）O2和N2的分压力是它们分别占据总体积（3dm3）

13、时的压力：（3）混合气体的总压力：（4）O2和N2的分体积：,正确计算某一组分的物质的量分数是计算问题的关键,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,五、气体扩散定律同温同压下，某种气态物质的扩散速度m与其密度r的平方根成反比，这就是气体扩散定律又有，同温同压下，气体的密度r与其相对分子质量M成正比，即,例 若O2从玻璃管的一端扩散到另一端需要200s，同样条件下，H2的扩散通过此管需要的时间为？,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials

14、 Science and Engineering,六、实际气体状态方程式,在低压、高温条件下，一定量理想气体的pV乘积是一个常数，而在高压、低温条件下，非理想气体(实际气体)与理想气体定律有偏差。,1873年，荷兰范德华对理想气体状态方程式进行了修正。,非理想气体,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,从两方面修正：,（1）高压时，气体分子自身的体积不容忽视 p(V-nb)=nRT(b：常数，1mol某气体分子的体积）,（2）高压时，气体分子间的引力不容忽视（p+p内)(V-nb)=nRT

15、 p内=a(n/V)2(a：与分子间引力有关的常数）,因此，实际气体状态方程式为：,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,注：a和b都是与物质有关的经验常数范德华常数。a与分子间的吸引力大小有关，越容易液化的气体，气 体分子间的引力越大，a越大；b与分子本身的体积有关，分子体积越大，b越大；一些实际气体的范德华常数可查表得到。实际气体按此方程计算的结果要比用理想气体状态方程计算结果准确的多。,实际气体状态方程式：,S.Yao,College Chemistry,Department of

16、Materials Science and Engineering,293K时1mol乙炔气的压强体积关系表,nRT,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,七、气体的液化,气体液化的方法：,（1）单纯降温,（2）降温同时增大压强,临界温度（Tc）：在加压下使气体液化所需的最高温度。,临界压强（pc）：在Tc时，使气体液化所需的最小压力。,临界体积（Vc）：在Tc 和pc时气态物质占有的体积。,临界状态：不稳定，气体和液体的性质差别消失。,Tc越低，气体越难液化例如：O2：Tc154.6K=

17、-118.4H2O：Tc647.2K=374.2O2难以液化，H2O易液化,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,1.理想气体状态方程及其应用,pV=nRT,小 结,2.混合气体分压定律、分体积定律和扩散定律及其应用,3.实际气体状态方程式及其应用,4.气体的液化：临界温度(Tc),临界压力(Pc),临界体积（Vc）,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,1-2 液体和溶液,一、液体的

18、蒸发,蒸发过程中影响蒸发速度的因素：温度；分子间作用力,饱和蒸气压,含义：在一定温度下，液体的蒸发和气体的凝聚达到平衡时，液体上方饱和蒸气所产生的压力,蒸发和沸腾,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,pvap是温度的函数，T，pvap,影响蒸气压的因素：a)pvap与物质的本性有关，液体越易挥发，pvap越大；b)pvap与液体的多少和液面上方的空间体积无关；,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engi

19、neering,H：液体的蒸发热（J/mol）,对于某种液体，在不同的温度下，有,两式相减得：,克劳修斯克拉贝龙方程,lg p=A/T+B,实验证明：,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,已知乙醚的蒸发热为25900J/mol，它在293K时的 饱和蒸气压为7.58104pa，试求在308K时的饱和蒸气压。,Example,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,二.液体的沸点(Boi

20、ling point),液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的温度,注：液体的沸点随外压的变化而变化，P外，Tb.p,反之亦然,当外压为p=1.013105 Pa时，液体的沸点-正常沸点,如水的正常沸点为373.15K,利用沸点与外界压强间的关系，可进行减压蒸馏,提纯分离沸点较高以及在正常沸点下易分解的物质,在高山地区，水的沸点小于100，而高压锅内水的沸点则高于100。,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,采用减压蒸馏的方法精制苯酚。已知苯酚的正常沸点为455.1K，如果外压为1.3331

21、04pa，苯酚的沸点是多少？（rHm(苯酚）48.139KJ/mol）,解：已知p1=1.013105pa,T1=455.1K,rHm=48.139KJ/mol,p2=1.333104pa,求T2 根据克劳修斯克拉贝龙方程式，有,代入数据：,计算得：T2392K.,Example,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,三、溶液溶液的定义,一种物质以分子或离子的状态均匀的分布在另一物质中形成均匀的分散系统。,S.Yao,College Chemistry,Department of Mate

22、rials Science and Engineering,2.溶液的分类,溶液,气态溶液-净化的空气,液态溶液,固态溶液-合金（Na-Hg齐）,液态溶液,气液,液液,固液,电解质溶液,非电解质溶液,涉及到依数性,即沸点升高,凝固点降低,渗透压等,强电解质溶液,弱电解质溶液,这是第四章电离平衡的学习内容,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,3.溶液浓度的表示方法(设由A、B两种物质组成的溶液),（1）物质B的质量分数：（2）物质B的体积分数：（3）物质B的物质的量分数(摩尔分数)：,S.

23、Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,（4）物质B的质量摩尔浓度：（5）物质B的质量浓度(密度)：（6）物质B的物质的量浓度：,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,非电解质稀溶液的依数性代表溶液的通性！,蒸气压降低沸点升高凝固点下降产生渗透压,将非电解质溶于某一溶剂,溶液与纯溶剂,当溶液浓度较稀时，这四个性质，只决定于溶液中溶质粒子的数目，与溶质的本性无关依数性（colligative

24、properties）,4.溶液的性质非电解质稀溶液的依数性,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,a.溶液的蒸气压降低拉乌尔定律,纯溶剂的蒸气压为pA*,溶液的蒸气压为p=pA,实验表明pA pA*,其差值Dp=pA*-pA,称之为溶液的蒸气压下降值,拉乌尔定律,适用范围：难挥发、非电解质、稀溶液,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,b.溶液的沸点升高、凝固点下降,非电解质稀溶液：

25、,Kbp、Kfp分别称为沸点上升常数、凝固点下降常数，是仅仅与溶剂有关的常数,沸点(boiling point)升高：,凝固点(freezing point)下降：,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,c.溶液的渗透压半透膜：仅允许溶剂分子而不允许溶质分子通过的薄膜,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,渗透压()：被半透膜隔开的溶液，溶剂会通过膜而进入较浓的溶液一侧。浓溶液变稀，液

26、面上升，直至渗透平衡。浓溶液一侧由于液面升高而增加的压力,范特霍夫公式：或,蔗糖溶液,纯水,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,反渗透：在浓溶液一侧增加较大压力 可使溶剂进入稀溶液(或溶剂)。依此可实现：溶液的浓缩海水的淡化,反渗透,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,依数定律（稀溶液定律）难挥发、非电解质、稀溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降、渗透压是与一定量溶剂中的物质的量

27、成正比，即与溶质的粒子数成正比。按此定律可以计算相对分子质量；可以计算稀溶液的Tbp，Tfp；可以近似判断一般溶液的p、Tbp、Tfp、的相对高低。,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,气体 液体 溶液 小结,一、理想气体状态方程理想气体的概念PV=nRT 的运用、R 的取值 密度和摩尔质量的计算 PV=(m/M)RT，r=(PM)/(RT)二、分压定律、分体积定律和气体扩散定律PA=(nA/n总)总(T,V 不变）VA=V总(PA/总)（T,P一定）P总V分=P分V总=n分RT四、液体的蒸发、饱和蒸汽压lg(p2/p1)=Hvap/2.303R(T2 T1)/T2 T1（R与H的单位要一致）五、液体的沸点、凝固点六、溶液的性质非电解质稀溶液的依数性:蒸气压降低、沸点升高、凝固点下降、渗透压,S.Yao,College Chemistry,Department of Materials Science and Engineering,P59:6,8,16,17P77:2,8,13,作业：,预习：,化学热力学3.2-3.3,