无机化学(第二版)上册.ppt

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1、第二章 化学基础知识,气 体液 体固 体,2.1 气体,气体的最基本特征：具有可压缩性和扩散性,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有体积完全可以忽略，分子间及分子与器壁间的碰撞不造成动能损失。,低压高温下的气体接近于理想气体,2.1.1 理想气体,2.1.1.1 理想气体状态方程,对气体的状态进行描述时，常用以下物理量：物质的量（n）单位（mol）体积（V）指气体所在容积的体积压强（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的压强温度（T）热力学温度（K）,当n,T一定时 V 1p p1V1=p2V2 波义耳定律当n，p一定时V T V1V2=T1

2、T2 查理-盖吕萨 克定律当p，T一定时V n n 1n2=V1 V 2 阿佛加德罗定律,几个经验定律：,综合以上三式，可合并为 V nTP,实验测得比例系数为R，则 V=nRT p 通常写成 pV=nRT 理想气体状态方程,R摩尔气体常数R=8.314 Pam3mol-1K-1 Jmol-1K-1,R的值也可以进行如下的推导,单位：p-Pa V-m3 T-K n-mol,STP下，1 mol 理想气体的体积 22.4 L,STP:p=1 atm=760 mmHg=1.01325105 Pa T=273.1K,n=1.0 mol Vm=22.414L=22.41410-3m3,=8.314Jm

3、ol-1K-1,2.1.1.2 理想气体状态方程的应用,1）计算p，V，T，n四个物理量之一。,2）气体摩尔质量的计算,M=Mr gmol-1,用于温度不太低，压力不太高的真实气体,=,=m/V,3）气体密度的计算,例2-1：在容积为10.0dm3的真空钢瓶内充入氯气，当温度为288K时，测得瓶内气体的压强为1.01107Pa。试计算钢瓶内氯气的质量，以千克表示。,解：由，推出,=2.99kg,例2-2：在373K和100kPa压强下，UF6（密度最大的一种气态物质）的密度是多少？是H2的多少倍？,解：由，推出,或,某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质量分数为30.5%。在一容器中充有该氮氧

4、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条件下该气体的密度；（2）该化合物的相对分子质量；（3）该化合物的分子式。,(1)4.11 gL-1 M=92.0 gmol-1 N2O4,练习：,混合气体：由两种或两种以上的、相互之间不发生反应的气体混合在一起组成的体系。组分气体：混合气体中的每一种气体。,2.1.1.3 混合气体分压定律,假设各组分气体的物质的量为ni,混合气体的物质的量为n,则有,i种组分气体的摩尔分数用xi表示，则,分压定律（道尔顿分压定律）：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。,分压：指组分气体i在相

5、同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压强，用 表示。,条件：恒温等容,将两式相比，得,因此,对于混合体系,例2-3：某容器中含有NH3、O2、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压 p=133.0kPa，试计算各组分气体的分压。,解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2),=1.200(mol),=0.320+0.180+0.700,分压定律的重要应用排水集气法,例题2-4:用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气，反应如下：NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)，如果在19、97.8

6、kPa下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为4.16 L，计算消耗掉的亚硝酸铵的质量。,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,NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)64.04g 1molm(NH4NO2)=?0.164mol,m(NH4NO2)=10.5g,2.1.1.4 混合气体分体积定律,分体积：混合气体中某一组分B的分体积VB是该组分单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。,分体积定律（阿麦加分容积定律）：混合气体的总体

7、积等于混合气体中各组分气体分体积之和。,条件：恒温等压,称为B的体积分数,例题2-5：在298K时，将压力为3.33104Pa的N2 0.2 L和压力为4.67104Pa的O2 0.3 L移入0.3 L的真空容器中。问混合气体中各组分气体的分压力、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 的分体积,O2的分体积,解：因n,T一定，则 P1V1=P2V2N2的分压 P(N2)=3.33104=2.22104(Pa)O2的分压 P(O2)=4.67104=4.67104(Pa),2.1.1.5 气体扩散定律,气体

8、扩散定律是指同温同压下某种气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比。（1831年，T.Graham）,即,u 扩散速度 气体密度,由,代入,得,同温同压下，气体的扩散速度与其相对分子质量的平方根成反比。,例题2-6：50cm3氧气通过多孔性隔膜扩散需要20秒,20cm3另一种气体通过该膜需要9.2秒,求这种气体的相对分子质量.,解:单位时间内气体扩散的体积与扩散的速度成正比,故,2.1.2 实际气体状态方程,实际气体受两个相反因素的互相消长的影响：（1）实际分子本身有一定的体积，所以比理想气体更不易压缩，pV实 RT（2）实际气体分子之间有吸引力，所以比理想气体更容易压缩，pV实 RT,实际气

9、体的体积,实际气体分子可以活动的空间 容器的容积若1mol某气体分子自身体积为b，则忽略分子吸引力时：,实际气体的压强,考虑到实际气体分子之间的相互作用，实际气体分子碰撞器壁时所产生的压力小于理想气体所产生的压力,p：理想气体的压强 p实：实际气体的压强p内：理想气体与实际气体的压强之差,设比例系数为a则：,代入理想气体状态方程，得,a,b称气体的范德华常数，其值越大，实际气体偏离理想气体的程度越大。,2.1.3 气体分子的速率分布与能量分布（自学）,习题：2-2，2-5，2-8，2-11,2.2 液体,2.2.1 溶液浓度的表示方法,液体的特征：没有固定的外形和显著的膨胀性，有一定的体积、流

10、动性、掺混性、表面张力、沸点等,*质量分数没有单位，但溶质B的质量和溶液的质量单位必须相同*质量分数也可以用百分数表示。,1）质量分数（）：,物质B的质量除以混合物的质量，用符号 表示。,对于溶液而言，溶质B的质量分数为溶质的质量除以溶液的质量,2）物质的量分数或摩尔分数（）：,例题2-7：将500g蔗糖溶于水，加热后配制成850g糖浆。计算此糖浆中蔗糖的质量分数。,物质B的物质的量与混合物的总的物质的量之比，用符号 表示,*物质的量分数没有单位,解：根据公式，该糖浆中蔗糖的质量分数为,对于溶液而言，物质的量分数定义为溶质的物质的量除以溶液的总的物质的量。,设溶液由溶质B和溶剂A组成则溶质B和

11、溶剂A的物质的量分数分别为,对于由多种物质组成的混合物：,则,例2-8：将10g NaCl 溶解于90g H2O中配制成溶液，其质量分数为0.10。问该溶液中NaCl及H2O的物质的量分数各为多少？,解：因为NaCl的摩尔质量MNaCl=58.5g/mol，H2O的摩尔质量为 MH2O=18.0g/mol，所以,在相同温度和压力下，物质B的体积除以混合物的体积，用符号B 表示。,*体积分数没有单位*体积分数也可以用百分数表示,3）体积分数（）：,对于溶液而言，体积分数定义为溶质B的体积除以溶液的体积。,例2-9：取750ml纯酒精加水配成1000ml医用消毒酒精溶液，计算此酒精溶液中酒精的体积

12、分数。,解：VB750ml,V=1000ml,溶质B的物质的量除以溶剂的质量。用符号 bB 表示。,*质量摩尔浓度的国际单位为mol/kg,4）质量摩尔浓度（）：,例2-10：将 7.00 g 结晶草酸（C2H2O4 2H2O)溶解于 93.0 g 水中，计算该草酸溶液的质量摩尔浓度。,解：因为结晶草酸的摩尔质量为126.0 g/mol。而草酸的摩尔质量为90.0g/mol。所以草酸的质量,水的质量,质量摩尔浓度为,物质的量浓度的国际单位为mol/m3，医学上常用的单位是mol/L，mmol/L，mol/L。,物质B的物质的量除以混合物的体积，用符号CB 表示。,5）物质的量浓度（）：,对于溶

13、液而言，物质的量浓度定义为溶质的物质的量除以溶液的体积。,说明：,*在使用物质的量浓度时必须注明物质B的基本单元，它们可以是原子、分子、离子、电子以及由它们特定组合成的其他粒子。如：c(KCl)=0.1mol/L；c(1/2KCl)=0.1mol/L*在不至于引起混淆的情况下，物质的量浓度可以简称为浓度。所以通常所说的“溶液浓度”实际上是指溶液的“物质的量浓度”。,例2-11：100 mL 正常人血清中含 326mg Na 和165mg HCO3-，试计算正常人血清中Na+和HCO3-物质的量浓度。,正常人血清中HCO3-的物质的量浓度为：,解：正常人血清中 Na 的物质的量浓度为：,物质B的

14、质量除以混合物的体积，用符号B表示。,质量浓度的国际单位(SI制)是kg/m3，医学上常用的单位是g/L、mg/L或g/L。表示溶液体积的单位只能用L，而表示质量的单位可以改变,6）质量浓度（）：,对于溶液而言，质量浓度定义为溶质的质量除以溶液的体积。,例2-12：在100ml生理盐水中含有0.90gNaCl，计算生理盐水的质量浓度。,解：mB=0.09g V=100ml=0.1L,*一种定义为将固体溶质1g或液体溶质1mL配制成XmL溶液，用符号1：X表示，其中X为溶液体积；*另一定义为将固体溶质1g或液体溶质1mL溶解于XmL溶剂中配成溶液，也可表示为1：X，其中X为溶剂的体积。,7）比例

15、浓度,例：1：1000的高锰酸钾消毒液就是指1gKMnO4加水溶解成1000mL的溶液。例：1：5 氯化钾水溶液表示1g 氯化钾用水溶解配成5ml 溶液,此种表示方法极为简单，这样的溶液也最容易配制，所以是药物调剂种常用的溶液组成标度表示方法。,定义为物质B的分子数除以混合物的体积,8）分子浓度,对于溶液而言，分子浓度定义为溶质的分子数除以溶液的体积,医学临床上常用分子浓度表示体液中细胞的含量如：成年人血液中红细胞的分子浓度的正常参考值为3.810125.51012L1。,注意：分子浓度和物质的量浓度都用符号cB表示，但含义完全不同，使用时不能混淆。,2.2.2 稀溶液的依数性,溶质和溶剂的性

16、质发生变化,第一类：与溶质的本性（种类）以及溶质与溶剂的相互作用有关。颜色、导电性、体积、粘度,第二类：与溶质的本性无关，只与溶质的质点数（浓度）有关溶液的依数性（非电解质稀溶液的通性）蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低、溶液渗透压,2.2.2.1 溶液的蒸气压,水自动地转移到糖水中去，为什么？,钟罩实验：,纯溶剂的气、液平衡系统,1）纯溶剂的饱和蒸气压,与液相处于平衡状态时的水蒸气所具有的压力被称为在该温度下水的饱和蒸气压，简称为蒸气压。用符号p表示，单位为Pa或kPa。,*p与液体的本性有关;*同一液体，温度升高，p 增大;*固体物质也有蒸气压，但p 一般很小;*同温度下，p 大者为易挥发性

17、物质，p 小者为难挥发性物质；,几种液体蒸气压与温度的关系,2）溶液的饱和蒸气压,纯水的蒸发,溶液的蒸发,当纯溶剂中溶入难挥发性溶质后，溶剂的部分表面被溶质分子所占据，在单位时间内从溶液中逸出液面的溶剂分子数相应地比纯溶剂时要少一些，使溶液中溶剂的蒸发速率比纯溶剂时小，进而在较低的蒸气压下与它的蒸气达到平衡，因此，溶液的蒸气压必然低于纯溶剂的蒸气压。,钟罩中,H2O 和糖水均以蒸发为主；由于糖水的蒸气压低于纯水的蒸气压，所以当蒸气压达到 P 时,糖水与上方蒸气首先达到平衡，但是纯水蒸气压 P0 P,即 H2O此时并未平衡，继续蒸发，以致于钟罩内蒸气压大于糖水液面的蒸气压力，为了保持相互的平衡，

18、H2O 分子开始凝聚到糖水中,使得蒸气压不能达到 P0。于是，H2O 分子从 H2O 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，达到糖水溶液与空气中水的蒸气压相平衡为止。,变化的根本原因是溶液的饱和蒸气压下降。,若改为两杯浓度不同的糖水，其结果又会怎样？,两杯糖水浓度相同！,溶液的蒸气压下降,难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压与稀溶液中溶剂的物质的量分数成正比。,3）拉乌尔定律（1887，法国物理学家）,对于只含有一种难挥发性非电解质溶质的稀溶液 xA+xB=l，xA=l xB，,在温度一定时，难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压的降低（p）与溶液中溶质的物质的量分数

19、成正比,p=po(1-xB)p=po-po xB po p=p=po xB,稀溶液中，溶剂的物质的量远远大于溶质的物质的量 即nA nB,*在温度一定时，难挥发性非电解质稀溶液的蒸气压下降（p）与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质的本性无关。,稀溶液的蒸气压下降常数K 只与溶剂的本性有关，与溶液的质量摩尔浓度无关。,将xBbBMA代入式p=po xB中得 p=po MAbB=K bB,例2-13：已知293K时水的饱和蒸气压为2.338kPa。将17.10g蔗糖(C12H22O11)和3.003g尿素CO(NH2)2分别溶解于1000.0g水中。试计算这两种溶液的蒸气压。,所以，蔗糖溶液的蒸气压

20、,解：蔗糖的摩尔质量MC12H22O11342.0g/mol，则溶液的质量摩尔浓度,因为尿素的摩尔质量MCO(NH2)2=60.05g/mol，则溶液的质量摩尔浓度,所以，在尿素溶液中溶剂水的物质的量分数,所以，尿素溶液的蒸气压,结果表明，两种溶液溶剂的物质的量分数相同，所以它们的蒸气压就相同。,2.2.2.2 溶液的沸点,液体的沸点(Tbo):液体的蒸气压等于外界压力时的温度。,液体的正常沸点:外压为 101.325kPa 时的沸点。,1）沸点,2）影响沸点高低的因素,*与物质的本性有关，在一定的外压下，易挥发的液体沸点低；*同一物质，沸点与外压有关，外压越大，沸点越高;*外压一定时，纯物质

21、有固定的沸点,3）溶液的沸点,向纯溶剂中溶入难挥发性物质后，溶液的蒸气压降低，要使得溶液的蒸气压与外界压力相等，就必须升高温度，因此，溶液的沸点升高。,实验表明，难挥发性非电解质稀溶液沸点升高的数值，均与其蒸气压降低的数值成正比，即,沸点升高常数,*难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高（Tb）只与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质的本性无关（也称拉乌尔定律）。,例2-14：在38环境下用乙醚作麻醉剂，1kg乙醚中至少需加多少g的难挥发性非电解质？(已知：乙醚的Tb=34.7，难挥发性非电解质的M=100 g/mol),解：,4）沸点升高的应用,测定溶质的摩尔质量（即相对分子质量）,2.2.2.3 溶

22、液的凝固点,1）凝固点,物质的固相的蒸气压与它的液相的蒸气压相等时的温度，称凝固点（Tf）。此时固、液两相可以长久共存。水的凝固点（即冰点）常压下水和冰在0时蒸气压相（0.6106kPa）两相达成平衡，所以水的凝固点是0。,2）溶液的凝固点,AC为冰的蒸气压曲线，AA为水的蒸气压曲线，BB为稀溶液的蒸气压曲线，AA与AC相交于A点，表示在101.325kPa下，冰和水两相平衡共存，其蒸气压都是0.6106kPa。这一点所对应的温度即为水的凝固点，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的蒸气压下降，但对冰的蒸气压却没有影响，所以冰就会融化，也就是稀溶液的蒸气压低于0.6

23、106kPa，稀溶液和冰不能平衡共存。如果进一步降低温度，稀溶液的蒸气压曲线和冰的蒸气压曲线相交于B点，此时稀溶液中溶剂的蒸气压与冰的蒸气压相等，稀溶液和冰平衡共存。此时的温度，即B点温度就是稀溶液的凝固点。,实验表明，难挥发性非电解质稀溶液凝固点降低的数值，与其蒸气压降低的数值成正比，即,凝固点降低常数,*难挥发性非电解质稀溶液的凝固点降低（Tf）只与溶液的质量摩尔浓度成正比，与溶质的本性无关（也称拉乌尔定律）。,3）溶液的凝固点降低,3）溶液的凝固点降低的应用,*测定溶质的相对分子质量,凝固点降低法的应用更为广泛1、多数Kf Kb即Tf Tb，灵敏度更高；2、低温下进行，多次重复不会破坏样

24、品。,*致冷剂,冰盐混合物可用作制冷剂原理:冰的表面总是附着有少量的水,冰水共存,温度为零度。当撒上盐后,盐溶解于水形成溶液,由于溶液的蒸气压下降,低于冰的蒸气压,溶液和冰不能平衡共存,冰就会融化,冰融化需要吸收大量的热,冰盐混合物的温度就会降低,所以冰盐混合物可用作制冷剂。例如：用NaCl和冰混合，-22;用CaCl2 和冰的混合物，-55；,讨论题：,1.把一块冰放在273K的水中，另一块放在273K的盐水中，各有什么现象？2.把相同质量的葡萄糖和甘油分别溶入1Kg的水中，所得溶液的沸点是否相同？如果把相同物质的量的葡萄糖和甘油溶入1Kg的水中，结果又是怎么样？,2.2.2.4 渗透压,1

25、）渗透现象,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）的现象被称为渗透,2）渗透现象产生的条件、结果和方向,渗透的条件：,（1）半透膜的存在,渗透的结果：缩小膜两侧的浓度差,溶剂分子从纯溶剂溶液，或是从稀溶液浓溶液。,（2）半透膜两侧的溶液浓度不相等，即膜两侧的溶液存在浓度差,渗透方向：,3）渗透平衡与渗透压,当溶液液面升高后，其静压力增大，驱使溶液中的溶剂分子加速通过半透膜进入纯溶剂。当静压力增大至一定数值后，单位时间内从膜两侧相互通过的溶剂分子数目相等，这种状态被称为渗透平衡。,当渗透过程达平衡时，水柱不再下降，糖水柱不再升高，此时液面高度差所造成的静压，称溶液

26、的渗透压，用表示。,1886年，范特霍夫（Vant Hoff）根据实验结果指出稀溶液的渗透压与溶液的体积和温度的关系同理想气体方程式一致，即 VnRT 式中 溶液的渗透压(kPa)V 溶液的体积(L)n 溶质的物质的量（mol）R比例常数 8.314(J/Kmol)-1 T绝对温度(K)(273.15t0C),cB稀溶液的物质的量浓度(mol/L),渗透压也是稀溶液的依数性之一,对于稀溶液而言,因此,根据渗透压可以求算溶质的相对分子量,例2-15：1L溶液中含5.0g马的血红素，在298K时测得溶液的渗透压为1.8102Pa，求马血红素的相对分子量。,如果在溶液液面上施加的外界压力大于溶液的渗透压力，则将会有更多的溶剂分子从溶液一方通过半透膜进入溶剂一方。这种使渗透现象逆向发生的过程被称为反渗透。常用于从海水中快速提取淡水，以及废水处理等,难挥发性非电解质稀溶液的依数性,小结：,2.3 固体（自学）,习题：2-14；2-15；2-16；2-17,