大学基础化学工科05物质的聚集状态PPT演示课件

1、第五章第五章 物质的聚集状态物质的聚集状态5.1 物质的聚集状态概述物质的聚集状态概述5.2 气体气体5.3 溶液溶液掌握内容：掌握内容： 理想气体状态方程、气体的分压定律和分理想气体状态方程、气体的分压定律和分体积定律；基本单元、溶液浓度；基准物质、标体积定律；基本单元、溶液浓度；基准物质、标准溶液；准溶液；熟悉熟悉( (理解理解) )内容：内容： 晶体结构类型、超临界流体、等离子体、晶体结构类型、超临界流体、等离子体、离子液体等的概念离子液体等的概念了解内容：了解内容： 实际气体的状态方程、非电解质溶液、电解实际气体的状态方程、非电解质溶液、电解质溶液的依数性；胶体、溶胶、凝胶，胶体的稳质

2、溶液的依数性；胶体、溶胶、凝胶，胶体的稳定性及聚沉作用，晶格及晶格参数。定性及聚沉作用，晶格及晶格参数。 基基本本要要求求p67-68： 习题习题3、4、6、7、8作作 业业5.1 物质的聚集状态概述物质的聚集状态概述 超临界流体超临界流体(scf，supercritical fluid)温度和压力处于临界点以上对应的物质的状态温度和压力处于临界点以上对应的物质的状态称为超临界流体。称为超临界流体。 等离子体等离子体(plasma)当对气体物质施以高温、放电、电磁场、高能当对气体物质施以高温、放电、电磁场、高能磁场、热核反应等作用时，气态原子可以获得磁场、热核反应等作用时，气态原子可以获得很高

3、的能量，从而被解离成阳离子和自由电子，很高的能量，从而被解离成阳离子和自由电子，由于整个体系正、负电荷数相等，故称为等离由于整个体系正、负电荷数相等，故称为等离子体。子体。离子液体离子液体熔融盐，如熔融状态的熔融盐，如熔融状态的nacl，就是由阴、阳，就是由阴、阳离子组成的液体，称为高温离子液体。离子组成的液体，称为高温离子液体。室温离子液体，它在室温离子液体，它在-100200 c均呈液体状态，均呈液体状态，与一般的液态物质不同，它完全是由离子组成与一般的液态物质不同，它完全是由离子组成的，一般是由有机阳离子和无机阴离子组成的，一般是由有机阳离子和无机阴离子组成。也不同于等离子体，应该是物质

4、的另一种聚集也不同于等离子体，应该是物质的另一种聚集状态。状态。5.2 气体气体5.2.1 理想气体状态方程理想气体状态方程 理想气体理想气体(ideal gases)分子之间没有相互作用分子之间没有相互作用分子本身体积为零的气体分子本身体积为零的气体注：低压、高温下的气体可近似按理想气体处理注：低压、高温下的气体可近似按理想气体处理 理想气体状态方程理想气体状态方程(state equation)pv = nrt式中：式中：p 气体的压力气体的压力(pa)t 热力学温度热力学温度(k)v 气体的体积气体的体积(m3)n 气体的物质的量气体的物质的量(mol)r 摩尔气体常数摩尔气体常数(8.

5、314 j mol-1 k-1)若用若用m 气体的质量气体的质量m 气体的摩尔质量气体的摩尔质量 气体的密度气体的密度则则rtmmpv rtpm rtcp 例：一学生在实验室中，在例：一学生在实验室中，在73.3kpa和和25c下收集得下收集得250ml某气体。在分析天平上某气体。在分析天平上称量，得气体净质量为称量，得气体净质量为 0.118 克。求这克。求这 种气体的物质的量和摩尔质量。种气体的物质的量和摩尔质量。16.0 gmol-1例：为了行车的安全，例：为了行车的安全，可在汽车中装备可在汽车中装备上空气袋，防止上空气袋，防止碰撞时司机受到碰撞时司机受到伤害。这种空气伤害。这种空气袋是

6、用氮气充胀袋是用氮气充胀起来的，所用的起来的，所用的氮气是由叠氮化氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁钠与三氧化二铁在火花的引发下在火花的引发下反应生成的。总反应生成的。总反应是：反应是：6nan3+fe2o3(s) 3na2o(s)+2fe(s)+9n2(g)在在25、748 mmhg下，要产生下，要产生75.0 l的的 n2，计算需要叠氮化钠的质量。，计算需要叠氮化钠的质量。131 g5.2.2 气体的分压定律和分体积定律气体的分压定律和分体积定律 气体的分压定律气体的分压定律(law of partial pressure) 组分气体组分气体理想气体混合物中的每一种气体理想气体混合物中的每一种气

7、体 组分气体的分压力组分气体的分压力组分气体组分气体b在相同温度下单独占有与在相同温度下单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力混合气体相同体积时所产生的压力vrtnpbb 混合气体的总压力等于各组分气体的混合气体的总压力等于各组分气体的分压力之和；组分气体的分压大小与分压力之和；组分气体的分压大小与它在气体混合物中的摩尔分数成正比它在气体混合物中的摩尔分数成正比 分压定律分压定律 p = p1 + p2 + 或或 p = pbpb = xb p = (nb / n) p例：某容器中含有例：某容器中含有nh3、o2 、n2等等 气体的混合物。取样分析后，气体的混合物。取样分析后， 其中其中 n

8、(nh3) = 0.320mol， n(o2) = 0.180mol， n(n2) = 0.700mol。 混合气体的总压混合气体的总压 p = 133.0kpa。 试计算各组分气体的分压。试计算各组分气体的分压。解：解： n = n(nh3) + n(o2) + n(n2) = 0.320 + 0.180 + 0.700 = 1.200 mol kpa20.0133.31.2000.180pnonop22p(n2) = p - p(nh3) - p(o2) = 133.0 - 35.5 - 20.0 = 77.5 kpakpa35.5133.31.2000.320pnnhnnhp33 分压定

9、律的应用分压定律的应用p(总压总压) = p (气体气体) + p (水蒸气水蒸气) 气体的分体积定律气体的分体积定律(law of partial volume) 组分气体的分体积组分气体的分体积组分气体组分气体 b 单独存在并具有单独存在并具有与混合气体相同温度和压力与混合气体相同温度和压力时所占有的体积时所占有的体积prtnvbb 混合气体的总体积等于各组分气体的分混合气体的总体积等于各组分气体的分体积之和；组分气体的分体积大小与它体积之和；组分气体的分体积大小与它在气体混合物中的摩尔分数成正比在气体混合物中的摩尔分数成正比 分体积定律分体积定律v = v1 + v2 + 或或 v =

10、vbvb = xb v = (nb / n) v例：氧是人类维持生例：氧是人类维持生命的必需气体，命的必需气体，缺氧生命就会死缺氧生命就会死亡，过剩的氧会亡，过剩的氧会使人致病，只有使人致病，只有在氧气的分压维在氧气的分压维持持21 kpa才能使才能使 人体维持正常代人体维持正常代 谢过程。在潜水谢过程。在潜水员自身携带的水下呼吸器中充有氧气和氦员自身携带的水下呼吸器中充有氧气和氦气。某潜水员潜至海水气。某潜水员潜至海水 30 m 处作业，海水处作业，海水的密度为的密度为1.03g cm-3，温度为，温度为20。在这。在这种条件下，若维持种条件下，若维持o2、he混合气中混合气中p(o2) =

11、 21kpa，氧气的体积分数为多少？以，氧气的体积分数为多少？以 1.000 l混合气体为基准，计算氧气的分混合气体为基准，计算氧气的分体积和氦气的质量。体积和氦气的质量。(重力加速度取重力加速度取9.807m/s2)5.2%；52ml；0.63g5.3 溶液溶液5.3.1 基本单元及溶液浓度基本单元及溶液浓度 基本单元基本单元(basic cell)系统中的基本组分系统中的基本组分 分子、原子、离子、电子及其分子、原子、离子、电子及其 它粒子或这些粒子的特定组合它粒子或这些粒子的特定组合72244242ocrk61,kmno51,soh21,soh注：若物质注：若物质a在反应中转移的质子数或

12、得在反应中转移的质子数或得失电子数为失电子数为za时，基本单元常选为时，基本单元常选为az1a 某一特定的过程或反应某一特定的过程或反应oho21ho,2ho2h222222 溶液的浓度溶液的浓度(concentration) 物质的量的浓度物质的量的浓度(amount-of-substance )单位体积的溶液中所含溶单位体积的溶液中所含溶质基本单元质基本单元 b 的物质的量的物质的量vncbb 单位：单位：moll-1 质量摩尔浓度质量摩尔浓度(molality)单位质量的溶剂中所含溶质单位质量的溶剂中所含溶质b 的物质的量的物质的量abbmnb 单位：单位：molkg-1 摩尔分数摩尔分

13、数(mole fraction)组分组分b的物质的量占溶液的物质的量的分数的物质的量占溶液的物质的量的分数nnxbb 5.3.2 有关浓度的计算有关浓度的计算例：在例：在298.15k时，质量分数时，质量分数w(h2so4) = 9. 47%的硫酸溶液，其密度的硫酸溶液，其密度 = 1.0603 103 kg m-3，在该温度下，纯水的密度，在该温度下，纯水的密度 = 997.1 kg m-3。试求：。试求：(1) 硫酸的质量摩尔浓度；硫酸的质量摩尔浓度；(2) 硫酸的物质的量的浓度；硫酸的物质的量的浓度；(3) 硫酸的摩尔分数。硫酸的摩尔分数。1.067 mol/kg1.025 mol/l0.01885用以直接配制标准溶液或标定溶液的物质用以直接配制标准溶液或标定溶液的物质v 对基准物的要求对基准物的要求 纯度高纯度高 (99.9%以上以上) 组成组成(包括结晶水包括结晶水)与化学式相符与化学式相符 性质稳定性质稳定 不分解，不吸潮，不吸收不分解，不吸潮，不吸收co2不被空气氧化，不失结晶水不被空气氧化，不失结晶水5.3.3 标准溶液及其配制标准溶液及其配制 基准物质基准物质(norm substance) 最好有较大的摩尔质量，以减小称量的相对误差最好有较大的摩尔质量，以减小称量的相对误差v 常用的基准物常用的基准物v