《物质的聚集状态》ppt课件

1、第一章物质的聚集形状学习要求 1.了解分散系的种类及主要特征。 2.掌握理想气体形状方程、道尔顿分压定律及二者的运用。 3.掌握蒸气压下降、沸点升高和凝固点降低、浸透压等稀溶液的通性及其重要运用。 1.1 分散系1.2 气体1.3 溶液浓度的表示方法1.4 稀溶液的通性1.1 1.1 分散系分散系 由一种或多种物质分散于另一种物质所构成的系统，称为分散系。 分散相：分散介质： 被分散的物质。 包容分散相的物质。 按聚集形状或分散质粒大小可对分散系进展分类。按聚集形状分类的分散系分散相分散介质实例气体气体空气、天然气、焦炉气液体云、雾固体烟、灰尘气体液体碳酸饮料、泡沫液体白酒、牛奶固体盐水、泥浆

2、、油漆气体固体泡沫塑料、木炭液体豆腐、硅胶、琼脂固体合金、有色玻璃按分散相粒径分类的分散系高分子100小分子或离子分子小集合体分子大集合体粒径/nm类别分散相高分子溶液溶胶小分子或离子分散系胶体分散系粗分散系稳定较稳定不稳定稳定性分散快，颗粒能透过半透膜分散慢，颗粒不能透过半透膜分散很慢，颗粒不能透过滤纸分散及透过性均相体系多相体系相态葡萄糖水溶液蛋白质水溶液碘化银溶胶泥浆常见实例1.2 气体气体的特性是分散性和可紧缩性。1.2.1 理想气体形状方程理想气体：分子本身不占有体积、分子间没有相互作用力的气体称为理想气体。 笼统模型，理想气体在实践中并不存在；高温、低压情况下实践气体可近似看做理

3、想气体。 理想气体形状方程：理想气体的压力p、体积V、温度T、和物质的量n之间存在确定的函数关系。pV = nRT 1-1 p为气体压力，单位：Pa；V为气体体积，单位：m3;T为气体温度，单位：K；n为气体的物质的量，单位：mol；R为摩尔气体常数，取值8.314 Jmol-1K-1 。理想气体形状方程Question 例1-1某碳氢化合物的蒸汽，在100及101.325kPa时，密度=2.55gL-1，由化学分析结果可知该化合物中碳原子数与氢原子数之比为1:1。试确定该化合物的分子式。Question 例1-1某碳氢化合物的蒸汽，在100及101.325kPa时，密度=2.55gL-1，由

4、化学分析结果可知该化合物中碳原子数与氢原子数之比为1:1。试确定该化合物的分子式。解：设该化合物的摩尔质量为M，质量为m,组成为(CH)x。15-1-133mol77.89gPa1001325.1K15.373KmolJ314.8mg1055.2根据理想气体形状方程：pV=nRT解得：x=6，该化合物的分子式为C6H6。RTMmpV 得：pRTpVmRTM故：)molg01.1molg0 .12()H()C(11xMMxM由：1.2.2 分压定律道尔顿理想气体分压定律 理想气体混合物中的各组分气体均充溢整个容器，混合气体中任一组分的分压与该组分气体在一样温度下独占整个容器所产生的压力一样，而总

5、压力p等于混合体系中各组分气体的分压之和。 约翰道尔顿1766-1844英国化学家、物理学家、近代化学之父。iinpRTV n1321iiipppppp1-21-3Question 例1-2在290K，99.3kPa的气压下，用排水集气法搜集氮气150mL。求在273K，101.3kPa下该气体经枯燥后的体积。解：Question 例1-2在290K，99.3kPa的气压下，用排水集气法搜集氮气150mL。求在273K，101.3kPa下该气体经枯燥后的体积。解：查表1-3得，290K(17)时水的饱和蒸汽压为1.93kPa。根据分压定律：p(N2)=p(总)-p(H2O)=99.3kPa-1

6、.93kPa=97.4kPa设氮气枯燥后的体积为V，压力为p，温度为T，那么：TVPTPV36343397.4 10 Pa 150 10 m273K1.36 10 m101.325 10 Pa290KPVTVP T合mL。水的饱和蒸汽压水在不同温度下的饱和蒸气压温度压力温度压力温度压力/kPa/kPa/kPa00.61182.07407.3750.87232.816525.00111.31294.009584.54121.40304.249687.67131.49314.499790.94141.60324.769894.30151.71335.039997.75161.81345.32100

7、101.32171.93355.63101105.00水的饱和蒸汽压只与温度有关。表1-3p总V总 = n R T pi V总 = ni R Tp总 Vi = ni R T 1 2 3 分压与组成之间的关系 我们有下面关系式1.2.2pi V总 = ni R T p总V总 = n R T 2 1 ninpip总= 式2/ 式1 得= xi 故 pi = p总xi 即组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积。P7例题1-2ViV总nin= p总 Vi = ni R T p总V总 = n R T 3 1 又 式3/ 式1 得= xi 又有 pi = p总xi 故 pi = p总ViV总 即

8、组分气体的分压，等于总压与该组分气体的体积分数之积。1.3 溶液浓度的表示方法名称数学表达式单位物质的量浓度molL-1质量分数量纲为1质量摩尔浓度molkg-1摩尔（物质的量）分数量纲为1( )( )n Bc BV( )Bmw Bm( )( )n Bm Bm()()n Bx Bn1.3.1 物质的量浓度单位体积溶液中所含溶质B的物质的量。VncBB(1-4)nB 为物质B 的物质的量，SI单位为 mol；V 为溶液的体积，SI 单位为 m3；cB的SI 单位是 molm-3，常用单位是molL-1。运用物质的量浓度时应指明物质的根本单元。 1.3.2 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 单位质量溶剂中

9、所含溶质B的物质的量。 AmnbBB(1-5)mA为溶剂的质量，SI单位为kg；bB的单位为molkg-1。 质量摩尔浓度与温度无关；运用质量摩尔浓度时应指明物质的根本单元。Question 例例1-3 将将0.270 g KCl晶体溶于晶体溶于100 g水中，水中，计算所得溶液中计算所得溶液中KCl的质量摩尔浓度。的质量摩尔浓度。解：2-121KClKClH OKCl0.270gKClH O74.5g mol0.100kg0.0362mol kgnbmmMm质量分数 单位质量溶液中所含物质B的质量。mmmmBAABB(1-6)B的SI单位为1 。物质的量浓度与质量分数间的换算：BBBBBBB

10、BMmMmVMmVnc(1-7)1.3.3 质量分数Question 例例1-4 知浓硫酸的密度知浓硫酸的密度= 1.84 g mL-1, 硫酸硫酸的质量分数为的质量分数为96.0 %，假设配置，假设配置500 mL c(H2SO4)=0.10 mol L-1的稀硫酸，应取浓硫的稀硫酸，应取浓硫酸多少毫升？酸多少毫升？ 解： 设需取用浓硫酸的体积为V,那么：SOH42cVMV-13-124313H SO0.10mol L500 10L98.0g mol1.84 10 g L0.962.8 10LcV MV配置溶液时，首先量取浓硫酸2.8mL，将其渐渐参与约400mL的蒸馏水中，然后在容量瓶中定

11、容至500mL。1.3.摩尔分数摩尔分数 的物质的量与混合物总的物质的量之比。 总nnnnxBAABB(1-8)xB的量纲为1。 两组分体系中：xA+xB=1多组分体系中：1iix溶液浓度的表示方法名称数学表达式单位物质的量浓度molL-1质量分数量纲为1质量摩尔浓度molkg-1摩尔（物质的量）分数量纲为1( )( )n Bc BV( )Bmw Bm( )( )n Bm Bm()()n Bx Bn1.3.5 几种溶液浓度之间的关系BBBBBBBBBBMmMmmMmVMmVnc/物质的量浓度与质量分数：物质的量浓度与质量分数：i两组分溶液，溶质B含量较少时：BABABBBbmnmmnmncB(

12、1-9)ii)稀薄水溶液中：当cB的单位为molL-1，bB的单位为molkg-1时，二者数值近似相等。物质的量浓度与质量摩尔浓度：物质的量浓度与质量摩尔浓度：mnmnVncBBBB/1.4 稀溶液的通性 在难挥发的非电解质稀溶液中，溶液的某些性质仅与溶剂中溶质的独立质点数相关，而与溶质本身的性质无关，如溶液的蒸气压、沸点、凝固点和浸透压等，这类性质称为稀溶液的通性或依数性。包括：蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和浸透压景象。 稀溶液：溶剂与溶质分子之间、溶质分子之间没有相互作用的溶液，为一种理想化的溶液模型。稀溶液的通性：1.4.1 1.4.1 溶液蒸汽压的下降溶液蒸汽压的下降液体的蒸发a敞

13、口容器b 密闭容器中一定温度下，敞口容器中液体将不断蒸发至没有液体留下。一定温度下，密闭容器中的液体随着蒸发进展，最终将到达液体蒸发与气体凝结的动态平衡形状，蒸气压力不再变化。液体的饱和蒸汽压 在一定温度下，液体与其蒸气平衡时的蒸气压力为该温度下的液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。 几种液体的蒸汽压曲线蒸气压是液体的重要性质; 蒸气压随温度升高而增大。 在纯溶剂中参与一定量的难挥发溶质后，溶剂的摩尔分数下降，溶剂的外表积较小、能抑制分子间引力进入气相的分子数目要比纯溶剂少。到达平衡时，溶液的蒸气压要比一样温度的纯溶剂饱和蒸气压低，该景象称为溶液的蒸气压下降。 溶液的蒸气压下降溶液的蒸气压下降拉乌尔

14、定律拉乌尔定律Roults Law 一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂饱和蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数的乘积。 A0 xpp (1-10)拉乌尔RaoultFM，1830-1901，法国化学家，主要从事溶液的性质研讨。B00B0A0)1 (xppxpxpp两组分体系中：1BA xxB00 xpppB0 xpp (1-10)一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值与溶质的摩尔分数成正比。 表述1表述2稀溶液中： ABAAABABBABBMbMnMnnnnnnx 一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比。BAB0B0kbMbpxpp(1-11)表述31.4.2

15、 溶液沸点的升高和凝固点的降低 沸腾与沸点 当液体的蒸气压与外压相等时，液体外表和内部同时发生气化景象，该过程被称为沸腾。此时的温度，称为液体的沸点。 通常液体的沸点是指其蒸气压等于101.325 kPa时的温度，称为正常沸点，也简称沸点。液体的沸点会随着外压的升高而升高。溶液的沸点升高景象 难挥发非电解质稀溶液的蒸气压比纯溶剂要低，所以在到达溶剂沸点时，溶液不能沸腾。为了使溶液沸腾，就必需使溶液的温度升高，加剧溶剂分子的热运动，以添加溶液的蒸气压。当溶液的蒸气压与外压相等时，溶液开场沸腾。显然此时溶液的温度应高于纯溶剂的沸点。 pTp=101.325kPaTb溶剂溶液p pTb沸点升高表示图

16、难挥发物质的溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，对于难挥发非电解质的稀溶液：Tb=TbTb=kbbB(1-12)kb称为溶剂的沸点升高常数，单位为Kkgmol-1。Question 例例1-5 68.4g蔗糖蔗糖(C12H22O11, M=342 gmol-1)溶于溶于1000g水中，水中，计算该溶液的沸点。计算该溶液的沸点。： Question 例例1-5 68.4g蔗糖蔗糖(C12H22O11, M=342 gmol-1)溶于溶于1000g水中，计算该溶液的沸点。水中，计算该溶液的沸点。解： 查表1-4，水的沸点为373.15K,其沸点升高常数Kb=0.52Kkgmol-1。)OH()OHC(

17、)OHC(2112212112212bBbbmMmKbKTK10. 0kg00. 1molg342g4 .68molkgK52. 011373.25KK10. 0K15.373)OH(b2bbTTT表1-4几种常见溶剂的Tb和Kb溶剂Tb/KKb/Kkgmol-1水(H2O)373.150.52苯(C6H6)353.352.53四氯化碳(CCl4)351.654.88丙酮(CH3COCH3)329.651.71三氯甲烷(CHCl3)334.453.63乙醚(C2H5OC2H5)307.552.16溶液的凝固点下降凝固点在p=101.325kPa的空气中，纯液体与其固相平衡的温度就是该液体的正常

18、凝固点，也称为液体的冰点或固体的熔点。溶液的凝固点降低 向一纯溶剂与其固相共存的平衡体系中参与溶质，那么会引起溶剂的蒸气压下降，导致平衡破坏。对于固相，由于与之平衡的蒸气压要高于此时溶液的蒸气压，所以，此时必然有固相溶剂融化，降低溶液的浓度，以抵消参与溶质后所引起的液相蒸气压下降作用。而固相溶剂在融化中要吸收大量的热，所以在重新到达平衡过程中，整个系统的温度要降低，进而引起固相溶剂和溶液上方蒸气压的下降。该景象被称为溶液的凝固点降低。 pTTf溶剂的气-固平衡线溶剂溶液Tf凝固点降低表示图溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点，对于难挥发非电解质的稀溶液：Tf=TfTf=KfbBKf称为溶剂的凝固

19、点降低常数。 Kf只与溶剂性质有关; 同种溶剂的Kf 值Kb值。表表1-5 几种溶剂的几种溶剂的Tf和和Kf溶剂Tf/KKf/Kkgmol-1水(H2O)273.151.86苯(C6H6)278.665.12硝基苯(C6H5NO2)278.856.90萘(C10H8)353.356.80醋酸(CH3COOH)289.753.90环己烷(C6H12)279.6520.2 水，水溶液，冰体系的饱和蒸气压图水，水溶液，冰体系的饱和蒸气压图l1 l2l31.013 10 5611T2l1 水水l2 水溶液水溶液l3 冰冰p/Pa T/KABBA273373T1 纵坐标蒸气压纵坐标蒸气压 p 横坐标温度

20、横坐标温度 TQuestion 例例1-6 从人尿中提取出一种中性含氮从人尿中提取出一种中性含氮化合物，将化合物，将90.0 mg 纯品溶解在纯品溶解在12.0 g蒸蒸馏水中，所得溶液的凝固点比纯水降低馏水中，所得溶液的凝固点比纯水降低了了0.233 K，试计算此化合物的摩尔质量。，试计算此化合物的摩尔质量。 查表1-5得水的凝固点降低常数Kf=1.86Kkgmol-1。ABBfBffmMmKbKT1331AfBfBmolg8 .59kg100 .12K233. 0g100 .90molkgK86. 1mTmKM凝固点下降法常用于测定溶质的摩尔质量。 解：溶液的蒸汽压下降和凝固点降低的重要实例

21、低温体系的获得与水产保鲜道路的除冰作业植物的抗旱与抗寒1.4.3 溶液的浸透压分散与浸透 物质自发的由高浓度处向低浓度处迁移的景象称为分散。物质粒子经过半透膜单向分散的景象称为浸透 。 维持半透膜所隔开的溶液与溶剂之间的浸透平衡所需求的额外压力称为浸透压 。浸透压半透膜溶剂溶质浸透压景象既存在于半透膜所隔开的溶剂和溶液之间，也存在于不同浓度的溶液之间。浸透压相等的溶液被称为等渗溶液 。德国植物学家菲弗尔(PefferW)荷兰实际化学家范特霍夫(VantHoffJH)温度一定时，非电解质稀溶液的浸透压与溶质的物质的量浓度成正比；当溶液浓度一定时，浸透压与温度成正比。 RTcB浸透压公式：为溶液的浸透压，SI单位为Pa；R为摩尔气体常数，为8.314 Jmol-1K-1；cB为溶质的物质的量浓度，SI单位为molm-3；T是体系的温度，单位为K。Question 例例1-7 有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有有一蛋白质的饱和水溶液，每升含有蛋白质蛋白质5.18g。知在。知在293.15 K时，溶液的浸透时，溶液的浸透压为压为0.413 kPa。计算该蛋白质的摩尔质量。计算该蛋白质的摩尔质量。解： 根据浸透压公式得：VMRTmRTcBBB11BB3334-15.18g 8.314J molK293.15K0.413