第2章化学基础知识ZZMppt课件

1、第第2 2章章 化学根底知识化学根底知识2-1-3 2-1-3 混合气体的分压定律混合气体的分压定律混合气体混合气体: : 两种或两种以上的气体混两种或两种以上的气体混合在一同组成的体系。合在一同组成的体系。组分气体：混合气体中的每一种气体组分气体：混合气体中的每一种气体都称为该混合气体的组分气体。都称为该混合气体的组分气体。 例如，空气是混合气体例如，空气是混合气体, 其中的其中的 O2, N2, CO2 等等, 均为空气的组分气体均为空气的组分气体. 1. 根本概念根本概念 混合气体所具有的压强为总混合气体所具有的压强为总压压(p(p总总) )。混合气体所占有的体。混合气体所占有的体积为总

2、体积积为总体积(V(V总总) )。 某组分气体单独占有总体积某组分气体单独占有总体积时，其所具有的压强为该组分时，其所具有的压强为该组分气体的分压气体的分压(pi)(pi)；单独具有总；单独具有总压时所占有的体积为分体积压时所占有的体积为分体积(Vi)(Vi)。理想气体混合物的分压与总压理想气体混合物的分压与总压V, T 一定一定n1m1 p1 V, T 一定一定n2m2 p2 V, T 一定一定n3m3 p3组分气体组分气体V, T 一定一定nimi piV, T 一定一定n总总 = nim总总 = mi混合气体混合气体 p总总 = p1 + p2 + + pi = pi John Dalt

3、on(1766-1844)2. 2. 混合气体分压定律混合气体分压定律18011801年，年，DaltonDalton在实验的根底上在实验的根底上提出了混合气体的分压定律，即：提出了混合气体的分压定律，即：混合气体的总压等于各组分气体混合气体的总压等于各组分气体的分压之和。的分压之和。 p p总总 p1 + p2 + p1 + p2 + + pi + pi pipip总总= n总总RT/V = (n1+n2+ . ni) RT/V = n1RT/V + n2RT/V + .+ niRT/V = p1+p2+ . pi =pi理想气体混合时理想气体混合时, , 由于分子间无相由于分子间无相互作用

4、互作用, , 故在容器中碰撞器壁产生故在容器中碰撞器壁产生压力时压力时, , 与独立存在时是一样的与独立存在时是一样的, , 亦即在混合气体中亦即在混合气体中, , 组分气体是各组分气体是各自独立的自独立的. . 这是分压定律的本质这是分压定律的本质. . 例例225 oC时，装有时，装有0.3 MPa O2体积为体积为dm3的容器与装有的容器与装有0.06 MPa N2的体积的体积为为2 dm3的容器用旋塞衔接旋塞翻开，的容器用旋塞衔接旋塞翻开，待两气体混合后，计算待两气体混合后，计算 (1) O2, N2的物的物质的量；质的量；(2) O2, N2的分压；的分压；(3) 混合气混合气体的总

5、压体的总压.O2N2解：解： 混合前后物质的量没有发生变化混合前后物质的量没有发生变化nO2 = p1V1/RT= 0.31060.001/8.314(25+273)= 0.12 mol nN2 = p2V2/RT= 0.061060.002/8.314(25+273)= 0.048 mol (2) O2的分压是它单独占有的分压是它单独占有3dm3时所时所产生的压力产生的压力. 当当O2由由1dm3膨胀至膨胀至3 dm3: pO2=p1V1/V=0.31/3=0.1 MPa pN2=p2V2/V=0.062/3=0.04 MPa(3) 混合气体总压：混合气体总压： p总总 = pO2 + pN

6、2 = 0.1+0.04 = 0.14 MPaDalton定律的第二种方式：定律的第二种方式： xi (= ni/n总总)为组分气体为组分气体i的摩尔分数的摩尔分数 含义：在温度和体积恒定时，混合气体中任一含义：在温度和体积恒定时，混合气体中任一组分气体的分压组分气体的分压(pi)等于该气体的总压与摩尔等于该气体的总压与摩尔分数之积。分数之积。iiiiiiixppxnnppVRTnpVRTnp总总总总总则：，因为 3. 阿玛格分体积定律阿玛格分体积定律 Amagats law of partial volumes 分体积定律：当温度、压强一样时，混合气分体积定律：当温度、压强一样时，混合气体的

7、总体积等于各组分气体分体积之和。体的总体积等于各组分气体分体积之和。iiiiiiVpRTnp)RTn(pRTnV总总:DeductionV总V1V2 显然，只需当各组分气体的分显然，只需当各组分气体的分子不具有体积、分子间不存在作用子不具有体积、分子间不存在作用力时，各组分气体对容器壁面的撞力时，各组分气体对容器壁面的撞击效果才好像单独存在于容器时的击效果才好像单独存在于容器时的一样，因此道尔顿分压定律和阿玛一样，因此道尔顿分压定律和阿玛格分体积定律只适用于理想气体混格分体积定律只适用于理想气体混合物。合物。当某组分气体当某组分气体i具有与混合气体一样的具有与混合气体一样的温度和压强时，有：温

8、度和压强时，有： p总总Vi = niRT p总总V总总 = n总总RT 所以，又有：所以，又有：总总总VVpxppiiiixnnVV总总ii两式相除，得两式相除，得Vi/V总为组分气总为组分气体体i的体积分数的体积分数2-2-1 2-2-1 溶液浓度的表示方法溶液浓度的表示方法2-2-2 2-2-2 饱和蒸气压饱和蒸气压2-2-3 2-2-3 稀溶液的依数性稀溶液的依数性2-2 2-2 液体和溶液液体和溶液2-2-1 2-2-1 溶液浓度的表示方法溶液浓度的表示方法(1) 物质的量浓度物质的量浓度(c): 单位体积溶液中单位体积溶液中所含溶质的物质的量。所含溶质的物质的量。c = 溶质物质的

9、量溶质物质的量/溶液体积溶液体积 = nB/V液液单位单位: mol dm-3 或或 mol L-1 溶液的浓度：在一定量溶液或溶剂溶液的浓度：在一定量溶液或溶剂( (物质物质A)A)中所溶解溶质中所溶解溶质( (物质物质B)B)的量的量称为溶液的浓度。称为溶液的浓度。Because volume is temperature dependent, molarity can change with temperature.(2) 质量摩尔浓度质量摩尔浓度(b): 1000 g (1 kg) 溶剂中所含溶质的物质的量。溶剂中所含溶质的物质的量。符号：符号：b 单位：单位：molkg-1 b =

10、nB/mA (A为溶剂为溶剂, B为溶为溶质质) Because neither moles nor mass change with temperature, molality (unlike molarity) is not temperature dependent.(3) (3) 质量分数质量分数: : 溶质的质量与溶溶质的质量与溶液的质量之比。液的质量之比。 WB = mB/m WB = mB/m液液 ( (无单位无单位) )(4) (4) 质质( (重重) )量百分浓度量百分浓度: : 每每100100份份重的溶液中所含溶质的质量份数重的溶液中所含溶质的质量份数. . Wt% =

11、mB/m Wt% = mB/m液液 100% ( 100% (无无单位单位) )(5) (5) 摩尔分数摩尔分数: : 溶质的物质的溶质的物质的量与溶液的总物质的量之比。量与溶液的总物质的量之比。 xB = nB/n xB = nB/n液液 ( (无无单位单位) )或或 xB = nB/(nB+nA) xB = nB/(nB+nA) xB + xA = 1 xB + xA = 1名称名称定义定义单位单位注意注意质量分数质量分数WB mB/m液液无无计算时质量单位要计算时质量单位要一致一致质质(重重)量量百分浓度百分浓度Wt% = mB/m液液 100%无无计算时质量单位要计算时质量单位要一致一

12、致摩尔分数摩尔分数xB nB/n液液无无溶液各组分的物质溶液各组分的物质的量分数之和等于的量分数之和等于1物质的量物质的量浓度浓度cB = nB/V液液moldm-3molL-1与温度有关，但影与温度有关，但影响不大，配制该浓响不大，配制该浓度的溶液较容易度的溶液较容易质量摩尔质量摩尔浓度浓度b = nB/mAmolkg-1不受温度影响，常不受温度影响，常用于溶液的凝固点用于溶液的凝固点和沸点的计算和沸点的计算溶液浓度的表示法溶液浓度的表示法 比例浓度：常指体积比，如比例浓度：常指体积比，如1:4硫酸溶液硫酸溶液是指是指1体积浓体积浓H2SO4和和4体积水混合组成体积水混合组成的溶液。的溶液。

13、 ppm：即百万分浓度，：即百万分浓度，1 ppm是指每千是指每千克溶液中含克溶液中含1毫克毫克(mg, milligram) 溶质。溶质。 ppb：即十亿分浓度，：即十亿分浓度，1 ppb是指每千克是指每千克溶液中含溶液中含1微克微克(g, microgram) 溶质。溶质。其它浓度表示法其它浓度表示法例例5 市售的市售的98%(g/g)的浓硫的浓硫酸，酸，25 oC 时密度为时密度为1.84 gcm-3, 求该溶液的求该溶液的 物质的量浓度物质的量浓度, 质量摩尔浓度质量摩尔浓度, 溶质的摩尔分数溶质的摩尔分数.解：解：3dmmol 4 .1898%9884. 11000 ) 1 (-c1

14、23kgmol 100 . 5 10%)981 (84. 110004 .18 )2(-b9 . 0 18%)981 (84. 110004 .184 .18 )3(42SOHx2-2-2 2-2-2 饱和蒸气压饱和蒸气压1. 纯溶剂的饱和蒸气压纯溶剂的饱和蒸气压(p*) 当把一纯溶剂放在一个密闭的容当把一纯溶剂放在一个密闭的容器中器中(温度一定温度一定)会发生怎样的景象呢？会发生怎样的景象呢？溶剂(l)蒸气(g)蒸发凝聚纯溶剂的饱和蒸气压纯溶剂的饱和蒸气压 开场时，溶剂外表分子由于热运动会开场时，溶剂外表分子由于热运动会跑到空间去，这一过程为蒸发。蒸发是液跑到空间去，这一过程为蒸发。蒸发是液

15、体气化的一种方式体气化的一种方式. .开场时蒸发速度很快，开场时蒸发速度很快，当大量的溶剂分子跑到空间去以后，这些当大量的溶剂分子跑到空间去以后，这些分子相互碰撞又会变为液态而回到溶剂中分子相互碰撞又会变为液态而回到溶剂中去，这一过程为凝聚。当蒸发速度与凝聚去，这一过程为凝聚。当蒸发速度与凝聚速度到达相等时，即到达了动态平衡，此速度到达相等时，即到达了动态平衡，此时蒸气所具有的压强就是饱和蒸气压，简时蒸气所具有的压强就是饱和蒸气压，简称蒸气压。称蒸气压。蒸发蒸发 凝聚凝聚 饱和蒸气压：一定温度下，一纯饱和蒸气压：一定温度下，一纯溶剂置于密闭容器中，当蒸发与溶剂置于密闭容器中，当蒸发与凝聚到达动

16、态平衡时，蒸气所具凝聚到达动态平衡时，蒸气所具有的压力有的压力(p*)。t/p*/kPa t/p*/kPat/P*/kPa10.01.22860.019.92110.0143.320.02.33870.031.16120.0198.630.04.24380.047.34130.0270.240.07.37690.070.10140.0361.550.012.33100.0101.325 150.0476.2表表1 水的蒸气压水的蒸气压 饱和蒸气压与溶剂的本性有关。同一溶饱和蒸气压与溶剂的本性有关。同一溶剂的蒸气压又随温度的升高而增大。剂的蒸气压又随温度的升高而增大。2. 溶液的饱和蒸气压溶液的

17、饱和蒸气压 首先来思索下面的这一实验首先来思索下面的这一实验会发生什么样的景象会发生什么样的景象(见图见图)。水自动转移到糖水中去水自动转移到糖水中去 溶液的饱和蒸气压溶液的饱和蒸气压(p)当溶液中溶有难挥发的溶质时当溶液中溶有难挥发的溶质时, 那么有部分溶液外表那么有部分溶液外表被溶质分子所占据被溶质分子所占据, 于是于是, 与纯溶剂相比，溶液中单位与纯溶剂相比，溶液中单位外表在单位时间内蒸发的溶剂分子的数目减少，溶液外表在单位时间内蒸发的溶剂分子的数目减少，溶液上方空间的蒸气密度亦减小；当蒸发与凝聚达平衡时上方空间的蒸气密度亦减小；当蒸发与凝聚达平衡时, 此时的饱和蒸气压为此时的饱和蒸气压

18、为: p p 解释实验景象解释实验景象(水自动转移到糖水中去水自动转移到糖水中去)： 开场时开场时, H2O 和糖水均以蒸发为主和糖水均以蒸发为主; 当当蒸气压等于蒸气压等于 p 时时, 糖水与上方蒸气到达平衡糖水与上方蒸气到达平衡, 而而 p* p, 即即 H2O 并未平衡并未平衡, 继续蒸发继续蒸发, 以致以致于蒸气压大于于蒸气压大于 p. H2O 分子开场凝聚到糖水中分子开场凝聚到糖水中, 使得蒸气压不能到达使得蒸气压不能到达 p*. 于是于是, H2O 分子从分子从 H2O 中蒸出而凝聚入糖水中蒸出而凝聚入糖水. 出现了水自动转出现了水自动转移到糖水中去的实验景象移到糖水中去的实验景象

19、. 变化的根本缘由是溶液的饱和蒸气压下降。变化的根本缘由是溶液的饱和蒸气压下降。稀溶液的性质稀溶液的性质第一类性量变化是与溶质本性有第一类性量变化是与溶质本性有关的，如溶液的颜色、比重、吸关的，如溶液的颜色、比重、吸放热等。放热等。第二类性质是与溶质的本性无关的，第二类性质是与溶质的本性无关的，只与溶质的质点浓度有关的。只与溶质的质点浓度有关的。 凡由物质所包含的根本质点数凡由物质所包含的根本质点数分子、原子、离子数决议的性质分子、原子、离子数决议的性质称为依数性称为依数性(colligative properties)。由于这一类性量变化只适用于稀溶液，由于这一类性量变化只适用于稀溶液，故又

20、称为稀溶液的通性。故又称为稀溶液的通性。 主要包括溶液的蒸气压下降，溶主要包括溶液的蒸气压下降，溶液的沸点升高和凝固点降低，溶液的液的沸点升高和凝固点降低，溶液的浸透压等。浸透压等。稀溶液的依数性稀溶液的依数性 同一温度下到达平衡时，溶液的蒸气压同一温度下到达平衡时，溶液的蒸气压必然比纯溶剂的蒸气压低这里所指的蒸气必然比纯溶剂的蒸气压低这里所指的蒸气压实践上是溶液中纯溶剂的蒸气压。此景压实践上是溶液中纯溶剂的蒸气压。此景象称为溶液的蒸气压下降。象称为溶液的蒸气压下降。 即即p = p* p1.1.蒸气压降低蒸气压降低2-2-3 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性 1887年法国物理学

21、家拉乌尔年法国物理学家拉乌尔(F. M. Roault)根据实验提出了拉乌尔定律。根据实验提出了拉乌尔定律。拉乌尔定律：拉乌尔定律： 一定温度下，稀溶液的蒸气一定温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数。的摩尔分数。 p = p*xA 由于 xA + xB = 1 所以 p = p*(1 xB) = p* p*xB p* p = p = p*xB又由于稀溶液 xB = nB/(nA+nB) nB/nA 假设溶剂为1000 g水，那么 nA = 1000/18 = 55.5 mol那么那么 nB = b 所以所以 xB = b/55.5 故：故：p

22、= p*xB = p*b/55.5 = kb 因此拉乌尔定律又可描画因此拉乌尔定律又可描画为：一定温度下，稀溶液的为：一定温度下，稀溶液的蒸气压下降与溶质的质量摩蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。本性无关。p = kbk是比例常数，又称蒸气压降低常数。是比例常数，又称蒸气压降低常数。稀溶液的蒸气压下降是呵稀溶液的蒸气压下降是呵斥其沸点升高和凝固点降斥其沸点升高和凝固点降低的根本缘由。低的根本缘由。2.2.沸点升高沸点升高沸点沸点(b. p.)：液体的蒸气压等于外界：液体的蒸气压等于外界大气压时的温度。大气压时的温度。特征：在此温度下，气化在整个液

23、特征：在此温度下，气化在整个液体中进展，液体表现出沸腾体中进展，液体表现出沸腾.沸腾与蒸发的区别：蒸发是低于沸沸腾与蒸发的区别：蒸发是低于沸点温度下的气化，仅限于在液体外点温度下的气化，仅限于在液体外表上进展表上进展. 当一种难挥发的非电解质溶质溶入溶剂后，溶液的蒸气压必然低于同温度下纯溶剂的蒸气压，因此在同一外压下，即使溶液的温度与纯溶剂的沸点一样，溶液也不会沸腾。由于此时溶液的蒸气压仍低于外压。欲使溶液沸腾必需将溶液继续升温，直到其蒸气压等于外压时为止。可见，溶液沸点必然高于溶剂沸点，此景象称为溶液的沸点升高。 Tb=Tb Tbo = kbbkb 为溶剂的沸点升高常数，为溶剂的沸点升高常数

24、，它决议于溶剂的本性，而与它决议于溶剂的本性，而与溶质的本性无关。溶质的本性无关。H2O: kb= 0.512 K kg mol-1难挥发非电解质稀溶液沸点的升高和难挥发非电解质稀溶液沸点的升高和溶质的质量摩尔浓度成正比溶质的质量摩尔浓度成正比:凝固点凝固点(f. p.)：物质的液相与固相：物质的液相与固相具有一样蒸气压时的温度。具有一样蒸气压时的温度。3. 凝固点降低凝固点降低 由于稀溶液的蒸气压降低，因此溶液的蒸气由于稀溶液的蒸气压降低，因此溶液的蒸气压曲线位于纯溶剂的蒸气压曲线下方。如下压曲线位于纯溶剂的蒸气压曲线下方。如下图，当溶液的温度降低到纯溶剂的凝固点时，图，当溶液的温度降低到纯

25、溶剂的凝固点时，溶液的蒸气压曲线并不与固态纯溶剂的蒸气溶液的蒸气压曲线并不与固态纯溶剂的蒸气压曲线相交，即在此温度下，体系中并未出压曲线相交，即在此温度下，体系中并未出现溶液和纯溶剂固相共存的形状。现溶液和纯溶剂固相共存的形状。 只需将温度继续降低到只需将温度继续降低到Tf点时，两条曲线才点时，两条曲线才相交于相交于B点，在点，在B点，溶液中析出固相点，溶液中析出固相A，此，此时溶液的蒸气压实践为溶剂的蒸气压等时溶液的蒸气压实践为溶剂的蒸气压等于固态纯溶剂的蒸气压。显然于固态纯溶剂的蒸气压。显然Tf NaCl (i = 2) HAc (1 i Na2SO4 (i = 3) NaCl (i =

26、2) ; NaAc, K2CrO4, NaCl; 应为应为 K2CrO4 (i = 3) NaAc (i = 2) = NaCl (i = 2) ;NaCl, K2Cr2O7, CaCl2. 应为应为 K2Cr2O7 (i = 3) = CaCl2 (i = 3) NaCl (i = 2) . 5. 稀溶液依数性的运用稀溶液依数性的运用1溶解溶解3.24 g 硫于硫于40 g苯中，苯的沸点升苯中，苯的沸点升高为高为0.81 K，问此溶液中硫分子是由几个硫，问此溶液中硫分子是由几个硫原子组成的？原子组成的？(苯的苯的kb值为值为2.53 Kkgmol-1). 8 25332 molg 253mo

27、lkg253. 0 K81. 0kg1040g24. 3molkgK53. 2 , 1131nnTmmkMMmmkmnkbkTbABbBBABbABbbb可得由所以解：因为2某浓度的葡萄糖溶液在某浓度的葡萄糖溶液在0.250 oC时结冰，该溶液在时结冰，该溶液在25 oC时的蒸气压为时的蒸气压为多少？浸透压为多少？多少？浸透压为多少？(知纯水在知纯水在25 oC时的蒸气压为时的蒸气压为3130 Pa, 水的凝固点水的凝固点下降常数为下降常数为1.86 Kkgmol-1)1 -1 -ooffffkgmol 134. 0 molkgC 86. 1C 250. 0 kTbbkT可得解：由 = cRT

28、 bRT = 0.134 moldm-3 8.314 kPadm3mol-1K-1 298 K = 332 kPaPa 31170.99579Pa 3130*99579. 000241. 0100241. 0 mol 0.134)181000(mol 134. 0AABABBxppxnnnx3将磷溶于苯配制成饱和溶液，取将磷溶于苯配制成饱和溶液，取3.747 g 此饱和溶液加于此饱和溶液加于15.401 g苯中，苯中，混合溶液的凝固点是混合溶液的凝固点是5.155 oC， 而纯苯而纯苯的凝固点为的凝固点为5.400 oC，知磷在苯中以，知磷在苯中以P4分子存在，苯的分子存在，苯的kf=5.12

29、 Kkgmol-1. 求求磷在苯中的溶解度磷在苯中的溶解度g/100 g苯。苯。解：设解：设3.747 g饱和溶液中有饱和溶液中有x克克P4. g 113. 0 )747. 3(401.15100040 .3112. 5155. 5400. 5xxx解得那么那么 溶解度为溶解度为 0.113 100/(3.747-0.113) = 3.11g/100 g苯苯由由Tf = kfb 得得4、回答以下问题、回答以下问题1为什么海水鱼不能生活在淡水中？为什么海水鱼不能生活在淡水中？2为什么浮在海面上的冰山其中盐为什么浮在海面上的冰山其中盐极少？极少？3在一密闭容器中，放有浓度不同在一密闭容器中，放有浓

30、度不同的两杯糖水，长时间放置后各有什么的两杯糖水，长时间放置后各有什么变化？变化？4把一小块冰放在把一小块冰放在0 oC的水中，的水中，另一块放在另一块放在0 oC的盐水中，各有什的盐水中，各有什么景象？么景象？5盐碱地的农作物长势不良，甚盐碱地的农作物长势不良，甚至枯萎，施肥太浓，植物也会被至枯萎，施肥太浓，植物也会被“烧烧死，阐明其缘由。死，阐明其缘由。6在一样温度和压力下，一样质在一样温度和压力下，一样质量摩尔浓度的葡萄糖和盐水溶液浸量摩尔浓度的葡萄糖和盐水溶液浸透压能否一样？透压能否一样？1为什么海水鱼不能生活在淡为什么海水鱼不能生活在淡水中？水中？ 海水鱼体细胞中的细胞液盐的浓度海水

31、鱼体细胞中的细胞液盐的浓度高于淡水中盐的浓度，假设将海水高于淡水中盐的浓度，假设将海水鱼放置在淡水中，那么由于浸透作鱼放置在淡水中，那么由于浸透作用，水透过鱼细胞膜，以致鱼细胞用，水透过鱼细胞膜，以致鱼细胞内液体过多，细胞膜胀破，因此海内液体过多，细胞膜胀破，因此海水鱼不能生活在淡水中。水鱼不能生活在淡水中。2为什么浮在海面上的冰山其为什么浮在海面上的冰山其中盐极少？中盐极少？ 由于海水中盐的浓度大于纯水，由于海水中盐的浓度大于纯水，这导致海水较水的凝固点下降，这导致海水较水的凝固点下降，不能在水的凝固点冻结，海水只不能在水的凝固点冻结，海水只需在其盐浓度减少时，才能够在需在其盐浓度减少时，才能够在接近水的凝固点时冻结，故浮在接近水的凝固点时冻结，故浮在海面上的冰山其中盐极少。海面上的冰山其中盐极少。3在一密闭容器中，放有浓度在一密闭容器中，放有浓度不同的两杯糖水，长时间放置后不同的两杯糖水，长时间放置后各有什么变化？各有什么变化？ 稀的变浓，浓的变稀。由于溶液的蒸气稀的变浓，浓的变稀。由于溶液的蒸气压下降与溶液中溶质的质量摩尔浓