普通化学——物质的聚集态

1、1参阅教材：第参阅教材：第 2，4，8，9，10，21章内容章内容2化学的研究对象化学的研究对象物质物质化学的研究内容化学的研究内容物质物质的的组成组成、结构、结构、性质、变化规律性质、变化规律物质的基础物质的基础化学元素化学元素3固定的组成固定的组成物质的分类物质的分类 (Classification of Matter)均一的性质均一的性质4根根据据物物态态分分类类三种物态之间可随温度或压强变化而互相转化三种物态之间可随温度或压强变化而互相转化51. 气体气体 (Gases)不同气体化学性质不同，但它们表现出来的宏观不同气体化学性质不同，但它们表现出来的宏观性质（性质（P、T、n、V）相似

2、相似.61.1 理想气体理想气体状态方程状态方程 (The Ideal Gas Equation)P2 V T1P1 V1 T1P2 V2 T2波义尔定律波义尔定律查理盖查理盖吕萨克定律吕萨克定律7理想气体定律是阿佛伽德罗定律、波义尔定律、查理理想气体定律是阿佛伽德罗定律、波义尔定律、查理盖盖吕萨克定律三条定律的综合，它同时包括了这三条定吕萨克定律三条定律的综合，它同时包括了这三条定律律 。a）n一定时，一定时， P、V、T改变，改变， ;b）n、T 一定时，一定时， P1V1 = P2V2，Boyles Laws；c）n、P 一定时，一定时， ， Gay-lussacs Laws ；d）P、

3、T 一定时，一定时， ， Avogadros Laws222111TVPTVP2211TVTV2121VVnn注意细节注意细节 (Attentions)：8单位换算 (Conversion of Units)R的取值的取值: 0.082061 atm dm3 mol-1 K-1 62.366 torr(mmHg) dm3 mol-1 K-1 8.3148 kPa dm3 mol-1 K-1 Pa m3 mol-1 K-1 J mol-1 K-1P: SI 制：制： Pa, kPa；非非SI制：制：atm, mmHg, torr1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 101.

4、3 kPa = 1.01 105 PaV: m3, dm3 (L), cm3 (mL)1m3 = 103 dm3 = 106 cm3T: K， 绝对温度绝对温度 T = t + 273.15, t: C.n: mol， 物质的量物质的量9例题例题 (Example)：解：解：有误差，因为有误差，因为PVnRT源于理想气体源于理想气体实验测定实验测定310，101.3 kPa 时单质气态磷的密度是时单质气态磷的密度是 2.64 g dm-3，求磷的分子式求磷的分子式Px。P的原子序数为的原子序数为30.9610表明：在压强为表明：在压强为0 1atm范围内，以范围内，以P/ 对对P作图，直线在作

5、图，直线在 P/ 轴上的轴上的截距应为：截距应为：(P/ )0 = RT/M 。 实际气体：在一定温度，压强为实际气体：在一定温度，压强为0-1atm时，PVm = RT + P。 用此关系式修正用此关系式修正理想气体定律：理想气体定律： )1 (PBMRTP)1 (PBRTnVP例例： 25.00oC时，(CH3)2O的P/ P图 0)/(PRTM L mmHg 403.6025.00)K(273.15K mol mmHg L 62.366111= 46.071 (g mol-1 ) 111L4L1 atm O2 真空 混合后：2) 真空 2 atm N2 混合后：3) 1 atm O2 2

6、 atm N2 混合后: P = ?atmPO2 . 041112atmPN6 . 1414221.2 混合气体混合气体(Mixture of gases) Dolton分压定律分压定律 (Doltons Law of Partial Pressures)前提：可以以任何比例混合，无化学反应发生。前提：可以以任何比例混合，无化学反应发生。12Dolton分压定律：分压定律：在在恒定温度恒定体积恒定温度恒定体积的条件，的条件，混合气体的总压等于各组分气体的分压强之和。混合气体的总压等于各组分气体的分压强之和。 Dolton分压定律的数学表达式分压定律的数学表达式:上面的例子中：上面的例子中：P总

7、总 = pO2 + pN2 = 0.2 + 1.6 = 1.8 atm P总总 = PA + PB + PC + + Pi + 13PA = nART/V总总, PB = nBRT/V总总P总总 = nART/V总总+ nBRT/V总总+ + niRT/V总总+ = (nA + nB + + ni + )RT/V总总 =n总总RT/V总总iiiiXnVRTnVRTPP总总总总总nniiPPX总又因为：又因为：（Dolton分压定律的另一种表达方式）分压定律的另一种表达方式）注意：注意： DoltonDolton分压定律只适应于理想气体分压定律只适应于理想气体14总总总总总总总总VPPVXnVV

8、PPXnPRTnPRTVVPRTnViiiiiiiiiiiinnn在恒定在恒定T、P的条件下，混合气体的条件下，混合气体的总体积等于各组分气体的的总体积等于各组分气体的分体分体积积之和。之和。另外：另外： V总总 = VA + VB + VC + + Vi + 混合气体混合气体：PiV总总P总总Vi=niRTP总总V总总n总总RT（每一种气体都符合理想气体状态方程）（每一种气体都符合理想气体状态方程）注意：注意：PiVi niRT, 没有物理意义没有物理意义15161.3 实际气体方程实际气体方程a b nRTPVZ RTbVVaPnRTnbVVanP)()(222Z 1或者或者 1，why？

9、分子体积分子体积和相互作用之间的抗衡和相互作用之间的抗衡实际上：气体分子本身是有体积的，它们占有容器的一部分空间。而实际上：气体分子本身是有体积的，它们占有容器的一部分空间。而且分子间确实存在着某种吸引力（气体能液化的事实可说明）。且分子间确实存在着某种吸引力（气体能液化的事实可说明）。172. 液体液体 (Liquids)18单组分体系中，纯物质的气态、液态和固态之间存在着如下转化： 分子间作用力小的气态物质，临界温度低，不易液化；分子间作用力小的气态物质，临界温度低，不易液化；分子间作用力大的气态物质，临界温度高，容易液化分子间作用力大的气态物质，临界温度高，容易液化 许多物质的临界温度很

10、高，在常温常压下都会凝聚而以许多物质的临界温度很高，在常温常压下都会凝聚而以液体或固体的形式存在液体或固体的形式存在 192.1 气体的液化气体的液化 (Liquefaction of Gases)气体分子气体分子中的两种中的两种倾向倾向临界点临界点 (The critical Point)：气体开始液化的点（：气体开始液化的点（Pc、Tc、Vc）气体要液化，就需要动能降、势能升，即气体要液化，就需要动能降、势能升，即T降降P升。升。20永久气体永久气体 (Permanent Gases)注意：注意：Tc以下的每一个可液化的以下的每一个可液化的T都对应一个都对应一个P，T不同则不同则P也随也随

11、之变化。之变化。几个概念几个概念21可压缩气体可压缩气体 (Nonpermanent Gases) Tb （沸点）（沸点） 室温室温 Tc 室温，室温， 室温下室温下加压加压不能不能液化液化Tb 室温，室温， 室温下加压室温下加压可可液液化化Tb 室温室温 Tc 室温，室温， 在常温常压下在常温常压下为为液体液体?232.2 液体的蒸发液体的蒸发 (Evaporation of Liquids)在蒸发过程中，较高动能的粒子从表面在蒸发过程中，较高动能的粒子从表面逃逸。（分子动能与势能之间的竞争）逃逸。（分子动能与势能之间的竞争）液面液面液体分子离液体分子离开液相进入气相的开液相进入气相的那一部

12、分分子那一部分分子24vt冷凝冷凝蒸发蒸发25 。特点：只与温度有关，而与容器的体积以及液体的多少特点：只与温度有关，而与容器的体积以及液体的多少 无关无关, ,但一定要有液体。但一定要有液体。接真空泵接真空泵 温度上升，液体的平衡蒸气压增大温度上升，液体的平衡蒸气压增大26T/P/atm 温度一定时，水的饱和蒸气压是常数温度一定时，水的饱和蒸气压是常数水的临界温度高，增加压强或者降低温度可能会有液态水生成水的临界温度高，增加压强或者降低温度可能会有液态水生成 空气的临界温度低，在室温下不会液化空气的临界温度低，在室温下不会液化281/TlgpB B可以通过理论可以通过理论计算计算获得获得.

13、.RHAvap303. 2BTAPlg29Clapeyron-Clausius 方程方程BTRHPvap111303. 2lgBTRHPvap221303. 2lg)(303. 2)11(303. 2lg21211221TTTTRHTTRHPPvapvap Hvap (液体的摩尔蒸发焓液体的摩尔蒸发焓)：在恒：在恒T、P下，下，1mol液体变成液体变成1mol气体吸收的热量，气体吸收的热量，是温度的函数，在是温度的函数，在T变化不大时可作为常数使用。变化不大时可作为常数使用。重要含义：重要含义： 沸点时的摩尔蒸发焓；沸点时的摩尔蒸发焓； 298K时标准蒸发焓（热力学上参数）；时标准蒸发焓（热力

14、学上参数）； 一定范围内的平均值（若通过一定范围内的平均值（若通过T2、T1根据上式求出。则为此温度范围内的平均根据上式求出。则为此温度范围内的平均值）。值）。30在青藏高原某山地，测得水的沸点为在青藏高原某山地，测得水的沸点为93 oC，估算该地，估算该地大气压是多少？大气压是多少？已知已知水水的的 Hvap = 43。例题：例题：2. 在在40oC时将时将1L饱和有苯蒸气的空气从饱和有苯蒸气的空气从750mmHg压缩至压缩至5atm，若若40oC时苯的时苯的P饱饱181.7mmHg。 问问: 压缩过程中有多少克苯蒸气发生凝聚。压缩过程中有多少克苯蒸气发生凝聚。312.3熔化和熔化和凝固凝固

15、(Melting and Freezing of Liquids)固体变为液体时，有序结构被破坏。多固体变为液体时，有序结构被破坏。多数情况下，有序结构破坏时分子间距离数情况下，有序结构破坏时分子间距离要增大。液体中分子间力没有在固体中要增大。液体中分子间力没有在固体中大，固体的熔化也是一个吸热过程大，固体的熔化也是一个吸热过程熔点：液熔点：液-固两相共存时，加热或吸热固两相共存时，加热或吸热只能改变液体、固体的相对量，而温度只能改变液体、固体的相对量，而温度不变不变等温等压下，等温等压下，1 mol 固体完全转变为液固体完全转变为液体的过程中吸收的热量称为固体的熔化体的过程中吸收的热量称为固

16、体的熔化焓焓 Hfus按能量守恒定律，在确定温度和压强下，按能量守恒定律，在确定温度和压强下，物质的熔化焓和蒸发焓之和应等于它的物质的熔化焓和蒸发焓之和应等于它的升华焓升华焓 凝固是熔化的逆过程凝固是熔化的逆过程，在温度和压强相同的条件下，在温度和压强相同的条件下，1 mol液体变为液体变为固体时的焓变是同一物质的熔化焓的负值固体时的焓变是同一物质的熔化焓的负值 一定压强下将液体冷却，冷到一定温度，就会有固体从液体中析出，一定压强下将液体冷却，冷到一定温度，就会有固体从液体中析出，在体系中形成固、液二个相，此时体系的温度不再改变，为在体系中形成固、液二个相，此时体系的温度不再改变，为液体的凝液

17、体的凝固点固点如果在体系和环境间没有热交换，则建立固相和液相之间的相平衡。如果在体系和环境间没有热交换，则建立固相和液相之间的相平衡。相同压强下，液体的凝固点就是固体的熔点相同压强下，液体的凝固点就是固体的熔点在凝固点在凝固点，液相的凝固和固相的熔化处于平衡状态，此时液相的蒸气，液相的凝固和固相的熔化处于平衡状态，此时液相的蒸气压等于固相的蒸气压，即压等于固相的蒸气压，即p液液 p固固。液体的凝固点也是压强的函数，它们之间的数学关系是液体的凝固点也是压强的函数，它们之间的数学关系是克拉佩龙方程克拉佩龙方程式式 相相变VTHdTdp)()(sVlVTHdTdpmmffus332.4 升华和沉积升

18、华和沉积 (Sublimation and Deposition)固体的升华和气相的沉积都是固体的升华和气相的沉积都是气固相之间的相变气固相之间的相变过程过程一定温度下，只要振动能足够大，处于固体表面的分子也会脱一定温度下，只要振动能足够大，处于固体表面的分子也会脱离固体表面直接进入气相离固体表面直接进入气相分子脱离固体表面也要克服范德华力，分子脱离固体表面也要克服范德华力，升华过程也是吸热过程升华过程也是吸热过程等温等压条件下，等温等压条件下，1 mol固体完全转变为蒸气的过程中吸收的固体完全转变为蒸气的过程中吸收的热量称为热量称为固体的升华焓固体的升华焓 Hsub；1 mol气体沉积时的焓

19、变和同温气体沉积时的焓变和同温同压下固体的升华焓数值相等，符号相反。同压下固体的升华焓数值相等，符号相反。一定温度下，气固平衡时蒸气相的压强是该温度下固体的平衡一定温度下，气固平衡时蒸气相的压强是该温度下固体的平衡蒸气压，可以由实验测定蒸气压，可以由实验测定 适用于描述气固平衡的克拉佩龙适用于描述气固平衡的克拉佩龙-克劳修斯方程克劳修斯方程固体的蒸气压和外压相等时的温度称为该压强固体的蒸气压和外压相等时的温度称为该压强下物质的下物质的升华点升华点。外压为。外压为1 atm时的升华点则时的升华点则称为称为正常升华点正常升华点。冰的蒸气压曲线和水的蒸气压曲线在冰的蒸气压曲线和水的蒸气压曲线在T =

20、 273.16 K、P = 4.588 torr处相交，在二条蒸气处相交，在二条蒸气压曲线的交点上，物质的气、液、固三相同时压曲线的交点上，物质的气、液、固三相同时并存并达到平衡，称为物质的并存并达到平衡，称为物质的三相点三相点。在三相点温度以上，气液相平衡是热力学稳定在三相点温度以上，气液相平衡是热力学稳定的；在三相点温度以下则是的；在三相点温度以下则是气固相平衡气固相平衡的热力的热力学稳定区域。学稳定区域。a 水的蒸汽压曲线水的蒸汽压曲线b 冰的蒸汽压曲线冰的蒸汽压曲线PtorrTCBRTHpsub303. 2lg35)()(lVgVTHdTdpmmbvap)()(sVlVTHdTdpmm

21、ffus)()(sVgVTHdTdpmmsubsub克拉佩龙方程（克拉佩龙方程（1832年）年） Hvap为液体的蒸发焓，为液体的蒸发焓， Hsubl为固体的升华焓，为固体的升华焓， Hfus为固体的熔化焓为固体的熔化焓Tb，Tsub和和Tf为液体的沸点，固体的升华点和固体的熔点为液体的沸点，固体的升华点和固体的熔点 36（定积分形式）（不定积分形式）（微分形式）)11(ln1ln)(212122TTRHPPBTRHPdTRTPHPdpRTPHRTTPHgVTHdTdpm)/()(lsVgVmmPRTgVm)(372 2.5 .5 相图相图 (Phase Diagrams)38例题例题: 右面

22、是一张水的相图，右面是一张水的相图， 在下列各过程中可以观察到什么现象？在下列各过程中可以观察到什么现象？ (a) 从从A点开始等压地升温。点开始等压地升温。 (b) 从从C点开始等压地降温。点开始等压地降温。 (c) 从从B点开始等温地减压。点开始等温地减压。例题例题: 把一个盛有水的烧瓶连接把一个盛有水的烧瓶连接于一个强有力的真空泵，于一个强有力的真空泵， 在泵启动时，在泵启动时，水开始沸腾；几分钟后，水开始结冰；水开始沸腾；几分钟后，水开始结冰；最终冰消失了。最终冰消失了。解释在每一步发生了什么变化。解释在每一步发生了什么变化。 减压蒸馏，冷冻抽干，喷雾干燥（速溶咖啡）减压蒸馏，冷冻抽干

23、，喷雾干燥（速溶咖啡） 403 溶液溶液 (Solutions)是由两种或两种以上纯物质混合形成的均匀而稳是由两种或两种以上纯物质混合形成的均匀而稳定的分散体系，更确切的讲应该是由两种或两种以上物质定的分散体系，更确切的讲应该是由两种或两种以上物质以分子或离子的形式互相分散而形成的均匀混合物以分子或离子的形式互相分散而形成的均匀混合物411. 质量分数质量分数：%100剂质质WWW2. 物质的量分数：物质的量分数：1,MWMWMW质剂剂质质剂剂质质质质质xxnnnx两组分体系两组分体系3.1 表示浓度的几种方法表示浓度的几种方法423. 质量摩尔浓度质量摩尔浓度:11000kgmolWnb剂质

24、质102. 31510010005 .5815kgmolbNaCl已知已知MNaCl=58.5，所以每所以每100g溶液中溶质的摩尔溶液中溶质的摩尔数数n质质为为 15/58.5，溶剂质量为，溶剂质量为(100-15)g434. 物质的量物质的量浓度浓度(体积摩尔浓度体积摩尔浓度) (Molarity)13L00. 1moldmnc溶液质质用用M表示单位表示单位5. 体积分数体积分数 (Volume Percent)溶液质质VV用用 750 ml纯酒精，加水配成纯酒精，加水配成 1000 ml医用消毒酒医用消毒酒精，计算该溶液中酒精的体积分数。精，计算该溶液中酒精的体积分数。ppm：1 par

25、t per millionppb：1 part per billion44 = kg/dm3AAAAbcbmnmmnnc1V而剂质质剂质质453.2 溶解度溶解度 (Solubility)定义：在一定温度与压力下，体系达到溶解平衡时，溶定义：在一定温度与压力下，体系达到溶解平衡时，溶质在溶液中的平衡浓度就是该温度下溶质的质在溶液中的平衡浓度就是该温度下溶质的溶解度溶解度。我们称这种处于我们称这种处于溶解平衡溶解平衡的溶液为的溶液为饱和溶液饱和溶液（纯溶质、（纯溶质、溶液共存）溶液共存），也可以说也可以说溶解度溶解度表明了表明了饱和溶液饱和溶液中溶质和中溶质和溶剂的相对含量。溶剂的相对含量。46

26、含结晶水的物质的溶解度常常用含结晶水的物质的溶解度常常用100克水中克水中所含所含无水盐无水盐的克数来表示的克数来表示.3.2.1 固体在液体中的溶解度（固体在液体中的溶解度（S）溶剂gSg100饱和溶液gSg10047T/OH100/2gg溶解度 Hsol48取决于溶解过程是吸热还是放热取决于溶解过程是吸热还是放热 固体溶质分子进入溶剂，要先固体溶质分子进入溶剂，要先破坏固体晶格破坏固体晶格，继而在溶剂中扩，继而在溶剂中扩散，都需要消耗能量，是散，都需要消耗能量，是吸热吸热的。的。 溶质分子（离子）与溶剂分子溶质分子（离子）与溶剂分子生成溶剂合分子生成溶剂合分子（离子），会放（离子），会放出

27、能量，是出能量，是放热放热的。的。 溶解过程是吸热还是放热要看两者相抵后的净值。溶解过程是吸热还是放热要看两者相抵后的净值。如如Ca(Ac)2为放热过程，为放热过程，T 溶解度溶解度KNO3溶于水为吸热过程，溶于水为吸热过程，T 溶解度溶解度对气体溶质则不同。所有溶于水的气体，其溶解度随温度升高对气体溶质则不同。所有溶于水的气体，其溶解度随温度升高而降低。而降低。沸腾的水可以除去溶解在水中的气体沸腾的水可以除去溶解在水中的气体。温度对溶解度的影响温度对溶解度的影响49定义：溶解在溶液中的气体与液面上的气体之间定义：溶解在溶液中的气体与液面上的气体之间( (一种一种“溶溶解与逸出解与逸出”) )

28、达到动态平衡达到动态平衡时，气体下面的饱和溶液的浓时，气体下面的饱和溶液的浓度就是气体在该度就是气体在该温度温度和和压强压强条件下的条件下的溶解度溶解度，也就是说，也就是说，是被液面上气体所饱和的溶液的浓度。是被液面上气体所饱和的溶液的浓度。3.2.2 气体在液体中的溶解度气体在液体中的溶解度 (Xi)注意注意：这里气体的体积这里气体的体积V是是T和和P的函的函数数, 因此使用这种表示方法时必须注明因此使用这种表示方法时必须注明 T和和P。溶剂或溶剂Lmolkgmol溶剂或溶剂LVkgV标准状态下：标准状态下：1mol气体气体22.4L50结构相似的一类气体比较结构相似的一类气体比较, ,在相

29、同条件下在相同条件下, , 气气体的体的沸点越高沸点越高( (表示越容易聚集表示越容易聚集), ), 溶解度溶解度越越大大; ;沸点越低沸点越低, , 溶解度溶解度越小越小。如果气体溶解之后如果气体溶解之后, ,可以和溶剂可以和溶剂发生反应发生反应, ,或或者可以者可以发生电离发生电离, , 则这些气体的则这些气体的溶解度比较溶解度比较大大. .气体的本性气体的本性51外界因素外界因素iHiPKX52已知在已知在101kPa及及20时，纯氧气在水中的溶解度为时，纯氧气在水中的溶解度为1.38 10-3mol/dm3，那么在相同温度下被那么在相同温度下被101kPa空气饱空气饱和的水溶液中，和的

30、水溶液中，O2的溶解度为多少？已知空气中氧气的的溶解度为多少？已知空气中氧气的体积百分数为体积百分数为21%。例题例题：xiiKXPciiKcPbiiKbP体积摩体积摩尔浓度尔浓度摩尔摩尔分数分数质量摩质量摩尔浓度尔浓度533.3. 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性(Colligative Properties of Dilute Nonelectrolyte Solutions)溶液的物理性质中那些和溶质的本性无关只和溶液的物理性质中那些和溶质的本性无关只和单位体积溶液中溶质的粒子数有关的性质称为单位体积溶液中溶质的粒子数有关的性质称为溶液的依数性。包括：溶液的依数性。包括：54

31、3.1 蒸气压下降蒸气压下降 在液体中加入任何一种难挥发的物质在液体中加入任何一种难挥发的物质时，液体的蒸气压便下降，在同一温时，液体的蒸气压便下降，在同一温度下，纯溶剂蒸汽压与溶液蒸汽压之度下，纯溶剂蒸汽压与溶液蒸汽压之差，称为溶液的蒸气压下降（差，称为溶液的蒸气压下降（ p p）. . 溶液蒸气压下降实验溶液蒸气压下降实验55剂xPPo质质质xPPPxPPPxPPooooo1质xPPo56计算分子量计算分子量剂剂质质质质质MwMwMwPXPPoo或或近近似似为为剂剂质质MwMwPPoPwMwPM剂剂质质573.2 沸点升高沸点升高 P/atmT/K质质bKTbKTTbbbbb蒸气压下降引起

32、的直接后果之一蒸气压下降引起的直接后果之一 10002vapbbHMRTK剂58)11(ln)11(lnbbvapbbbbvapbbTTRHPPTTRHPP剂XPPbb)11(ln)11(lnbbvapbbvapbbTTRHXTTRHPXP剂剂)(1lnbbbbvapTTTTRHXXXX质质剂剂数学近似数学近似!59剂质剂质质nnnnnTTTbbb2bbTWWKM剂质质1000质bKTbb剂质质质WMWb1000计算分子量计算分子量:)()(2bbvapbbbbvapTTRHTTTTRHX质剂质质质nnnHTRHXTRTvapbvapbb22剂质剂wnHMTRTvapbb10001000260

33、3.3 凝固点下降凝固点下降 T/KP/atmbKTff 10002fusffHMRTK剂ffTwwKM剂质质1000蒸气压下降引起的直接后果之二蒸气压下降引起的直接后果之二610以下的冰盐浴，就是利用溶液的凝固点下降原理；以下的冰盐浴，就是利用溶液的凝固点下降原理；冬天北方跑野外的汽车水箱特别容易结冰，所以常常冬天北方跑野外的汽车水箱特别容易结冰，所以常常在水箱中加入一些乙二醇，丙三醇之类的化合物，使在水箱中加入一些乙二醇，丙三醇之类的化合物，使水箱中水的凝固点降低水箱中水的凝固点降低；有机化合物纯不纯的一个指标就是测它的凝固点。有机化合物纯不纯的一个指标就是测它的凝固点。623.4 渗透压

34、渗透压 微孔很小，只容许微孔很小，只容许小分子通过而大分小分子通过而大分子通不过的薄膜叫子通不过的薄膜叫半透膜半透膜。63TRVnTRc溶液质质VTRwM红血球在纯水或者糖溶液中肿胀或干瘪；红血球在纯水或者糖溶液中肿胀或干瘪；人体的肾能够渗透掉代谢产生的废物而保留有用的蛋白人体的肾能够渗透掉代谢产生的废物而保留有用的蛋白；海鱼和河鱼靠鱼鳃的不同渗透功能在不同水质中存活；海鱼和河鱼靠鱼鳃的不同渗透功能在不同水质中存活；树根靠渗透作用将水份一直输运到树叶的末端。树根靠渗透作用将水份一直输运到树叶的末端。64小结小结剂质质剂质质nMwPnnPxPPooo剂质质质wMwKbKTbbb1000剂质质质w

35、MwKbKTfff1000VTRMwTRVnTRc质质质剂质质nPwPMobbTwwKM剂质质1000溶液质质VTRwMffTwwKM剂质质100065为什么测定普通物质分子量常用冰点下降法而不用沸点上为什么测定普通物质分子量常用冰点下降法而不用沸点上升法，而测定生物大分子的分子量却又常用渗透压法？升法，而测定生物大分子的分子量却又常用渗透压法？例例： 某生化学家溶某生化学家溶2.00g蛋白质于蛋白质于0.100dm3水中，测得水中，测得25时渗透压为时渗透压为0.021atm，估计该蛋白质的摩尔质量，估计该蛋白质的摩尔质量。 C =/RT = 0.021atm/（0.0821 atmLmol

36、-1K-1298K） = 8.5910-4mol/L M = 2.00g10/（8.5910-4）= 2.32104 gmol-1比较一下：比较一下： 因为该溶液很稀因为该溶液很稀 C m = 8.59 10-4 mol/kg 渗透压法渗透压法 因为因为= 0.021 atm = 2.13 kPa 则水柱高则水柱高h = /g = 21.7cm而水的而水的： Kp 4.110-4 P = - 3.5 10-7atm = - 3.610-2 Pa Kb 0.52 Tb = 0.00044 K Kf 1.86 Tf = 0.0016 K 这三个方法不容易测量准确值！这三个方法不容易测量准确值！离子

37、溶液的依数性离子溶液的依数性 酸、碱、盐等无机化合物在水中溶解时酸、碱、盐等无机化合物在水中溶解时电离电离为带电荷的离子为带电荷的离子 介电常数很大的水可以大幅度降低正负离子间的库仑引力，使它们介电常数很大的水可以大幅度降低正负离子间的库仑引力，使它们容易彼此分离正负离子容易和水分子反应形成水合离子而降低体系容易彼此分离正负离子容易和水分子反应形成水合离子而降低体系的能量。的能量。 范霍夫在研究稀溶液的渗透压时发现：酸、碱、盐等电解质溶范霍夫在研究稀溶液的渗透压时发现：酸、碱、盐等电解质溶液的渗透压总是比等浓度的非电解质溶液的液的渗透压总是比等浓度的非电解质溶液的渗透压高渗透压高： 其中的其中

38、的i就叫范霍夫因子就叫范霍夫因子。 电解质溶液的其它各项依数性亦有类似的特征，都可以表示为：电解质溶液的其它各项依数性亦有类似的特征，都可以表示为： 质xiPPobiKTbbbiKTfficRT图图10-9用凝固点降低法测定的各种强电解质用凝固点降低法测定的各种强电解质水溶液的范霍夫因子水溶液的范霍夫因子i 随质量摩尔浓度随质量摩尔浓度的对数的对数log m的递变趋势：的递变趋势：随着溶液的稀释，随着溶液的稀释，HCl, KOH, KCl, NaCl, AgNO3, MgSO4 等的等的i 值都趋值都趋于于2；H2SO4, K2SO4, MgCl2等的等的i 值都趋于值都趋于3；AlCl3,

39、K3Fe(CN)6等的等的i值都趋于值都趋于4；Al2(SO4)3的的i 值趋于值趋于5;在稀溶液中，相同浓度下，在稀溶液中，相同浓度下，i值大的溶值大的溶液粒子的数目多，其溶液的凝固点降液粒子的数目多，其溶液的凝固点降低多。低多。ilog m693.5 两种挥发性液体的理想溶液两种挥发性液体的理想溶液oBoABoABoBBoABoBAoABAPPxPxPxPxPxPPPP1总70BoBAoABoBBABBoBoABoAAoABAAAAoBBBoAAAXPXPXPPPPXPPXPXPPPPPPXPPXPPX总有一个己烷和庚烷组成的理想溶液体系有一个己烷和庚烷组成的理想溶液体系,已知已知25时己

40、时己烷的烷的Po饱饱0.198atm,庚烷庚烷Po饱饱=0.06atm,当溶液中己烷的摩当溶液中己烷的摩尔分数为尔分数为0.4时时,溶液的蒸气压为多少溶液的蒸气压为多少?蒸气中各气体的摩蒸气中各气体的摩尔分数为多少？尔分数为多少？例题：例题：xB液相：液相：气相：气相：71例题：例题：1. 在在25oC，758mmHg时从水面收集到饱和有水蒸气的氢气时从水面收集到饱和有水蒸气的氢气152mL。已知：已知： 25oC时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为23.76mmHg。计算：计算：（1）H2的分压；（的分压；（2）收集到的）收集到的H2的物质的量；（的物质的量；（3）干燥干燥H2的体积。的体积

41、。2. 在在298K和和101kPa时，时，1.00L干燥空气缓慢通过乙醚。计干燥空气缓慢通过乙醚。计算空气通完后，被空气带走的乙醚的质量。算空气通完后，被空气带走的乙醚的质量。298K时乙醚的时乙醚的蒸气压为蒸气压为57.7kPa，乙醚的摩尔质量为，乙醚的摩尔质量为74.1 g mol-1 。4 固体固体晶体的特性：晶体的特性：a. 具有规则的几何构形，这是晶体最明显的特征。同一种晶体由于生具有规则的几何构形，这是晶体最明显的特征。同一种晶体由于生成条件的不同，外形上可能差别，但晶体的晶面角却不会变。成条件的不同，外形上可能差别，但晶体的晶面角却不会变。b. 具有确定的熔点，非晶体只有软化温

42、度。具有确定的熔点，非晶体只有软化温度。c. 具有各向异性，即在不同的方向上有不同的导电性、导热性等。具有各向异性，即在不同的方向上有不同的导电性、导热性等。 固体物质按其中原子排列的有序程度不同固体物质按其中原子排列的有序程度不同晶体晶体 无定形物质无定形物质单晶体单晶体 多晶体多晶体 准晶体准晶体73准晶体：准晶体：准晶是一种介于晶体和非晶体之间的准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有完全有序的结构，然而又不具固体。准晶具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。体所不允许的宏观对称性。198

43、4年底，以色列科学家丹尼尔年底，以色列科学家丹尼尔-舍特曼舍特曼（Daniel Shechtman）等人宣布，他们在急冷）等人宣布，他们在急冷凝固的凝固的Al Mn合金中发现了具有五重旋转对称但合金中发现了具有五重旋转对称但并无平移周期性的合金，在晶体学及相关的学术并无平移周期性的合金，在晶体学及相关的学术界引起了很大的震动。不久，这种无平移同期性界引起了很大的震动。不久，这种无平移同期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。但有位置序的晶体就被称为准晶体。 D. Shechtman因因“发现准晶体发现准晶体”而获得了而获得了2011年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。准晶体的发现，是准晶体的发现，是2

44、0世纪世纪80年代晶体学研究中的一次突破。年代晶体学研究中的一次突破。黄铁矿黄铁矿紫水晶紫水晶钻石钻石硫硫 1. 晶体结构的有序性晶体结构的有序性 点阵点阵 ( (space lattice) )晶体的微观结构是晶体的微观结构是1912年年Laue开始用开始用X射线进行分析，射线进行分析，大量事实表明晶体内部的质点有周期性重复的规律性，即大量事实表明晶体内部的质点有周期性重复的规律性，即晶体是由空间点阵（或叫格子）构成的，点阵结构中，一晶体是由空间点阵（或叫格子）构成的，点阵结构中，一个格点代表经过平移能够复原的、由原子（离子、分子）个格点代表经过平移能够复原的、由原子（离子、分子）按一定数量

45、种类的组合单元按一定数量种类的组合单元.平面点阵及有关的图案平面点阵及有关的图案 直直 线线 点点 阵阵 平平 面面 点点 阵阵空空 间间 点点 阵阵任何点阵结构都可分解为某种平行六面体的单位点阵任何点阵结构都可分解为某种平行六面体的单位点阵, ,因而可将晶体因而可将晶体分为分为 14 空间空间格子格子和和7 大晶系大晶系. .七七 个个 晶晶 系系 14种布拉维格子种布拉维格子 CsCl NaCl ZnS 晶胞晶胞（与晶格对应的实际结构单元与晶格对应的实际结构单元） 晶晶 格格位于晶胞顶角和面心的原子位于晶胞顶角和面心的原子 处于晶格顶角的结点为处于晶格顶角的结点为8个毗邻的晶格共有，每个晶

46、个毗邻的晶格共有，每个晶格只分摊到这个结点的格只分摊到这个结点的1/8； 处于晶格面心的结点为处于晶格面心的结点为2个毗邻的晶格共有，每个晶格个毗邻的晶格共有，每个晶格只分摊到面心结点的只分摊到面心结点的1/2； 处于晶格体心的结点只能属于处于晶格体心的结点只能属于1个晶格，体心晶格就有个晶格，体心晶格就有1个体心结点。个体心结点。 简单晶格的结点数为简单晶格的结点数为 8 (1/8) = 1个；个； 底心晶格的结点数为底心晶格的结点数为 8 (1/8) + 2 (1/2) = 2个；个； 面心晶格的结点数为面心晶格的结点数为 8 (1/8) + 6 (1/2) = 4个；个； 体心晶格的结点

47、数为体心晶格的结点数为 8 (1/8) + 1= 2个。个。晶格中结点的计算晶格中结点的计算2. 晶体的类型晶体的类型a. 金属晶体金属晶体 b. 离子晶体离子晶体c. 共价晶体共价晶体 d. 分子晶体分子晶体金属晶体的基本结构金属晶体的基本结构-球密堆积结构球密堆积结构 紧密堆积的一层圆球紧密堆积的一层圆球 二层金属原子的堆砌二层金属原子的堆砌二类不同的球密堆积二类不同的球密堆积结构结构 第一类堆积方式第一类堆积方式 六方密堆积六方密堆积 第二类堆积方式第二类堆积方式 立方密堆积立方密堆积 二类不同的球非密堆积二类不同的球非密堆积结构结构简单立方堆积体心立方堆积金属原子的配位数金属原子的配位

48、数立方、六方密堆积立方、六方密堆积金属原子配位数金属原子配位数 = 12，大部分金属为密堆积结构大部分金属为密堆积结构体心立方堆积体心立方堆积金属原子配位数金属原子配位数 = 8；价层电子数最少的碱金属元素和价层电子数最少的碱金属元素和d 电子数较少的前过渡元素晶体结构电子数较少的前过渡元素晶体结构 简单立方堆积简单立方堆积金属原子配位数金属原子配位数 = 61. 简单立方晶格简单立方晶格 (金属原子数金属原子数 1 ) 立方体边长为立方体边长为 a 球的半径为球的半径为 r a = 2r r = a/2 球体积：球体积：4/3 r3 空间利用率空间利用率: Example试讨论不同金属结构的

49、固体体积占有率试讨论不同金属结构的固体体积占有率. .%52%100)2(3433aa2. 体心立方晶格体心立方晶格 (金属原子数金属原子数 2 ) 在立方体的体对角线上在立方体的体对角线上3个球接触：个球接触： (4r)2 = a2 + 2a2 = 3a2 4r = (3)1/2 a r = (3)1/2 a / 4 空间利用率空间利用率: 3. 面心立方晶格面心立方晶格 (金属原子数金属原子数 4 ) (4r)2 = a2 + a2 = 2a2 4r = (2)1/2 a r = (2)1/2 a / 4 空间利用率空间利用率:%74%100)42(34 433aa4. 六方六方晶格晶格（

50、不要求计算）金属原子数金属原子数 2 空间利用率空间利用率: 74 %金属晶体性质金属晶体性质 金属单质具有球密堆积结构，金属键的成键电子在整金属单质具有球密堆积结构，金属键的成键电子在整个晶体的原子间自由运动。个晶体的原子间自由运动。 这些运动的电子便于传递电流和能量，因而大部分金这些运动的电子便于传递电流和能量，因而大部分金属单质具有良好的导电性和导热性。属单质具有良好的导电性和导热性。 电子犹如加在原子之间的一种电子犹如加在原子之间的一种“润滑剂润滑剂”，使得堆积，使得堆积在一起的各层原子能相对滑动，所以金属晶体具有良在一起的各层原子能相对滑动，所以金属晶体具有良好的延展性，易于弯曲、扭

51、转和拉伸。好的延展性，易于弯曲、扭转和拉伸。例题：例题： 金属钙具有面心立方晶格，钙的原子半径为金属钙具有面心立方晶格，钙的原子半径为 180 pm。（1）计算晶胞的边长。（）计算晶胞的边长。（2）1cm3 钙晶体中有多少个晶钙晶体中有多少个晶胞。（胞。（3）计算金属钙的密度。）计算金属钙的密度。 解解： （1）已知：已知： (4r)2 = a2 + a2 = 2a2 a = 4r/ (2)1/2 已知已知 r为为 180 pm , 代入代入: a = 2 (2)1/2 180 = 509 pm = 5.09 10-8 cm（2） 晶胞体积晶胞体积 V = a3 V = (5.09 10-8

52、cm)3 晶胞个数：晶胞个数：1cm3 / (5.09 10-8 cm)3 = 7.51 1021个个（3） 1cm3 金属钙的重量：金属钙的重量： 40.08 4 7.51 1021 / 6.023 1023 = 2.030 g 金属钙的密度为：金属钙的密度为： 2.030 g / cm3负离子球密堆积结构中的四面负离子球密堆积结构中的四面体空隙和八面体空隙体空隙和八面体空隙 （正离子（正离子的填充位置）的填充位置） a. 四面体空隙四面体空隙 b. 八面体空隙八面体空隙 离子晶体离子晶体面心立方晶格（八面体空隙）和面心立方晶格（八面体空隙）和NaCl晶胞晶胞 立方面心晶格的晶胞中，紧密堆积

53、的负离子之间只有立方面心晶格的晶胞中，紧密堆积的负离子之间只有4个八面体中心，在个八面体中心，在NaCl型离子化合物的晶胞中的型离子化合物的晶胞中的4个八面体空隙正好被金属离子全部占满个八面体空隙正好被金属离子全部占满。a. 立方密堆积结构的面心立方晶格立方密堆积结构的面心立方晶格b. 晶胞中的晶胞中的8个四面体空隙个四面体空隙c. 二类四面体空隙的几何环境二类四面体空隙的几何环境d. ZnS型离子化合物的晶体结构型离子化合物的晶体结构(图中金属离子占有图中金属离子占有B类四面体空隙类四面体空隙) 面心立方晶格（四面体空隙）和面心立方晶格（四面体空隙）和ZnSZnS晶胞晶胞 简单立方晶格和简单

54、立方晶格和CsCl的晶胞的晶胞 金属离子的配位数为金属离子的配位数为8的的CsCl型离子化合物的晶体中，因为金属离子的半径大，型离子化合物的晶体中，因为金属离子的半径大，负离子不能再保持紧密堆积状态，而采取了比较松的堆积方式，其中每负离子不能再保持紧密堆积状态，而采取了比较松的堆积方式，其中每8个负个负离子堆成一个互不接触的小小立方体，金属离子就嵌在各立方体的中央。离子堆成一个互不接触的小小立方体，金属离子就嵌在各立方体的中央。r+/r- = 0.225 0.414 ZnS型型 配位数：配位数：4:4 面心立方面心立方r+/r- = 0.414 0.732 NaCl 型型 配位数：配位数：6:

55、6面心立方面心立方r+/r- = 0.732 1CsCl 型型 配位数：配位数：8:8简单立方简单立方AB型二元离子晶体总结型二元离子晶体总结离子晶体性质离子晶体性质离子带电荷，在离子晶体中正负离子之间有颇强的电性吸引，离子带电荷，在离子晶体中正负离子之间有颇强的电性吸引，晶格能比较大，所以离子晶体的熔点和硬度都比较高。一般这晶格能比较大，所以离子晶体的熔点和硬度都比较高。一般这些性质都随着离子电荷的减小、离子半径的增加而降低。些性质都随着离子电荷的减小、离子半径的增加而降低。离子晶体不像金属晶体那样具有在原子间自由运动的电子，所离子晶体不像金属晶体那样具有在原子间自由运动的电子，所以这类晶体缺乏电子导电性，电阻都比较大。但是在离子晶体以这类晶体缺乏电子导电性，电阻都比较大。但是在离子晶体熔化以后，离子就能自由运动，因而熔化后的离子晶体就呈现熔化以后，离子就能自由运动，因而熔化后的离子晶体就呈现很强大离子导电性。很强大离子导电性。与金属晶体不同的另一点是，在