第1章气体(共16页)

1、第一章 气体、液体和溶液的一般(ybn)性质一理想气体(l xin q t)状态方程 不考虑(kol)气体分子之间的作用力，忽略分子本身的大小，就是把实际气体理想化。凡符合以上两个理想化条件的气体称为理想气体。所谓理想气体状态方程是指一定量气体（n,mol) 的压力P、体积V和温度T之间的关系方程。在应用理想气体状态方程时，应注意以下几个问题： (1) 气体常数R的单位和数值；8.314Jmol-1K-1；8.314Pam3mol-1K-1(Jmol-1K-1); (2) 当物质处于相平衡时，其气态物质不适用理想气体状态方程； (3) 实际气体，特别是非极性分子或极性较小的分子，在压力不太高、

2、温度不太低的情况下，较好地服从理想气体状态方程。二分子量的测定：1. 相对密度法测气态物质的分子量 同温同压下同体积气体含有相同的分子数。m2/m1 = M2/M1 M2 = DM12. 气体扩散(kusn)定律 （格拉( l)罕姆定律）1831年由英国(yn u)化学家格雷姆提出：同温同压下，各种不同气体的扩散速度(U)与气体密度()的平方根成反比，该结论称气体扩散定律。即=3. 利用理想气体状态方程可以测定气体物质的分子量pV = nRT = RT(式中m、M分别为物质的质量和摩尔质量)或由 d = , 得 p =RT, 即 =该式表明：在一定温度下，以为纵坐标，以p为横坐标作图，再外推到

3、p = 0时，从图上读出此时的值。因p0时实际气体已十分接近理想气体，所以用从图上所得的()p0 值代人理想气体状态方程式可求得精确分子量。这就是“极限密度法”测定气体分子量的原理。 d/p p(atm.)二道尔顿定律(dngl)与分压力 理想气体状态方程不仅(bjn)适用于单一组分的气体，也适用于多组分的混合气体或混合气体中的某一组分。理想气体混合物中的某一组分(zfn)B的分压力是该组分单独存在于混合气体的温度、体积条件下产生的压力，即PB = nB RTV总混合气体的总压力等于各组分气体的分压力之和，即P总 = P1 + P2 += PB。这一关系称为道尔顿定律。其中PB为任一组分的分压

4、力，等于混合气体的总压力P与组分B的物质的量分数B之积，即PB = P总 nBn = P总 B三阿马格定律与分体积理想气体(l xin q t)混合物中的某一组分的分体积是该组分具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积，即VB = nB RTP总混合气体的总体积等于(dngy)各组分气体的分体积之和，即V总 = V1 + V2 += VB。这一关系(gun x)称为阿马格定律。其中VB为任一组分的分体积，等于混合气体的总体积V与组分B的物质的量分数B之积，即VB = V总 nBn = V总 B四稀溶液的依数性 稀溶液的依数性-溶液的某些性质与溶质的粒子数目有关，与溶质本性无关。依数性分别用拉

5、乌尔定律、沸点升高公式、凝固点降低公式和范特霍夫方程来定量描述。在化学上常用依数性来测定分子的摩尔质量。1蒸气压下降在一定温度下，稀溶液的蒸气压P稀等于纯溶剂蒸气压PA*与溶剂摩尔分数A的乘积，这就是拉乌尔定律。即 P稀 = PA* nAn总 = PA* A设B为溶质的摩尔(m r)分数，P为稀溶液(rngy)的蒸气压下降(xijing)值，拉乌尔定律也可以这样描述：P = PA* B若以水为溶剂，溶解在1000g水中的溶质的物质的量n就是该溶液的质量摩尔浓度m，即n = m，因此，对很稀的溶液，上式又可以改写为: P = k m 该式表明：在一定温度下，稀溶液的蒸气压降低值P和溶质的质量摩尔

6、浓度m成正比。 三个公式都是说明溶液浓度和蒸气压之间的关系，可以根据具体情况选择使用。2溶液的沸点升高 实验发现，溶液的沸点Tb总是比纯溶剂的沸点升高，这个现象称为溶液的沸点升高Tb。 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，即Tb = kb m kb是沸点升高常数(chngsh)，kb值也就是溶质的质量(zhling)摩尔浓度为1molkg-1时溶液(rngy)沸点升高值。 若已知溶剂的kb值，就可以从沸点升高Tb求溶质的摩尔质量M。 3凝固点降低 溶液的凝固点是指固态纯溶剂和液态溶液达到平衡时的温度。此时溶液的蒸气压和固相的蒸气压相等。0时水溶液的蒸气压低于纯水，所以溶液

7、在0不结冰。若温度降低时，冰和溶液的蒸气压都降低，但冰的蒸气压随温度降低的幅度大于溶液蒸气压随温度降低的幅度。当温度降到Tf时，溶液中出现了固体(冰)，此时溶液的蒸气压等于冰的蒸气压，即P溶 = P冰，温度Tf就是溶液的凝固点。溶液的凝固点降低Tf，它也是和溶液质量摩尔浓度成正比Tf = kf m kf为凝固点降低常数，它可通过有关的计算得到。应用上式也可测定溶质的摩尔质量M。4渗透压 半透膜的特性是只让溶剂分子通过，而溶质分子则不能通过，这种现象(xinxing)称为渗透(shntu)。由于(yuy)溶剂(纯水)的蒸气压比溶液的蒸气压高，溶剂通过半透膜进入溶液，当然溶液中的溶剂也可以通过半透

8、膜进入纯溶剂，但最后会达到渗透平衡。为了阻止渗透进行，必须对溶液的上方施加压力，我们把阻止渗透作用而施加于溶液的压力，称为溶液的渗透压。 范特霍夫认为，在稀溶液中，溶液的渗透压与理想气体一样，可以用与理想气体方程相似的公式表示。V = nRT或 = cRT (c为物质的量浓度)该式为范特霍夫公式，它表明溶液的渗透压与溶液浓度成正比。选择题：1在一个(y )大气压下，如有0.003mol气体(qt)溶解在900g水中，则在三个大气压时将有0.009溶于900g水中。解释(jish)这现象可运用(A) 道尔顿分压定律; (B) 格拉罕姆定律;(C) 拉乌尔定律; (D.) 亨利定律气体的溶解度与气

9、体的分压呈正比： p = kx2道尔顿分压定律可以从理想气体状态方程式得到证明，在混合气体中计算分压时，这个定律可用于： A、高温低压下的气体； B、低温真实气体；C、高温真实气体； D、以上都不对。3. 设某容器的体积为V，其中装有0.1molO2，0.3molN2, 0.2molH2。则H2的分体积为A、V/6； B、V/3； C、V/2； D、V/4。45.8%NaCl溶液产生的渗透压接近于(A) 5.8蔗糖溶液; (B) 5.8葡萄糖溶液;(C.) 2.0 molkg-1的蔗糖(zhtng)溶液;(D) 1.0 mokg-1葡萄糖溶液(rngy)5水的凝固点常数(chngsh)为1.8

10、6，0.100 moldm-1HAc水溶液的凝固点为-0.188，则HAc电离度是 (A) 2.5； (B.) 1； (C) 10； (D) 99 Tf = kf m6. 0.025 mol/L某一元酸溶液的凝固点为- 0.060，求此酸的Ka。 (已知Kf = - 1.86 Kkgmol-1)解： m = t / kf = - (0.060) / (- 1.86/ m) = 3.210-2 m 3.210-2molL-1 (总粒子数浓度) 粒子数的增加数就等于一元酸分子的电离数。于是溶液中就有(0.032 0.025)molL-1 = 0.007 molL-1的 H+，0.007 molL-

11、1的A-和0.018 molL-1的HA。Ka = (0.007)2 / 0.018 = 310-3a = (Ka/ci)1/26 27、1大气压下N2O4对H2的相对(xingdu)密度为3834，则N2O4的分解(fnji)率为 (A.) 20; (H) 30; (C) 40; (D) 50解: (说明(shumng)：本题虽说是N2O4，实则为N2O4与NO2的混合体系，它们之间存在平衡N2O4 = 2 NO2。设N2O4的离解率为，利用平衡方程式可得到 M = M N2O4 (1-) / (1+) + M NO2 2 / (1+)可解得。M式中表示混合气体平均分子量。7溶胶是负胶体，分

12、别加入下列物质的量浓度相同的电解质溶液，聚沉能力最强的是(A) KCl; (B) Na2SO4; (C.) AlCl3; (D) Na2S8. 胶体溶液在外加直流电时，胶粒向阴极或阳极移动的现象称为 A. 布朗运动； B. 电泳； C. 渗析； D. 丁达尔现象(xinxing)9. 在制备AgI溶胶(rngjio)时，如果AgNO3过量(guling)，AgI胶粒优先吸附 离子而带 电荷；反过来，如果KI过量，则AgI胶粒优先吸附 离子而带 电荷。补充：在20，97.3kPa时，1000g水中可溶解9.30ml氦气。若此时溶液液面上的氦气压力正好为97.3kPa，试据此计算亨利常数。气体的溶

13、解度与气体的分压呈正比： p = k解： 在题中条件下，氦气遵守理想气体定律，设在1000g水中可溶解的氦气的物质的量为n2，则根据气态方程n2 = PV/RT = (97.39.3010-3/8.31293)mol = 3.7210-4mol又1000g水的物质的量为n1， n1 = (1000/18.0)mol = 55.6mol设在溶液中氦的摩尔分数2为2 = n2 / ( n 1+ n 2) = 3.7210-4 / 55.6= 6.6910-6根据亨利(hngl)定律 P2 = k2k = P2 / 2 = (97.3103 / 6.6910-6)Pamol-1 = 1.451010

14、(Pamol-1)例2. 已知某不挥发性物质(wzh)的水溶液的沸点(fidin)是100.39，问在18，101kPa下，将3.00dm3空气缓慢地通过此溶液时将带走多少克水?(已知水的质量摩尔沸点升高常数kb = 0.52Kmol-1kg)解: 根据稀溶液的沸点升高与溶质的质量摩尔浓度m成正比的关系： Tb = kb m m = Tb / kbTb = 100.39 100.00 = 0.39 (K)故 m = 0.39 / 0.52 = 0.75 (molkg-1) 查表得18时水的饱和蒸气压P0 = 2.06kPa，则溶液的蒸气压P为P = P0 (1000/18.02) / (100

15、0/18.02) + m = 2.03 (kPa)如将水蒸气按理想气体处理，忽略水蒸气所增加的体积（精确计算时不可(bk)忽略），则根据气态方程可得空气中水蒸气的重量WW = PVM / RT = (2.031033.0010-318.0) / (8.31291) = 0.0453(克) 例3. 在101kPa下苯的冰点(bngdin)是5.50，其摩尔(m r)冰点下降常数为5.12mol-1kg。现将1.00g某单质溶于86.0g的苯中，溶液的冰点则变为5.30，又知此单质的原子序数为33，试从如上数据推算其在苯中存在的形式。解: 由原子序数可知此单质为砷，则在1000g苯中可溶解的砷的质

16、量为1000 / 86.0 = 11.6(g) 设砷在苯中的存在形式为Asx，已知As的相对原子质量为74.92，则聚合物Asx的摩尔质量为74.92x gmol-1，故按Asx计算其质量摩尔浓度为11.6 / 74.92x 即 0.155 / x因苯的冰点(bngdin)下降了5.50-5.30 = 0.20（），根据冰点降低(jingd)公式得0.20 / 5.12 = 0.155 / x， x = 3.97 4故砷在苯中以四聚体的形式(xngsh)存在。 例4. 某化合物在水中的溶解情况是每85.00ml水(密度为0.998gm1-1)可溶解1.89g，在101kPa下又测出此溶液的沸点

17、是100.106。试求此化合物的表观摩尔质量。(kb = 0.52Kmol-1kg)解: 由沸点升高常数先求出此溶液的质量摩尔浓度：m = (0.106 / 0.52)molkg-1 = 0.204 molkg-1又85.00ml水相当于(85.00 0.998)g = 84.8g水。所以1000g水中含(1.89 / 84.8)1000g = 22.3g该化合物，设此化合物的表观摩尔质量为M，则有22.3 / M = 0.204 M = 109.3(gmol-1)例 5. 有100ml含0.100mol I2的KI浓溶液(rngy)，使之与10mlCCl4混合，振荡，体系(tx)达平衡后，发现水层中含I2 0.025mol，求I2在CCl4和KI溶液(rngy)之间的分配常数。分配常数是否是I2在两种溶剂中的溶解度之比?解: 设分配常数为K，则K = I2CCl4 / I2KI = (0.100-0.025) / 10 / (0.025 / 100)= 3010分配常数是I2在两种不同溶剂中溶解达平衡时的浓度比，而不是溶解度之比。 例6. 人体血浆的凝固点为-0.501，正常体温37时，人体血液的渗透压是多少?解: 查表知水的摩尔凝固点降低常数kf = 1.86Kkgmol-1。Tf = kf m近似认