C气体和溶液实用

会计学1C气体和溶液实用2气体、液体和固体气体(g)：分子间作用力小，无一定的体积和形状，具有扩散性和可压缩性，易流动。液体(l)：分子间作用力介于气体和固体之间，有一定的体积，无固定形状，扩散较慢，不可压缩，易流动。固体(s)：分子间作用力强，具有一定体积和形状、及一定程度的刚性，扩散速率远慢于气体，不流动。第1页/共93页31.1气体1.1.1理想气体1.1.2混合气体1.1.3气体运动基本原理1.1.4实际气体第2页/共93页41.1.1理想气体定律(状态方程)理想气体：一种假想的气体模型。要求：(1)气体分子间没有作用力;(2)分子本身不占有体积(质点)。第3页/共93页5实际气体在高温、低压的情况下可以近似为理想气体。

因为在此条件下，分子间距离大大增加，彼此间的作用力趋向于零，分子所占的体积也可以忽略。难液化的气体如H2、N2、O2等通常可认为是理想气体。

第4页/共93页6理想气体的经验公式

Byele定律：n,T一定时，V1/p;

Gay-Lussac定律：n,p一定时，VT;Avogadro定律：p,T一定时，Vn.(为正比于)第5页/共93页7理想气体状态方程：pV=nRT式中：p(压强)PaV（体积）m3n（物质的量）molT（温度）

KR(气体常数)

8.314J•mol1•K1

R：摩尔气体常数，简称气体常数.第6页/共93页8pV的单位R值R的单位Pa•m38.314Pa•m3•mol1•K1或J•mol1•K1Pa•dm38314Pa•dm3•mol1•K1atm•dm30.08206atm•dm3•mol1•K1mmHg•cm362363mmHg•cm3•mol1•K1理想气体状态方程式的R值处理压力与浓度关系时有用PV

单位：

Pa

•m3=N•m2•m3=N•m=J

第7页/共93页9例如：第8页/共93页10例1.1一个体积为40.0dm3的氮气钢瓶，在25oC时，使用前压力为12.5MPa，求钢瓶压力降为10.0MPa时用去的氮气质量。解：使用前、后钢瓶中N2的物质的量：第9页/共93页11所用的氮气质量为：m=(n1n2)M=(202161)mol28.0g•mol1=1.1103g=1.1kg理想气体状态方程的其他表达式：第10页/共93页121.1.2混合气体分压定律混合气体:

两种或两种以上的气体混合在一起组成的体系。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。例如，空气是混合气体,其中的O2,N2,CO2

等,均为空气的组分气体.1.基本概念第11页/共93页13ni:组分气体i的物质的量；n总：混合气体的总的物质的量。xi:组分气体i的摩尔分数。

第12页/共93页14混合气体所具有的压强为总压(p总)。混合气体所占有的体积为总体积(V总)。某组分气体i单独存在，且占有总体积时，其所具有的压强为该组分气体的分压(pi)；单独存在，且具有总压时所占有的体积为分体积(Vi)。为组分气体i的体积分数。第13页/共93页152.分体积定律：当温度、压强一定时，混合气体的总体积等于各组分气体分体积之和。V总V1V2第14页/共93页163.混合气体分压定律p总=n总RT/V=(n1+n2+…….ni)RT/V=n1RT/V+n2RT/V+…….+

niRT/V

=p1+p2+…….pi=当T、V一定时，第15页/共93页17JohnDalton(1766-1844)1801年，Dalton在实验的基础上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的分压之和。第16页/共93页18理想气体混合时,由于分子间无相互作用,故在容器中碰撞器壁产生压力时,与独立存在时是相同的,亦即在混合气体中,组分气体是各自独立的。这是分压定律的实质。道尔顿分压定律只适用于理想气体混合物。

第17页/共93页19例1.225oC时，装有0.3MPaO2体积为1dm3的容器与装有0.06MPaN2的体积为2dm3的容器用旋塞连接。旋塞打开，待两气体混合后，计算(1)O2,N2的物质的量；(2)O2,N2的分压；(3)混合气体的总压。O2V1=1dm3p1=0.3MPaN2V2=2dm3p2=0.06MPa第18页/共93页20解：混合前后物质的量没有发生变化第19页/共93页21(2)O2的分压是它单独占有V总(3dm3)时所产生的压强。当O2由1dm3膨胀至3dm3:

(3)混合气体总压：第20页/共93页22Dalton分压定律的第二种形式：

含义：混合气体中任一组分气体的分压(pi)等于总压与该组分气体的摩尔分数之积。第21页/共93页23Dalton分压定律的第三种形式：

含义：混合气体中任一组分气体的分压(pi)等于总压与该组分气体的体积分数之积。故第22页/共93页24例1.3

293.15K下,一密闭容器内发生的反应NO2(g)N2O4(g)达平衡时，体系的压力为4.5104Pa，NO2和N2O4的物质的量分别为

0.10和0.080mol，求此时NO2和N2O4的分压。解：由混合气体分压定律pi=p总xi

可得第23页/共93页25例1.3解：第24页/共93页261.2.1溶液浓度的表示方法1.2.2饱和蒸气压1.2.3非电解质稀溶液的依数性1.2.4电解质稀溶液的依数性1.2溶液第25页/共93页27溶液(solution)：由两种及两种以上物质混合形成的均匀稳定的分散体系。

溶液并不限于液体状态，任何聚集状态都可以成为溶液，如空气是气体溶液，合金是固体溶液。一般常将溶液中含量较多的组分称为溶剂(solvent)，而将其他组分称为溶质(solute)。当有一组分为水时，通常把水看成是溶剂。第26页/共93页281.2.1溶液浓度的表示方法溶液的浓度：在一定量溶液或溶剂(物质A)中所溶解溶质(物质B)的量称为溶液的浓度。第27页/共93页29(1)物质的量浓度(molarity)：单位体积溶液中所含溶质的物质的量(用符号c

表示)

。c=溶质物质的量/溶液体积=nB/V液单位:mol•dm3

或mol•L1.Note:Becausevolumeistemperaturedependent,molaritycanchangewithtemperature.第28页/共93页30(2)质量摩尔浓度(molality)：1000g(1kg)溶剂中所含溶质的物质的量(用符号b或m表示)

。b=nB/mA(A为溶剂,B为溶质)单位：mol•kg1。Becauseneithermolesnormasschangewithtemperature,molality(unlikemolarity)isnot

temperaturedependent.第29页/共93页31(3)质量分数(massfraction):

溶质的质量与溶液的质量之比（用符号w表示）。

w=mB/m液

(无量纲)=mB/m液

100%(质量百分浓度)第30页/共93页32(4)摩尔分数(molefraction):

溶质的物质的量与溶液的总物质的量之比（用符号xB表示）。

xB

=nB/n液

(无量纲)或

xB

=nB/(nB+nA)

xB

+xA=1第31页/共93页33例1.4市售的98%(g/g)的浓硫酸，25

oC时密度为1.84g•cm3,求该溶液的物质的量浓度,

质量摩尔浓度,

溶质的摩尔分数。第32页/共93页34例1.4解：设有1dm3(1000cm3)浓硫酸,则第33页/共93页35例1.4解：第34页/共93页361.2.2饱和蒸气压1.纯溶剂的饱和蒸气压(p*或p0)当把一纯溶剂放在一个密闭的容器中(温度一定)会发生怎样的现象呢？第35页/共93页37纯溶剂的饱和蒸气压

开始时，溶剂表面分子由于热运动会跑到空间去，这一过程为蒸发。蒸发是液体气化的一种方式.开始时蒸发速度很快，当大量的溶剂分子跑到空间去以后，蒸气分子与液面撞击又会变为液态而回到溶剂中去，这一过程为凝聚。当蒸发速率与凝聚速率达到相等时，即达到了动态平衡，此时蒸气所具有的压强就是饱和蒸气压(vapourpressure)。第36页/共93页38饱和蒸气压：一定温度下，一纯溶剂置于密闭容器中，当蒸发与凝聚达到动态平衡时，饱和蒸气所具有的压强(p*)。第37页/共93页39t/℃p*/kPat/℃p*/kPat/℃P*/kPa10.01.22860.019.92110.0143.320.02.33870.031.16120.0198.630.04.24380.047.34130.0270.240.07.37690.070.10140.0361.550.012.33100.0101.325150.0476.2表1水的蒸气压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。第38页/共93页402.溶液的饱和蒸气压思考题1.1：下面的实验会发生什么样的现象？（水自动转移到糖水中去）第39页/共93页41溶液的饱和蒸气压(p)当溶液中溶有难挥发的溶质时,则有部分溶液表面被溶质分子所占据,于是,与纯溶剂相比，溶液中单位表面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,此时的饱和蒸气压为:p<p*.p*

p>第40页/共93页42p*

>

p解释实验现象(水自动转移到糖水中去)：

开始时,H2O和糖水均以蒸发为主;当蒸气压等于p

时,糖水与上方蒸气达到平衡,而p*>p,即H2O并未平衡,继续蒸发,以致于蒸气压大于p.H2O分子开始凝聚到糖水中,使得蒸气压不能达到p*.于是,H2O分子从H2O中蒸出而凝聚入糖水.出现了水自动转移到糖水中去的实验现象.变化的根本原因是溶液的饱和蒸气压下降。第41页/共93页43溶液有两大类性质：1)与溶液中溶质的本性有关：溶液的颜色、比重、酸碱性和导电性等；2)与溶液中溶质的独立质点数有关,而与溶质的本身性质无关——溶液的依数性(colligativeproperties)：如溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。第42页/共93页44难挥发的非电解质稀溶液有一定的共同性和规律性，该类性质与一定量溶剂中所溶解溶质的数量成正比，而与溶质的本性无关，故称稀溶液的通性，或称为依数性(colligativeproperties)，也称为稀溶液定律。包括稀溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和稀溶液的渗透压。稀溶液的依数性第43页/共93页即p=p*

p45

同一温度下达到平衡时，溶液的蒸气压必然比纯溶剂的蒸气压低（这里所指的蒸气压实际上是溶液中纯溶剂的蒸气压）。此现象称为溶液的蒸气压降低。1.蒸气压降低1.2.3非电解质稀溶液的依数性第44页/共93页46p第45页/共93页471887年法国物理学家拉乌尔(F.M.Raoult)根据实验提出了拉乌尔定律。拉乌尔定律：

一定温度下，稀溶液的蒸气压(p)等于纯溶剂的蒸气压(p*)乘以溶剂的摩尔分数(xA)。

p=p*xA第46页/共93页48

因为xA+xB=1

所以p=p*(1xB)=p*

p*xB

p*

p=p=p*xB又因为稀溶液nA>>nB,所以第47页/共93页49若溶剂为1000g水，则又因为nB=b，所以xB=b/55.5。

故：第48页/共93页50因此拉乌尔定律又可描述为：一定温度下，稀溶液的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比，而与溶质的本性无关。p=kbk是比例常数，又称蒸气压降低常数。第49页/共93页51稀溶液的蒸气压下降是造成其沸点升高和凝固点降低的根本原因。第50页/共93页522.沸点升高蒸发：液体表面的气化现象。沸腾：液体表面和内部同时气化的现象。沸点(b.p.)：当液体的蒸气压等于外界大气压强，液体表现为沸腾时的温度。正常沸点：外界大气压强为101.325kPa

(1atm)时的沸点。第51页/共93页53

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相同，溶液也不会沸腾。因为此时溶液的蒸气压仍低于外压。欲使溶液沸腾必须将溶液继续升温，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，此现象称为溶液的沸点升高。

第52页/共93页54<第53页/共93页55Tb=Tb

Tb*=kbbkb

为沸点升高常数，它决定于溶剂的本性，而与溶质的本性无关。H2O:kb=0.512K(或C)•kg•mol1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:第54页/共93页56凝固点(f.p.)：物质的液相与固相具有相同蒸气压可以平衡共存时的温度。3.凝固点降低固体(s)液体(l)熔化凝固第55页/共93页57凝固点降低<第56页/共93页58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。如图所示，当溶液的温度降低到纯溶剂的凝固点时，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状态。只有将温度继续降低到Tf点时，两条曲线才相交于B点，在B点，溶液中析出固相A，此时溶液的蒸气压（实际为溶剂的蒸气压）等于固态纯溶剂的蒸气压。显然Tf<Tf*。第57页/共93页59稀溶液凝固点降低与沸点升高有同样的规律性，亦正比于溶质的质量摩尔浓度：

Tf=Tf*Tf=kfbkf

为凝固点降低常数，它只决定于溶剂本质，而与溶质本性无关。H2O的kf=1.86K(或C)•kg•mol1第58页/共93页60

医学和生物学实验中广泛应用凝固点降低法测溶质的分子量，而很少采用沸点升高法，原因在于：高温时，生物样品易发生变性或遭破坏，测不准。高温时，溶剂挥发，浓度逐渐变化。同一溶剂的Kf大于其Kb值，故Tf

较Tb大，测定误差小，因此低温有利。第59页/共93页61例1.5将2.76g甘油溶于200g水中，测得此溶液的凝固点为272.81K，求甘油的摩尔质量。已知水的凝固点为273.15K，水的kf=1.86K•kg•mol1。解：Tf=273.15K–272.81K=0.279K第60页/共93页62代入Tf=Kfb

，可得因为第61页/共93页63故第62页/共93页64NaCl和冰的混合物，最低温度可降至22C；CaCl26H2O和冰的混合物,最低温度可达到55C。利用凝固点降低原理可作制冷剂。汽车水箱中加乙二醇、甘油防冻。干冰

f.p.=78.5C液氮

b.p.=196C第63页/共93页65半透膜(semipermeablemembrane)：只允许某些物质(如溶剂分子)通过，而不允许另一些物质(如溶质分子)通过的多孔性薄膜。动物的膀胱膜、肠衣、细胞膜、毛细血管壁等是天然的半透膜，人工半透膜有硝化纤维膜和醋酸纤维等高分子薄膜。4.渗透压第64页/共93页66思考题1.2：在U形管中,用半透膜将等高度的H2O和糖水分开,放置一段时间,会发生什么现象?一段时间后,糖水的液面升高;而H2O的液面降低。

半透膜第65页/共93页67渗透：当溶液与纯溶剂用半透膜隔开时，溶剂分子通过半透膜向溶液中扩散的现象，称为渗透(Osmosis)。产生原因：

半透膜两侧单位体积内溶剂分子数不同;1)渗透现象和渗透压p<p*

。第66页/共93页68渗透现象产生的原因：蔗糖分子不能透过半透膜，而溶剂水分子却可以自由通过。在两侧静水压相同的前提下,由于半透膜两侧单位体积内溶剂分子数目不等，单位时间内由纯溶剂进入溶液中的水分子数目比蔗糖溶液进入纯溶剂中的数目多。其净结果使蔗糖溶液一侧液面升高，溶液的浓度降低。

当半透膜两侧透过水分子的速率相等时，达到渗透平衡，液面不再上升，即两边液柱的高度不再变化。第67页/共93页69产生渗透的条件：I

存在半透膜；II半透膜两侧单位体积内溶剂分子数目不同(浓度差)。稀浓渗透方向:高蒸气压低蒸气压第68页/共93页70渗透压：

为使渗透现象不发生，必须在液面上施加一个额外压力（见示意图）。恰好能阻止纯溶剂渗透作用进行而在溶液面上所施加的压力，称为渗透压(osmoticpressure)，用表示,单位为Pa或kPa。第69页/共93页71渗透压的大小反应出溶剂分子通过半透膜渗入该溶液的趋势。渗透压越大，渗入的趋势越大。思考题1.3：若半透膜两侧为不同浓度的溶液，则为了阻止渗透作用而在浓溶液上施加的压力是多大呢？答:两溶液渗透压之差()。稀浓第70页/共93页722)溶液的渗透压与浓度及温度的关系实验证明，溶液的渗透压()与溶液的物质的量浓度和溶液的绝对温度成正比。即：第71页/共93页73稀溶液的渗透压定律1886年，荷兰物理学家范特霍夫(Van‘tHoff)指出：“稀溶液的渗透压与浓度和温度的关系同理想气体状态方程式相似”。即：式中为渗透压；

V为溶液的体积；nB为溶质的物质的量，mol；c为溶质的物质的量浓度；R为气体常数；T为绝对温度，K。稀水溶液c

b第72页/共93页74V=nBRT

各物理量的单位V的单位R值R的单位c的单位Pa•m38.314Pa•m3•mol1•K1或J•mol1•K1mol•m3

(=103mol·dm3)Pa•dm38314Pa•dm3•mol1•K1mol•dm3第73页/共93页75渗透压定律的重要意义在于：一定温度下，稀溶液的渗透压只取决于单位体积溶液或单位质量溶剂中所含溶质的质点数目，而与溶质本性无关。第74页/共93页76虽然从形式上看，溶液的渗透压与理想气体状态方程式十分相似，但两种压强(和p)产生的原因完全不同。

渗透压定律：V=nRT理想气体状态方程：pV=nRT渗透压与气体压强的比较第75页/共93页77气体压强是由于它的分子碰撞器壁而产生，而溶液的渗透压并不是溶质分子运动的直接结果，而是溶剂分子在半透膜两边运动所致。渗透压只有在半透膜两侧分别存在溶液和溶剂（或两边浓度不同的溶液）时才能表现出来。第76页/共93页78渗透压也常被用来测定物质的摩尔质量。例1.6有一种蛋白质，估计它的摩尔质量在15000g•mol1

左右。如果在20oC时，取1.00g样品溶于100g水中，试问利用哪一种依数性来测定摩尔质量好一些？已知:H2Okb=0.512K•kg•mol1;

kf=1.86K•kg•mol1.第77页/共93页79Tb=kbb=0.512K•kg•mol1

6.67104mol•kg1=3.41104KTf=kfb=1.86K•kg•mol1

6.67104mol•kg1=1.24103K例1.6解：第78页/共93页80

=cRT

bRT

=6.67104mol•dm3

8314Pa•dm3•mol1•K1

293K=1625Pa计算结果表明：Tb、Tf

值都小，不易精确测量，故用渗透压测定最好。

例1.6解：第79页/共93页814)反渗透作用反渗透作用的结果，使溶液中溶剂量减少，溶液浓度增大，而半透膜外纯溶剂量增加，从而分离出纯溶剂。当溶液由半透膜与纯溶剂隔开后就产生渗透现象。若在溶液一侧外加一个大于渗透压的压力时，渗透方向就会改变，即溶剂分子从溶液中向纯溶剂中渗透，这种现象称反渗透。第80页/共93页82反渗透可用于海水的淡化和废水的处理。目前，我国已在浙江舟山建成了日处理量达1万t的反渗透海水淡化工程。反渗透技术的主要问题在于寻找一种高强度、耐腐蚀、处理更便利的半透膜。近年来研制了由尼龙或醋酸纤维制成的合成薄膜用于反渗透装置。第81页/共93页83稀溶液依数性的总结非电解质稀溶液具有依数性，表现在：溶液的蒸气压降低、沸点升高、