第2章-化学基础知识

§2.1气体§2.2液体§2.3固体第二章物质的状态§2.1气体

§2.1.1理想气体状态方程§2.1.2气体分压定律§2.1.3气体扩散定律气体的最基本特征：

具有可压缩性和扩散性。

人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。

理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。分子间及分子与器壁间的碰撞不造成动能损失。2.1.1理想气体状态方程式在描述气体状态时，常用以下物理量：气体物质的量（n）——单位（mol）气体的体积（V）——指气体所在容积的体积气体的压力（p）——气体分子无规则运动时，对器壁发生碰而产生了气体的压力。气体的温度（T）——热力学温度（K）（2）当n,T一定时

V

∝1／p

p1V1=p2V2

波义耳定律当n，p一定时V

∝T

V1／V2=T1／T2

查理-盖·吕萨克定律当p，T一定时V

∝

nn

1／n2=V1／V2

阿佛加德罗定律综合以上三式，可合并为

V∝nT／P

实验测得比例系数为R，则V=nRT／

p

通常写成pV=nRT

理想气体状态方程单位：p----PaV----m3

T----Kn----mol理想气体常数R=8.314Pa·m3·mol-1·K-1J·mol-1·K-11atm=760mmHg=1.01325×105PapV

=nRT

R----

摩尔气体常数在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.414×10-3m3R=8.314kPaLK-1mol-1理想气体状态方程式：1.

计算p，V，T，n四个物理量之一。2.气体摩尔质量的计算M=Mrgmol-1

理想气体状态方程式的应用用于温度不太低，压力不太高的真实气体。pV

=nRT==m/V3.气体密度的计算4.有关气体体积的化学计算例:为了行车的安全，可在汽车中装备上空气袋，防止碰撞时司机受到伤害。这种空气袋是用氮气充胀起来的，所用的氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁在火花的引发下反应生成的。总反应是：6NaN3+Fe2O3(s)

3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在25℃。748mmHg下，要产生75.0L的N2，计算需要叠氮化钠的质量。解：根据化学反应方程式所显示出的n（NaN3）与n（N2）的数量关系，可以进一步确定在给定条件下，m（NaN3）与V（N2）的关系。6NaN3+Fe2O3(s)3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)6mol 9molMr(NaN3)=65.01P=748mmHg=99.73kPa

T=298Km(NaN3)=390.06g V(N2)=223.6Lm(NaN3)=？ V(N2)=75.0L m(NaN3)==131g

某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质量分数为30.5%。在一容器中充有该氮氧化合物，质量是4.107g，其体积为0.500L，压力为202.7kPa,温度为0℃，求：（1）在STP条件下该气体的密度；（2）该化合物的相对分子质量；（3）该化合物的分子式。(1)4.11g·L-1p1V1=p2V2

M=92.0g·mol-1N2O4

[练习]2.1.2真实气体1.真实气体与理想气体的偏差2.VanderWaals方程1.真实气体与理想气体的偏差

理想气体状态方程式仅在足够低压力下适合于真实气体。产生偏差的主要原因是:①气体分子本身的体积的影响②分子间力的影响2.VanderWaals方程a,b分别称为Vanderwaals常量。(V-nb)=Videal等于气体分子运动的自由空间b为1mol气体分子自身的体积。分子间吸引力正比与(n/V)2

内压力p′=a(n/V)2

pideal=preal+a(n/V)2

表1-1某些气体的VanderWaals常量例题

分别按理想气体状态方程式和Vanderwa?ls方程式计算1.50molSO2在30摄氏度占有20.0L体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少为2.00L，其相对误差又如何？解：已知T=303K，V=20.0L，n=1.50mol，a=0.6803Pa·m6·mol-2，=0.563610-4m3·mol-1组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分压：组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。

2.1.3混合气体分压定律（表达式之一）分压定律：

混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。

p=p1+p2+

或p=

pB

（

表达式之二）

n=n1+n2+

（道尔顿分压定律）分压的求解：xBB的摩尔分数（表达式之三）

例题：某容器中含有NH3、O2

、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700molp(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa

分压定律的应用

例题:

可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气。反应如下：

NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)如果在19℃、97.8kPa下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为4.16L，计算消耗掉的亚硝酸铵的质量。解：T=(273+19)K=292K

p=97.8kPaV=4.16L292K时，p(H2O)=2.20kPa则p(N2)=p-p(H2O)Mr

(NH4NO2)=64.04NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)64.04g1molm(NH4NO2)=?0.164moln(N2)=m(NH4NO2)==10.5g=0.164mol例2-6.已知：p=9.96×104Pa,T=294K,

m(O2)=0.480g,V=0.377dm3

求：M(O2)

解：∵

p=p(O2)+p(H2O)

查表知294Kp(H2O)=2.48×103Pa∴p(O2)=p

－p(H2O)=9.96×104－2.48×103=9.71×104(Pa)由piV=niRT

有n(O2)==

＝0.015(mol)

则M(O2)＝＝＝32.0(g·mol–1)同温同压下某种气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比。即

ui∝或=

ui

扩散速度

ρ

气体密度

Mr

相对分子量

由pV=nRT

pV=RT

ρ=

即同温同压下

ρ与Mr成反比

=2.1.4气体扩散定律例题2-7液化或凝聚——气体变成液体的过程条件？临界常数临界温度(Tc)：加压时使气体液化的最高温度。临界压力(Pc)：在Tc时使气体液化的最低压力。临界体积(Vc)：在Tc和Pc下1mol气体所占体积。临界状态：气态物质处于Tc,Pc,Vc的状态。对非极性分子,Tc

较低,难液化。HeH2N2O2对极性分子，较易液化。NH3H2O气体的液化2-2-1液体的蒸发（1）蒸发过程蒸发、凝聚（2）饱和蒸气压易挥发物质：

P蒸较大难挥发物质：

P蒸较小克劳修斯—克拉贝龙方程：（3）蒸发热维持液体恒温恒压下蒸发所必须的热量，称为液体的蒸发热。在一定的温度和压强下取1mol液体的蒸发热比较，这种蒸发热叫做摩尔蒸发热,以ΔvHm表示。

lg=§2.2液体沸点，系指液体的饱和蒸气压与外界压强相等时的温度。在此温度下，气化在整个液体中进行，称之为液体的沸腾；而在低于此温度下的气化，则仅限于在液体表面上进行，即蒸发。当外界气压为1.013×l05Pa时，液体的沸点称为正常沸点。采用减压蒸馏的方法去实现分离和提纯的目的。2-2-2液体的沸点

一升溶液中所含溶质B的物质的量2-2-3.溶液浓度的表示方法1)物质的量浓度c(B)①定义:②公式:③

单位:

mol·dm-3

(mol·L-1)

一千克溶剂中所含溶质B的物质的量2)

质量摩尔浓度b(B)①定义:②公式:③单位:mol·kg-1

与温度无关。在极稀的水溶液中④.优点:c(B)≈

b(B)

例1.500克水中溶解17.1克蔗糖,求蔗糖溶液的质量摩尔浓度。

解:

某组分的物质的量与全部溶液的物质的量之比。

3)

摩尔分数xi

①定义:②公式:③量纲：

14)

质量分数ω

用溶质的质量除以溶液的质量表示浓度称为质量分数，用ω表示。①定义:②公式:

例2.48%的硫酸溶液的密度为1.38g·ml-1,

计算此溶液的（1）物质的量浓度;

（2）质量摩尔浓度;

（3）摩尔分数；

5)

浓度的相互换算解:

(1)（3）（2）

§4.

稀溶液的依数性

(colligativeproperties)2)沸点升高

Boilingpointelevation

1)

蒸气压下降

Decreaseofvaporpressure

3)凝固点下降Freezingpointlowering

4)渗透压Osmoticpressure1.依数性：

只与溶质所含粒子的数目有关，而与溶质的本性无关。（稀溶液的通性）

2.溶液的蒸气压下降1)

蒸气压

vaporpressure

当蒸发速率与凝结速率相等时，液体上方的蒸气所具有的压力称为液体的饱和蒸气压（简称蒸气压）。

蒸发凝聚2)

溶液的蒸气压下降

在一定温度下,溶液的蒸气压总是低于纯溶剂的

蒸气压，称为溶液的蒸气压下降。.

Decreaseofsolutionvaporpressure溶液蒸气压下降的原因：A.溶液表面溶剂分子数减少；B.形成溶剂化分子；pT0.1mol·kg-10.2mol·kg-1纯水3)Raoult

(拉乌尔)定理

在一定温度下，稀溶液的蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数成正比.对于两组分溶液

Raoult

定律又可表述为：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降,近似地与溶质B的质量摩尔浓度成正比,而与溶质的本性无关。例3.计算293K时，17.1g蔗糖溶于1000g水中，溶液的蒸汽压下降值。解：293K时，P*(H2O)=2.33kPa或

M(B)=342g.mol-1★只适用于难挥发非电解质的稀溶液3.溶液的沸点升高

boilingpointelevationTbpTTb*P外

1)

沸点

boilingpoint液体的沸点是该液体的蒸气压等于外界大气压时的温度Tb纯水蔗糖

Kb

为沸点升高常数Ebullioscopicconstant(1).计算溶液的沸点

2)

溶液的沸点升高：3)沸点升高的应用溶液的沸点与纯溶剂的沸点之差◆它只与溶质的质量摩尔浓度成正比,而与溶质的本性无关。例4.在100克水中溶解4.56克尿素,计算此溶液的沸点.

例5.将0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,测得溶液的沸点为100.056℃,计算葡萄糖的摩尔质量.解：

0.40/M葡萄糖20/1000b

葡萄糖=DTb

=0.056=Kb·b

葡萄糖

M葡萄糖

=182.9g·mol-1(2)测定难挥发非电解质的摩尔质量4.溶液的凝固点下降

freezingpointlowering1)

凝固点：

freezingpointTfTfpT

液体的蒸气压与固体蒸气压相等，

两相平衡共存时的温度。*纯水蔗糖冰(1)溶液的凝固点：

(Tf

)Kf为凝固点下降常数.CryoscopicconstantTf=Tf*-

Tf

=Kf·b(B)溶液的蒸气压与固态纯溶剂的蒸气压平衡时的温度。

(2)溶液的凝固点下降：纯溶剂的凝固点与溶液凝固点之差◆它只与溶质的质量摩尔浓度成正比,而与溶质的本性无关。2)

沸点升高和凝固点下降的原因：溶液的蒸气压下降。3)

凝固点下降的应用：(1)解释植物的抗旱性与耐寒性等现象；(2)计算溶液的凝固点；(3)测定难挥发非电解质的摩尔质量；解:例6.将0.40g葡萄糖溶于20.0g水中,测得溶液的凝固点为-0.207℃,计算葡萄糖的摩尔质量.

5.溶液的渗透压

osmoticpressure

溶剂分子通过半透膜进入溶液的自动扩散过程。1)渗透现象

Osmosis为了维持渗透平衡向溶液所施加的最小外压。

在溶液上方施加一外压P,使半透膜两边溶剂分子进出的速率相等时，体系所处的状态。2)渗透平衡3)渗透压4)产生渗透现象的条件①有半透膜的存在；②膜两边的溶液存在浓度差；5)Van’tHoff

定律πV=nRTπ=nRT/V=cRT植物的细胞6)高渗、低渗、等渗溶液

7)渗透压的应用①解释动植物的生命现象.②计算高分子化合物的摩尔质量.有一定的体积和形状，可压缩性小。§2.3固体2-3-1晶体和非晶体晶体：内部质点呈有规则的空间排列。多数固体为晶体。如食盐、金刚石等非晶体(无定形体)：内部质点排列不规则，没有一定的结晶外形。如玻璃、沥青石蜡、炉渣等。晶体的特征:(1)有固定的几何外形；

(2)有固定的熔点；

(3)具有各向异性。晶体的分类晶体类型2-3-2晶体外形七大晶系