第一章物质的聚集状态(xin)

第1章:物质的聚集状态1.1气体1.1.1

理想气体的状态方程1.1.2道尔顿定律1.2液体和溶液1.2.1液体的一般特性1.2.2

稀溶液的通性1.3固体1.3.1晶体和非晶体第一章物质的聚集状态物质的聚集状态固态：固体液态：液体气态：气体等离子态：将气体加热，当其原子达到几千甚至上万摄氏度时，电子就会被原子“甩”掉，原子变成只带正电荷的离子。此时，电子和离子带的电荷相反，但数量相等，这种状态称做等离子态。闪电、流星以及荧光灯点燃时，都是处于等离子态,宇宙大部分发光的星球内部温度和压力都很高，内部的物质差不多都处于等中离子态。中子态：压力持续增大,原子被迫解散,放出质子和中子,质子和电子结合生成中子,物质结构发生根本性变化,原子核和电子全部变成中子。一个火柴盒大小的中子态物质，30亿吨重。超固态：当物质处于在140万以上大气压下，原子间的距离被压缩,电子层被压缩,原子之间紧密地挤在一起,物质密度特别大。一块乒乓球大小的超固态物质，其质量至少在1000吨以上,白矮星上的物质都处于超固态.

1.1气体气体的性质:物质处于气态时,分子或微粒间距离较远,相互引力较弱,分子无规则运动占优势,无固定体积和固定形态。具有压缩性(一定范围内可以随意压缩)和扩散性。(可扩散至任何空间)不同气体间可均匀混合,成为均相系统。1.1.1理想气体状态方程理想气体状态方程混合物的含量表示方法1.1.1.1理想气体状态方程理想气体性质：1.忽略气体分子的自身体积，将分子看成是有质量的几何点，分子体积与气体体积相比可以忽略不计；2.分子之间没有相互吸引力和排斥力；3.在容器中，气体在未碰撞时考虑为作匀速运动，分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞完全弹性的，气体分子碰撞时发生速度交换，无动能损失。实际气体在低压(≤101.325kPa)和高温(≥0℃)的条件下，接近理想气体。1.1.1.1理想气体状态方程等压变化(盖·吕萨克定律）:恒压条件下，气体的体积与其温度成正比。V∝TV/T=常数等温变化（玻义尔定律）：恒温条件下，气体的体积与压强成反比。PV=常数阿佛加得罗定律：相同温度和压力下，相同体积的不同气体均含有相同数目的分子V/n=常数3个经验定律(低压条件下测定)标准条件101.325kPa和273.15K（即0℃）标准条件下1mol气体:粒子数Na=6.02×1023mol-1体积Vm=22.414×10-3m3理想气体状态方程

PV=nRTR:摩尔气体常数在标准条件下：P=1.01325×105Pa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414×10-3m3

R=PV/nT=8.314Pam3K-1mol-11Pam3=1J所以R=8.314JK-1mol-1

单位换算1atm(标准大气压)=101.325kPa=760mmHg

1ml=1cm3=10-3L=10-3dm3=10-6m3

1m=102cm=103mm=106μm=109nm=1012pm

n=m/Mρ=m/VC=n/V1.

计算p，V，T，n中的任意物理量2.确定气体的摩尔质量gmol-1

理想气体状态方程的应用用于温度不太低，压力不太高的真实气体。pV=nRT==m/V3.确定气体的密度1.解：依据PV=nRT,由题意知，P、V恒定，容器内物质的量减小为原来的四分之三.n1RT1=n2RT2n1/n2=T2/T14/3=T2/288T2=384K例1一敞口烧瓶中盛有空气，欲使其量减少四分之一，需把温度从288K提高到多少？例2p21-11.1.1.2混合物的含量表示方法混合物：两种或两种以上物质组成的系统液态混合物：简称溶液，如水溶液固态混合物：如金银混合物，简称合金或固溶体气态混合物：空气表示方法：（1）物质B的质量分数wB，量纲为1（2）物质B的摩尔分数xB(物质的量分数)，量纲为1或者×100%液体和固体用xB表示气体用yB表示（4）物质B的质量摩尔浓度bB，单位为mol·kg-1对溶液而言（5）物质B的物质的量浓度cB(体积摩尔浓度)，单位为mol·m-3（1）组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。（2）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1.1.2道尔顿分压定律O2N2O2+N2+T、V、P总道尔顿分压定律：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=Pi

T、

V、P2仅适用于低压混合气体(近似于理想气体)⑵分压定律：分压：一定温度下，混合气体中的某种气体单独占有混合气体的体积时所呈现的压强。T、V、P1=P1+P2分压的求解：yBB的摩尔分数(物质的量分数)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1：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25℃下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25℃时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L，计算反应中消耗锌的质量。解：T=(273+25)K=298K

p=98.70kPaV=2.50L298K时，p(H2O)=3.17kPaMr(Zn)=65.39Zn(s)+2HClZnCl2+H2(g)1mol1moln(Zn)=?0.0964moln(H2)=m(Zn)==6.30g=0.0964mol0.0946mol×65.39g例题2：有一3.0dm3的容器，内盛16gO2，28gN2，求300K时N2，O2的分压及混合气体的总压。解：n(O2)=16/32=0.5molP(O2)V=n(O2)RTP(O2)×3.0×10-3=0.5×8.314×300P(O2)=4.16×105(Pa)同理：P(N2)=8.314×105(Pa)

P总=P(O2)+P(N2)=12.48×105(Pa)例题3：0.326gXH2遇水生成 X（OH）2和H2，在294K、1atm下集得0.384dm3H2，问XH2是什么氢化物？（已知水的饱和蒸汽压为2.35kPa)根据水蒸气的饱和蒸汽压计算H2的物质的量为：据反应：XH2+2H2O=X（OH）2+2H2↑生成0.0155mol的H2需XH2为0.00775molM（XH2）=W/n=42，M（X）=40CaH21.1.3实际气体状态方程-范德华方程a、b均为范德华常数，由实验确定。a与分子间引力有关——压力修正项b与分子自身体积有关——体积修正项1.1.3.1体积修正项b对理想气体：PV=nRTV：气体分子自由活动的空间(1)理想气体分子体积为0,气体分子自由活动的空间即容器的体积。(2)实际气体,分子有体积,需修正VV′=(V-nb)nb是n摩尔气体自身的体积P(V-nb)=nRT对理想气体：PV=nRTP：气体分子对容器壁产生的压力理想气体忽略分子间的引力实际气体分子间有引力,对靠近器壁的分子有一种向内的拉力,导致器壁旁的分子对器壁的压力减少，这个向内的拉力也称为内压力,p内。

p内与单位体积内分子数的平方成正比,即与密度的平方成正比,与摩尔体积的平方成反比.p内∝1/Vm2p内=a/Vm2a为比例常数n摩尔气体的话Vm=V/np内=an2/V2

1.1.3.2压力修正项aP(V-nb)=nRTP=nRT/(V-nb)

体积修正项带入理想气体方程实际气体对器壁的压力没有这么大,有一个内压范德华方程中a、b是两个常量,称为范德华常数,一些气体的a、b值见p7,表1-1

例分别按理想气体状态方程式和范德华方程式计算1.50molSO2在303K,占有20.0dm3体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少为2.00dm3，其相对误差又如何？解：已知T=303K，V=20.0dm3，n=1.50mol，

a=0.6803Pa·cm6·mol-2，b=0.563610-3m3·mol-1dm6.mol-2.1.2液体和溶液1.2.1

液体的一般特性(1)Ⅰ液体的蒸气压和大气的湿度(2)Ⅱ液体的沸点和凝固点气态物质冷到一定温度时，可凝聚成液体分子间距离拉近，分子之间自由空间小固定体积，有流动性，无固定形状Ⅰ液体的蒸气压和大气的湿度(1)蒸发和凝聚蒸发：液体放在一个密闭的容器中，液面上能量较大的分子会克服液体分子间引力从表面逸出，成为蒸汽分子，蒸发是吸热过程。凝聚：蒸发出来的蒸汽凝聚成液体。当蒸发和凝聚速率平衡时，液体和他的蒸汽处于平衡状态。几个概念(2)相和相平衡相：系统中任何具有相同的物理性质和化学性质的部分。相与相之间有明确的界面隔开。如：前面提到的液体和他的蒸汽。相平衡：存在于两相之间的平衡。Ⅰ液体的蒸气压和大气的湿度分析系统中所包含的相的数目时，注意以下问题:1、不同聚集状态的物质为一相:冰水水蒸气2、相同聚集状态的物质混合时,呈两种情况:(1)完全互溶为一相:气体、完全互溶的液体(水和酒精)、互溶的固体时为一相(如铜-锌合金)。(2)不完全互溶的为两相：如水和苯、水和乙醚等。(3)组成物质相同，晶型不同的固体混合物属于不同的相：金刚石和石墨。3、不同组成的物质在不相溶的情况下一般属于不同的相。4、物质混合时可能发生溶解和沉淀，也可能发生化学反应生成新的物质，此时要根据上述原理进行分析。

牛奶液、Zn(s)+2HCL=Zncl2(aq)+H2(g)(3)液体的饱和蒸气压(简称蒸汽压)

液体的蒸气压蒸发

H2O(l)H2O(g)凝聚

当蒸发与凝聚速率相等，气相和液相达到动态平衡，蒸气的含量和压力保持一定。

定义：在一定温度下与液相处于平衡时蒸气所具有的压力p(简称蒸气压)。

单位：Pa,kPaⅠ液体的蒸气压和大气的湿度

蒸汽压与液体的本性有关。蒸气压随温度升高而增大，与液体量无关。常温下蒸汽压较小的物质称为难挥发物质，如蔗糖、食盐、硫酸等。常温下蒸汽压较大的物质称为易挥发物质，如乙醇、乙醚、苯等。常见物质的蒸汽压p8表1-2水在不同温度时的蒸汽压表1-3Ⅰ液体的蒸气压和大气的湿度(3)液体的饱和蒸气压(简称蒸汽压)

蒸汽压曲线图(4)大气湿度、绝对湿度、相对湿度湿度：大气中水蒸气含量的多少绝对湿度：单位体积空气中所含水蒸气的质量，常用1m3空气中所含水蒸气的质量（g）来表示。例如:20℃时,空气中水蒸气达到饱和时的绝对湿度(湿度)：相对湿度:实际情况下,空气的绝对湿度与同温度下蒸汽密度饱和情况下的绝对湿度的百分比值相对湿度:空气中实际所含的水蒸气密度和同温度下饱和蒸汽密度的百分比值相对湿度:实际水蒸气压力和同温度下下饱和水蒸气压力的百分比值例题:p9Ⅱ液体的沸点和凝固点沸腾：在对液体进行加温的过程中，液体的蒸气压会逐渐增大，当液体蒸气压等于外界压力时，汽化不仅在液面进行，液体内部也发生，液体内部不断产生蒸气气泡的现象。沸点(bp)：液体沸腾时的温度；从相平衡的观点定义：液体蒸汽压等于外界压力时的温度

外界压力增加，沸点升高;外界压力降低，沸点减小正常沸点(bp)：外界压力为101325Pa时的沸点凝固点(fp)：液体冷却到一定温度时,液体变为固体时的温度。固液相平衡，固液两相共存。从相平衡的观点定义：在一定外压下,纯净液体的液相(如水)与其固相(如冰)处于平衡状态（蒸汽压相等）时的温度。正常凝固点：外界压力为101325Pa时的凝固点冰点：水的凝固点Ⅱ液体的沸点和凝固点1.2.2

稀溶液的通性溶液：一种物质以分子或离子的状态均匀地分布在另一种物质中得到的均匀稳定的分散系统称为溶液。适用于任何聚集状态。所有溶液都是由溶剂和溶质构成，溶质与溶剂只是相对意义。气体和固体溶于液体时，通常气体和固体称为溶质，液体称为溶剂；液体溶于液体，通常量少的为溶质，量多的为溶剂。水溶液：水是溶剂非水溶液：其它物质为溶剂，如酒精、汽油等。溶液的蒸气压降低溶液的沸点升高溶液的凝固点降低溶液的渗透压稀溶液：溶质量极少的溶液不同溶剂和溶质组成的溶液一般有不同的性质,如溶液颜色、密度、导电性等。如果溶质是难挥发溶质的话,此时稀溶液具有一些共同的性质:这些性质与溶质的粒子数有关,而与本性无关,这些性质又称为稀溶液的依数性和稀溶液的通性。（1）

溶液的蒸气压降低液体的蒸气压蒸发

H2O(l)H2O(g)凝聚

在一定温度下，水的饱和蒸汽压是一个定值。如果在水中加入一种难挥发的溶质，溶液的蒸汽压会发生什么变化呢？（1）

溶液的蒸气压降低溶质的粒子数愈多，蒸汽压愈低在一定温度下，水的饱和蒸汽压是一个定值。如果在水中加入一种难挥发的溶质，溶液的蒸汽压会发生什么变化呢？Raoult(拉乌尔)定律:在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压下降和溶解在溶剂中的溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。也就是说,在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂物质的量分数的乘积。

pA

=pA*

xA

pA*：纯溶剂的蒸气压,pA：溶液的蒸气压。xA：溶液中溶剂的摩尔分数溶液的蒸汽压下降Δp的求解∵xA+xB=1pA=pA*

xA=pA*(1-xB)=pA*-pA*xB∴pA*-pA

=pA*

xB令Δp=pA*-pA有

Δp=pA*

xB=

pA*(nB/

nA+nB)Δp表示溶液的蒸汽压下降。Δp≥0。溶液的蒸气压下降公式：

由于nA>>nB，若取mAg溶剂，有则在一定温度下，某种溶剂的pA*

为定值

在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸汽压下降与溶液的质量摩尔浓度成正比。适用：难挥发的非电解质稀溶液。Δp=K

bB

Δp=pA*xB==

=

K=pA*MA例1

已知异戊烷C5H12的摩尔质量M=72.15g·mol-1，在20.3℃的蒸气压为77.31kPa。现将一难挥发性非电解质0.0697g溶于0.891g异戊烷中，测得该溶液的蒸气压降低了2.32kPa。试求出异戊烷为溶剂时Raoult定律中的常数K；求加入的溶质的摩尔质量。解因为K=p*MA所以对于异戊烷有K=p*MA=77.31kPa×72.15g·mol-1=5578kPa·g·mol-1=5.578kPa·kg·mol-1

根据有例2

已知293K时水的饱和蒸汽压为2.338kPa，将6.840g蔗糖(C12H22O11)溶于100.0g水中，计算蔗糖溶液的质量摩尔浓度和蒸汽压。解p=p*xA=2.338kPa×0.9964=2.330kPa（2）

溶液的沸点升高1.溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，这一现象称之为溶液的沸点升高。溶液沸点升高是由溶液蒸汽压下降引起2.加入难挥发的溶质时,溶液蒸汽压下降,100℃溶液蒸汽压低于大气压,水溶液不能沸腾,只能继续加温,使溶液蒸汽压等于大气压。3.液体的沸点是液体的蒸气压等于外界压强时的温度。

4.液体正常沸点是指外压为101.3kPa时的沸点。根据拉乌尔定律:难挥发非电解质稀溶液的沸点升高和溶液的质量摩尔浓度成正比。Δtb=tb-tb0

=Kb

bB

Δtb:溶液沸点上升的温度bB:质量摩尔浓度Kb:溶剂的沸点上升常数当bB=1,Δtb=Kb，即某溶剂的沸点上升常数的数值等于1mol溶质溶于1000g该溶剂中所引起沸点上升的温度。（3）溶液的凝固点降低1.凝固点是指物质的固、液两相蒸气压相等时的温度。2.纯水的凝固点（0℃,273K）又称为冰点，在此温度水和冰的蒸气压相等。3.但是,当水中加入难挥发的溶质时,溶液蒸汽压下降,0℃时,溶液蒸汽压低于冰的蒸汽压,水不能凝固,继续降温，当溶液的蒸汽压和冰的蒸汽压相等时,开始有冰析出,此时温度为溶液凝固点。

溶液的凝固点降低是由溶液的蒸汽压下降引起。Δtf=Kf·bB

Δtf:凝固点下降的温度Kf:凝固点下降常数bB:质量摩尔浓度难挥发非电解质稀溶液的凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比,与溶质的性质无关.当bB=1,Δtf=Kf

,即某溶剂的凝固点下降常数的数值等于1mol溶质溶于1000g该溶剂中所引起的凝固点下降温度。常见溶剂的tb、Kb和tf、Kf值溶剂tb/℃Kb/(K·kg·mol-1)tf/℃Kf/(K·kg·mol-1)水1000.5120.01.86乙酸1182.9317.03.90苯802.535.55.10乙醇78.41.22-117.31.99四氯化碳76.75.03-22.932.0乙醚34.72.02-116.21.8萘2185.8080.06.9溶液凝固点降低的应用：测定溶质的相对分子质量（特别是小分子）。

虽然理论上沸点升高和凝固点降低两种方法都可测量分子量，可是后者不起破坏作用、且Kf值较大，故常用。例1将0.638g尿素溶于250g水中，测得此溶液的凝固点降低值为0.079K，试求尿素的相对分子质量。解例2

P12[例1-5]溶液的凝固点降低具有广泛的用途:1.冬天汽车散热水箱中加入甘油或乙二醇,可防止水结冰。2.食盐和冰混合物可作冷冻剂.食盐溶解在冰表面水中成为溶液，蒸汽压低于冰的蒸汽压，冰融化，吸收大量的热，使温度降低。

冰盐混合物最低温度可达-22.4℃;氯化钙可达到-55℃。（4）溶液渗透压渗透现象和渗透压力用半透膜将蔗糖溶液与水分开,可以看到蔗糖溶液体积增大，液面面上升。溶剂分子通过半透膜进入到溶液中，而溶质分子不能通过的现象,称为渗透。渗透为单向扩散，溶剂从蒸汽压较高的部位移向较低的部位。半透膜：具有适宜的细孔，只允许溶剂分子通过，而不允许溶质分子通过的薄膜。如植物细胞壁，动物的膀胱，肠衣等渗透现象水或低浓度溶液高浓度溶液半透膜------渗透膜两侧单位体积的溶剂分子数不等------溶剂分子能通过半透膜，而溶质分子不能渗透平衡：渗透膜两侧单位时间内透过的溶剂分子数相等渗透持续进行？渗透产生的原因？渗透条件：①具有半透膜②半透膜两边溶液有浓度差。渗透方向：从蒸汽压较高的部位移向蒸汽压较低的部位溶剂分子从纯溶剂→溶液，或是从稀溶液→浓溶液渗透压：

溶剂分子从纯溶剂→溶液，或是从稀溶液→浓溶液时，后面溶液液面逐渐升高，所产生的压力使溶液中的溶剂进入纯溶剂或稀溶液中的速率逐渐增大，当压力达到一定数值时，单位时间内水从两个相反的方向通过半透膜的数目彼此相等，达到渗透平衡。此时溶液液面不再升高。这时溶液与溶剂两端的压力差就是渗透压。外加一定压力可阻止渗透的进行，此时施加于溶液的最小外压也就是渗透压。渗透压只有当溶液与溶剂用半透膜隔开时才显现出来。溶液的渗透压力与浓度及温度的关系Vant.Hoff定律：当温度一定时，难挥发的非电解质稀溶液的渗透压和溶液的浓度成正比；当浓度不变时，稀溶液的渗透压和绝对温度呈正比。范特霍夫方程为：

ПV

=nBRT

或

П=nBRT/V=cBRT

其中П-渗透压，V-溶液体积LnB-溶质的物质的量moL；cB-物质的量浓度(mol·L-1)

R-常数8.314J·K-1·mol-1；T-绝对温度

(273+t)理想气体方程PV=nRTП

=cBRT

П=bBRTbB:mol·kg-1

，cB：mol·L-1R=8.314J·K-1·mo1-lT:KП:Kpa单位：稀溶液的渗透压力与溶液的浓度和温度成正比,而与溶质的本性无关稀水溶液：cB（mol·L-1）≈bB（mol·kg-1）

自然界中渗透现象普遍存在：细胞膜是半透膜，如果吃的食物太咸或排汗过多，组织细胞中渗透压升高，细胞外的水分会渗透进去，人会感觉口渴。淡水中游泳，通过渗透水会进入眼球导致红肿等。工业和科学研究上对渗透的应用：反渗透：如果外加一大于渗透压的力,则水分子将由溶液向纯水中渗透,这个过程叫反渗透。海水淡化工业废水处理重金属回收溶液浓缩等通过实验测定渗透压力，可以推算溶质的相对分子质量（主要用于测定高分子化合物）。P14例1-6稀溶液定律：非电解质溶液难挥发溶质的稀溶液的性质（溶液的蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压）与一定量溶剂中所溶解的溶质的物质的量呈正比，这个定律叫稀溶液定律。由于稀溶液的性质只与溶质的粒子数有关，而与溶质的本性无关，故又叫依数定律。稀溶液的依数性：1.3固体液体冷却到一定程度，粒子之间距离更小，便凝结成固体。具有一定体积。一定几何形状。具有刚性、高密度和不易压缩性。粒子之间紧密地联系在一起，不容易自由运动,只能在一定位置上做小幅度振动。内部粒子之间所受作用力互相低消，但是表面上粒子受力不对称，表面存在自由力场，所以固体表面会有不同程度的吸附能力，所以固体会产生润滑和催化等作用的原因。固体的特性固体晶体：具有规则的几何形状

(自然界中大部分固态物质，例如矿石，食盐，金属等)。非晶体(无定形体):没有固定的几何形状。构成物质的原子、分子按一定的规律，周期性排列各种漂亮的晶体方解石Calcite红宝石Ruby闪锌矿Sphalerite钻石Diamond晶体特征非晶体外形不规则食盐晶体(立方体)明矾晶体(正八面体)金刚石晶体(十二面体)1.外观上，具有整齐和规则的几何形状。各向异性表现某些性质随观察方向的不同而不同：如力学性能，光学性能、热传导等。如：石墨晶体在不同方向导电能力相差很大，云母晶体在不同方向上的强度相差很大。原因不同方向上，原子的排列、取向各有不同非晶体和液体相似，表现为各向同性。2.固定熔点表现晶体具有固定的熔点原因相同原子周围的环境完全相同时间温度非晶体时间温度晶体熔化熔化非晶体无固定熔点，只有软化温度范围3.晶体和非晶体并非两种不同的物质，不同条件下，同一物质可形成晶体和非晶体。如：二氧化硅可形成晶体的石英，也可形成非晶体的石英玻璃。石英玻璃是一种只含二氧化硅单一成分的特种玻璃。石英玻璃是用天然结晶石英（水晶或纯的硅石），或合成硅烷经高温熔制而成，它的形成是由于其熔体高温黏度很高引起的结果。棱柱状，大而透明的无色石英，称为水晶。总结理想气体状态方程

PV=nRT

R:摩尔气体常数R=8.314JK-1mol-1

在标准条件下：P=1.01325×105Pa,T=273.15