普通化学：第二章 物质的聚集状态

第二章物质的聚集状态第一节气态第二节液态和溶液第三节等离子体第四节超密态第一节气态一理想气体二真实气体三气体的液化和临界温度

一理想气体（一）理想气体状态方程理想气体：理想气体是对真实气体简化而建立的一种理想模型。理想气体的特征：１.分子本身不占有体积；２.分子间无相互作用力。对于压强不是太高，温度不是太低（远超气体物质的沸点）的气体可以看作理想气体。理想气体状态方程：

R=8.314kPa

L

K-1

mol-1pV=nRT

R----

摩尔气体常数在标准状态下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.414×10-3m3

（二）理想气体混合物分压定律分压：混合气体中某一组分在相同温度下占有混合气体相同的体积时，所产生的压强，称为该组分气体的分压（partialpressure）。分压定律：1801年，英国科学家道尔顿（J.Dalton）从大量的实验中总结出了分压定律：某组分气体在气体混合物中产生的分压等于在相同条件下它单独占有容器时所产生的压强，而气体混合物的总压强等于其中各组分气体分压之和。

p总

=p1+p2+p3+……或p总=∑pi理想气体状态方程对理想气体混合物的应用：因为，p总

=

pi=p1+p2+p3+……且，

n总

=

ni=n1+n2+n3+……

各组分气体：

（2-4）故有，（2-5）两式相比可得（2-7）（三）理想气体混合物分体积定律分体积（partialvolume）：某组分气体单独存在，并具有与混合气体相同温度和压强时所具有的体积。分体积定律：混合气体体积等于各组分气体的分体积之和。

V总=V1+V2+V3+……=∑Vi

例2-2(实验课做）例2-325oC时，体积为1.0dm3的容器中装有300kPaAr，体积为2.0dm3的容器装有60kPaN2，二者用旋塞连接。打开旋塞，待两边气体混合后，计算:(1)Ar、N2的物质的量；(2)Ar、N2的分压；(3)混合气体总压；(4)Ar、N2的分体积。

(3)

p总

=pAr+pN2=139KPa解：(1)

(2)

V总

=3.0dm-3(4)根据（四）气体扩散定律（lawofgasdiffusion）

u表示扩散速度ρ表示密度M相对分子量

同温同压下气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比，称气体扩散定律1831年，英国物理学家ThomasGraham指出

密度与相对分子质量的关系：

二.真实气体真实气体不同与理想气体，分子之间存在有相互作用力，分子也具有体积。要想得到真实气体的状态方程是非常困难的。我们可以对理想气体状态方程进行修正，从而得到近似的真实气体状态方程：此式称为范德华方程三.气体的液化和临界温度液化：气态物质可以通过降低温度或增大压力而转变为液体。临界温度（criticaltemperature,Tc）：能够以加压方式使气体液化的最高温度。临界压强（criticalpressure,Pc）:临界温度下为使气体液化所需施加的最小压强。临界摩尔体积（criticalmolevolume,Vc,m）:物质在临界温度和临界压强下的摩尔体积。临界状态（criticalstate）:由临界温度和临界压强决定的状态，称临界状态也称临界点（criticalpoint）第二节液态和溶液一.液态（liquid）液态物质没有固定的形状和显著的膨胀性，但有确定的体积，较好地流动性，一定的掺混性和一定的表面张力。液体内部分子间距离比气体小，分子间有较强的作用力。一定条件下，液体可以汽化为气体，也可凝结为固体。（一）液体的蒸汽压将液体置于密闭容器中，当达到凝聚蒸发平衡时，蒸汽所产生的压强称为液体的蒸汽压(vaporpressure)。此时的蒸汽称饱和蒸汽。

不同物质分子间作用力不同，因此，不同物质具有不同的蒸汽压。

蒸发过程是吸热过程，因此，蒸汽压随温度的升高而增大。蒸汽压与温度的关系，克劳修斯－克拉贝龙方程：（二）液体的沸点和凝固点

1.液体的沸点（boilingpoint）当液体的蒸汽压与外压相等时的温度称为该液体的沸点。液体沸点的高低取决于液体表面的外部压强的大小，外压越大，沸点越高。如，标准大气压下，水的沸点是100℃，而当外压为0.6105kPa时，水在0℃就能沸腾。通常所说的沸点都是指，外压为一个标准大气压时的沸点，称为正常沸点。

2.凝固点（freezingpoint）在一定外压下，当液体凝固时，体系的温度保持不变，称为液体在此压强下的凝固点（freezing,Tf），也称为固体的熔点（ｍeltingpoint）。凝固点时，固体与液体处于平衡状态，固体和液体的蒸汽压相等。

二.

溶液溶液（solution）是由溶质（solute）和溶剂（solvent）两部分组成的均匀，稳定的均相体系。溶液可以是气态，液态或固态，通常所说的溶液多指液态。溶液的性质除与溶质和溶剂的本性有关外，还与溶质与溶剂的相对含量密切相关。一定量溶液或溶剂中所含溶质的量称为溶液的浓度，在任何涉及溶液的定量工作中都必须指明浓度。1、质量分数(massfraction)wB为量纲一的量，其SI单位为1。

（一）溶液浓度的表示方法例2-4100.0g铁矿石中含50.4gFe2O3,计算铁矿石中Fe2O3

和Fe的质量分数。解：100.0g铁矿石中铁的质量为：

铁矿石中Fe2O3

的质量分数为：

铁矿石中Fe的质量分数为：

w(Fe)=m(Fe)/m=35.3g/100.0g=0.353w(Fe2O3)=m(Fe2O3)/m=50.4g/100.0g=0.504

2、体积分数(volumefraction)

φB为量纲一的量，其

SI单位为1。3、质量浓度(massconcentration)

ρB

的SI单位为kg•m－3，常用单位为,g•L－1,mg•L－1

等。

例2-6将25g葡萄糖（C6H12O6）晶体溶于水，配制成500mL葡萄糖溶液，计算此葡萄糖溶液的质量浓度。解：葡萄糖溶液的质量浓度为：4、物质的量浓度

(amount-of-substanceconcentration)cB的SI单位为mol·m-3，医学常用的单位是mol·L-1

，mmol·L-1。例2-7100mL正常人血清中含

326mgNa＋和165mg，试计算正常人血清中Na+和

的浓度。解：正常人血清中Na＋的浓度为：

正常人血清中的浓度为：

世界卫生组织建议：医学上表示体液组成时，凡是体液中相对分子质量已知的物质，均应使用物质的量浓度；对于相对分子质量未知的物质，可以暂时使用质量浓度。

质量浓度与浓度之间的关系为：

ρB=cBMB

MB为

B的摩尔质量。例2-8100mL生理盐水中含

0.90gNaCl，计算生理盐水的质量浓度和浓度。解：生理盐水的质量浓度为：NaCl的摩尔质量为58.5g·mol-1，生理盐水的浓度为：5、摩尔分数(molefraction)

xB为量纲一的量，其SI单位为1。由A，B两种物质组成的混合物：

则

对于由多种物质组成的混合物：

例2-9

将112g乳酸钠（NaC3H5O3）溶于1.00L纯水中配成溶液，计算溶液中乳酸钠的摩尔分数。解：室温下,水的密度约为1000g·L－1；NaC3H5O3的摩尔质量为112g·mol－1

；H2O的摩尔质量为18g.mol－1

。溶液中乳酸钠的摩尔分数为：6、质量摩尔浓度(molality)

bB的SI单位为mol·kg-1。例2-10

将0.27gKCl晶体溶于100g水中，计算溶液中KCl的质量摩尔浓度。解：KCl的摩尔质量为74.5g·mol-1。KCl的质量摩尔浓度为：

（二）稀溶液的依数性1

溶液的蒸气压下降2

溶液的沸点升高3溶液的凝固点降低4溶液的渗透压力

1.

溶液的蒸气压下降

当水中溶入难挥发非电解质后，溶液的表面被一部分难挥发非电解质的分子占据着，这样在单位时间内从溶液的液面逸出的溶剂分子比纯溶剂减少。在一定温度下达到平衡时，溶液液面上方溶剂分子的数目比纯溶剂液面上方的少，因此难挥发非电解质的蒸气压要比纯溶剂的低，这种现象称为溶液的蒸气压下降。

1887年，法国化学家Raoult指出：

2.稀溶液的沸点升高

液体的蒸气压与外压相等时，液体就沸腾，此时的液体温度称为液体的沸点（boilingpoint)

在相同温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压总比纯溶剂的低。当温度升高到纯溶剂的沸点时，纯溶剂的蒸气压等于外界压力而沸腾；但溶液的蒸气压则低于外界压力。要使溶液的蒸气压等于外界压力，必须升高温度。这样必然导致溶液的沸点高于纯溶剂的沸点，这种现象称为稀溶液的沸点升高。O难挥发非电解质稀溶液的沸点升高与溶质B的质量摩尔浓度成正比。3.稀溶液的凝固点降低ΔTf=Kf

bB

4.稀溶液的渗透压

渗透现象和渗透压(osmoticpressure)

a.渗透现象许多天然或人造的薄膜对于物质的透过有选择性，它们只允许某种或某些物质透过，而不允许另外一些物质透过，这类薄膜称为半透膜。水分子通过半透膜从纯水进入溶液或从稀溶液进入较浓溶液的现象称为渗透。

渗透现象产生的原因，是由于半透膜两侧相同体积的液体内的水分子数目不相等。相同体积的纯水内的水分子数目比溶液的多，因此在相同时间内由纯水通过半透膜进入溶液的水分子数目要比由溶液进入纯水的多，其结果是水分子从纯水进入溶液。

产生渗透现象的条件：

①必须有半透膜存在;

②半透膜两侧相同体积的液体中水分子数目不相等。

b.渗透压

用半透膜将水溶液与纯水隔开时，渗透必然发生。为了阻止渗透的发生，必须在溶液的液面上施加一额外压力。这种恰好能阻止渗透进行而施加于溶液液面上的额外压力称为溶液的渗透压。

渗透压与浓度、温度的关系

1877年，德国植物学家

Pfeffer用人工制成的半透膜测量蔗糖水溶液的渗透压。发现了如下两个规律：

①在热力学温度一定时，稀溶液的渗透压力与溶液的浓度成正比；

②在浓度一定时，稀溶液的渗透压力与热力学温度成正比。

1886年，荷兰理论化学家van’tHoff归纳出渗透压力与浓度、温度之间的关系。

通过测定溶液的渗透压力，可以计算溶质的摩尔质量。

渗透浓度(osmolarity)

渗透溶液是指混合物中能产生渗透效应的溶质的微粒（分子或离子）的浓度总和。对于强电解质溶液，渗透浓度等于溶液中溶质离子的总浓度；对于弱电解质溶液，渗透浓度等于溶液中未解离的弱电解质的浓度与弱电解质解离出的离子浓度之和；而对于非电解质溶液，渗透浓度等于其物质的量浓度。对于电解质的稀溶液：例2-11生理盐水的质量浓度为9g·L-1，计算生理盐水的渗透浓度。解：NaCl是强电解质，它在溶液中全部电离：生理盐水的渗透浓度为:

渗透压力在医学上的意义

等渗、低渗和高渗溶液医学上的等渗