第一章 物质的聚集状态
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第一章 物质的聚集状态
克劳修斯-克拉贝龙 ( Clausius-Clapegrom) 方程。式中：
vap H m
为液体的摩尔蒸发热（摩尔汽化焓）
只要知道p1、p2、T1、T2和 vap H m 五个量 中任意4个，就能求出另外一个物理量。
1.2.3 液体的沸点 液体在蒸发过程中，随着外加温度的升高， 蒸气压也在逐渐增大，当外加温度增加到液体 的饱和蒸气压等于外界（环境）压力时，在整 个液体中的分子都能发生气化作用，液体开始 沸腾，此时的温度就是该液体在该压力下的沸 点（boiling point）。 液体的沸点随外压而变化，压力越大， 沸点也越高。当外压为标准情况的压力（即 101.325kPa）时的沸点，为正常沸点。一般我 们所说的沸点都是正常沸点。
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。
pV = nRT
R---- 摩尔气体常量
在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K
n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
pV R nT 3 3 101325Pa 22.414 10 m 1.0mol 273.15K 8.314 J mol 1 K 1
定量的气体，当压力一定时，气体的体积 V与热力学温度T成正比。 数学式可表示为 或 或 V = V0T/T0 V∞T V1/V2 = T1/T2
查理-盖· 吕萨克定律也可以用图形来表示， 称为等压线—— 直线。如图1.2 所示。
3. 阿伏加德罗定律 在相同的温度和压力下，相同体积的不同 气体均含有相同数目的分子。 1.1.2 理想气体的状态方程 人们将符合理想气体状态方程式的气体， 称为理想气体。
R=8.314 kPaLK-1mol-1=8.314Pa· 3 · -1mol-1 m K
vap H m
为液体的摩尔蒸发热（摩尔汽化焓）
只要知道p1、p2、T1、T2和 vap H m 五个量 中任意4个，就能求出另外一个物理量。
1.2.3 液体的沸点 液体在蒸发过程中，随着外加温度的升高， 蒸气压也在逐渐增大，当外加温度增加到液体 的饱和蒸气压等于外界（环境）压力时，在整 个液体中的分子都能发生气化作用，液体开始 沸腾，此时的温度就是该液体在该压力下的沸 点（boiling point）。 液体的沸点随外压而变化，压力越大， 沸点也越高。当外压为标准情况的压力（即 101.325kPa）时的沸点，为正常沸点。一般我 们所说的沸点都是正常沸点。
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。
pV = nRT
R---- 摩尔气体常量
在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K
n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
pV R nT 3 3 101325Pa 22.414 10 m 1.0mol 273.15K 8.314 J mol 1 K 1
定量的气体，当压力一定时，气体的体积 V与热力学温度T成正比。 数学式可表示为 或 或 V = V0T/T0 V∞T V1/V2 = T1/T2
查理-盖· 吕萨克定律也可以用图形来表示， 称为等压线—— 直线。如图1.2 所示。
3. 阿伏加德罗定律 在相同的温度和压力下，相同体积的不同 气体均含有相同数目的分子。 1.1.2 理想气体的状态方程 人们将符合理想气体状态方程式的气体， 称为理想气体。
R=8.314 kPaLK-1mol-1=8.314Pa· 3 · -1mol-1 m K
第一章物质的聚集状态
1.3 溶液
一种物质以分子或离子的状态均匀地分布在另 一种物质中形成均匀的分散系统，称为溶液。
溶液的特点：
溶质、溶剂的相对性
不同物质在形成溶液时，往往有热量、 体积的变化和颜色的变化
1.3.1 溶液浓度表示法
物质B的摩尔分数 x B
nB nB xB n nB
∑nB是溶液中各组分的物质的量总和，且
cB RT {0.1 8.314 298}kPa 248kPa
这相对于25m高水柱所产生的静压力。而一般植物 细胞液的渗透压大约可达2000kPa。
利用渗透压测量高分子化合物的分子量有其独特 的优点。
1.4 胶体
一种或几种物质分散在另一种物质中所形 成的系统称为分散系统，简称分散系。 分散系中被分散的物 质称为分散相。 分散相所处的介质 称为分散介质。
前提：溶质是不挥发的，气相仅为溶剂的， 不生成固溶体
蒸汽压下降 由拉乌尔定律可知，当向溶剂中加入非挥发 性溶质时，溶液中溶剂的蒸汽压低于纯溶剂的 蒸汽压。即：
p* p A p A nB nB WB M A A * xB * pA pA nA nB nA WA M B p A WB M A * p A WA M B WB M A p* A MB WA p A
1.3.2 拉乌尔定律与亨利定律
设由组分A，B，C……组成 液态混合物或溶液，T一定时， 达到气、液两相平衡。
pA,pB,pC
平衡时，液态混合物或溶 T一定 y , y , y (平衡) 液中各组分的摩尔分数分别 为xA，xB，xC……气相混合 x ,x ,x 物中各组分的摩尔分数分别 为yA，yB，yC……。一般xA≠ yA, xB≠ yB, xC≠ yC ……。 稀溶液的气、液平衡
第一章 物质的聚集状态
时，二者数值近似相等。
27
1.4 稀溶液的通性
稀溶液：溶剂与溶质分子之间、溶质分子之间没 有相互作用的溶液，为一种理想化的溶液模型。 稀溶液的通性：
在难挥发的非电解质稀溶液中，溶液的某些性质仅与 溶剂中溶质的独立质点数相关，而与溶质本身的性质无关， 如溶液的蒸气压、沸点、凝固点和渗透压等，这类性质称 为稀溶液的通性或依数性。包括：蒸气压下降、沸点升高、 凝固点降低和渗透压现象。
M x[M (C) M (H)] x (12.0g mol1 1.01g mol1 )
解得：x = 6，该化合物的分子式为C6H6。
10
1.2.2 分压定律
道尔顿理想气体分压定律 理想气体混合物中的各组分气体均 充满整个容器，混合气体中任一组 分的分压与该组分气体在相同温度 约翰· 道尔顿（1766下独占整个容器所产生的压力相同， 1844 ） 英国化学家、物理学家、 而总压力p等于混合体系中各组分 近代化学之父。 气体的分压之和。
28
1.4.1 溶液蒸汽压的下降
液体的蒸发
一定温度下，敞口容 器中液体将不断蒸发 至没有液体留下。 一定温度下，密 闭容器中的液体 随着蒸发进行， 最终将达到液体 蒸发与气体凝结 的动态平衡状态， 蒸气压力不再变 化。
a 敞口容器
b 密闭容器中
液体的饱和蒸汽压 在一定温度下，液体与其蒸气平衡时 的蒸气压力为该温度下的液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。
26
物质的量浓度与质量摩尔浓度：
nB nB nB cB V m/ m
i）两组分溶液，溶质B含量较少时：
nB nB nB cB bB m mA mB mA
(1-9)
ii) 稀薄水溶液中： 当cB的单位为mol L-1，bB的单位为mol kg-1
1物质的聚集状态
世界最轻固体气凝胶：
气凝胶是一种世 界上最轻的固体，可 以经受住1Kg炸药的 爆炸威力，让你远离 1300 ℃ 以上喷灯的 高温。从下一代网球 球拍到执行火星探险 任务的宇航员所穿的 超级隔热太空服，科 学家们正在努力探索 这种物质的新用途。
第一章 物质的聚集状态
气凝胶具有超强的隔热效果
它由一位美国化学家 于1931年在打赌时发明 出来，但早期的气凝胶 非常易碎和昂贵，所以
粒子扩散速率慢, 不能透过半透膜, 有较高的渗透压。 粗分散系统: 分散相粒子在某方向上的直径大于
100nm, 如悬浮液、 乳状液、 泡沫、 粉尘等。 与胶
体有许多共同特性。
第一章 物质的聚集状态
1.2 气 体
1.2.1 理想气体状态方程式 ( ideal or perfect gas equation )
1.3
名称
溶液浓度的表示方法
人们将符合理想气体状态方程的气体，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。
第一章 物质的聚集状态
理想气体状态方程式:
pV nRT
p — 气体的压力，SI单位为Pa； V — 气体的体积，SI单位为为m3；
n— 物质的量，SI单位为mol；
第一章 物质的聚集状态
1.1
分散系
分散系（disperse system）:颗粒大小不等,形状不同 的物体分散在均匀介质中所形成的体系。 分散相（dispersed phase）:被分散的物质，粒子间 有间隔，或称不连续相，相当于溶液中的溶质。 分散介质（dispersion medium）:容纳分散质的均匀 介质，或称连续相，相当于溶液中的溶剂。
物质的聚集状态
物质的聚集状态
物质的聚集状态主要有气态、液态、固态和等离子态等。
气态是物质的一种聚集状态，特点是分子间的距离较大，分子间的相互作用力很微弱，分子可以自由运动。
液态是物质的一种聚集状态，特点是分子间的距离较小，分子间的作用力较大，分子可以有限制地运动。
固态是物质的一种聚集状态，特点是分子间的距离很小，分子间的作用力很大，分子只能在平衡位置附近振动。
此外，还有等离子态、超固态和玻色-爱因斯坦凝聚态等其他聚集状态。
当气体中分子运动更加剧烈，成为离子、电子的混合体时，称为等离子态；当压强超过百万大气压时，固体的原子结构被破坏，原子的电子壳层被挤压到原子核的范围，这种状态称为超固态；有些原子气体被冷却到纳开（10－9K）温度时，被称为气体原子（玻色子）都进入能量最低的基态，称为玻色–爱因斯坦凝聚态。
物质的聚集状态
NO
摩尔分数 5 10-7 8.710-8 1 10-6 1 10-7 2 10-8 1 10-8 1 10-8 1 10-8 1 10-8
大气成分的演变
• 第一阶段（距今40~45亿年前）：CH4和H2 （含有少量H2O、H2S、NH3、N2、Ar和He）
• 第二阶段（距今20~40亿年前）：N2(含有 少量H2O、CO2、Ar、He、Ne和CH4)
波义耳定律：一定温度下，一定量气体的体积与压
强成反比。 PV = 常数
P1V1 = P2V’
(1)
（2）等压变化
查理－盖•吕萨克定律：一定压强下，一定量气体的体
积与绝对温度成正比（热力学温标）。 V/T = 常数
V’/T1 = V2/T2 （2）
V’ = V2T1/T2
（3）
（3）带入（1）：P1V1/T1 = P2V2/T2
• 第三阶段（20亿年前至今）：N2和O2 • [成因]火山喷发、雷电作用、大气光化学反
应、轻气体逃逸、植物光合作用等； 可能 由于化学惰性和溶解度低使N2的含量不断 累积提高，水的光化学分解和植物光合作用 有可能导致O2的增加，形成今天的大气。
• 生命起源的化学进化观点，即认为在原始地球的条件下，无机物 可以转变为有机物，有机物可以发展为生物大分子和多分子体系， 直到演变出原始的生命体。
(阿伏加德罗定律)
阿伏加德罗定律：等温等压下，气体的体积和 它的物质的量成正比
（2）单位和单位的匹配 单位：SI制和非SI制 P：Pa （SI）
kPa，atm，mmHg，torr，bar 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 101.3 kPa = 1.013105 Pa 1 bar = 1000 mbar = 100 kPa = 105 Pa
摩尔分数 5 10-7 8.710-8 1 10-6 1 10-7 2 10-8 1 10-8 1 10-8 1 10-8 1 10-8
大气成分的演变
• 第一阶段（距今40~45亿年前）：CH4和H2 （含有少量H2O、H2S、NH3、N2、Ar和He）
• 第二阶段（距今20~40亿年前）：N2(含有 少量H2O、CO2、Ar、He、Ne和CH4)
波义耳定律：一定温度下，一定量气体的体积与压
强成反比。 PV = 常数
P1V1 = P2V’
(1)
（2）等压变化
查理－盖•吕萨克定律：一定压强下，一定量气体的体
积与绝对温度成正比（热力学温标）。 V/T = 常数
V’/T1 = V2/T2 （2）
V’ = V2T1/T2
（3）
（3）带入（1）：P1V1/T1 = P2V2/T2
• 第三阶段（20亿年前至今）：N2和O2 • [成因]火山喷发、雷电作用、大气光化学反
应、轻气体逃逸、植物光合作用等； 可能 由于化学惰性和溶解度低使N2的含量不断 累积提高，水的光化学分解和植物光合作用 有可能导致O2的增加，形成今天的大气。
• 生命起源的化学进化观点，即认为在原始地球的条件下，无机物 可以转变为有机物，有机物可以发展为生物大分子和多分子体系， 直到演变出原始的生命体。
(阿伏加德罗定律)
阿伏加德罗定律：等温等压下，气体的体积和 它的物质的量成正比
（2）单位和单位的匹配 单位：SI制和非SI制 P：Pa （SI）
kPa，atm，mmHg，torr，bar 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 101.3 kPa = 1.013105 Pa 1 bar = 1000 mbar = 100 kPa = 105 Pa
第一章 物质的聚集状态
R 单位：8.314Pam3 mol-1K-1； 8.314 Jmol-1K-1
3. 理想气体状态方程式的应用
计算p，V，T，n四个物理量之一
pV = nRT
气体摩尔质量的计算
m pV RT M
M mRT pV
气体密度的计算
M ρ RT p
RT ρ pM
难点：单位处理
例1-1 ：一学生在实验室中，在73.3kPa和25℃下收集
（2） b(蔗糖) = 0.05/0.1 = 0.5 (mol/kg)
（3） n水 ＝ 100/18.02 = 5.55 (mol)
X(蔗糖) = 0.05/(0.05+5.55) = 0.0089
3.几种浓度之间的转换关系 （1）.物质的量浓度与质量分数
溶液密度ρ；B的质量分数wB
nB mB mB w B cB V M BV M Bm / M B
65.2 (2) 2.03 32.07
硫蒸气的化学式为S2
1.2.2 道尔顿分压定律
体积不变：5L 298K先通入2molH2 再通入2molN2 混合后H2的体积？混合后N2的体积？容器内压力有何变化？ 分压力：在相同温度下，混合气体中某组分气体单独 占有混合气体的容积时所产生的压力。
1.道尔顿分压定律
2、分散系的分类 按聚集状态分
气－气（空气）
气－液（汽水）
气－固（浮石）
液－气（云、雾）
液－液（牛奶）
液－固（肉冻）
固－气（烟、）
固－液（溶液） 固－固（合金）
按粒子大小分
分 散 相 粒 分散系类型 分散相粒子的 子直径 组成 小于1nm 实 例
分子分散系 小分子或小离 生 理 盐 水 、 葡 子 萄糖溶液
物质的聚集状态
物质的聚集状态一、物质的聚集状态物质的聚集状态主要有气态 、 液态 和 固态 三种。
不同聚集状态物质的特性为：物质的聚集状态微粒结构微粒运动方 式宏观性质形状体积压缩微粒排列紧密，微固态粒间的空隙很小在固定的位置上振动固定固定几乎不能微粒排列较紧密， 液态微粒间空隙较小可以自由移动 不固定 固定 不易气态 微粒间距离较大 可以自由移动 不固定 不固定 容易【知识拓展】①固体的构成粒子（分子、原子或离子）不能自由移动，但在固定的位置上会发生振动。
②溶液中的粒子及在一定空间范围内的气体粒子能自由移动。
③固体可以分为固体可以分为晶体和非晶态物质。
二、 1mol 不同物质体积的比较状密度（ 273K ，1mol 物结论3相同条件下， 1mol 固 3体的体积不同33相同条件下， 1mol 液物质摩尔质量（ g ·mol -1 ）态101kPa ）质体积Fe55.857.86g ·cm -37.11cm 固Al26.982.7g ·cm -39.99cm 态Pb207.2 11.3g ·cm -318.34cm液H 2 O18.020.998g ·cm -318.06cm态 C 2H 5 OH 46.07 0.789 g ·cm -358.39cm 3 体的体积不同H 2 2.016 0.0899g ·L-122.42 L 相同条件下，1mol 气气N 228.02 1.25g ·L -122.42 L 体的体积相同，在标态CO 28.01 1.25g ·L -122.41 L 准状况下约为22.4 L三、影响物质体积大小的因素1. 物质体积的大小取决于构成这种物质的粒子数目、粒子的大小和粒子间的距离三个因素。
1mol 任何物质中的粒子数目大致相同的，即为 6.02 ×1023 。
因此1mol 物质的体积大小主要决定于构成物质的粒子大小和粒子间距离。
教学课件：第一章-物质的聚集状态
气象观测
气态物质如空气中的水蒸气、二氧化碳等，用于气象观测和气候变 化研究，对环境保护和气候预测具有重要意义。
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气体定律与状态方程
1 2 3
理想气体定律
理想气体遵循玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克 定律，这些定律描述了气体在不同条件下的状态 变化。
状态方程
理想气体的状态方程为PV=nRT，其中P表示压 强，V表示体积，n表示摩尔数，R表示气体常数， T表示温度。
实际气体近似
对于压强较大或温度较低的气体，实际气体可以 近似为理想气体。
04 气态物质
气体分子运动论
01
分子运动论的基本假设
气体由大量做无规则运动的分子组成，分子之间相互作用力可以忽略。
02
分子平均动能
气体分子的平均动能与温度成正比，温度越高，分子运动越剧烈。
03
分子分布
气体分子在空间的分布是均匀的，但在单位时间内与器壁碰撞的分子数
与气体分子速率大小有关，呈现出“中间多、两头少”的分布规律。
流动性
液体具有一定的流动性，可以流动 和变形。
液体的相变与热力学性质
熔点和沸点
熔点和沸点是液体物质的重要热 力学性质。
热容量和导热性
液体的热容量和导热性与温度有 关，不同液体有不同的热容量和
导热性。
相变过程
液体在一定条件下可以发生相变， 如蒸发或凝固。
液体中的溶解与扩散
溶解度
不同物质在液体中的溶解度不同。
气体的相变与热力学性质
相变
01
气体在一定条件下可以发生相变，例如液化、凝华等。相变过
程中气体的热力学性质会发生显著变化。
气态物质如空气中的水蒸气、二氧化碳等，用于气象观测和气候变 化研究，对环境保护和气候预测具有重要意义。
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气体定律与状态方程
1 2 3
理想气体定律
理想气体遵循玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克 定律，这些定律描述了气体在不同条件下的状态 变化。
状态方程
理想气体的状态方程为PV=nRT，其中P表示压 强，V表示体积，n表示摩尔数，R表示气体常数， T表示温度。
实际气体近似
对于压强较大或温度较低的气体，实际气体可以 近似为理想气体。
04 气态物质
气体分子运动论
01
分子运动论的基本假设
气体由大量做无规则运动的分子组成，分子之间相互作用力可以忽略。
02
分子平均动能
气体分子的平均动能与温度成正比，温度越高，分子运动越剧烈。
03
分子分布
气体分子在空间的分布是均匀的，但在单位时间内与器壁碰撞的分子数
与气体分子速率大小有关，呈现出“中间多、两头少”的分布规律。
流动性
液体具有一定的流动性，可以流动 和变形。
液体的相变与热力学性质
熔点和沸点
熔点和沸点是液体物质的重要热 力学性质。
热容量和导热性
液体的热容量和导热性与温度有 关，不同液体有不同的热容量和
导热性。
相变过程
液体在一定条件下可以发生相变， 如蒸发或凝固。
液体中的溶解与扩散
溶解度
不同物质在液体中的溶解度不同。
气体的相变与热力学性质
相变
01
气体在一定条件下可以发生相变，例如液化、凝华等。相变过
程中气体的热力学性质会发生显著变化。
物质的聚集状态
简单推导：假设一定量的某种气体，由始态（P1 V1 T1） 变到终态（P2 V2 T2）,n保持不变，分两步进行，每步 只涉及两个变量。
始态
P1 V1 T1
P2 V2 T2
终态
等温 P2 V’ T1
等压
等温过程 T1: P1, V1 P2, V’ 等压过程 P2: V’, T1 V2, T2
大气成分的演变
• 第一阶段（距今40~45亿年前）：CH4和H2 （含有少量H2O、H2S、NH3、N2、Ar和He） • 第二阶段（距今20~40亿年前）：N2(含有 少量H2O、CO2、Ar、He、Ne和CH4) • 第三阶段（20亿年前至今）：N2和O2 • [成因]火山喷发、雷电作用、大气光化学反 应、轻气体逃逸、植物光合作用等； 可能 由于化学惰性和溶解度低使N2的含量不断 累积提高，水的光化学分解和植物光合作用 有可能导致O2的增加，形成今天的大气。
任何一种物质：V = f (T, P, n) 对于液体和固体，该关系式非常复杂。但是不同的气 体在一定的条件下（高温低压）都符合同一个关系式
PV = nRT
理想气体状态方程
理想气体： （a）气体分子有质量但没有体积 （b）气体分子间除了弹性碰撞外，无其它相互作用力 真正的理想气体是不存在的，但在高温低压条件下， 实际气体接近于理想气体。
x
126 . 4 30 . 96
4 . 08 4
(P4, 白磷，正四面体结构；P4O6=P2O3；P4O10=P2O5)
气体分子量的测定 • 从例3可知，在已知温度和压力的条件下测量密度， 可以测定气体分子量。但许多实际气体与理想气体有 偏离，计算结果偏差较大，如CH3F在273.15 K时(按 理想气体方程ρ/P=M/RT，应该是常数)： P(atm) ρ(g/dm3) ρ/P 1.0000 1.5454 1.5454 0.6667 1.0241 1.5361 0.3333 0.5091 1.5274 ρ/P随P发生变化 • 这是因为实际气体的PV~P关系比较复杂，如维里气 体方程式： PVm = K(T) + P (+ γP2 + δP3 + …) 一级近似 相同温度下所有气体的K(T)相同(273.15 K时, K(T) = 2.271 MPa.L.mol-1, 此时, P = 0), 因气体不同而不同。 压强接近于零的条件下，实际气体才接近理想行为。
无机化学1.1物质的聚集状态
pB
nB RT V
pB p
nB n
xB
p
nRT V
pB
nB n
p
xB p
xi
ni n
pi xi p
x B B的摩尔分数
混合气体中某组分气体的压力，等于总压乘以该 组分的摩尔分数。
1.3 溶液浓度的表示方法
1.3.1 物质的量浓度
溶液中溶质B的物质的量（nB）除以溶液的体积
（V），称为物质B的物质的量浓度（amount-of-substance
溶液（低分子或离子分散系）、胶体、浊液（粗分散系）
溶液:溶质粒子直径通常——小——于—1—n—m——（—1nm=10-9米）
浊液:溶质粒子直径通常—大——于——10—0—n—m——
胶体:溶质粒子直径
介于1—100nm之间
————————————
从稳定性角度:溶液
最稳定、均一的
————————————
体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。
pB
nBRT V
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
p1
n1RT V
,
p2
n2 RT V
,
p
n1RT V
n2RT V
n1
n2
RT V
n =n1+ n2+
p
nRT V
分压的求解：
Mr(NaN3)=65.01, P=99.73kPa ， T=298K
m(NaN3)=？
V(N2)=75.0L
390.06g 75.0L
m(NaN3)=
223.6L
第一章 物质的聚集状态
第一章 物质的聚 集状态
1.1 气体
气体的特征
❖ 具有扩散性和压缩性。 ❖ 可用压力、体积、温度和物质的量来描述
气体的状态。
理想气体概述
❖ 是一种假想的气体。要求气体分子间没有 作用力，分子本身是没有体积的质点。
❖ 处于低压、高温下的实际气体，因分子间 距离很大，相互作用极为微弱，分子本身 大小相对于整个气体的体积可以不计，可 近似看作理想气体。
溶液的浓度表示法
❖ 质量分数：某溶质B的质量在全部溶液质量中所占 的分数。 ωB=mB/m
❖ 量分数(摩尔分数)：某溶质B的物质量与全部溶质 和溶剂的物质量之比，称为该溶质B的量分数(摩 尔分数)。 xB=nB/(nA+nB) xA+xB=1
❖ 物质B的量浓度：每升溶液中所含溶质B的物 质量。如cNaCl=0.1mol.dm-3。
❖ 超临界流体萃取技术：超临界CO2密度和界 电常数对温度和压力变化十分敏感，且在一 定压力范围内与溶解能力成比例，所以可通 过控制温度和压力改变对物质的溶解度，选 择性地提取所需成分。然后借助减压、升温 的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取 物质则自动完全或基本析出，从而达到分离 提纯的目的，并将萃取分离两过程合为一体。
超临界流体特性技术
❖ 超临界水氧化技术是使废水在水的超临界条 件(P>218atm, T>374℃)下与氧化剂(O2、 Air、H2O2等)反应，把废水中含有的有机物 分解成无害成份的技术.
❖ 在超临界水状态下，水的特性与有机物相同， 所以界面消失，超临界水的氧气溶解度也大 大提高，实现了完全混合，使有机物与氧气 能够自由反应，反应速度得到了急剧提高。 因此，即使是难分解性有机物，也可以几乎 100%分解.
1.1 气体
气体的特征
❖ 具有扩散性和压缩性。 ❖ 可用压力、体积、温度和物质的量来描述
气体的状态。
理想气体概述
❖ 是一种假想的气体。要求气体分子间没有 作用力，分子本身是没有体积的质点。
❖ 处于低压、高温下的实际气体，因分子间 距离很大，相互作用极为微弱，分子本身 大小相对于整个气体的体积可以不计，可 近似看作理想气体。
溶液的浓度表示法
❖ 质量分数：某溶质B的质量在全部溶液质量中所占 的分数。 ωB=mB/m
❖ 量分数(摩尔分数)：某溶质B的物质量与全部溶质 和溶剂的物质量之比，称为该溶质B的量分数(摩 尔分数)。 xB=nB/(nA+nB) xA+xB=1
❖ 物质B的量浓度：每升溶液中所含溶质B的物 质量。如cNaCl=0.1mol.dm-3。
❖ 超临界流体萃取技术：超临界CO2密度和界 电常数对温度和压力变化十分敏感，且在一 定压力范围内与溶解能力成比例，所以可通 过控制温度和压力改变对物质的溶解度，选 择性地提取所需成分。然后借助减压、升温 的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取 物质则自动完全或基本析出，从而达到分离 提纯的目的，并将萃取分离两过程合为一体。
超临界流体特性技术
❖ 超临界水氧化技术是使废水在水的超临界条 件(P>218atm, T>374℃)下与氧化剂(O2、 Air、H2O2等)反应，把废水中含有的有机物 分解成无害成份的技术.
❖ 在超临界水状态下，水的特性与有机物相同， 所以界面消失，超临界水的氧气溶解度也大 大提高，实现了完全混合，使有机物与氧气 能够自由反应，反应速度得到了急剧提高。 因此，即使是难分解性有机物，也可以几乎 100%分解.
第一章物质的聚集状态
XeFx ∴ 131+19x =169
x=2 ∴ 这种氟化氙的分子式为：XeF2
1.2 分压定律
p(NH3 )
n(NH3 ) n
p
1.3 分体积定律
例 在58℃将某气体通过一盛水容器，在100 kPa 下收集该气体1.00 dm3。问：
1. 温度不变，将压力降为50.0 kPa 时，气体的体积是多少？ 2. 温度不变，将压力增加到200 kPa 时，气体的体积是多少？ 3. 压力不变，将温度升高到100 ℃ 时，气体的体积是多少？ 4. 压力不变，将温度降至 10 ℃ 时，气体的体积是多少？ 解题思路
温度愈升高，愈接近理想气体
N2
不同气体的比较（1摩尔,300K )
气体 Z-P 图的讨论
• 常压常温下，沸点低的气体，接近理想气体
• 起初增加压力时，对于分子量较大的分子， 分子间作用力增加占主导，使得 Z < 1
• 增加较大压力时，分子的占有体积占主导， 使得 Z > 1
Van der Waals 方程
1. 该气体与水蒸气的混合气体的总体积, n总不变，P1V1= P2V2 2. 压力增加会引起水蒸气的凝聚，但该气体的物质的量没有变
可以用该气体的分压来计算总体积：P气1V1 = n气RT = P气2V2 3. n总不变， V1/T1 = V2/T2 = 常数 4. 温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但该气体的物质的量没有
2/3
1
PO2V总 = nO2RT
PO2 = 99 – 2.34 = 96.7 (kPa)
n
O
=
2
PO2 V总 = 96.71.5 RT 8.31(27320)
= 0.060 (mol)
x=2 ∴ 这种氟化氙的分子式为：XeF2
1.2 分压定律
p(NH3 )
n(NH3 ) n
p
1.3 分体积定律
例 在58℃将某气体通过一盛水容器，在100 kPa 下收集该气体1.00 dm3。问：
1. 温度不变，将压力降为50.0 kPa 时，气体的体积是多少？ 2. 温度不变，将压力增加到200 kPa 时，气体的体积是多少？ 3. 压力不变，将温度升高到100 ℃ 时，气体的体积是多少？ 4. 压力不变，将温度降至 10 ℃ 时，气体的体积是多少？ 解题思路
温度愈升高，愈接近理想气体
N2
不同气体的比较（1摩尔,300K )
气体 Z-P 图的讨论
• 常压常温下，沸点低的气体，接近理想气体
• 起初增加压力时，对于分子量较大的分子， 分子间作用力增加占主导，使得 Z < 1
• 增加较大压力时，分子的占有体积占主导， 使得 Z > 1
Van der Waals 方程
1. 该气体与水蒸气的混合气体的总体积, n总不变，P1V1= P2V2 2. 压力增加会引起水蒸气的凝聚，但该气体的物质的量没有变
可以用该气体的分压来计算总体积：P气1V1 = n气RT = P气2V2 3. n总不变， V1/T1 = V2/T2 = 常数 4. 温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但该气体的物质的量没有
2/3
1
PO2V总 = nO2RT
PO2 = 99 – 2.34 = 96.7 (kPa)
n
O
=
2
PO2 V总 = 96.71.5 RT 8.31(27320)
= 0.060 (mol)
第1章 物质的聚集状态
盖· 吕萨克(法)
定义：
T ( 273.15 t )K
T是热力学温度，单位为开尔文，符号为K。 V 常数 ( n, p恒定) T 气体只有在低压下才服从盖· 吕萨克定律。
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9
1.1.1 低压气体的经验定律
3．阿佛加德罗定律
1811年，阿佛加德罗提出：同温同压下
B
de f
B
分压定义：
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pB xB p
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例：3.0dm3的容器，内盛16g O2，28g N2，求
300K 时混合气体中 O2 、 N2 的摩尔分数、分压
解：
及混合气体的总压。 16g n(O 2 ) 0.5mol 32g mol1
n(N 2 )
变而改变。气体的状态可用 n、p、V、T来描述。
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1.1.1 低压气体的经验定律
1．玻义尔定律 英国科学家玻义尔实验，在 U形管中加入汞，增大对 封闭气体的压力，随压力增大，封闭气体体积缩小。
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7
1.1.1 低压气体的经验定律
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第一章 物质的聚集状态
温度升高时，分子热运动加剧。物质的宏观状态就可 能发生变化，由一种聚集状态变为另一种聚集态。
例如：
熔化 冰 水 （固态） 加热 （液态） 气化 水 汽 （液态） 加热 （气态）
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3
第一章 物质的聚集状态
B
道尔顿分压定律：在温度与体积一定时，混合气体的 总压p等于各组分气体的分压pB之和。
第一章物质的聚集状态
或L表示，6.02×1023mol-1。
第一章 物质的聚集状态
• 当温度足够高时，外界提供的能量足以破坏分子 中原子核和电子的结合，气体就电离成自由电子和 正离子，即形成物质的第四态——等离子态。
气体、液体和等离子态都可在外力场作用下流动， 所以也统称为流体 • 物质的第五态——超固态，压力达几百万大气压 时，原子结构被破坏，原子的电子壳层被挤压到原 子核周围，此时物质密度非常大。
• 液态溶液按组成的溶质与溶剂的状态可分为三种 类型：气态物质与液态物质组成的溶液，常把液 态物质看成 溶剂 ，气态物质看成溶质；
固态物质与液态物质组成的溶液，常把液态物质看 成溶剂，固态物质看成溶质； 液态物质与液态物质组成的溶液，常把含量较多的 组分称为溶剂，含量较少的称为溶质。
1.3 溶液
• 1.3.1 溶液浓度的表示方法
溶剂分子从一个液相通过半透膜向另一个液相扩散的过程叫渗透。
达到了渗透平衡时，半透膜两边的水位差所表示的静水压就称为 称为该溶液的渗透压。
蒸气压下降引起的直接后果之三 渗透压（osmotic pressure）
若在溶液液面上施加一定的外压可阻止渗透进行，外压等于 渗透压时两液面持平。外压大于渗透压则水分子由溶液向纯溶 剂扩散，纯溶剂液面上升，产生反渗透现象。
问题：为什么盐碱地难以生长农作物？
1.4 气体的液化
• 1.4 气体的液化——实际气体的等温线
降低温度或增加压力，气体会 变成液体，称为气体的液化。
• 1.4 气体的液化——实际气体的等温线
气体能够液化的最高温度称为该气体的 临界温度Tc 。高于临界温度时，无论施加多 大压力也不会使之液化。
在临界温度下使气体液化所需的最低压 力称为临界压力pc。
第一章 物质的聚集状态
• 当温度足够高时，外界提供的能量足以破坏分子 中原子核和电子的结合，气体就电离成自由电子和 正离子，即形成物质的第四态——等离子态。
气体、液体和等离子态都可在外力场作用下流动， 所以也统称为流体 • 物质的第五态——超固态，压力达几百万大气压 时，原子结构被破坏，原子的电子壳层被挤压到原 子核周围，此时物质密度非常大。
• 液态溶液按组成的溶质与溶剂的状态可分为三种 类型：气态物质与液态物质组成的溶液，常把液 态物质看成 溶剂 ，气态物质看成溶质；
固态物质与液态物质组成的溶液，常把液态物质看 成溶剂，固态物质看成溶质； 液态物质与液态物质组成的溶液，常把含量较多的 组分称为溶剂，含量较少的称为溶质。
1.3 溶液
• 1.3.1 溶液浓度的表示方法
溶剂分子从一个液相通过半透膜向另一个液相扩散的过程叫渗透。
达到了渗透平衡时，半透膜两边的水位差所表示的静水压就称为 称为该溶液的渗透压。
蒸气压下降引起的直接后果之三 渗透压（osmotic pressure）
若在溶液液面上施加一定的外压可阻止渗透进行，外压等于 渗透压时两液面持平。外压大于渗透压则水分子由溶液向纯溶 剂扩散，纯溶剂液面上升，产生反渗透现象。
问题：为什么盐碱地难以生长农作物？
1.4 气体的液化
• 1.4 气体的液化——实际气体的等温线
降低温度或增加压力，气体会 变成液体，称为气体的液化。
• 1.4 气体的液化——实际气体的等温线
气体能够液化的最高温度称为该气体的 临界温度Tc 。高于临界温度时，无论施加多 大压力也不会使之液化。
在临界温度下使气体液化所需的最低压 力称为临界压力pc。
1聚集状态
第一章物质的聚集状态§１～１基本概念一、物质的聚集状态１．定义：指物质在一定条件下存在的物理状态。
２．分类：气态（ｇ）、液态（ｌ）、固态（ｓ）、等离子态。
等离子态：气体在高温或电磁场的作用下，其组成的原子就会电离成带电的离子和自由电子，因其所带电荷符号相反，而电荷数相等，故称为等离子态，（也称物质第四态）在这里我们不做深入讨论。
３．特点：①气态：无一定形状、无一定体积，具有无限膨胀性、无限渗混性和压缩性。
②液态：无一定形状，但有一定体积，具有流动性、扩散性，可压缩性不大。
③固态：有一定形状和体积，基本无扩散性，可压缩性很小。
一般来说，物质都具有这三种基本态，通过改变条件（主要是温度和压力），进而改变分子运动状态和分子间力，三种状态可相互转变。
二、体系与环境１．定义：①体系：我们所研究的对象（物质和空间）叫体系。
②环境：体系以外的其他物质和空间叫环境。
2．分类：从体系与环境的关系来看，体系可分为①敞开体系：体系与环境之间，既有物质交换，又有能量交换时称敞开体系。
②封闭体系：体系与环境之间，没有物质交换，只有能量交换时称封闭体系。
③孤立体系：体系与环境之间，既无物质交换，又无能量交换时称孤立体系。
三、相体系中物理性质和化学性质相同，并且完全均匀的部分叫相。
１．单相：由一个相组成的体系叫单相。
多相：由两个或两个以上相组成的体系叫多相。
单相不一定是一种物质，多相不一定是多种物质。
在一定条件下，相之间可相互转变。
单相反应：在单相体系中发生的化学反应叫单相反应。
多相反应：在多相体系中发生的化学反应叫多相反应。
２．多相体系的特征：相与相之间有界面，越过界面性质就会突变。
需明确的是：①气体：只有一相，不管有多少种气体都能混成均匀一体。
②液体：有一相，也有两相，甚至三相。
只要互不相溶，就会独立成相。
③固相：纯物质和合金类的金属固熔体作为一相，其他类的相数等于物质种数。
§１～2 气体定律一、理想气体状态方程PV=nRT国际单位制：R=1.0133*105Pa*22.4*10-3 m 3/1mol*273.15K=8.314(Pa.m3.K-1.mol-1)1. (理想)气体状态方程式的使用条件温度不太低、压力不太大。
《无机化学》1物质的聚集状态
武汉理工大学出版社
第一章 物质的聚集状态
二、气体分压定律 我们知道，气体的特性之一是具有扩散性，能够均匀地
充满它所占有的全部空间。在任何容器内的气体混合物中， 如果各组分之间不发生化学反应，则每一种气体都均匀地分 布在整个容器内，它所产生的压强和它单独占有整个容器时 所产生的压强相同。也就是说，一定量的气体在一定容积的 容器中的压强仅与温度有关。道尔顿（Dalton）总结了这些 实验事实，得出下列结论：某一气体在气体混合物中产生的 分压等于在相同温度下它单独占有整个容器时所产生的压强； 而气体混合物的总压强等于其中各气体分压之和，这就是道 尔顿分压定律，又称气体分压定律。
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第一章 物质的聚集状态
* 实际气体 理想气体状态方程是在高温低压的情况下得出的，它忽
略了气体分子本身的体积和分子间的作用力，但在低温高压 下，气体的密度增大，分子间距减少，这时分子本身的体积 和分子间的作用力不能忽略。所以要想继续使用理想气体状 态方程就必需对理想气体状态方程作适当的修正，使其能适 用于实际气体的情况。
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第一章 物质的聚集态
蒸气压是物质的一种特性，常用来表征液态分子在一定 温度下蒸发成气态分子的倾向大小。
在某温度下，蒸气压大的物质为易挥发物质，蒸气压小 的为难挥发物质。如 25℃时，水的蒸气压为3.24kPa ，酒精 的蒸气压为5.95kPa，则酒精比水易挥发。皮肤擦上酒精后， 由于酒精迅速蒸发带走热量而感到凉爽。
武汉理工大学出版社
第一章 物质的聚集状态
第二节 液体
液体内部分子之间的距离比气体小得多，分子之间的作 用力较强。液体具有流动性，有一定的体积而无一定形状。 与气体相比，液体的可压缩性小得多。 一、液体的蒸气压
第一章 物质的聚集状态
二、气体分压定律 我们知道，气体的特性之一是具有扩散性，能够均匀地
充满它所占有的全部空间。在任何容器内的气体混合物中， 如果各组分之间不发生化学反应，则每一种气体都均匀地分 布在整个容器内，它所产生的压强和它单独占有整个容器时 所产生的压强相同。也就是说，一定量的气体在一定容积的 容器中的压强仅与温度有关。道尔顿（Dalton）总结了这些 实验事实，得出下列结论：某一气体在气体混合物中产生的 分压等于在相同温度下它单独占有整个容器时所产生的压强； 而气体混合物的总压强等于其中各气体分压之和，这就是道 尔顿分压定律，又称气体分压定律。
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第一章 物质的聚集状态
* 实际气体 理想气体状态方程是在高温低压的情况下得出的，它忽
略了气体分子本身的体积和分子间的作用力，但在低温高压 下，气体的密度增大，分子间距减少，这时分子本身的体积 和分子间的作用力不能忽略。所以要想继续使用理想气体状 态方程就必需对理想气体状态方程作适当的修正，使其能适 用于实际气体的情况。
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第一章 物质的聚集态
蒸气压是物质的一种特性，常用来表征液态分子在一定 温度下蒸发成气态分子的倾向大小。
在某温度下，蒸气压大的物质为易挥发物质，蒸气压小 的为难挥发物质。如 25℃时，水的蒸气压为3.24kPa ，酒精 的蒸气压为5.95kPa，则酒精比水易挥发。皮肤擦上酒精后， 由于酒精迅速蒸发带走热量而感到凉爽。
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第一章 物质的聚集状态
第二节 液体
液体内部分子之间的距离比气体小得多，分子之间的作 用力较强。液体具有流动性，有一定的体积而无一定形状。 与气体相比，液体的可压缩性小得多。 一、液体的蒸气压
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3. 物质B的物质的量浓度（cB)
溶质B的物质的量除以溶液的体积
cB = nB / V 4. 物质B的质量摩尔浓度 (bB) 溶质B的质量摩尔浓度定义为溶质B的物质的量 除以溶剂的质量 bB = nB / mA 《大学化学》- “物质的聚集状态”
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VB nB B V n
B 称为B的体积分数
pB VB xB B p V pB B p
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分压定律的应用：实验室排水取气法。
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2. 阿马格分体积定律 分体积:
混合气体中某一组分B的分体积VB是该组 份单独存在并具有与混合气体相同温度和压 力时所占有的体积。
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pB
分压定律：
nB RT V
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
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pV = nRT
R---- 摩尔气体常量
在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K
n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
pV R nT 101325Pa 22.414 10 3 m 3 1.0mol 273.15K 8.314 J mol 1 K 1
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= 0.320mol+0.180mol+0.700mol = 1.200mol
n NH 3 p (NH 3 ) p n 0.320 133.0kPa 35.5kPa 1.200
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体互溶形成的溶液，则含量多者为溶剂。如
95%的乙醇溶液，是指乙醇为溶剂。
溶质（solute）：溶解于溶剂中的物质。
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1.3.1 溶液浓度的表示方法 1. 物质B的质量分数（wB)：溶质B的质量在全部溶液
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1. 3. 4 稀溶液的依数性 稀溶液的依数性：只与溶液的浓度有关，而与 溶质的本性无关。 这些性质包括：蒸气压下降、沸点升高、凝固
质量中所占的分数。wB = mB / m
2. 物质B的物质的量分数(xB) 物质B的物质的量与溶液的物质的量之比。物质 的量分数又称摩尔分数。 xB = nB / n ； n = nA + n B ； xA + xB = 1
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某潜水员潜至海水30m处作业，海水的密度 为1.03gcm-3，温度为20℃。在这种条件下，若维 持O2、He混合气中p(O2)=21kPa氧气的体积分数 为多少？以1.000L混合气体为基准，计算氧气的 分体积和氦的质量。（重力加速度取9.807m/s2） 解：T =（273+20 ) = 293K 海水深30m处的压力是由30m高的海水和海面 的大气共同产生。海面上的空气压力为 760mmHg，则 《大学化学》- “物质的聚集状态”
按聚集状态分类：气态溶液、液态溶液（solution) 和固态溶液（固溶体，solid solution)。 《大学化学》- “物质的聚集状态”
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液态溶液形成方式有：气体溶于液体、固体
溶于液体和液体溶于液体。
溶剂（solvent）：通常是液体组分，对于液
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若混合气体体积为1.000L时，
V (O 2 ) 0.052L 52 mL M r (He) 4.0026 M P V (He) m(He) RT 4.0026 g mol 404 kPa (1.000 0.052) L 8.314 J K 1 mol 1 293 K
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物质的聚集状态： 三种聚集状态：气体(gas)、液体(liqiud)和固体 (solid)，这些聚集状态就是宏观实物（substance)。它 们都是由大量分子通过分子间作用力聚集而成。 明确以下几点：（1）宏观物质是由大量微粒 （分子或原子）组成的；（2）物质中的分子总是 处于不停运动中；（3）在物质中，分子之间存在 着相互作用力；（4）当外界条件变化时，物质可 以从一种状态转变为另一种状态。 《大学化学》- “物质的聚集状态”
= 404kPa
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p (O 2 ) 21kPa p (O 2 ) V (O 2 ) xi p V V (O 2 ) 21 xi 100% 5.2% V 404
nB RT VB p
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V = V1 + V2 +
或
V VB
B
n1RT n2 RT V p p RT n1 n2 p
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1.1 气 体
1.1.1 理想气体的状态方程
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。
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R=8.314 kPaLK-1mol-1=8.314Pa· 3 · -1mol-1 m K 《大学化学》- “物质的聚集状态”
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理想气体状态方程式的应用： 1. 计算p，V，T，n四个物理量之一。
应用范围：温度不太低，压力不太高的真实气体。
M
RT
p
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1.1.2 混合理想气体的分压和分体积定律
1. 道尔顿(Dalton)分压定律
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。 《大学化学》- “物质的聚集状态”
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n O2 p O2 p n 0.180 35.5kPa 20.0kPa 1.20
ห้องสมุดไป่ตู้
p(N2) = p - p(NH3) - p(O2) = (133.0-35.5-20.0) kPa = 77.5 kPa
n1 RT p1 , V
n2 RT p2 , V
n1RT n2 RT RT p n1 n2 V V V
n = n1+ n2+
p nRT V
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分压的求解：
nB RT pB V
nRT p V
pB nB xB p n nB pB p xB p n
x B B的摩尔分数 《大学化学》- “物质的聚集状态”
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）= 0.320 mol，n（ O2）= 0.180 mol，n（N2）= 0.700 mol。混合气体 的总压p = 133.0 kPa。试计算各组分气体的分压。 解：n= n（NH3）+n（O2）+n（N2）
5. 物质B的质量浓度（ρB） 溶质B的质量除以溶液的体积。
ρB = mB / V
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1. 3. 2 拉乌尔定律 拉乌尔定律： (1887年，法国物理学家) 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乘以溶剂的摩尔分数。