高吕梁学院气体与溶液PPT课件

Ni N
E0
e kT
T3 > T2 > T1
f E0
表示能量大于和等于E0的所有分子的分数
* 增加。 随温度的提高具有较高能量的分子百分数随之
** 高能量的分子倾向于参加化学反应，所以马克斯韦 – 波尔兹曼公式对研究反应速度非常重要。
1.4 溶液
1一.4．.物1质 溶液组成 的量浓度（CB） 量度的表示方法
解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2)
=0.320mol+0.180mol+0.700mol
=1.200mol
p(NH3 )
n(NH3 ) n
p
0.320 133.0kPa 1.200
35.5kPa
p(O2 )
n(O2 ) n
p
0.180 35.5kPa 20.0kPa 0.320
p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa
（内容多、规律性差、难度大） 讲授方式（难点突破！）
（预习、笔记、总结、博揽群书）
几点教学要求
1、课前预习，认真听课，记好笔记，及时复习. 2、 按时、认真、独立完成作业（作业本），解题规范，字迹工整，注意有效数字。 ３、有问题及时答疑。 ４、认真做好实验，培养实验技能和创新能力。
第一章 气体和溶液
②分子间力的影响
理想气体 P3几种气体的PV/nRT--P图
1. 实际气体与理想气体的偏差:
1mol气体的PV/RT~p曲线
小的非极性分子偏差小 大的极性强的分子偏差大
1molN2的PV/RT~p曲线（不同 温度）
温度高时接近理想气体
两点修正:
实际气体状态方程（van der waals equation）
P
V
n
T
Pa
m3
mol
K
R 8.314 Pam3K-1mol-1
KPa
L
mol
K
?
使用时注意各物理量单位的统一。
3、理想气体状态方程式的应用
⑴. 计算p，V，T，n四个物理量之一。
pV = nRT
可用于低压高温的真实气体。
⑵.气体摩尔质量的计算
pV nRT n m M
⑶.气体密度的计算
M mRT pV
并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。
Vi
n i RT p
Vi
n i RT p
V = V1 + V2 +
或
V Vi
i
V
n1R T p
n2 RT p
n1 n2
V
nRT p
RT p
Vi V
ni n
i
i 称为i的体积分数
pi P总
xi
Vi V
i
pi ip总
例：某一煤气罐在27℃时气体的压力为600 kPa ，经 实验测得其中CO和H2的体积分数分别为0.60和0.10。计算 CO和H2的分压。
1． 定义：CB=nB/V 2 ． 单 位 ： mol·L -1; mmo l ·L -1; μ mo l · L -1
3． nB=mB/MB 二．质量浓度（ρB）
1． 定义：ρB＝mB/V 2 ． 单 位 ： g ·L-1 ;mg ·L-1 ; μg ·L-1
3 ． C B和 ρB的 关 系 ： ρB＝ C B·M B 三．质量摩尔浓度（bB）
b p内
2 Van der Waals 方程
(
p
a
n V
2 2
)(V
nb)
nRT
a,b分别称为Van der waals常量。
此方程描述实际气体状态方程。
气体
He
H2 Ar
O2 N2 CH4 CO2 HCl
NH3 NO2 H2O C2H6 SO2 C2H5OH
表1-1某些气体的Van der Waals 常量
P＊－P = △P = P＊ xA
△P 表示溶液的蒸汽压下降。
拉乌尔定律的另一表示式
由于nA＞＞nB
χB=nB/(nB+nA) ≈nB/nA
若溶质B溶于1000g溶剂A中，
b=nB/mA=nB nA=1000/MA ⊿P=PA＊χB= PA＊ nB/nA= PA＊ MAb/1000 令K=PA＊ MA/1000 则⊿P=Kb
=77.5kPa
分压定律的实际应用
计算气体混合物中各组分气体分压
排水法收集的气体总是含有饱和的水蒸气
P(总压）＝p(气体）＋p(水蒸气）
蒸发 H2O(l)
凝聚
H2O(g)
气液两相平衡
初始： V蒸发 > V凝聚 平衡： V蒸发 = V凝聚
蒸发 凝聚
纯水的蒸气压示意图
饱和蒸气压：在一定的温度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度， 液态水与它的蒸气处于动态平衡，这时的蒸气压称为水在此温度
= m / V
pV m RT M
M RT
p
M mRT pV
=
pM RT
1.1.2 实际气体状态方程
1 真实气体与理想气体的偏差 2 Van der Waals 方程
1. 实际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
1． 定义： bB ＝nB/mA 2． 单位：mol/Kg-1
四.质量分数（ωB）、体积分数（φB ）、摩尔分数(xB) ωB=mB/m 单位为1 φB＝VB/V 单位为1 xB=nB/n 单位为1
1.4.2 稀溶液的依数性
1. 稀溶液蒸气压降低 2. 稀溶液沸点升高和凝固点下降 3. 溶液的渗透压
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4
气体状态方程 气体混合物 气体分子速率分布和能量分布 溶液
§1.1 理想气体状态方程式
1.1.1 理想气体状态方程式 1.1.2 理想气体状态方程式的应用
物质的聚集状态及特征：
气态 充满整个空间，分子间空隙大，具有可压缩性与扩散性。 液态 可以流动，无一定外形。压缩性小。 固态 有固定外形，分子间空隙很小，不易压缩。
难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高的原 因是溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸汽压。根据 拉乌尔定律，蒸气压的下降值与质量摩尔浓度 成正比，因此沸点的升高值也与质量摩尔浓度 成正比
即: △Tb=Tb－ Tb＊ =Kb·b
△Tb = Tb- Tb* = Kb·b
△Tb ：沸点升高值 Tb ：溶液的沸点， Tb* ：纯溶剂的沸点 Kb ：溶剂的沸点上升常数，与溶剂的本性有关，而 关，K·kg ·mol -1。常见溶剂的Kb 值表1－2。
依数性是指： 溶液的蒸气压降低 溶液的沸点升高、凝固点下降 溶液具有渗透压
1 稀溶液蒸气压下降
溶液的饱和蒸汽压
纯溶剂
溶液
结果：稀溶液溶剂蒸发的速率 比纯溶剂蒸发得慢，系统中气 相分子数目少，故稀溶液蒸汽 压总是低于纯溶剂的蒸汽压：
对溶液P来讲< ,P蒸0气压大于P,
液化；蒸气压小于P, 汽化。
•理想气体 •无化学反应发生
理想气体混合物的总压力P等于混合气体中各组分气体 分压力之和。
p = p1 + p2 + 或 p = pi
p1
n1RT V
,
p2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn2 RT V
,
p
n1RT V
n2 R T V
n1
n2
RT
V
n =n1+ n2+
p
nRT V
只有理想气体的混合物才严格遵守此定律，在高温、低压下的真实气体近似服从。
§1.2 气体混合物
1.2.1 分压定律 1.2.2 分体积定律
1.2.1 道尔顿理想气体分压定律
1 分压的概念
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i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。
pi
niRT V
道尔顿理想气体分压定律
1801年，英国物理学家和化学家， 道尔顿经过实验发现：
化学——实用的、创造性的中心科学。
无机化学课程——高等学校化学化工类专业以及 近化学类专业的第一门重要化学基础课。
无机化学内容: 1. 基本知识(第1~4章); 2. 平衡基本理论(第5~8章); 3. 物质结构(第9~12章); 4. 元素(第13~16章)。
《无机化学》特点及对策
特点 学习方法
解：根据，
pi ip总
p(CO) = 0.60×600kPa = 3.6×102 kPa p(H2) = 0.10×600kPa = 60 kPa
1.3 气体分子速度分布与能量分布 a 气体分子的速度分布图
数目
分数
不同温度 T2>T1
能量分布 较陡
b.气体分子的能量分布
E 1 mu 2 2
f E0
K:与溶剂性质相关的常数
结论：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶液的质量摩尔浓度b成正比。
2 稀溶液沸点升高和凝固点下降
1）、沸点升高 沸点 Tb：液体上方蒸汽压等于外界压力时的温度叫液体 的沸点。 液体的正常沸点：外压为 101.3KPa时的沸点。
为何高原上不容易煮熟食物？
实验表明，难挥发非电解质溶液的沸点总是高于 纯溶剂的沸点。这一现象称为溶液的沸点升高
气体的最基本特征：
具有可压缩性和扩散性
主要表现在： （1）气体没有固定的体积和形状 （2）不同的气体能以任意比例均匀地混合 （3）气体是最容易被压缩的一种聚集状态
§1.1 气体状态方程
1.1.1 理想气体状态方程式
1、理想气体
理想气体，一种假想的气体。
两点假设：
忽略分子自身占有的体积
忽略分子之间的相互作用力
1. 分子自身的体积（体积校正项）
(V-nb)=Videal等于气体分子运动的自由空间
2. 分子间的引力（压力校正项）
分子间吸引力正比于(n/V)2 内压力 P′=a(n/V)2 Pideal=Preal+a(n/V)2
(p
a
n2 V2
)(V
nb)
nRT
a
a, b 称为 van der Waal’s constant
V/T=常数 （n，P一定）
Kelvin temperature scale
阿伏加德罗定律 （Avogadro’s Law） V/n=常数 （T，P一定）
PV= nRT
pV nRT
式中： p:气体的压力，单位是 Pa或 kPa; V :气体体积， 单位 m3或 L； n :是气体物质的量，单位 mol； T :气体温度，单位 K; R :摩尔气体常数，
10a(Pa•m6•mol-2)
0.03457 0.2476 1.363 1.378 1.408 2.283 3.640 3.716 4.225 5.354 5.536 5.562 6.803 12.18
104b(m3•mol-1)
0.2370 0.2661 0.3219 0.3183 0.3913 0.4278 0.4267 0.4081 0.3707 0.4424 0.3049 0.6380 0.5636 0.8407
？
放置一段时间后！
糖水的蒸气压低于纯水的蒸气压 空气中只有水分子能通过
拉乌尔定律 (Raoult law) 1887年法国化学家Raoult F.M.根据大量实验
结果，对于难挥发性的非电解质稀溶液，得出如 下规律：
一定温度下，难挥发性的非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶液中溶剂的 物质的量分数的乘积。用公式表示为
在标准状况下，p =101.325kPa, T=273.15K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
R
pV 101325Pa 22.414 103m3
nT
1.0mol 273.15K
=8.314 Pam3K-1mol-1
R=8.314 kPaLK-1mol-1
推论：
n RT
p i
i
V
p
nRT V
pn
i i x
pn
i
n
p i px p
in
i
x B B的摩尔分数
例题：常温下某容器中含有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。
P = P＊ xB
式中， P 为溶液的蒸汽压， P ＊ 为纯溶剂的蒸 汽压， xB为溶液中溶剂的物质的量分数。
对于只有一种溶质的稀溶液，设xA为溶质的物质的量分数，则 xA ＋xB =1，上式可写作
P = P ＊ （1- xA ） P = P ＊ - P ＊ xA
P ＊ - P = P ＊ xA P＊>P
下的饱和蒸气压，简称蒸气压。用符号 p 表示。
水的饱和蒸气压只与水的温度有关（见表1-1）
T/℃ p*(H2O)/KPa
0 0.61
20 2.33
40
60
80
7.37
19.92
47.34
100 101.32
讲解例题1、2
1.2.2 分体积定律
分体积: 混合气体中某一组分i的分体积Vi是该组份单独存在
实际气体处于低压（低于数百千帕）高温（高于273K）的条件下，分子间距离甚大，可忽略分子体积且 分子间相互作用力迅速减小，近似看作理想气体。
2、理想气体状态方程式
波义耳定律（Boyle’s Law ） PV=常数 （n，T一定）
查理-盖·吕萨克定律（Charles-Gay-Lussac’s Law）