@第一章 物质存在状态

第一章 物 质 的存在状态
• §1.1 物质的聚集状态
• 通常认为物质有4种物质聚集状态：气、固、液、等离子 态。而在地球表面,物质只有3种聚集状态：气、固、液。 • §1.1.1气体(无限可膨胀性,掺合性) • 物质的气体状态下，分子间的引力(一个分子对其它分子 的吸引力)非常小，使得各个分子都有快速的和独立的无 规则运动。可以近似认为:气体的物理行为和它们的化学 组成无关，但决定于：体积，压力和物质的摩尔数，温度。
氧气
氮气
氢气
氦
氩
二氧 化碳
氨
22.414 22.413 22.410
22.398 22.401 22.414 22.423
• 分压：就是指在混合气体中,每一种组分气体单独占有 与整个混合气体相同体积时的压力。（P20复思题2、 3） • 道尔顿分压定律： P=P(A)+P(B)+…+P(i) • 如把N2,O2和CO2同放在一容器中, • 混合物的总压力是：P总=PN2+PO2+PCO2 • 根据 P=nRT/V • 可推出:=[n(A)+ n(B)+ n(C)+…n(i)]RT/V • 又:设混合气体某组分i, • PV= nRT…………………(1) • P(i)V= n(i)RT………………(2) • 两式相除: P(i)/P=n(i)/n=x(i) • P(i)=x(i)P………………(3) • 式中x(i)为物理的量分数，此处称为摩尔分数。
• 实际工作中H气，H液无法直接测量， 可ΔHm可以测定。 • 则由式（1－7）可得： • lgP＝－ΔrHmθ/2.303RT ＋ B
• lgP1/P2＝ΔrHmθ/2.303R[(T2－T1)/T1T2]
Байду номын сангаас
• 可以由一个温度下的蒸气压可求得 另一温度下的蒸气压。
• 二.沸点 • 沸点：指液体的饱和蒸气压与外界压强 相等时的温度。 • 原理：当液体内部产生一个气泡时，原 来占据这里空间的液体被排开，容器中 的液面被迫升高以对抗大气对液面施加 的向下压力，既在气泡内部的蒸气压力 冲击液面使它升高来对抗大气压力，这 只有蒸气压等于大气压才会发生，如果 压力较小，大气压就把气泡压制下去， 不会发生沸腾现象。
• • • 凝聚 液体 气体 蒸发
• 此时，液面上方单位空间里的蒸气分子数目不 再增多，蒸气具有恒定的压力，我们称这时的 蒸气为饱和蒸气，饱和蒸气对器壁的压力称为 饱和蒸气压，简称蒸气压。蒸气压是液体的重 要特性之一，它仅与液体的本质和温度有关， 与液体的量以及液面上方空间的体积无关。
• 相同温度下，若液体分子之间的引力强， 液体分子难以逸出液面，蒸气压就低； 反之，若液体分子之间的引力弱，液体 分子容易逸出液面，蒸气压就高。 • 对同一液体来说，若温度高，则液体中 动能大的分子数目多，逸出液面的分子 数目也相应多些，蒸气压高；反之，若 温度低，则液体中动能大的分子数目少， 逸出液面的分子数目也相应少些，蒸气 压低。具体的例子见书p8，图1－3。
• 液体在沸点时的温度下，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，则仅限于液体表面上进行，即蒸发。这 就是在沸点以下和达到沸点时液体气化之区别 所在。 • 很明显，液体的沸点同外界气压密切相关。外 界气压升高，则液体的沸点升高；外界气压降 低，则液体的沸点也随之降低。当外界气压为 一个标准大气压即100kpa时，此时液体的沸点 称为正常沸点。见书p8，图1－3，可以找出三 氯甲烷、乙醇、水、醋酸的正常沸点分别为： 61.3℃、78.4℃、100℃、118.5℃。可知这几 种液体挥发性质从易到难分别为：三氯甲烷、 乙醇、水、醋酸。
Pi x i P ; x i
ni n
; ni
m M
;
而 m H 2 m He m N 2 m CO 2 M
CO 2
44 , M M
He
H2
2, M
N2
N2
28 , M
He
4,
即M
H2
M
M
CO 2
n H 2 n He n N 2 n CO 2 , 即 x H 2 x He x N 2 x CO 2 PH 2 PHe PN 2 PCO 2
固体可以想象，当液体的温度降低时，液
体分子的运动的速度必然减慢。一旦温 度降低到分子所具有的平均动能不足以 克服分子间的引力时，将有一些速度小 的分子聚集在一起相对地固定在一定的 位置上。这时液体开始变为固体，这个 过程叫做液体的凝固；相反的过程叫做 固体的熔化。凝固过程是一种放热过程， 体系的能量降低；熔化过程是一种吸热 过程，体系的能量升高。
• 同理根据 V= nRT/P 可得: • V(i)/V=n(i)/n=x(i) • V=V(A)+V(B)+…+V(i) • 分体积定律:混合气体的总体积等于 各组分气体的分体积之和。
• 5.在298K下由相同质量的CO2，H2，N2， He组成的混合气体总压力为P，各组分 气体分压力由大到小的顺序为？ • . • 3.在25℃和103.9Kpa下，把1.308g锌与 过量稀盐酸作用，可以得到干燥氢气多 少升？如果上述氢气在相同条件下于水 面上收集，它的体积应为多少升（25℃ 时水的饱和蒸气压为3.17Kpa）？
• a(1657年)波尔定律：在恒定温度下，一定量气体所占 的体积与所受的压力成反比： • V∝1/P或V=常数1/p或pv=常数 • b(1776年)查理定律：在恒压下，一定质量的气体的体 积和绝对温度成正比： • V∝T或v/T=常数 • c(1801年)道尔顿分压定律:气体混合物的总压力等于 混合物中各气体分压的总和： • P总=P1+ P2+ P3+… • d(1818年)盖吕萨克定律：当一定质量的气体的体积保 持恒定时，气体的压力同绝对温度成正比： • P∝T或P/T=常数 • 盖吕萨克定律的重要性后来被亚佛和加德罗所认识,提 出了现在著名德亚佛加德罗原理：在恒温和恒压条件 下，等体积的气体含有相同数目的分子： • V∝n
• • • • • • •
e：理想气体状态方程 讨论过的理想气体三种体积关系: 波儿定律： V∝1/P 查理定律： V∝T 亚佛加德罗定律：V∝n 综上可推出： V∝n(T/P)(T)或V∝nT/p 将上式引入一常数R，则为理想气体状态方程式： PV= nRT • 式中：P：气体压力，Pa（帕），1Kpa（千帕）＝ 1000Pa；V：气体体积，m3（立方米）,1m3＝ 1000L(升)＝1000dm3（立方分米）；N：气体物质的 量，mol（摩尔），1kmol（千摩尔）＝1000mol；T： 气体的热力学温度，K（开），0℃＝273.15K；R： （摩尔）气体常数，为8.314J· -1· -1 。 mol k
• 一.液体的蒸气压 • 一.液体的蒸气压 • 蒸发（气化）：液体表面某些运动速度 较大的分子所具有的能量能克服分子间 引力，飞逸出液面变为气体，也就是液 体转变为气体。 • 凝聚（液化）：蒸气分子在作无序运动 时与液面撞击时，会被捕获进入液体， 气体转化成液体。
• 蒸发与凝聚过程是互不相干、独立进行的，两 者之间没有直接的定量关系。当蒸发与凝聚的 速度相等时，体系达到一种动态平衡，此时蒸 发与凝聚的过程并没有停止，只是速率相等； 从宏观上看，液体量和气体量不再发生变化。 其过程可以表示如下：
解：1)已知， T ＝ 25 ＋ 273 . 15 ＝ 398 . 15 K ， ( P ＝103 . 9 KP a ，m Zn 1 . 308 g , Z n 与盐酸反应方程式： n Zn n H 2 PV nRT VH2 n H 2 RT P 0 . 02 8 . 314 298 . 15 103 . 9 为 H 2 与水蒸气的混合气体， 0 . 48 L m Zn M
• 实际计算中一定要注意各单位的统一！
• 理想气体状态方程的一些其它形式
n
m M m M
PV nRT V m
RT

m
PV nRT P


m M
RT

P

M RT
1mol理想气体的体积为22.40L。在标准状况下(STP) 一些实际气体的摩尔体积如下表所示：
物质 摩尔体积 L/mol
• 例1：水分子HOH和酒精分子ROH在分 子结构上类似，分子间力的强度很接近 （都是氢键），故二者可以在分子间互 相渗透，能以任何比例互溶。 • 例2：水HOH和四氯化碳CCl4，二者在分 子结构上完全不相似，分子间力也完全 不同（水以氢键为主，沸点mp＝100℃， 比重1.00；CCl4的分子间力以范德华力 为主，沸点mp＝76.75℃，比重1.594）， 两种液体不溶，混合时将分层，上层为 水，下层为四氯化碳。
• 相似相溶原理：性质相近（分子间作用 力和分子结构）则互溶，性质不同则不 溶。（1）分子间力包括范德华力（色散 力，诱导力，取向力）和氢键。（2）由 非极性键构成的分子都为非极性分子 （N2）；由极性键构成的分子如结构对 称，正负电荷中心重合的为非极性分子 （CO2），如结构不对称的为极性分子 （H2O）。（3）非极性分子间只存在色 散力；极性分子于非极性分子间存在色 散力、诱导力；极性分子间存在色散力、 诱导力、取向力。
蒸气压曲线： 用蒸气压数据对温度作图，得一条曲线，即蒸气压曲线，见 书p8。若lgP对1/T×10－3作图则得一条直线：
2
lgP
1
0
-1 2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5
1/T×10－3
• • • • •
用上图的直线关系可用如下通式表示： lgP＝A/T+B…………………(1-7) A为直线斜率，B为截距。 A＝－ΔrHmθ/(2.303R)…………(1-8) ΔrHmθ 是摩尔蒸发热：在一定温度（沸点）下， 把一摩尔液体转化成一摩尔蒸气所需得热能， 代表一种物质从液态变道蒸发态时本身热含量 得变化，也就是总热能得变化。 • 热含量简称热焓，有时简称焓， ΔHm 也叫蒸 发焓: • ΔHm=H气－H液