第1章 气体和液体

第1章 气体和液体
现在学习的是第1页，共65页
气体
理想气体状态方程式
气体混合物(分压定律)
溶液
溶液的浓度
稀溶液的依数性
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理想气体状态方程式
理想气体状态方程式 理想气体状态方程式的应用
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气体的最基本特征：
•
具有可压缩性和扩散性
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现在学习的是第5页，共65页
• 较低压力：分子数少，分子体积相对气体所 占的体积可以忽略；碰撞几率低，分子间的 作用力可以忽略。
• 较高温度：气体运动速率快，分子运动空间 大，分子体积相对气体所占的体积可以忽略； 碰撞几率低，分子间的作用力可以忽略。
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pV=nRT
R---- 摩尔气体常量
＝ 0.05 mol
故所得氢气的质量为
2 g ·mol × 1 × 0.05 mol ＝ 0.1 g
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稀溶液的依数性
溶液的浓度的表示方法
稀溶液的依数性
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溶液的浓度的表示方法
1 物质的量浓度
溶质 B 的物质的量除以混合物的体积，即 1 L 溶液中所含的 溶质的物质的量，用 cB 表示。
n溶质 xB ＝ n溶质 + n溶剂 ≈
n溶质 n溶剂
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对于水溶液 ，当
n溶剂 ＝ 1000 g/(18 g / mol) ＝ 55.6 mol 时， n溶质 ＝ b溶质
即 x溶质 ＝ n溶质/n溶剂 ＝ b溶质/55.6 令 k’ ＝ 1/55.6， 则 xm ＝ k’b 稀溶液中，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。
分压的求解：
pB
nB RT V
p
nRT V
pB p
nB n
xB
pB
nB n
p
xB p
x B B的摩尔分数
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例3 某容器中 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）
在STP下，p=101.325kPa, T=273.15K
n=1.0mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
R
pV nT
101325Pa 22.4 103 m3 1.0mol 273.15K
8.314 J mol 1 K1
R=8.314 kPaLK-1mol-1
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不同温度下水的蒸汽压
A 同一液体，温度越高，蒸气压越大。
B 与物质的本性有关：同一温度下，易挥发液体蒸
气压大。 C 液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关。
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溶液的饱和蒸气压
丙酮 压力计 丙酮溶液
溶液的蒸气压低于纯溶剂
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溶液的蒸汽压下降 —— Raoult定律
M mRT pV
nRT
M = Mr gmol-1
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3. 气体密度的计算
M mRT pV
M RT
p
= pM RT
=m/V
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气体混合物
分压定律
分压定律的应用
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分压定律(Dalton’s Law)
组分气体：
=131g
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课堂练习
• 一敞口烧瓶在280K时所盛的气体，需要加热 到什么温度时，才能使其体积的1/3逸出瓶外？
答题关键：
抓住变和不变的量，变的是温度和物质的量，不 变的是压强和体积
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2. 气体摩尔质量的计算
n m
pV
M
pV m RT M
中，求总压和各组分分压？
分压定律不适用于实际气体，为什么？
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分压定律的应用
收集的气体中有什么 气体？
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例 3 制取氢气时，在 22℃ 和 100.0 kPa 下， 用排水集气法收集 到气体 1.26 dm3，在此温度下水的蒸气压为 2.7 kPa，求所得氢 气的质量。
cB ＝ nB V
cB----物质B的物质的量浓度，mol·L-1 nB----溶液中溶质B的物质的量，mol V----溶液的体积，L
特点：较方便，实验室最常用；
由于体积受温度的影响，使用时要指明温度。
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2 质量摩尔浓度
溶质 B 的物质的量除以溶剂 A 的质量，用符号 m 表示。
mB----溶质B的质量, Kg
m------溶液的总质量，Kg
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4 摩尔分数
溶质和溶剂都用 mol 表示，溶质的物质的量占全部溶液的物质 的量的分数，用 xB 表示。
xB ＝
nB n总
xB ----溶质B的质量分数,
nB----溶质B的物质的量, mol n------溶液的总的物质的量，mol
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。
pB
nBRT V
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对于双组分体系，T，V 一定时
pA
pB
nA
nB
pA+ pB nA + nB
pA ＝ nART/V pB ＝ nBRT/V p总 ＝ pA + pB
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6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)
6mol
9mol
Mr(NaN3)=65.01
P=748mmHg=99.73kPa T=298K
m(NaN3)=？
V(N2)=75.0L
m(NaN3)= 99.73 75.0 6 65.01 2988.314 9
现在学习的是第37页，共65页
• 溶液有两大类性质： • 1）与溶液中溶质的本性有关：溶液的颜色、
比重、酸碱性和导电性等； • 2）与溶液中溶质的独立质点数有关：而与
溶质的本身性质无关：如溶液的蒸气压、凝 固点、沸点和渗透压等。
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稀溶液的依数性
1 饱和蒸汽压
• 阅读P5 ，什么是饱和蒸汽压？ • 怎样理解纯液体？ • 250mL水 与 1L水的饱和蒸汽压是否一样？ • 250mL水 与 250mL 0.5%的蔗糖水的饱和蒸汽压是否
现在学习的是第43页，共65页
拉乌尔定律(F. M. Raoult)
在一定的温度下，难挥发非 电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶 剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的 乘积。
p ＝ pA*∙xA
现在学习的是第44页，共65页
蒸气压下降
xA+ xB =1 p ＝ pA* xA
p ＝ pA*(1－xB)
p ＝ pA*xB 在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降 值 Δp 与溶质的摩尔分数成正比。 适用范围: 非电解质，难挥发，稀溶液。
对于多组分体系：
x(B) 1 B 现在学习的是第34页，共65页
• 5 质量浓度
•
ρB= mB/V
• 式中:
ρB ----溶质B的质量浓度, g·L-1
•
mB----溶质B的质量, g
•
V------溶液的体积，L
现在学习的是第35页，共65页
需要注意的问题
质量摩尔浓度与摩尔分数之间的关系
稀溶液中，x溶剂 >> x溶质， 则
bB ＝
nB mA
bB----溶质B的质量摩尔浓度,mol·Kg -1 nB----溶质B的物质的量,mol mA----溶剂A的质量,Kg
特点：与温度无关，可用于沸点及凝固点的计算。
现在学习的是第32页，共65页
3 质量分数
溶质 B 的质量与混合物质量之比。
wB ＝
mB m总
• ωB ----溶质B的质量分数,
解：依据题意可知
此时
p1 T1
pT
2
2
V1 ＝ V2 ， n1 ＝ n2
T 2
p p
2
T
1
1
T 2
3.04×105×300 1.03×105 K
解得 T2 ＝ 900 K 当温度达到 900 K 以上时，烧瓶会炸裂。
现在学习的是第10页，共65页
有关气体体积的化学计算
例2:为了行车的 安全，可在汽 车中装备上空 气袋，防止碰 撞时司机受到 伤害。这种空 气袋是用氮气 充胀起来
理想气体状态方程式
• 理想气体状态方程适用条件？可以用来求算什么？
• 什么是理想气体，什么条件下的气体接近理想气体：
• 分子本身不占体积（分子本身的体积相对于气体所占有体积完 全可以忽略），分子间没有作用力的气体。
• 较低压力（不高于101.3kPa）较高温度（不低于0℃）的条 件下的气体接近于理想气体。
=(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPa
现在学习的是第25页，共65页
• 思考：
1使. 恒其压总条压件为下50，K将Pa4,求L 各H2组与分6L分N压2？混合于一容器中， • 2求. 将总4压L和10各0 组KP分a分H2压与？4L 100KPa N2 混合于4L容器中， • 3求.将总4压L 和10各0 K组P分a H分2压与？4L 100KPa N2 混合于8L容器中， • 4.将4L 100 KPa H2 与5L 100KPa N2 混合于20L容器
需要注意的问题
• pV=nRT
• 注意R与V, P的单位要对应
现在学习的是第8页，共65页
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 。
现在学习的是第9页，共65页
例1 一玻璃烧瓶可以耐压 3.08 × 105 Pa ，在温度为300 K 和压 强为 1.03 × 105 Pa 时，使其充满气体。问在什么温度时，烧瓶 将炸裂。
解：由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合气体，
则其中水蒸气的分压 p(H2O) ＝ 2.7 kPa 那么 p(H2) ＝ 100 kPa － 2.7 kPa ＝ 97.3 kPa
现在学习的是第28页，共65页
由 pi V总 ＝ ni RT ni ＝ piV总/(RT)
＝[97.3 × 103 × 1.26 × 10－3/(8.314 × 295)] mol
现在学习的是第21页，共65页
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
,
pn 1 V R T n2 V R T n 1n2 R VT
n =n1+ n2+
p
nRT V
现在学习的是第22页，共65页
现在学习的是第19页，共65页
pA nA V
pA nA 1/2V
思考
pB
nB 2V
pB
nB
2V
现在学习的是第20页，共65页
P总=？ nA + nB
V
P总=？ nA + nB
V
对于多组分体系
pi ＝ niRT/V总
pp1p2p3 pi i
在温度和体积恒定时，混和气体的总压力等于各组分气体 分压力之和，某组分气体的分压力等于该气体单独占有总体积 时所表现的压力。
=0.320mol+0.180mol+0.700mol
=1.200mol
p(NH3)=n(NH3)/n × p =0.320/1.200 ×133.0kPa
=35.5kPa
现在学习的是第24页，共65页
pO2
nO2
n
p
0.18035.5kPa20.0kPa 0.320
p(N2)= p- p(NH3) - p(O2)
一样？
现在学习的是第39页，共65页
纯溶剂的饱和蒸汽压
H2O (l)
蒸发 凝聚
H2O(g)
在一定的温度下，液体与蒸气达到平衡时，水蒸气压力
最大，称饱和蒸气压( 简称蒸汽压) ，用 p*表示.
现在学习的是第40页，共65页
T / K p / kPa T / K p / kPa
273 0.610 333 19.918 278 0.871 343 35.157 283 1.227 353 47.342 293 2.338 363 70.100 303 4.242 373 101.32 313 7.375 423 476.02 323 12.333
的，所用的氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁在火花 的引发下反应生成的。总反应是：
现在学习的是第11页，共65页
6NaN3+Fe2O3(s)
3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)
在25℃。748mmHg下，要产生75.0L的N2 ，计算需要叠氮化钠的质量。 解：
根据化学反应方程式所显示出的 n（ NaN3）与n（N2）的数量关系，可以进一 步 确 定 在 给 定 条 件 下 ， m（NaN3） 与 V（ N2）的关系。