大学化学01第一章 气体和溶液

大学化学01第一章气体和溶液

大学化学01第一章气体和溶液

第一章气体和溶液

学习要求

1.了解分散体系的分类和主要特点。

2.掌握理想气体状态方程和气体分压定律。

3.掌握稀溶液的通用性和应用。

4.掌握胶体的基本概念、结构及其性质等。

5.了解高分子溶液、乳状液的基本概念和特征。

1.1天然气

1.1.1理想气体状态方程

气体是物质的一种形式。它没有固定的形状和体积，可以自动填充任何容器。气体的基本特性是扩散性和压缩性。特定温度下的气体通常通过其压力或体积来测量。当压力不太高（小于101.325kpa）且温度不太低（大于0℃）时，可以忽略气体分子的体积和分子间的作用力。气体体积、压力和温度之间的关系如下：

pv=nrt(1-1)

式中，p为气体压力，Si为单位PA；V是气体的体积，Si单位为m3；N是物质的量，SI单位是摩尔；T是气体的热力学温度，Si是K；R是摩尔气体常数。方程（1-1）称为理想气体状态方程。

在标准状况(p=101.325pa，t=273.15k)下，1mol气体的体积为22.414m3，代入式(1-1)可以确定r的数值及单位：

Rpvnt？101.325? 103帕？22.414? 10? 3m31mol？273.15k3？1.一

8.314pammolk

=8.314j？摩尔？k（1pa？m=1j）

例1-1某氮气钢瓶容积为40.0l，25℃时，压力为250kpa，计算钢瓶中氮气的质量。解：根据式(1-1)

1.13n？pvrt？250? 103帕？40? 10? 3m38。314pa？m3？摩尔？1.K1.298.15k

4.0mol

N2的摩尔质量为28.0gmol-1，气缸中N2的质量为4.0mol×28.0gmol-1=112g

1.1.2道尔顿分压定律

在生产和科学实验中，实际遇到的大多数气体都是由几种气体组成的混合物。如果将几个互不反应的气体放入同一容器中，则组分气体I施加在容器壁上的压力称为气体的分压（PI），它等于气体在相同温度下与混合气体体积相同时产生的压力。1801年，英国物理学家道尔顿J通过大量实验发现，气体混合物中各组分的分压之和等于气体混合物的总压。这种关系被称为道尔顿分压定律。可以表示为：

p?p1+p2?p3??pi??pi(1-2)

我1n，其中：P是气体的总压力；PI是组分气体B的分压。

根据理想气体状态方程，p总?n总所以

rtrt，pi？nivv

pip总?nin总即pi?p总nin总(1-3)

顺序

nin总?xi，则

圆周率？P全席（1-4）

xi表示i的物质的量与混合物的物质的量之比，称为组分i的摩尔分数。对于任何一个多组分系统

席？1ni？1.

在同温同压的条件下，气体的体积与其物质的量成正比，因此混合气体中组分i的体积分数等于其摩尔分数，即

VIV total？总Nin（1-5）

式中：vi和v总分别表示组分i的体积和混合气体的总体积。

将方程（1-5）代入方程（1-3），我们可以得到：

pi?p总viv总(1-6)

该公式表明，在相同温度和压力下，气体混合物组分I的分压等于组分I的体积分数与气体混合物总压的乘积。

严格来说，分压定律仅适用于理想气体混合物，但对压力不太高的真实混合气体，在温度不太低的情况下也可近似使用。在本课程中，把实际气体均近似为理想气体。

例1-2在冬季，草原上的空气主要含有氮、氧和氩。在压力为9.9×104pa和-20℃时，氮、氧和氩的体积分数分别为0.790、0.20和0.010。收集样品时，计算每种气体的分压。解决方案：根据公式（1-6）

pi?p总viv总

p（n2）？总共0.79便士？0.790? 9.9? 104? 7.82? 104pap（o2）？总共0.20便士？

0.20? 9.9? 104? 1.98? 104pap（AR）=0.010p总计？0.010? 9.9? 104? 0.099? 104pa

1.2溶液

1.2.1分散系统

物质除了以气态、液态、固态的形式单独存在以外，还常常以一种(或多种)物质分散

于另一种物质中的形式存在，这种形式称为分散系。例如，细小的水滴分散在空气中形成

的云雾，二氧化碳分散在水中形成的汽水，奶油分散在水中形成的牛奶，各种金属化合物

分散在岩石中形成的矿石等都是分散系。在分散系中，被分散的物质称为分散相(或分散质)，而容纳分散质的物质称为分散介质(或分散剂)。分散相处于分割成粒子的不连续状态，而分散介质则处于连续状态。在分散系中，分散相和分散介质可以是固体、液体或气体。按分散相和分散介质的聚集状态分类，分散系可以分为九种，见表1-1。

表1-1按聚集状态分类的各种分散体系

分散相气液固气液固气液固

分散介质气-气-液-固

实例空气、家用煤气云、雾烟、灰尘泡沫、汽水

牛奶、豆浆、果冻乳液、油漆泡沫、木炭冻肉、硅胶

红宝石、合金、有色玻璃

此外，根据分散相的粒径，分散体系通常分为三类：低分子或离子分散体系、胶体分

散体系和粗分散体系，如表1-2所示。

表1-2按分散相粒子大小分类的各种分散系

分散相

分散系类型

粒径/nm

稳定、扩散快、粒子能

<1

低分子或离子分散系小分子或离子

通过半透膜稳定，扩散缓慢，颗粒不稳定

氯化钠、氢氧化钠

分散相

主要特征

实例

单相系统等水溶液蛋白质、核酸水溶液、橡胶的苯溶液氢氧化铁、碘化银

1~100

胶体分散系高分子溶液高分子

它能穿透半透膜

分子、离子、原较稳定、扩散慢、粒子

索尔

子的聚集体

无法穿透半透膜，不稳定，扩散缓慢，粒径

乳状液、悬浊液分子的大集合体

过滤器不能通过滤纸

>100

粗分散多相体系溶胶

乳汁、泥浆

系统的任何统一部分都称为相位。在同一相中，其物理和化学性质完全相同，并且相

之间存在明显的界面分离。只有一个相的系统称为单相系统或均相系统，

有两个或两个以上相的系统称为多相系统。低分子或离子分散系为均相系统，溶胶和

粗分散系属于多相系统。1.2.2溶液浓度的表示方法

解作为物质存在的一种形式，广泛存在于自然界。它与生物体的生存和发展密切相关。生物体内的各种生理生化反应都是在以水为主要保持剂的溶液体系中进行的。此外，科学