大连理工大学无机化学课件完整版

无
无机化学
机
化
学
主教材：无机化学基础教程
基
础
教
程
第一章 气体和溶液
无
机
§1.1 气体定律
化
学
基
础
§1.2 稀溶液的依数性
教
程
§1.1 气体定律
无 机
1.1.1 理想气体状态方程
化
学
基 础
1.1.2 气体的分压定律
教
程
1.1.1 理想气体状态方程
pV = nRT
R——摩尔气体常数
无 在STP下，p =101.325 kPa, T=273.15 K
无 解： ΔTf =273.15 K - 272.96 K = 0.19K
机
化 学 基
将： bBm nB A
mB/MB mA
代入：Tf
=
kf·bB
础 教 程
整理得：
MB

kf mB Tf mA
M B1.86 0 .k 1 K g 9 m 5 K -o .1 0 00.l7 g4 9 1g 4m 7 g 1ol
无
p
机
化
学
基
610.6
础
教
程
Tf
Tf 273.15
温度T/K
水溶液的凝固点下降图
实验表明，非电解质稀溶液的凝固点
无 降低与溶质B的质量摩尔浓度成正比：
机 化 学
Tf = kfbB 式中：kf—溶剂的凝固点降低系数,
基
K·kg·mol-1
础 教
bB —溶质B的质量摩尔浓度, mol·kg-1
程
* 相同温度下，不同液体蒸气压不同；
无
1. 乙醚
机
化
2. 正己烷
学 基
3. 乙醇
础
4. 苯
教 程
5. 水
物质的蒸气压—— 温度关系图
无
当液体的蒸气压等于外界大气压时，液
机 体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。
化 学
通常所说的沸点是指大气压为101.325kPa
基 时液体的正常沸点。
础
教
程
（2）稀溶液的蒸气压下降
无 机 化
2. 质量摩尔浓度
bBm nB A,单位m： oklg1
学
基 3. 质量分数
础
wB

mB m
,单位： 1
教
程 4. 摩尔分数
xB

nB n
,单位： 1
5. 质量浓度 Bm V B,单位 gL 1或 ： mL g 1
1.2.2 稀溶液的依数性
1. 溶液的蒸气压下降
(1)液体的蒸气压
无 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，
机 化
分子本身的体积相对于气体所占有体积完全
学 可以忽略。
基
础
理想气体实际上并不存在，可以把温度不
教 程
太低、压力不太高的真实气体当做理想气体
处理。
例 1-1 ： 某 氧 气 钢 瓶 的 容 积 为 40.0L ，
27℃时氧气的压力为10.1MPa。计算钢瓶内
无
p = p1 + p2 + 或 p = pB
机
化 学 基
p 1n 1 V R,T p 2 n 2 V R,T
础 教 程
pn 1 V R T n 2 V R T n 1n 2 R VT
n =n1+ n2+
p

nRT V
分压的求解：
pB

nBRT V
无
机 化
解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2)
学
=0.320mol+0.180mol+0.700mol
基 础
=1.200mol
教 程
p(N3H )nN n3H p
0.32013.03kPa35.5kP 1.200
p(O2)
n(O2) n
p
无
0.180133.0kPa20.0kPa
化 =0.102 K + 373.15 K
学 基
=373.25 K
础
教
程
稀溶液沸点升高应用：
计算溶质B的摩尔质量。
无 根据：Tb = kbbB
机 化 学
因为 bB： m nB AmBm /B AMB
基
础
代入上式，整理得：
教
程
MB

kbmB TbmA
3. 稀溶液的凝固点降低
液体的凝固点：在一定外压下，纯物质的
教
程
若溶液仅由溶剂A和溶质B组成，
则：xA + xB = 1， p = p*A (1-xB)
溶液的蒸气压下降：∆ p = p*A – p
代入： p = p*A (1-xB)
无 则： ∆ p = pA* – p*A (1-xB) = p*A xB
机 化
xB — 溶液中溶质B的摩尔分数。
学
拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发
无 机
在一定温度下，将纯液体引入真空、密
化 闭容器中，当液体的蒸发与凝聚速率相等时，
学
基 液面上方的蒸汽所产生的压力称为该液体的
础 教
饱和蒸气压，简称蒸气压。
程
记作：p*，单位：Pa或kPa。
H2O(l) H2O(g)
表1-1 不同温度下水的蒸气压
无 机 化 学 基 础 教
程 * 同一种液体，温度升高，蒸气压增大。
机 化
n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3 m3
学 基 础
R pV 101P3 a2 22 5.4 1 1 0 3m 43
nT
1.m 0 o2l7 .13K 5
教
程
8.31J4 m o 1K l1
R=8.314 kPaLK-1mol-1
人们将符合理想气体状态方程的气体，称 为理想气体。
础
p
p
p
教 程
VB V

nB n
B—称为B的体积分数
pB p

xB

VB V
B
,
pB B p
例1-3：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 无 压。
机
化 学
解：根据， pB B p
基
础
程
T — 热力学温度，K
若水溶液的浓度很小，则cB≈bB ，
= bBRT
van’t Hoff方程说明：在一定温度下， 非电解质稀溶液的渗透压力仅取决于单位体
积溶液中所含溶质的质点数目，而与溶质的
无 机
性质无关。
化
通过测量非电解质稀溶液的渗透压力，
学 基
可计算溶质(小分子除外)的摩尔质量。
础 教 程
无
实验表明，难挥发非电解质稀溶液的
机 沸点升高与溶质B的质量摩尔浓度成正比：
化 学
Tb = kbbB
基 础 教
式中：kb—溶剂的沸点升高系数, K·kg·mol-1 bB —溶质B的质量摩尔浓度, mol·kg-1
程
Tb —难挥发非电解质稀溶液的
沸点升高。
溶剂的沸点升高系数kb只与溶剂的性质有关。 表1-3 常见溶剂的沸点和沸点升高系数
p(CO) = 0.60×600kPa = 3.6×102 kPa
教 程
p(H2) = 0.10×600kPa = 60 kPa
§1.2 稀溶液的依数性
无
机 化
1.2.1 溶液的浓度
学
基 础
1.2.2 稀溶液的依数性
教
程
1.2.1 溶液的浓度
1. 物质的量浓度 cBnVB,单位 m： o Ll1
Tf —非电解质稀溶液的凝固点降低。
溶剂的凝固点降低系数kf只与溶剂的性质有关。 表1-4 几种溶剂的凝固点和凝固点降低系数
无
*
*
机
化
学
基
础
教
程
通过测量非电解质溶液的凝固点降低，可
计算出溶质B的摩尔质量。
例1-5：将0.749g某氨基酸溶于50.0ｇ水中， 测得其凝固点为272.96K。试计算该氨基酸的 摩尔质量。
p*——纯溶剂的蒸气压 p ——溶液的蒸气压为。
实验表明 p < p*
无
机
化
学
基
础
教
程
1887年，法国化学家拉乌尔(F.M.Raoult) 研究得出经验公式：
p = p*A xA
无 机
式中：
化 p /Pa — 难挥发非电解质稀溶液的蒸气压；
学 基
p*A /Pa — 纯溶剂A的蒸气压。
础 xA — 溶液中溶剂A的摩尔分数。
沸点升高、凝固点降低以及渗透压只与一定
无 量溶剂中所含溶质的量(或溶液的浓度)成正比，
p
础
教 程
pM = RT
=m/V
1.1.2 气体的分压定律
组分气体：
理想气体混合物中每一种气体叫做组
无 分气体。
机
化 分压：
学
基
组分气体B在相同温度下占有与混合
础 教
气体相同体积时所产生的压力，叫做组分
程 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。
ΠcBRTmBV /MBRT
MB

mBRT ΠV
反渗透：如果在溶液上方施加的压力大
无 于渗透压，则溶液中的溶剂分子会通过半透
机 膜进入纯溶剂中，这个过程叫反渗透。
化
学 基
反渗透的原理多用于海水淡化、污水处
础 理及溶液浓缩等方面。
教
程
稀溶液定律（稀溶液的依数性）
难挥发、非电解质稀溶液的蒸气压下降、
基
础 开的两种溶液之间 教 的渗透平衡而需要 程 的额外压力，定义
为渗透压（差）
渗透压：阻止溶剂分子通过半透膜进入
溶液所施加于溶液上方的额外压力，称为渗
透压。
无
= cBRT ——称为van’t Hoff方程
机 式中：
化 学
— 非电解质稀溶液的渗透压力，kPa
基 础 教
cB—B的物质的量浓度， mol·L-1 R — 摩尔气体常数，8.314 J·mol-1·K-1
p

nRT V
无
机 化 学
pB p

nB n
xB
基 础 教
pB
nB n
pxBp
程
x B B的摩尔分数
例1-2：某容器中含有NH3、O2 、N2等气
体。其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，
n(N2)=0.700mol。混合气体的总压为133kPa。
试计算各组分气体的分压。
氧气的物质的量。
无
解：V = 40.0 L = 4.0×10-2 m3，
机 化
T = (27+273.15) K = 300.15 K
学
p = 10.1 MPa = 1.01×107 Pa
基 础
由 pV = nRT 得：
教 程
n

pV RT
81.0 .3 11 1 m 704 P-1o JaK 4 l-.10 3 10 0 .21m 0K 5 3
教
程
b(C1H 2 2O 211 )n(C m 1(H H 22 2O O 2)11 )
0.200mol 1.0kg
0.20m 0 oklg-1
Tb = kbb(C12H22O11) = 0.512 Kkgmol-1×0.200mol kg-1
=0.102 K
无 机
Tb = Tb + Tb (H2O )
液相与该物质的固相平衡共存时的温度称为该
无 液体的凝固点。
机
常压下水的凝固点为273.15K，此时水和冰
化 学
的蒸汽压均为0.6106kPa。
基 础
溶液的凝固点：固态纯溶剂与溶液中溶剂
教 平衡共存时的温度称为该溶液的凝固点。
程
凝固点降低：溶液凝固点低于纯溶剂凝固
点的性质，称为溶液凝固点下降。
101325
机
1.200
化
学
基 p(N2) = p－ p(NH3)－p(O2)
础
教
= (133.0－35.5－20.0) kPa
程
= 77.5 kPa
分体积：
混合气体中某一组分B的分体积VB是该 组分单独存在并具有与混合气体相同温度和
无 压力时所占有的体积。
机 化
VB

nB RT p
学 基
Vn1RTn2RT nRT
拉乌尔定律的另一种表达形式。
2.稀溶液的沸点升高
沸点： 当液 101325
无 体的蒸气
机 压等于外
化 学
界压力时
基 ，液体会
础 教
沸腾。此
程 时的温度
称为液体
p
273.15
373.15
Tb
Tb 温度T/K
的沸点。
溶液的沸点上升图
沸点升高：溶液的沸点高于纯溶剂的沸点 的性质，称为溶液沸点升高。
基 础
非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩
教 尔分数成正比。
程
在稀溶液中：nA远大于nB，nA+nB≈ nA
无 机
xBnAnBnBn nA BmA nM B AbBMA
化 学
∆ p = pA* xB = pA*MAbB =kbB
基
础
在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液
教 程
的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比。
无
*
*
机
化
学
基
础
教
程
例1-4：将68.4 g 蔗糖C12H22O11溶于1.00 kg 水中，求该溶液的沸点。
解：M(C12H22O11) = 342gmol-1
无 机 化
n(C1H 2 2O 211 )M m((C C 11H 2H 222O 2O 2111 )1 )
学 基 础
346g28.4mgo-1l0.20m 0 ol
162mol
理想气体状态方程的应用：
1. 计算p，V，T，n中的任意物理量
无
pV = nRT
机 化
2. 确定气体的摩尔质量
学 基
pVቤተ መጻሕፍቲ ባይዱRT
础 教 程
pV m RT M
n m M
M mRT pV
M = Mr gmol-1
3. 确定的气体密度
M mRT
无
pV
机
化 学 基
M RT
4. 溶液的渗透压
渗透：用一半透膜将溶剂与溶液(或不
同浓度的溶液)分置两侧，溶剂分子通过半
无 透膜向对方运动，净结果使溶剂进入溶液的
机 化
现象称为渗透。
学
基
半透膜：只允
础 教
许溶剂分子通过，
程 不允许溶质分子通
过的薄膜。
为使渗透现象
不发生，必须在液
面上施加一个额 无 外压力（示意图）。
机
化 为维持只允许溶剂 学 分子通过的膜所隔