物质的聚集状态

又因为：
Pi P 总 n i RT / V总 n总 RT / V总 ni n总 xi （物质的量分数）
P P xi i 总
（Dalton分压定律的另一种表达方式）
注意： Dalton分压定律只适用于理想气体
分压的求法： （1） （2） P总 = PA + PB + PC + …… + Pi + ……
至0.60atm、20oC高空后，体积有多大？ 解：上升前：P1，V1，T1；上升后：P2，V2，T2 n不变，所以有：
P1 V1 T1
V2 P1 V1T2 T1 P2
4

P2 V 2 T2
1 . 4 10
4

1 1.0 10 273 . 15 20 0.60 273 . 15 30
• 生命起源的化学进化观点，即认为在原始地球的条件下，无机物 可以转变为有机物，有机物可以发展为生物大分子和多分子体系， 直到演变出原始的生命体。 • 为论证生命起源的化学进化过程，1953年美国芝加哥大学研究生 米勒（S.L.Miller）在其导师尤利（H.C.Urey）指导下完成了著名 的米勒模拟实验（Miller’s simulated experiment）。

x
126 . 4 30 . 96
4 . 08 4
(P4, 白磷，正四面体结构；P4O6=P2O3；P4O10=P2O5)
气体分子量的测定 • 从例3可知，在已知温度和压力的条件下测量密度， 可以测定气体分子量。但许多实际气体与理想气体有 偏离，计算结果偏差较大，如CH3F在273.15 K时(按 理想气体方程ρ/P=M/RT，应该是常数)： P(atm) ρ(g/dm3) ρ/P 1.0000 1.5454 1.5454 0.6667 1.0241 1.5361 0.3333 0.5091 1.5274 ρ/P随P发生变化 • 这是因为实际气体的PV~P关系比较复杂，如维里气 体方程式： PVm = K(T) + P (+ γP2 + δP3 + …) 一级近似 相同温度下所有气体的K(T)相同(273.15 K时, K(T) = 2.271 MPa.L.mol-1, 此时, P = 0), 因气体不同而不同。 压强接近于零的条件下，实际气体才接近理想行为。
大气成分的演变
• 第一阶段（距今40~45亿年前）：CH4和H2 （含有少量H2O、H2S、NH3、N2、Ar和He） • 第二阶段（距今20~40亿年前）：N2(含有 少量H2O、CO2、Ar、He、Ne和CH4) • 第三阶段（20亿年前至今）：N2和O2 • [成因]火山喷发、雷电作用、大气光化学反 应、轻气体逃逸、植物光合作用等； 可能 由于化学惰性和溶解度低使N2的含量不断 累积提高，水的光化学分解和植物光合作用 有可能导致O2的增加，形成今天的大气。
PV = nRT
在实际运用理想气体状态方程时，要注意两点： （1）在不同的条件下，它有不同的表现形式
a) n一定时，
P1V1 T1

P2 V2 T2
b) n和T一定时，P1V1 = P2V2 （波义耳定律） c) n和P一定时，
V1 T1
n1 n2


V2 T2
V1 V2
(查理－盖•吕萨克定律)
d) T和P一定时，
实验步骤：将水注入左下方的500毫升烧瓶 内。先将玻璃仪器中的空气抽去。泵入 CH4、NH3和H2的混合气体（模拟还原性 大气）。再将500毫升烧瓶内的水煮沸，使 水蒸汽（H2O）和混合气体同在密闭的玻 璃管道内不断循环，并在另一容量为5升的 大烧瓶中，经受火花放电（模拟雷鸣闪电） 一周，最后生成的有机物，经过冷却后， 积聚在仪器底部的溶液内（模拟原始大气 中生成的有机物被雨水冲淋到原始海洋 中）。 实验结果：共生成20种有机物，其中11种 氨基酸中有4种（即甘氨酸、丙氨酸、天冬 氨酸和谷氨酸）是生物的蛋白质所含有的。
第一章 物质的聚集状态
气体（Gas）
液体（Liquid）
物质的聚集状态 （物质的三态）
固体（Solid）
三种物态之间可随温度或压强变化而互相转化
第四态：等离子体（Plasma）。当温度足够高，外界提供的能 量打破了气体分子中的原子核和电子的结合，气体就电离成由 自由电子和正离子组成的电离气体，即等离子体。等离子体的 意思是指其中粒子所带的正、负电量是相等的。例：等离子电 视（依靠高电压来激活显像单元中的特殊气体，使它产生紫外 线来激发磷光物质发光）；电感耦合等离子体（ICP）光谱分 析技术。 液体与固体之间的过渡状态：液晶（Liquid crystal）。液晶既 具有液体的性质（流动性），也具有晶体的性质（光学和电学 液晶电视（LCD通过电流来改变液晶面板上的薄膜型晶体管内 晶体的结构，使它显像 ）。
R：能量单位，8.314 J • mol-1 • K-1 PV的单位 推导 ： Pa • m3 = J P = F / S (Pa = N • m-2) Pa • m3 = N • m-2 • m3 = N • m = J
F（力，牛顿） l（距离，米） = W（功，焦耳）
例1.
30oC，1atm下，体积为1.0104L的He气球上升
假定终态为：P3 V3 T3，….，Pi Vi Ti
P1V1 T1 P2 V2 T2
T

P 3V 3 T3
....
PiVi Ti
PV
常数
写成为一般形式
PV = KT
K为常数
若取 1 mol 气体，V用Vm、K用R（摩尔气体常数）代 替，上式写作： PVm = RT
若为 n mol 气体，V= nVm，则上式写作：
简单推导：假设一定量的某种气体，由始态（P1 V1 T1） 变到终态（P2 V2 T2）,n保持不变，分两步进行，每步 只涉及两个变量。
始态
P1 V1 T1
P2 V2 T2
终态
等温 P2 V’ T1
等压
等温过程 T1: P1, V1 P2, V’ 等压过程 P2: V’, T1 V2, T2
（1）等温变化 波义耳定律：一定温度下，一定量气体的体积与压 强成反比。 PV = 常数 P1V1 = P2V’ (1) （2）等压变化 查理－盖•吕萨克定律：一定压强下，一定量气体的体 积与绝对温度成正比（热力学温标）。 V/T = 常数 V’/T1 = V2/T2 （2） V’ = V2T1/T2 （3） （3）带入（1）：P1V1/T1 = P2V2/T2
(阿伏加德罗定律)
阿伏加德罗定律：等温等压下，气体的体积和 它的物质的量成正比
（2）单位和单位的匹配 单位：SI制和非SI制 P：Pa （SI） kPa，atm，mmHg，torr，bar 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 101.3 kPa = 1.013105 Pa 1 bar = 1000 mbar = 100 kPa = 105 Pa
M

RT (P / )0
1
62.366 L mmHg mol
K
1
(273.15 25.00)K
1
403.60 mmHg
L
= 46.071 (g mol-1 )
2. 混合气体－ Dalton分压定律
T 保持不变
1L a) 1 atm O2 b) 真空 c) 1 atm O2 4L 真空 混合后：
性质与液体不同，很象晶体，是各向异性）。例：液晶显示器、
本章介绍的内容：气体、液体、溶液和固体
一. 气 体
海平面上干燥空气的组成
成 N2 O2 Ar CO2 Ne He CH4 Kr H2 份 摩尔分数 0.7808 0.2095 0.00934 0.00033 1.8210-5 5.2410-6 2 10-6 1.1410-6 5 10-7 成 Xe SO2 O3 NO2 I2 NH3 CO NO 份 摩尔分数 5 10-7 8.710-8 1 10-6 1 10-7 2 10-8 1 10-8 1 10-8 1 10-8 1 10-8 N2O
任何一种物质：V = f (T, P, n) 对于液体和固体，该关系式非常复杂。但是不同的气 体在一定的条件下（高温低压）都符合同一个关系式
PV = nRT
理想气体状态方程
理想气体： （a）气体分子有质量但没有体积 （b）气体分子间除了弹性碰撞外，无其它相互作用力 真正的理想气体是不存在的，但在高温低压条件下， 实际气体接近于理想气体。
气体的特性：
具有可扩散性和可压缩性
无固定形状
密度很小
可以以任何比例混合
不同的气体化学性质不同（H2、O2），但它们表现 出来的宏观性质（P、T、n、V）却非常相似。 气体的状态变量：P、T、n、V P 压强，T 温度，n 化学量（物质的量）， V 体积
1. 理想气体状态方程
V：m3（SI） dm3（L），cm3（mL） 1 m3 = 103 dm3 = 106 cm3
T：热力学温度（或绝对温度），K（开尔文） T（K）= 273.15 + t（oC）
n：物质的量或化学量，mol，mmol 在PV = nRT中，n的单位只能是mol R：摩尔气体常数（量纲，R = PV/(nT)），P44 / 表23 8.314 Pa • m3 • mol-1 • K-1 8.314 kPa • L • mol-1 • K-1 0.08206 atm • L • mol-1 • K-1 62.366 torr• L • mol-1 • K-1 单位的匹配：T K，n mol P： Pa kPa atm torr(mm Hg) V： m3 L L L R: 8.314 8.314 0.08206 62.366
P P xi i 总
（3） Pi = niRT/V总
关键：钯管选择性通过H2。 步骤：钯管中通入一定量的Ar,从内压力计测出PAr(相当于混合气 体中氩的分压)；内外管均通入一定量的H2,待PH2内 = PH2外，从外 压力计测出PH2 (相当于混合气体中氢的分压)；再从内压力计测 出Psum，结果发现Psum = PAr + PH2，从而验证了分压定律。
极限密度法测定气态物质的精确分子量 （了解）
P为0 1 atm
P V n RT (1 B ' P )
P
P. 50-51


RT M
(1 B ' P )
表明：在压强为0 1atm范围内，以P/对P作图，直线在 P/ 轴上的截距应为：(P/)0 = RT/M 。
Hale Waihona Puke Baidu
25.00oC时， (CH3)2O的P/ P图
PO 2 11 1 4 0 . 2 atm
2 atm N2 2 atm N2
混合后： 混合后: P = ?
PN 2
2 4 1 4
1 . 6 atm
前提：无化学反应发生!
Dalton分压定律：在温度与总体积恒定时，混合气体的 总压等于各组分气体的分压强之和。 分压 ：一定温度下，混合气体中单个组分气体单独占 有总体积时所表现的压强。分压不可以测量。 上面的例子中：P总 = pO2 + pN2 = 0.2 + 1.6 = 1.8 atm Dalton分压定律的数学表达式:
P总 = PA + PB + PC + …… + Pi + ……
Dalton分压定律的其它表达形式
每一组分气体都是理想气体，则有： PA = nART/V总, PB = nBRT/V总 Pi = niRT/V总 P总 = nART/V总+ nBRT/V总+ …… + niRT/V总+ …… = (nA + nB + …… + ni + ……)RT/V总 =n总RT/V总
L
有效数字：1 104 （X）
例2. 与大气连通的烧瓶7oC时贮满气体，加热到什 么 温度时使1/3气体逸出？ T1 = 280 K, n1 T2 = ?, n2 = 2n1/3
T1×n1 = T2×n2, T2 = 3T1/2 = 420 K
（相当于PV不变，P 大气压力，V 烧瓶体积）
例3.
实验测得310oC，101.3kPa时，单质气态磷的密
度为2.64g/dm3，求：该气体的分子量及气态磷的分子
式Px？已知：P的原子量为30.96 g/mol。
PV nRT
ρRT P
m M
RT
ρ
m V

PM RT
126 . 4 g/mol
M

2 . 64 8 . 314 273 . 15 310 101 . 3