经典:第一章气体与溶液
大学无机化学课件完整版
机
化 学
将:bB
nB mA
mB / M B mA
代入:Tf = kf·bB
基
础 教 程
整理得:
MB
kf mB Tf mA
MB
1.86K kg mol -1 0.749g 0.19K 50.0g
147g mol 1
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
162 mol
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
pV nRT
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
p
础
教 程
=0.102 K
无 机
Tb = Tb + Tb (H2O )
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
nB mA
mB / M B mBA
基
础
代入上式,整理得:
教
程
MB
k b mB Tb mA
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
基 础
非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩
无机化学-气体和溶液
b —— 体积常数。
(2)实际气体分子间有作用力。因此理想压强P为分子碰撞器 壁产生的压强P实际和内层分子作用力产生的压强P内之和。
热力学推导:
令比例系数为a
a —— 引力常数。分子不同时,相互吸引力不同,a不同。
1
范德华方程: ( p+a n2 )(V - nb)=nRT V2
注:范德华方程仍然是近似的
2、道尔顿分压定律:
∑ p总= p1+ p2+ p3 ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅= pi
§1.2 溶液
§1.2.1 溶液的概念 §1.2.2 非电解质稀溶液的依数性 §1.2.3 胶体溶液
2
§1.2.1 溶液的概念
相: 物理、化学性质均相同的一部分物质,称为一个相。
一个相
纯物质 (同一状态) 以分子、离子、原子形式均匀混合的混合物
在此假想状态下,描述气体性质的物理量 p、V、T、n 之间服从下列关系式:
pV = nRT
理想气体状态方程式
其中: p — 压强(Pa,kPa, atm,mmHg), T — 温度(K) V — 体积(m3、cm3、L,ml), n — 物质的量(mol) R —— 气体常数。
在标准状况下,p =101325Pa, T=273.15K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
∆p = p* - p = p* - p*xB = p*xA
p* — 纯溶剂蒸气压; p — 溶液蒸气压; xA — 溶质的摩尔分数
稀溶液中,nA << nB , ∆p = p*xA≈ p*×MB/1000×bA=KbA
当溶剂一定时,MB、p*一定,故p* ⋅MB/1000为一个常数,用K表示。
简明无机化学第一章 气体和稀溶液课件
而理想气体的体积 V =(m - n b) dm3
如图实际气体的体积 V实 = m dm3
V = (m - n b)dm3 V分 = n b dm3
一般关系式为 V = V实 - nb
(2)
p = p实 + (a n )2 (1)
V
V = V实 - nb
则 R = 8.314 J•mol-1•K-1
从式
R=
pV nT
和
R = 8.314 J•mol-1•K-1
看出 pV 乘积的物理学单位 为 焦耳 (J)
p
Pa N•m-2
V
m3
所以 pV 的单位为 N•m-2•m 3
= N•m
=J
从物理学单位上看 pV 是一种功。
pV R = nT
若压力用 Pa
混合气体的总压为 3 105 Pa
亦有
p总 = pN2 + pO2
道尔顿(Dalton)进行了大量 实验,提出了混合气体的分压定律 —— 混合气体的总压等于各组分 气体的分压之和
p总 = pi i
此即道尔顿分压定律的数学表达式。
理想气体混合时,由于分子间无 相互作用,故碰撞器壁产生的压力, 与独立存在时是相同的。亦即在混合 气体中,组分气体是各自独立的。
由两种或两种以上的气体混合在 一起,组成的体系,称为混合气体。
组成混合气体的每种气体,都 称为该混合气体的组分气体。
显然,空气是混合气体,其中 的 O2,N2,CO2 等,均为空气这 种混合气体的组分气体。
2. 组分气体的摩尔分数
组分气体 i 的物质的量用 ni 表 示,混合气体的物质的量用 n 表示,
无机化学全部章节
第一章 气体和溶液§1-1 气体教学目的:1. 熟练掌握理想气体状态方程式,并掌握有关计算。
2.熟练掌握分压定律及应用。
教学重点:1. 理想气体状态方程式;2. 道尔顿分压定律。
一、理想气体(Ideal Gases )1.什么样的气体称为理想气体?气体分子间的作用力很微弱,一般可以忽略; 气体分子本身所占的体积远小于气体的体积。
即气体分子之间作用力可以忽略,分子本身的大小可以忽略的气体,称为理想气体。
2.理想气体是一个抽象的概念,它实际上不存在,但此概念反映了实际气体在一定条件下的最一般的性质。
3.实际气体在什么情况下看作理想气体呢?只有在温度高和压力无限低时,实际气体才接近于理想气体。
因为在此条件下,分子间距离大大增加,平均来看作用力趋向于零,分子所占的体积也可以忽略。
二、理想气体状态方程1.理想气体方程式(The ideal-gas equation ) pV = nRT2.理想气体方程式应用(Application of the ideal-gas equation )可求摩尔质量 (1) 已知p ,V ,T , m 求 M(2) 已知p ,T ,ρ 求 M三、道尔顿分压定律(Dalton’s Law of Partial Pressures ) 1801年1.Deduction :假设有一理想气体的混合物,此混合物本身也是理想气体,在温度T 下,占有体积为V ,混合气体各组分为i (=1,2,3,… i ,…) 由理想气体方程式得:11RT p n V = ,22RT p n V = ,……,i i RTp n V=,…… ∴总p VRT nVRT n p ii ===∑∑,即∑=ipp 总2.表达式:∑=ipp 总3.文字叙述:在温度和体积恒定时,其总压力等于各组分气体单独存在时的压力之和。
4.另一种表达形式:ii i iRTn p n V x RT p n n V===总─ mole fraction 在温度和体积恒定时,理想气体混合物中,各组分气体的分压(p i )等于总压(p 总)乘以该组分的摩尔分数(x i )。
第一章 气体、溶液和胶体
第一章气体、溶液和胶体⏹§1.1 气体⏹§1.2 液体⏹§1.3 分散系⏹§1.4 溶液⏹§1.5 胶体溶液⏹§1.6 高分子溶液和凝胶⏹§1.7 表面活性物质和乳浊液1、Dalton分压定律2、稀溶液的依数性3、胶体的结构、性质依数性的计算、胶团结构的书写、胶体的性质1、气体的基本特征:(1)无限膨胀性:所谓无限膨胀性就是,不管容器的形状大小如何,即使极少量的气体也能够均匀地充满整个容器。
(2)无限掺混性:无限掺混性是指不论几种气体都可以依照任何比例混合成均匀的混溶体(起化学变化者除外)。
高温低压下气体的p 、V 、T 之间的关系。
即:P :气体压力,单位用kPa(或Pa)。
V :气体体积,单位取dm 3(或写为L ,l) n :气体物质的量mol 。
T :绝对温度,单位是K ,它与t °C 的关系为:T=273.15+t °CR :理想气体常数P V = n R T (1-1)此式称为理想气体状态方程。
普通化学普通化学Dalton分压定律适用范围:Dalton分压定律可适用于任何混合气体,包括与固、液共存的蒸气。
对于液面上的蒸气部分,道尔顿分压定律也适用。
例如,用排水集气法收集气体,所收集的气体含有水蒸气,因此容器内的压力是气体分压与水的饱和蒸气压之和。
而水的饱和蒸气压只与温度有关。
那么所收集气体的分压为:p气=p总-p水如图:普通化学【例1.3】 一容器中有4.4 g CO 2,14 g N 2和12.8 g O 2,气体的总压为202.6 kPa ,求各组分的分压。
【解】混合气体中各组分气体的物质的量m ol m olg g n N 5.028141)(2=⋅=-m ol m olg g n CO 1.0444.41)(2=⋅=-m ol m ol g g n O 4.0328.121)(2=⋅=-k Pa k Pa m olm ol m ol m ol p CO 26.206.2024.05.01.01.0)(2=⨯++=()kPa kPa molmol mol mol p kPa kPa molmol mol mol p O N 04.816.2024.05.01.04.03.1016.2024.05.01.05.022)(=⨯++==⨯++=,总=总总p i x p n i n i p =由道尔顿分压定律T 一定,速率和能量特别小和特别大的分子所占的比例都是很小的,温度升高时,速率的分布曲线变得较宽而平坦,高峰向右移,曲线下面所包围的面积表示的是分子的总数,对一定的体系它是常数. 氮的速率分布曲线麦克斯韦-玻尔兹曼分布定律:普通化学水有三种存在状态,即水蒸气(气态)、水(液态)、冰(固态)。
chap1气体、溶液
代入: △p = K蒸b(B) 0.11 = 0.0571×13×1000/(MB×87) MB = 77.56 (g/mol)
nB RT nRT pB p V V pB nB xB p n
nB pB p xB p n
x B B的摩尔分数
例题:某容器中含有NH3、O2 、N2 等气体的混合物 。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。
第一章 气体、溶液和胶体
了解理想气体的状态方程及其应用
理解道尔顿分压定律 掌握溶液组成的标度 掌握稀溶液的性质及其应用 了解电解质溶液活度和离子强度的概念。
作业:1, 3, 4 , 6, 8
第一章
气体、 溶液和胶体
第一节气体 一、理想气体状态方程
• 在通常的温度及压力条件下,固态(Solids)、
XA = 1 – XB
nB 移项得:△p = p*-p = p * XB = p*——— nA + nB ∵是稀溶液, ∴ nA >> nB nA + nB ≈ nA
nB △p≈ p*—— Δp=p* xB nA ∵nA=mA/MA nB nB ∴ △p≈ p*——=p* — MA nA mA nB △p= p * MA ——=K b(B ) mA 式中,MA : kg/mol mA: kg
单相体系
多相体系 (存在界面)
分散系 分类
分子分散系 (d <1 nm) 胶体分散系 (d: 1-100 nm) 粗分散系 (d >100 nm)
分散系按分散质粒子的大小分类
第一章 气体和溶液
溶液的蒸气压降低的原因:
溶质是难挥发非电解质,因此溶液的蒸气压实际上 是溶液中溶剂的蒸气压。
pA*
p
水
糖水
蒸气压与溶液的浓度有没有定量规律? 1887年,法国著名物理学家拉乌尔根据大量的实验 结果,总结出一个经验定律,这就是拉乌尔定律。
拉乌尔(Raoult)定律 在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压(p) 等于纯溶剂的蒸气压(pA*)乘以溶剂在溶液中的摩尔分 数(xA)。即: p = p A * · xA
第一章 气体和溶液
基本要求 掌握理想气体状态方程及其应用;掌握道尔
顿分压定律的应用和计算;熟悉溶液浓度的表示方法;
理解稀溶液的依数性及应用;熟悉胶体的结构、性质、
稳定性等;掌握胶粒聚沉的方法和电解质对溶胶聚沉作 用的影响规律。 学习重点 理想气体状态方程;分压定律;溶液浓度的
表示方法;稀溶液的依数性;胶体的性质与结构;影响
∵ xA + xB = 1 ∴ p = pA*(1-xB) 溶液的蒸气压下降值Δp为 Δp = pA*-p
= pA*-pA*(1-xB)
Δp = pA*xB 因此拉乌尔定律也可以这样说:
拉乌尔(Raoult)定律:
在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下
降(Δ p)与溶质的摩尔分数(xB)成正比,而与溶质的本
理想气体:忽略分子的大小和分子间的作用 力 理想气体状态方程:pV= nRT
式中:p为压力 (Pa), V为体积(m3), n为物质的量(mol), R为摩尔气体常数, T为热力学温度(K)。
气体状态方程式的另一些形式:
物质的量(n)与质量(m)、摩尔质量(M)的关系
m pV RT M pM RT
无机化学-气体和溶液
1-1 气体
一、理想气体(ideal gas)的状态方程:
(1)分子本身不占体积,分子是具有质量的几何点, (2)分子之间没有作用力, (3)分子之间、分子与容器壁之间的碰撞不造成动能损
失(完全弹性碰撞)。
研究结果表明:在高温(高于273K)、低压(低于数百 kPa)条件下,许多实际气体很接近理想气体。
可见光波长400-700 nm,溶胶直径1-100nm,发生散射。 每一个胶体粒子变成一个小光源,向四周发射与入射 光波长相同的光波。
真溶液粒子太小,光散射微弱,显示不出丁达尔现象。 可用丁达尔现象来区别溶胶和真溶液。
3)电学性质:电泳 电泳——在电场作用下,胶体粒子在分散介质中作定向移动的现象。
Tb = Kb·b
II = bRT
来测定溶质的摩尔质量。只有对摩尔 质量特别大的物质(如血红素等生物 大分子)才采用渗透压法。
●配制等渗透液:渗透现象在许多生 物过程中有着不可缺少的作用,特别 是人体静脉输液所用的营养液(如葡 萄糖液等)都需要经过细心调节以使 之与血液具有同样的渗透压(约 780kPa),否则血红细胞将遭到破坏。
五、胶体的稳定性与聚沉(coagulation) 1)稳定性: 溶胶具有很大的比表面积,总是有自发聚集成更大颗粒,降低表面能的倾向,
因此,是热力学不稳定体系,但胶体具有相对稳定性。 溶胶相对稳定的原因: 1)布朗运动, 2)胶粒带电, 3)溶剂化作用(扩散层和吸附层离子都水合)——起保护作用。 可用来衡量溶胶的稳定性: 越大,胶粒带电量越多,扩散层厚,溶剂化层也厚,溶胶就越稳定。 2)聚沉: 聚沉:溶胶失去稳定性,相互碰撞导致颗粒变大,最后以沉淀形式析出。
p总
无机化学第一章
实际气体
高温(>273 K, 0 C) 低压(<几百个kPa)
o
理想气体
1.1.2道尔顿(Dalton) 1.1.2道尔顿(Dalton)分压定律 道尔顿
(一)道尔顿分压定律的要点 (二)道尔顿分压定律的实际应用 (实验室的排气集气) 实验室的排气集气)
道尔顿分压定律的要点
同一温度下 1. 同一温度下,混合气体的总压力等于各组 分气体分压之和。 分气体分压之和。
例6 在291K和101.325KPa下,将2.7L被水蒸气饱和的空气通过 和 下 被水蒸气饱和的空气通过 装有CaCl2的干燥管,测得干燥空气的质量为 的干燥管,测得干燥空气的质量为3.21g,求291K时 装有 , 时 水的饱和蒸气压。 水的饱和蒸气压。
[解]
∵
V(干燥空气)
pV =
m RT M mRT 3.21 × 8.315 × 291 = = Mp 29 × 101.325
= 2.643 L T不变 又∵ pV = nRT 而这时 n、T不变 ∴ p1V1=p2V2
p( 水蒸气) =
=
p2=p1–p(水蒸气 水蒸气) 水蒸气
101.32 × ( 2.7 − 2.643) 2.7
p1 × (V2 − V1 ) V2
= 2.14 kPa
§1-2
溶
液
分散系 (自学 自学) 自学
[解]
P(H ) = P–P(H O) = 101.325 - 3.17 = 98.155kPa ∵ pV = nRT ∴ n(H ) = p(H )V/RT
2 2 2 2
= 98.155×0.25/8.315×298 × × = 9.90×10-3 mol × 又∵ pV = nRT 而这时 n、T不变 不变 ∴ p1V1 = p2V2
第一章 气体和溶液
1. 稀溶液蒸气压下降
(1) 溶剂的蒸汽压 vapor pressure
(2) 稀溶液的蒸汽压下降 pressure lowering
(2) 稀溶液的蒸汽压下降 pressure lowering
溶液的蒸发与纯水蒸发相比,速率要慢得多,因为: 溶液表面被溶质微粒所占据,使溶液表面动能较高,足以克 服分子间引力而进入气相的溶剂分子相对含量降低,减少溶 剂分子蒸发的机会。
4. 质量分数
定义:B物质的质量与混合物质量之比, 表示相同质量单位物质的相对含量。 单位:1
表示式: ωB= mB /(mA+ mB)
表示方法:分数或者小数
举例: ω硫酸 = 98% or 0.98
5. 质量浓度
定义: B物质的质量与混合物体积之比。 符号:ρB 单位:Kg/m -3;g· -1;mg · -1;μg · -1 L L L
B组分气体分压的求解:
nB RT pB V p nRT V
pB nB xB p n
nB pB p xB p n
x B B的摩尔分数
1.4 分压定律的实 际应用 计算气体混合物中各组分气体分压
例题:
在25℃、99.43kPa下,以排水集气法在水面上收 集到的氢气体积为0.4006L,计算在同样温度、压力 下,用分子筛除去水分后所得干燥氢气V’ 和n。已知 25℃时水的饱和蒸气压为3.17kPa 解: T =(273+25)K = 298K p=99.438kPa V=4.16L
C
水
水的 相图 是根 据实 验绘 制的:
A f
冰
P
610.62
O
D
B
273.16
q 水蒸气
气体与溶液.
(1) (2) (3)
O2、N2的物质的量; O2、N2的分压力; 混合气体的总压力
(4) O2、N2的分体积
解:(1)混合前后气体物质的量没有发生变化:
(n O )= p1V1
0.3103kPa 1dm3
0.12mol
2 RT 8.314J/(mol K) (25+273)K
3dm3
0.1MPa 0.14MPa
2.14dm3
V (N 2
)=V总
( p N2 ) p总
=3dm3
0.04MPa 0.14MPa
0.86dm3
注意:单位的统一和换算!
(n N )= p2V2
0.06103kPa 2dm3
0.048mol
2 RT 8.314J/(mol K) (25+273)K
(2)O2、N2的分压是它们各自单独占有3 dm3时所产生的压 力。当O2由1 dm3增加到
(p O )= 2
p1V1 V
0.3MPa 1dm3 3dm3
0.1MPa
当N2由2 dm3增加3 dm3到时:
( p N )= p2V2 0.06MPa 2dm3 0.04MPa
2
V
3dm3
(3)混合气体总压力:
p总=(p O2)+p(N2) 0.1MPa+0.04MPa=0.14MPa
(4)O2、N2的分体积:
V (O2 )=V总
( p O2 ) p总Fra bibliotekn m M
pV= mRT/M
ρ=m/V
ρ= pM/RT
在标准状况下,1摩尔气体的体积Vm=22.414×10-3m3
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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。
无 机 化 学
基 无机化学
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 Kp础源自教 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。
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
第一章 气体和稀溶液§1-1 理想气体气体状态方程 理想气体:(52)
1
第一章 气体和稀溶液
§1-1 理想气体气体状态方程 理想气体:分子之间没有相互吸引和排斥 ,分子本身的体积相对于气体所占体积可以 忽略(具有质量的几何点)。 实际气体在低压和高温的条件下,接近理 想气体。
2019/2/16 2
计算:pV=nRT ;
注意单位kPa(Pa)、m3(L)、8.314、K
为了得到薛定谔方程的合理解,引进三个量子数n、 l、m。一组合理的n、l、m,可确定一个原子轨道。 n、l、m、ms四个量子数可确定一个电子的运动状 态。 n、l两个量子数可确定一个能级。
结论:同一原子中不可能有运动状态完全相同的 电子存在。 ⑴ 一个轨道中只能容纳2个自旋相反的电子; ⑵ 各电子层的轨道数=n2 ⑶ 各电子层电子的最大容量=2n2
3.一元弱酸弱碱盐的水解-酸强显酸性,碱强显碱性
K K ( 1 ) K ( 2 ) K K h h w w1 w K h K K K w bK aK w K a b
4.强酸强碱盐不水解─溶液中性 5.分步水解类同分步电离,溶液酸碱性主要取决于第一步水解。
二、溶度积和溶解度之间的换算
注意换算条件:溶解了的电解质完全电离为自由离子, 溶液中不存在难溶电解质的分子或离子对,在溶液中不产生 反应的化合物。
2019/2/16
1 9
三、溶度积规则
Qi<KSPθ ,不饱和溶液,沉淀溶解;
Qi=KSPθ ,饱和溶液,平衡态;
Qi>KSPθ ,过饱和溶液,有沉淀生成。 当被沉淀离子浓度<1.0×10-5mol· dm-3时,可认 为该离子已沉淀完全。 四、同离子效应和盐效应 同离子效应使难溶电解质的溶解度减小,盐效应使 溶解度略微增大
气体和溶液
凝固点下降值: ΔT f = T f * - Tf
22
根据拉乌尔定律,难挥发非电解质稀溶液的沸 点升高值与溶液的质量摩尔浓度有下述关系成立: ΔTb = Kb · b 有下述关系成立: ΔT f = K f ·b Kb-沸点升高常数 ; (1-13) Kf -凝固点降低常数 (1-12)
同理,凝固点下降值与溶液的质量摩尔浓度
6
pM = ρRT
补充例题:在298 K和9.93 ×104Pa压力下, 0.304L二氧化硫重0.78g,求二氧化硫的分子量。 解:根据气体状态方程式: pV=mRT/M 代入以上数据: M = 0.78 × 10-3 ×8.314 ×298/(9.93 ×104 ×0.304 ×10-3 ) = 0.064kg/mol=64g/mol 单位:kg ×Pa·L/mol ·K ×K/ Pa·L = kg/mol
必然降低单位体积内的水分子数目,单位时间内逸 出 的 水 分子数 目减少 。 因 此一 定温度下 达 到 平衡 时,溶液的蒸汽压比起纯溶剂的蒸汽压更低。这里 溶液的蒸气压实际上是溶液中溶剂的蒸气压。
pA*
p
图示为溶液的蒸汽 压降低。溶液的蒸气 压下降值Δp为
Δp = pB*-p
15
比较不同浓度溶液的蒸气压。显然,浓度越 大 ,溶液的 蒸 气压 越 低。 蒸 气压 与 溶液的 浓 度的 关 系 遵循拉乌 尔定律。 表 述 为:在 一 定温度下, 难挥 发非电 解 质稀溶液的 蒸汽 压等于 纯 溶 剂 的 蒸汽 压乘 以溶剂在溶液中的摩尔分数。 即: p = pB* xB (1-9) p: 为溶液的蒸汽压 pB*:为纯溶剂的蒸汽压 xB:为纯溶剂的摩尔分数 ∵ xA + xB = 1 ∴ p = pB*(1-xA) 溶液的蒸气压下降值Δp为 Δp = pB*-p = pB*-pB*(1-xA) Δp = pB*xA (1-10 )
第一章 气体 溶液 胶体
第一章气体、溶液和胶体一、气体:理想气体状态方程:PV=nRT=m/M·RT p=101.03kpa(高温低压)R=8.314J/mol·k摩尔气体常量Pa·m3/mol•k或kPa•L/mol•k 题目上有温度和压强,就常用此方程。
应用1.求容器中气体的质量。
2.求容器的体积。
理想气体分压定律:Pi=ni/v·RT=PXi求用排水法收集的气体,干燥后的体积?解:已知温度、总压强、水蒸气压强、收集到的气体体积。
由P总压=P气体+P水蒸气得P气体,在代入PV=nRT,n由题可以求出,最后得出v。
溶液:浓度的表示方法:①质量分数W B=m B/m总②质量浓度ρ=m/V 单位g/L③物质的量浓度C B=n B/v=ρw B/M B=1000ρw B/M B④质量摩尔浓度b B=n B/m A 单位mol/kg⑤物质的量分数x B=n B/n总溶液的依数性:①蒸气压下降:△P=K P·b B②凝固点下降(最适合摩尔质量测定):△T f=K f·b B 应用:测定除蛋白质等高分子物质外的溶质的摩尔质量。
③沸点升高:△T b=K b·b B④渗透压升高:π=c B RT≈b B RT(对于稀溶液)应用:测生物大分子的相对分子质量。
3%的Nacl溶液渗透压接近1.0mol/kg葡萄糖溶液。
求溶液蒸气压(下降)?解:△P=K P·b B=Kp·n B/m A,再加上原来蒸气压。
已知蒸气压、凝固点、沸点的变化值,求溶质的质量分数?解:由变化值就可求出b B,由b B=n B/m剂,得m B=n B·M B=b B·m剂·M B(m剂已知,或默认1kg),W=mB/(mB+m剂)·100%知凝固点求沸点?解:对于难挥发非电解质的水溶液,由于纯水溶液的凝固点是0度,又已知溶液的凝固点,故可得凝固点下降值△T f,由△T f=K f b B可求b B,再代入沸点升高△Tb=K b b B可求△T b,因为水的沸点为100度,加上△T b即为溶液的沸点。
无机及分析化学——第一章 气体和溶液..
1.2.2 稀溶液的通性
★ 溶液
(1) 溶液的一般概念 分子或离子分散体系 单相 按聚集状态:气态溶液、液态溶液、固态溶液 (2) 溶解过程与溶液的形成 溶解:溶质均匀分散于溶剂中的过程。 是个既有化学变化,又有物理变化的复杂过程。
常伴随:颜色变化,体积变化,能量变化。
(3) 溶解度的概念 单位溶剂中最多能溶解的溶质的量——溶解度 溶解度与温度、压力等因素有关。 (4) 相似相溶原理 溶剂与溶质的分子结构相似,就能较好地相互溶解。
体来说,只要温度不是太低(高温,高于273K),压力不
是太高(低压 , 低于数百 kPa ),都可以近似用理想气体 状态方程作有关p、V、T、n 的计算。
2. 理想气体状态方程
理想气体的温度(T)、压力(p)、体积(V)和物质的 量(n)之间, 具有如下的方程式关系: pV = nRT 在SI制中,p—Pa,V—m3,T—K,n—mol。 标准状况(p=101.325 kPa,T=273.15 K)下,1 mol 气 体的标准摩尔体积为 22.414×10-3 m3 ,摩尔气体常数 R 的 单位及数值为: pV 1.01325 105 Pa 22.414 103 m3
自发有序仍能流动的状态(有序流体)。
等离子态—物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引 而形成带负电的自由电子和带正电的离子共存
的状态。由于此时物质正、负电荷总数仍然相
等,因此叫做等离子态(又叫等离子体)。
1.1
气
体
描述气体状态的物理量
物理量 压力 体积 温度 p V T 单 位
帕斯卡 Pa (N· m-2 ) 立方米 (m3) 开尔文 (K) 摩尔 (mol)
水
蔗 糖 溶 液
无机及分析化学课件第四版第一章气体和溶液
21世纪化学四大难题:
1. 化学反应理论——建立精确有效而又普遍适用得 化学反应 多体量子理论和统计理论;
2、 结构与性能得定量关系; 3、 生命现象得化学理论——生命化学难题; 4、 纳米尺度难题。
四、学习化学得重要性及必要性
数、理——化学——生物
20世纪发明了七大技术:
信息技术
认知科学
生物技术 核科学和核武器技术 航空航天和导弹技术 激光技术 纳米技术
科学原子论:道尔顿于1808年发表《化学哲学新体系》, 提出原子论,其要点为:
●物质由不可分割得原子组成; ●同种元素得原子其形状、质量及性质都相同,不同元素得
原子,其形状、质量及性质都不相同; ●两种元素得化合作用就是一种元素得一定数目得原子与
另一种元素得一定数目得原子结合形成复杂原子。
此学说意义重大: ●给化学奠定了唯物主义基石—原子。她得原子说把古代
1、什么就是化学?
化学就是在原子和分子层次上研究物质得组成、 结构、性质以及物质之间相互转化得科学。 研究层次:原子和分子 研究内容:
物质得组成、结构、性质与相互转化 核心与特征:合成新物质,对其性质进行表征,开发 其新得应用并探讨其中得机理。
2 、研究化学得目 得
人类生活得各个方面,社会发展得各种需要都与化学息息相关。 (1)化学对我们得衣食住行贡献巨大。 (2)化学对于实现农业、工业、国防和科学技术现代化具 有重要作用。 (3)促进其她基础学科和应用科学得发展和交叉学科得形 成。如:环境化学、能源化学、材料化学、地球化学 正如[美]Pimentel G C在《化学中得机会---今天和明天》一 书中指出得“化学就是一门中心学科,她与社会发展各方面得需 要都有密切关系。”
这就是唯物得,同时她又认为万物得本源就是四 种原始性质:冷、热、干、湿。元素由这些原始性 质依不同比例组合而成。
第一章_气体和溶液
2、分压定律
道尔顿分压定律: 混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。 某组分气体分压的大小和它在气体混合物中的体积分数(或摩尔分 数)成正比。 (分压力是指混合气体中每一种气体单独占有整个混合气 体的容积Байду номын сангаас时所产生的压力。) 数字表达式:p = p1 + p2+ ……pi
pi = p xi = p
图1-2溶液蒸气压下降的示意图
实验证明:在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的 蒸气压乘以溶剂在溶液中的摩尔分数。即: p = pB*xB
p—溶液的蒸气压 pB* —纯溶剂的蒸气压 xB—溶剂的摩尔分数。
p = pB* (1-xA) Δp = pB* - p = pB* xA 上式表明: 在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩 尔分数成正比,这称为拉乌尔定律。(此定律只适用于稀溶液,溶液越稀,越 符合定律。) 质量摩尔浓度(b):溶液中溶质的物质的量除以溶剂的物质的量,单位为mol· -1。 kg 在稀溶液中,nB》nA , n n ∴xA = n +An ≈nA A B B
若溶剂为水,溶解在1kg水(即55.6mol)中的溶质的物质的量nA就等于 该溶液质量摩尔浓度b,则: nA b Δ p = pB* xA ≈ pB* ≈ pB* nB 55.6
将xB = 1- xA( xA为溶质的摩尔分数)代入上式,得
在一定温度下, pB*为一常数, pB*/55.6可合并为另一常数,用K 表示: 即: Δ p = K· b
(a) (b)
V—溶液的体积 n—该体积中所含溶质的物质的量; R—摩尔气体常数 T—热力学温度 c—物质的量浓度 (mol· -1) L 很稀的溶液,c近似等于质量摩尔浓度b,所以,
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p = p1 + p2 + 或 p = pi
p 1n 1 V R,T p 2n 2 V R,T
pn 1 V R T n 2 V R T n 1n 2 R VT
n =n1+ n2+
p
nRT V
只有理想气体的混合物才严格遵守此定律,在 高温、低压下的真实气体近似服从。
1.1.2 道尔顿分压定律
1.1.1 理想气体状态方程式
1、理想气体
理想气体,一种假想的气体。
两点假设: 忽略分子自身占有的体积 忽略分子之间的相互作用力
实际气体处于低压(低于数百千帕)高温(高于 273K)的条件下,分子间距离甚大,可忽略分子体积 且分子间相互作用力迅速减小,近似看作理想气体。
100个大气压下的气体? -10℃气体?
d< 1nm
分子分散系
1 < d < 100nm 胶体分散系
d > 100nm 粗分散系
葡萄糖水溶液 Fe(OH)3胶体溶液 泥水
3、相: 系统中物理和化学性质完全相同的部分。
单相系统(均相系统):分子分散系,又称溶液
多相系统
:胶体分散系、粗分散系
固体溶液(铝合金含镁、锰、铜) 气态溶液(空气) 液体溶液(重点讨论)。
分压:
组分气体i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。
pi
n iRT V
N2,O2
2L容器内盛1L O2,1L N2
PN2,PO2: 组分气体单独占据容器时所产生的压力。
2 道尔顿理想气体分压定律
1801年,英国物理学家和 化学家,道尔顿经过实验 发现:
•理想气体 •无化学反应发生
如果在19℃、97.8kPa下,以排水集气法在水面上 收集到的氮气体积为4.16L,计算消耗掉的亚硝酸铵的 质量。( 19℃ 水的饱和蒸气压为p2.20kPa)
解: T =(273+19)K = 292K p=97.8kPa V=4.16L
19℃ 时,p(H2O)=2.20kPa Mr (NH4NO2)=64.04
解:n= n(NH3)+n(O2)+n(N2)
=0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol
p(NH3)n(NnH3)
p0.320133.0kPa35.5kPa 1.200
p(O2)
n(O2) n
p
0.18035.5kPa20.0kPa 0.320
p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa
pV = nRT 可用于温度不太低,压力不太高的真实气体。
⑵.气体摩尔质量的计算
pV nRT n m M
pV m RT M
⑶.气体密度的计算
M mRT pV
=m/V
M RT p
M mRT pV
= pM
RT
1.1.2 道尔顿理想气体分压定律
1 分压的概念
组分气体:
理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。
2、理想气体状态方程式
pV nRT
式中: p:气体的压力,单位是 Pa或 kPa; V :气体体积, 单位 m3或 L; n :是气体物质的量,单位 mol; T :气体温度,单位 K; R :摩尔气体常数,
在标准状况下,p =101.325kPa, T=273.15K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
R
pV nT
101325Pa22.414103m3=8.315 Pam3K-1mol-1 1.0mol273.15K
R=8.315 kPaLK-1mol-1
P
V
n
T
R
Pa
m3
mol
K
8.315 Pam3K-1mol-1
KPa
L
mol
K
?
使用时注意各物理量单位的统一。
3、理想气体状态方程式的应用
⑴. 计算p,V,T,n四个物理量之一。
pN2= p- p(H2O) = 97.8-2.2 = 95.6KPa
n(N2)=pN2V/(RT)
(97.82.20)kPa4.16L n(N2) = 8.31J4K-1mo-1l29K2 =0.164mol
NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g)
64.04g
1mol
m(NH4NO2)=?
蒸气压,简称蒸气压。用符号 p 表示。
水的饱和蒸气压只与水的温度有关(见表1-1)
T/℃
p*(H2O) /KPa
0 0.61
20 2.33
40 7.37
60
80
100
19.92 47.34 101.32
例题: 可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气。
反应如下: NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g)
0.164mol
64.04g0.16m 4 ol
m(NH4NO2) =
1mol
=10.5g
1.2 溶 液
1.2.1 分散系
1.分散系:把一种或几种物质以细小的粒子分散在
另一种物质中就构成分散系。被分散的物质称为分
散质或分散相,把分散相分散开来的物质叫做分散
剂或分散介质。(定义见教材P5) 2. 分类:按分散相粒子的大小分为:
第一章 气体和溶液
Gas and Solution
本章主要内容:
1.1 气体 1.2 溶液(重点) 1.3 胶体溶液
物质的聚集状态及特征:
气 充满整个空间,分子间空隙大,具有可压缩 态 性与扩散性。
液 态
可以流动,无一定外形。压缩性小。
固 态
有固定外形,分子间空隙很小,不易压缩。
1.1
气体
Hale Waihona Puke 1.1.1 理想气体状态方程式推论:
n RT
p i
i
V
p
nRT V
pn
i i x
pn
i
n
p i px p
in
i
x B B的摩尔分数
例题:常温下某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混 合 物 。 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。
=77.5kPa
分压定律的实际应用
计算气体混合物中各组分气体分压
排水法收集的气体总是含有饱和的水蒸气
P(总压)=p(气体)+p(水蒸气)
蒸发 H2O(l)
凝聚
H2O(g)
气液两相平衡
蒸发 凝聚
初始: V蒸发 > V凝聚 平衡: V蒸发 = V凝聚
纯水的蒸气压示意图
饱和蒸气压:在一定的温度下,当蒸发的速度 等于凝聚的速度,液态水与它的蒸气处于动态 平衡,这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和