无机化学(第二版)上册

几个经验定律： 几个经验定律： 当n,T一定时 V ∝ 1／p p1V1= p2V2 当n，p一定时 V ∝T V1／V2=T1／T2 当p，T一定时 V∝n n 1／n2 =V1／ V 2 综合以上三式，可合并为
波义耳定律
查理 -盖·吕萨 克定律
阿佛加德罗定律
V ∝ nT／P
实验测得比例系数为R，则 V = nRT／ p 通常写成 pV = nRT 理想气体状态方程
例题2 例题2-7：将500g蔗糖溶于水，加热后配制成850g糖浆。计算 500g蔗糖溶于水，加热后配制成850g糖浆。 蔗糖溶于水 850g糖浆 此糖浆中蔗糖的质量分数。 此糖浆中蔗糖的质量分数。 解：根据公式，该糖浆中蔗糖的质量分数为 根据公式，
mB 500 ωB = = ≈ 0.588(或 .8%) 58 m 850
(1) 4.11 g·L-1 (2) M = 92.0 g·mol-1 (3) N2O4
2.1.1.3 混合气体分压定律 混合气体：由两种或两种以上的、相互之间不 发生反应的气体混合在一起组成的体系。 组分气体：混合气体中的每一种气体。 假设各组分气体的物质的量为ni 混合气体的物质的量为n 则有 n = ∑ni
6
2
ρUF 11.4 = =175 或 ρH 0.0651
2
ρUF MUF = ρH MH
6 2
6
2
练习：
某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质量分 数为30.5%。在一容器中充有该氮氧化合物，质量是 4.10Fra Baidu bibliotekg，其体积为0.500 L，压力为202.7 kPa,温度为 0℃，求： （1）在STP条件下该气体的密度； （2）该化合物的相对分子质量； （3）该化合物的分子式。
p(V − nb) = nR T
实际气体的压强 考虑到实际气体分子之间的相互作用，实际气体分子碰撞器壁 时所产生的压力小于理想气体所产生的压力
p = p实 + p 内
p：理想气体的压强 p实：实际气体的压强 p内：理想气体与实际气体的压强之差
n p ∝ 内 V
2
设比例系数为a则：
2
n p = a 内 V
器 壁
2
n p = p实 + a V
代入理想气体状态方程，得
2 n T p实 + a (V − nb) = nR 实 V
范德华方程
a, b称气体的范德华常数，其值越大，实际气体偏离理想气体 的程度越大。
101325Pa× 22.414×10−3 m3 pV R= = nT 1 mol × 273.15K
= 8.314J·mol-1·K-1
2.1.1.2 理想气体状态方程的应用
1）计算p，V，T，n四个物理量之一。 ）计算 ， ， ， 四个物理量之一 四个物理量之一。
用于温度不太低，压力不太高的真实气体
由
uA ρB = 即 uB ρA u 扩散速度 ρ 气体密度 m m Mr p pV = nR = T R T ρ= =
Mr
V
R T
uA 代入 = uB
ρB ρA
uA = 得 uB
Mr ( B) Mr ( A)
同温同压下，气体的扩散速度与其相对分子质量的平 方根成反比。
例题2-6：50cm3氧气通过多孔性隔膜扩散需要20 秒,20cm3另一种气体通过该膜需要9.2秒,求这种气体 的相对分子质量. 解:单位时间内气体扩散的体积与扩散的速度成正比,故
2.1.3 气体分子的速率分布与能量分布（自学） 气体分子的速率分布与能量分布（自学）
习题：2-2，2-5，2-8，2-11
2.2 液体
液体的特征： 没有固定的外形和显著的膨胀性，有一定的体积、 流动性、掺混性、表面张力、沸点等 2.2.1 溶液浓度的表示方法 1）质量分数 ωB ）质量分数（ ）：
i
条件： 条件：恒温等容
对于混合体系
piV = ni R T 总
将两式相比，得
p总V总 = nRT
pi ni = = xi p总 n
因此
pi = p总xi
分压的求解
例2-3：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。 解：n= n(NH3) + n(O2) + n(N2) =0.320+0.180+0.700 =1.200(mol)
2）气体摩尔质量的计算
pV = nR T
m R T pV = M
mR T M= pV
m n= M
M = Mr g⋅mol-1
3）气体密度的计算
mR T M= pV
M=
ρ=m/V
ρR T
p
pM ρ= R T
例2-1：在容积为10.0dm3的真空钢瓶内充入氯气，当温 度为288K时，测得瓶内气体的压强为1.01☓107Pa。试 计算钢瓶内氯气的质量，以千克表示。
分压定律的重要应用——排水集气法
例题2-4: 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)，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4.16 L，计算消耗掉的 亚硝酸铵的质量。 解： T =(273+19)K = 292K 292K 时，p(H2O)=2.20kPa 则 p(N2) = p-p(H2O) Mr (NH4NO2)=64.04 p=97.8kPa V=4.16L
i
i种组分气体的摩尔分数用xi表示，则
ni xi = n
分压： 分压：指组分气体i在相同温度下占有与混合气 体相同体积时所产生的压强，用 pi 表示。
piV = ni R T 总
分压定律（道尔顿分压定律）： ）：混合气体的总压 分压定律（道尔顿分压定律）： 等于混合气体中各组分气体分压之和。
p总 = p1 + p2 +L+ pi = ∑ pi
nB xB = nA + nB
则
nA xB = nA + nB
xA + xB =1
对于由多种物质组成的混合物：
∑x
B
B
=1
例2-8：将10g NaCl 溶解于90g H2O中配制成溶液，其质量分数 将 溶解于 中配制成溶液， 中配制成溶液 的物质的量分数各为多少？ 为0.10。问该溶液中 。问该溶液中NaCl及H2O的物质的量分数各为多少？ 及 的物质的量分数各为多少 的摩尔质量M 解：因为NaCl的摩尔质量 NaCl=58.5g/mol， 因为 的摩尔质量 ， H2O的摩尔质量为 MH2O=18.0g/mol， 的摩尔质量为 ， 所以
2）物质的量分数或摩尔分数（ xB ）物质的量分数或摩尔分数 ）：
物质B的物质的量与混合物的总的物质的量之比， 物质B的物质的量与混合物的总的物质的量之比，用符号 xB 表示
nB xB = n
* 物质的量分数没有单位
对于溶液而言， 对于溶液而言，物质的量分数定义为溶质的物质的量除以溶 液的总的物质的量。 液的总的物质的量。 设溶液由溶质B和溶剂A 设溶液由溶质B和溶剂A组成 则溶质B和溶剂A的物质的量分数分别为 则溶质B 溶剂A
0.2 ×3.33×104 = 2.22×104(Pa) 0.3 0.3 P(O2) = ×4.67×104 =4.67×104(Pa) 0.3
混合气体总压 P = P(N2 ) + P(O2) =2.22×104 + 4.67×104 = 6.89×104(Pa) N2 的分体积VN O2的分体积 VO
nBR T pB = V
(97.8 − 2.20)kPa × 4.16L =0.164mol n(N2) = -1 -1 8.314J ⋅ K ⋅ m ol × 292K
NH4NO2(s) → 2H2O(g) + N2(g) 64.04g 1mol m(NH4NO2)=? 0.164mol m(NH4NO2) = 10.5g
uO2 ux
50 / 20 = = 20 / 9.2
Mr ( x) Mr(O2 )
=
Mr ( x) 32
Mr ( x) = 42
2.1.2 实际气体状态方程
实际气体受两个相反因素的互相消长的影响： （1）实际分子本身有一定的体积，所以比理想气体更不易压 缩，pV实 >RT （2）实际气体分子之间有吸引力，所以比理想气体更容易压 缩，pV实 <RT 实际气体的体积 实际气体分子可以活动的空间 < 容器的容积 若1mol某气体分子自身体积为b，则忽略分子吸引力时：
pM T 解：由 pV = nR，推出 ρ = R T
ρUF
ρH
6
100×103 Pa×352×10−3 kg⋅ mol−1 = =11.4kg⋅ m−3 8.314Pa⋅ m3 ⋅ mol−1 ⋅ K−1 ×373K 100×103 Pa× 2.02×10−3 kg⋅ mol−1 −3 = = 0.0651kg⋅ m 3 −1 −1 8.314Pa⋅ m ⋅ mol ⋅ K ×373K
单位：p ----Pa 单位 T----K
V ----m3 n----mol
R——摩尔气体常数 R = 8.314 Pa·m3·mol-1·K-1 J·mol-1·K-1 R的值也可以进行如下的推导
STP下，1 mol 理想气体的体积 22.4 L 下
STP: p = 1 atm = 760 mmHg = 1.01325×105 Pa T = 273.1K, n=1.0 mol Vm=22.414L=22.414×10-3m3
pN2 2.22×104 = V= ×0.3 = 0.097(L) 4 p 6.89×10
pO2 4.67×104 = V= ×0.3 = 0.203(L) 4 p 6.89×10
2
2
2.1.1.5 气体扩散定律 气体扩散定律是指同温同压下某种气态物质的扩散速 度与其密度的平方根成反比。（1831年，T.Graham）
M pV 解：由 pV = nR，推出 m = T R T
71.0×10−3 kg⋅ mol−1 ×1.01×107 Pa×10.0×10−3 m3 m= 8.314Pa⋅ m3 ⋅ mol−1 ⋅ K−1 × 288K
= 2.99kg
例2-2：在373K和100kPa压强下，UF6（密度最大的一 种气态物质）的密度是多少？是H2的多少倍？
V = V +V2 +L+Vi = ∑ i V 1
i
条件： 条件：恒温等压
V nB B = = ϕB —称为B的体积分数 称为B 称为 V n
pB VB = xB = = ϕB p V
V =VϕB B
分体积的求解
例题2-5：在298K时，将压力为3.33×104Pa的N2 0.2 L和压力为 4.67×104Pa的O2 0.3 L移入0.3 L的真空容器中。问混合气体中各 组分气体的分压力、分体积和总压力是多少？ 解：因n,T一定，则 P1V1 = P2V2 N2的分压 P(N2) = O2的分压
第二章 化学基础知识
气体 液体 固体
2.1 气体 气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性
2.1.1 理想气体 理想气体：分子之间没有相互吸引和排斥，分子本 理想气体： 身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略，分 子间及分子与器壁间的碰撞不造成动能损失。
低压高温下的气体接近于理想气体
2.1.1.1 理想气体状态方程 对气体的状态进行描述时，常用以下物理量： 物质的量（n）——单位（mol） 体积（V）——指气体所在容积的体积 压强（p）——气体分子无规则运动时， 对器壁发生 了碰撞而产生了气体的压强 温度（T）——热力学温度（K）
0.320 pNH3 = p= ×133.0kPa = 35.5kPa n 1.200 nO2 0.180 p= ×133.0kPa = 20.0kPa pO2 = n 1.200 nNH3
pN2 = p − pNH3 − pO2 = (133.0 − 35.5 − 20.0)kPa = 77.5kPa
物质B的质量除以混合物的质量， 表示。 物质B的质量除以混合物的质量，用符号 ωB表示。
mB ωB = m
对于溶液而言，溶质B 对于溶液而言，溶质B的质量分数为溶质的质量除以溶液的质量 * 质量分数没有单位，但溶质B的质量和溶液的质量单位必须相同 质量分数没有单位，但溶质B * 质量分数也可以用百分数表示。 质量分数也可以用百分数表示。
2.1.1.4 混合气体分体积定律 分体积： 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压力时所占有 的体积。
nBR T V = B p
分体积定律（阿麦加分容积定律）：混合气体的总 分体积定律（阿麦加分容积定律）： ）： 体积等于混合气体中各组分气体分体积之和。