第一章 物质及其变化.
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第一章 物质及其变化
§1.1 物质的聚集状态
教学要求：
熟悉物质的聚集状态，掌握理想气态状态方程 式、气体分压定律及其运用；理解液体的蒸气压、 沸点、拉乌耳定律和空气的湿度，了解晶体的概 念和特征。
本节重点：
气体的性质；理想气体状态方程；分压定律。
本节难点：
分压定律及其运用。
物质总是以一定的聚集状态存在。常温、常压下， 通常物质有气态、液态和固态三种存在形式，在一定 条件下这三种状态可以相互转变。现已发现物质还有 第四种存在形式—等离子体状态。
Leabharlann Baidu
解：n= n(NH3) + n(O2) + n(N2) =0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol
pNH3
nNH3
n
p
0.320 133.0kPa 35.5kPa 1.200
pO2
nO2
n
p
0.180 133.0kPa 20.0kPa 1.200
p(N2)= p - p(NH3) - p(O2) = (133.0 - 35.5 - 20.0) kPa
凝聚： 气态分子撞击液体表面重新返回液体的过程。
在一定温度下的密闭容器中，当纯液体的 Ｖ蒸发=Ｖ凝聚时，液体上部的蒸气量不再改变， 此时蒸气具有恒定的压力。
饱和蒸气：在恒定温度下，与液体平衡的蒸气。
饱和蒸气压：恒温时，饱和蒸气在密闭容器中所 产生的压力（简称蒸气压）。
与气体体积无关， 饱和蒸气压 与液相的量无关；
2. 气体分压定律
在实际生活和生产中的气体大多为混合气体。
根据气体的扩散性，混合气体中的每一种组分 气体而言，总是均匀地充满整个容器，对容器内壁 产生压力，并且不受其他组分气体的影响。
分压: 各组分气体占有与混合气体相同体积时所 产生的压力 (Pi )。
道耳顿分压定律： 混合气体总压等于各组分气体的分压之和。
0.03dm3N2 , 0.02dm3O2
0.03dm3N2与0.02dm3O2混合
混合气体的体积: V总 Vi1 Vi2 Vi3 ...
根据理想气体方程式得:
PiV总 ni RT
P总V总 n总RT P总Vi ni RT
则体积分数: Vi V总 = ni n总
混合气体中某组分气体的分压: Pi (Vi V总 )P总
物质状态
气体 液体 固体
大量分子
分子不停的运动
固体和液体的分子不散，固体保持一定形状。
可压缩性很小
温度升高：分子热运动加剧 破坏有序排列
固态 液态 气态
一、气体
气体具有扩散性和压缩性。
气体的存在状态与体积、压力、温度和物质的 量有关，能反映这四个物理量之间关系的是 —— 气 体状态方程式。
1. 理想气体状态方程式
理想气体: 分子间无作用力，分子本身不占体积。
是一假想的气体，实际上是不存在的。
两个忽略：
分子间的作用力 分子本身的体积
Ｐ不很高（与大气压相比） 两个条件：
Ｔ不很低（与273.15K相比）
理想气体方程式: PV = n RT
P:压力，SI单位为Pa ； V:体积，SI单位为m3 ； n:物质的量，SI单位mol ； T:热力学温度，SI单位K； R:摩尔气体常数，R = 8.314 J·mol-1·K-1，与种类无关。
正常沸点：外界压力为101.325 kPa时，液体的沸点。 沸点与压力的关系： 液体的沸点(Tb)随液面上压力(P)增大而升高。
【例】 在高山上压力小，水在很低的压力下沸 腾，而在高压锅内水的沸点可达到120度左右。
查： 298K时，饱和水蒸气压力为3.17kPa 则 Po2=P总 - P水=101.3-3.17=98.1KPa
标准状况下： VO2= 0.00970×22.4 ×103 = 217cm3
3.大气的湿度
水蒸气在大气中的含量多少，表达了 大气的干湿程度，简称湿度。
绝对湿度：单位体积空气中所含水蒸气的质量。
= 77.5 kPa
【例2】 将氯酸钾加热分解以制取氧气，生成的氧气在 水面上用排水集气法收集起来。在298K，压力为101.3 KPa 时，测得其体积为245cm3。
计算：1）氧的物质的量。 2）在标准状况下，干燥氧气的体积。
解：集气瓶中收集的氧气是该温度下饱 和水蒸气与氧的气体，它们的总压力等于大 气101.3KPa。
恒温下: PV = Pi V总 即：PN2 = (V1/ V总) × P = 3 ×104 同理：PO2 = 2 ×104
【例1】某容器中有NH3、O2、N2等气体混合物。取样分析 后，其中nNH3= 0.320mol，nO2 = 0.180mol，nN2= 0.700mol。混合 气体的总压 p= 133.0kPa。试计算各组分气体的分压。
相对湿度 pH2O 100% p*
H2O
【例如】已知25℃时，某地实际水蒸气压力 为 2. 154 kPa，此时相对湿度是多少? （68％）
二、液体
液体内部分子间的距离小，作用力大。
具有流动性，有一定的体积而无一定的形状。
1. 液体的蒸气压
蒸发： 液体表面某些运动速度较大的分子所具有的能 量足以克服分子间的吸引力而逸出液面成为气态分 子的过程。其特点：在一定温度下，恒速进行。
【例如】20℃空气中的水蒸气达到饱和时，每立方米空气 中含有的水蒸气质量:
m(H2O)
pVM RT
2 339 Pa 1 m3 18. 01 g mol 1 8. 314 J mol 1 K1 298. 15 K
17. 28 g
相对湿度:大气中水蒸气的分压力和同温度下 水的饱和蒸气压的百分比值称。
P总 Pi1 Pi2 Pi3 ...
混合气体: PiV ni RT
P总V n总RT
Pi P总 ni n总
压力分数：
混合气体中组分气体的分压与混合气体 总压之比。
分体积: 当组分气体的温度和压力与混合气体相同时，组 分气体单独存在时所占有的体积。
5×104Pa 5×104Pa
5×104Pa
与气体的种类有关(同温P大，易挥发)， 与温度有关(T升高，P增大)。
2. 液体的沸点
沸腾：给敞口容器内的液体加热，在 一定温度时，整个液体内部都冒出大量气 泡并上升至表面，随即破裂而逸出的现象。
此过程中液体内部产生的蒸气压力： P蒸气 P大气
故液体沸腾的条件是： P蒸气 P外界
沸点：液体的蒸气压等于外界压力时的温度。
§1.1 物质的聚集状态
教学要求：
熟悉物质的聚集状态，掌握理想气态状态方程 式、气体分压定律及其运用；理解液体的蒸气压、 沸点、拉乌耳定律和空气的湿度，了解晶体的概 念和特征。
本节重点：
气体的性质；理想气体状态方程；分压定律。
本节难点：
分压定律及其运用。
物质总是以一定的聚集状态存在。常温、常压下， 通常物质有气态、液态和固态三种存在形式，在一定 条件下这三种状态可以相互转变。现已发现物质还有 第四种存在形式—等离子体状态。
Leabharlann Baidu
解：n= n(NH3) + n(O2) + n(N2) =0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol
pNH3
nNH3
n
p
0.320 133.0kPa 35.5kPa 1.200
pO2
nO2
n
p
0.180 133.0kPa 20.0kPa 1.200
p(N2)= p - p(NH3) - p(O2) = (133.0 - 35.5 - 20.0) kPa
凝聚： 气态分子撞击液体表面重新返回液体的过程。
在一定温度下的密闭容器中，当纯液体的 Ｖ蒸发=Ｖ凝聚时，液体上部的蒸气量不再改变， 此时蒸气具有恒定的压力。
饱和蒸气：在恒定温度下，与液体平衡的蒸气。
饱和蒸气压：恒温时，饱和蒸气在密闭容器中所 产生的压力（简称蒸气压）。
与气体体积无关， 饱和蒸气压 与液相的量无关；
2. 气体分压定律
在实际生活和生产中的气体大多为混合气体。
根据气体的扩散性，混合气体中的每一种组分 气体而言，总是均匀地充满整个容器，对容器内壁 产生压力，并且不受其他组分气体的影响。
分压: 各组分气体占有与混合气体相同体积时所 产生的压力 (Pi )。
道耳顿分压定律： 混合气体总压等于各组分气体的分压之和。
0.03dm3N2 , 0.02dm3O2
0.03dm3N2与0.02dm3O2混合
混合气体的体积: V总 Vi1 Vi2 Vi3 ...
根据理想气体方程式得:
PiV总 ni RT
P总V总 n总RT P总Vi ni RT
则体积分数: Vi V总 = ni n总
混合气体中某组分气体的分压: Pi (Vi V总 )P总
物质状态
气体 液体 固体
大量分子
分子不停的运动
固体和液体的分子不散，固体保持一定形状。
可压缩性很小
温度升高：分子热运动加剧 破坏有序排列
固态 液态 气态
一、气体
气体具有扩散性和压缩性。
气体的存在状态与体积、压力、温度和物质的 量有关，能反映这四个物理量之间关系的是 —— 气 体状态方程式。
1. 理想气体状态方程式
理想气体: 分子间无作用力，分子本身不占体积。
是一假想的气体，实际上是不存在的。
两个忽略：
分子间的作用力 分子本身的体积
Ｐ不很高（与大气压相比） 两个条件：
Ｔ不很低（与273.15K相比）
理想气体方程式: PV = n RT
P:压力，SI单位为Pa ； V:体积，SI单位为m3 ； n:物质的量，SI单位mol ； T:热力学温度，SI单位K； R:摩尔气体常数，R = 8.314 J·mol-1·K-1，与种类无关。
正常沸点：外界压力为101.325 kPa时，液体的沸点。 沸点与压力的关系： 液体的沸点(Tb)随液面上压力(P)增大而升高。
【例】 在高山上压力小，水在很低的压力下沸 腾，而在高压锅内水的沸点可达到120度左右。
查： 298K时，饱和水蒸气压力为3.17kPa 则 Po2=P总 - P水=101.3-3.17=98.1KPa
标准状况下： VO2= 0.00970×22.4 ×103 = 217cm3
3.大气的湿度
水蒸气在大气中的含量多少，表达了 大气的干湿程度，简称湿度。
绝对湿度：单位体积空气中所含水蒸气的质量。
= 77.5 kPa
【例2】 将氯酸钾加热分解以制取氧气，生成的氧气在 水面上用排水集气法收集起来。在298K，压力为101.3 KPa 时，测得其体积为245cm3。
计算：1）氧的物质的量。 2）在标准状况下，干燥氧气的体积。
解：集气瓶中收集的氧气是该温度下饱 和水蒸气与氧的气体，它们的总压力等于大 气101.3KPa。
恒温下: PV = Pi V总 即：PN2 = (V1/ V总) × P = 3 ×104 同理：PO2 = 2 ×104
【例1】某容器中有NH3、O2、N2等气体混合物。取样分析 后，其中nNH3= 0.320mol，nO2 = 0.180mol，nN2= 0.700mol。混合 气体的总压 p= 133.0kPa。试计算各组分气体的分压。
相对湿度 pH2O 100% p*
H2O
【例如】已知25℃时，某地实际水蒸气压力 为 2. 154 kPa，此时相对湿度是多少? （68％）
二、液体
液体内部分子间的距离小，作用力大。
具有流动性，有一定的体积而无一定的形状。
1. 液体的蒸气压
蒸发： 液体表面某些运动速度较大的分子所具有的能 量足以克服分子间的吸引力而逸出液面成为气态分 子的过程。其特点：在一定温度下，恒速进行。
【例如】20℃空气中的水蒸气达到饱和时，每立方米空气 中含有的水蒸气质量:
m(H2O)
pVM RT
2 339 Pa 1 m3 18. 01 g mol 1 8. 314 J mol 1 K1 298. 15 K
17. 28 g
相对湿度:大气中水蒸气的分压力和同温度下 水的饱和蒸气压的百分比值称。
P总 Pi1 Pi2 Pi3 ...
混合气体: PiV ni RT
P总V n总RT
Pi P总 ni n总
压力分数：
混合气体中组分气体的分压与混合气体 总压之比。
分体积: 当组分气体的温度和压力与混合气体相同时，组 分气体单独存在时所占有的体积。
5×104Pa 5×104Pa
5×104Pa
与气体的种类有关(同温P大，易挥发)， 与温度有关(T升高，P增大)。
2. 液体的沸点
沸腾：给敞口容器内的液体加热，在 一定温度时，整个液体内部都冒出大量气 泡并上升至表面，随即破裂而逸出的现象。
此过程中液体内部产生的蒸气压力： P蒸气 P大气
故液体沸腾的条件是： P蒸气 P外界
沸点：液体的蒸气压等于外界压力时的温度。