第五章 物质的聚集状态-溶液

图示
蒸发初始
蒸发进行中
V蒸发= V冷凝
液体的蒸汽压与温度的关系
蒸气压的计算
1 蒸气压的对数与 T 的直线关系: 的直线关系
2.00
lg p = A/T + B A = - (ΔHvap)/2.303R ΔHvap 为气体的摩尔
1.00
蒸发热
0.00 2.6 3.0 3.4 3.8
1 × 103/K-1 T
蒸气压的计算 • Clapeyron-Clausius 方程: 方程
lg p = - (ΔHvap)/2.303RT + B 温度 T1 时，lg p1 = - (ΔHvap)/2.303RT1 + B 温度 T2 时, lg p2 = - (ΔHvap)/2.303RT2 + B 两式相减，得 lg p2 – lg p1 = - (ΔHvap)/2.303R（1/T2 – 1/T1） 或 lg (p2 / p1 )= ΔHvap/2.303R [(T2 – T1)/T2•T1]
3). 减压蒸馏(vacuum distillation)
当物质常压蒸馏易于分解或氧化，或分离提纯沸点较高的物 质，可在减压的情况下蒸馏以降低沸点
四. 液体的表面张力( Surface tension of liquid) 四. 液体的表面张力( Surface tension of liquid)
二、液体的蒸气压 是液体的重要性质，与液体自身的本质和所 处的温度有关。源于液体中极少数能量较大的分 子(分子运动碰撞所致)有脱离母体进入空间的倾 向，即逃逸倾向(escaping tendency)。
• 蒸发: 液体表面的气化现象叫蒸发（evaporation)。
敞口容器
b
分子的 动能： 红色：大 黑色：中 蓝色：低
• (界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为 气体，这种界面通常称为表面)
• 液体及其蒸气组成的表面 液体内部分子所受的力 可以彼此抵销，但表面 分子受到体相分子的拉 力大，受到气相分子的 拉力小（因为气相密度 低），所以表面分子受 到被拉入体相的作用力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势， 并使表面层显示出一些独特性质，如表面张力、表 面吸附、毛细现象、过饱和状态等。
5.2-2 溶液浓度的表示方法
表示溶质和溶剂的相对含量 物质的量浓度(mol•L-1) 质量摩尔浓度(mol•kg-1) 表示方法 摩尔分数 质量分数
复习
1. 物质的量(n)：
物质的量 微观粒子 宏观物质
物理量的整体名词(“长度”、“质量”、“时间”) ，是国际单位 制中7个基本物理量之一 含义：物质所含粒子数目的多少，包括分子、原子、离子、 质子、电子等 Note: 1). 计量对象是微观基本单元，如分子、离子等，不能用于 计量宏观物质 2). 计量单位是阿伏加德罗常数，是批量 3). 可表示为物质所含微粒数(N)与阿伏加德罗常数(NA)之 比，即n=N/NA
Clausuis- Clapeyron Equation Clausuis- Clapeyron Equation
Δ vap H m 1 ln( p / Pa ) = − ⋅ +C R T Δ vap H m 1 1 p2 ln( ) = ( − ) p1 R T1 T2
ΔvapHm: 液体的摩尔蒸发热（焓）
界面现象的本质
1)表面层分子与内部分子相比，它们所处的环境不同 2)体相内部分子所受四周邻近相同分子的作用力是对称 的，各个方向的力彼此抵销； 但是处在界面层的分子，一方面受到体相内相同物质 分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相中物质 分子的作用，其作用力未必能相互抵销，因此，界面 层会显示出一些独特的性质。 对于单组分体系，这种特性主要来自于同一物质在不 同相中的密度不同；对于多组分体系，则特性来自于 界面层的组成与任一相的组成均不相同。
三、液体的沸点
• 沸腾: 沸腾
当温度升 高到蒸气 压与外界 气压相等 时，液体 就沸腾， 这个温度 就是沸 点。
带活塞容器， 活塞压力为 P
沸点与外界压 力有关。外界 压力等于101 kPa (1 atm)时 的沸点为正常 沸点，简称沸 点。 沸腾是在液体的表面 和内部同时气化。
b a
热源
沸点： 液体的蒸汽压等于外界压力时的温度称为 液体的沸点。 外界压力等于101.325kPa时液体的沸点称 为液体的正常沸点
沸腾与蒸发的区别：蒸发是低于沸点温度下的气化，仅限于 在液体表面上进行，所以在沸点以下的液体气化和达到沸点 时液体气化是不同的
Note： 1). 沸点随外压而变，压力越大，沸点 越高
正常沸点：外压等于标准压力(101.325kPa)时液体的沸点
2). 在高山地区用高压锅煮饭
在高山上，由于大气压降低，沸点较低，饭就难于煮熟。而 高压锅内气压可达到常压的一倍，水的沸点约在120ºC左 右，饭就很容易煮烂
3. 摩尔质量(M)：
一摩尔分子、原子或离子的质量为摩尔质量，数值上等于 分子、原子、离子的式量，以g/mol为单位 例：一摩尔NaCl的摩尔质量 23＋35.5 = 58.5 g/mol 例：计算1 ㎏ S原子、0.25 ㎏Zn原子的物质的量为多少？ S的物质的量 = 1000/32 = 31.25 mol 0.25 ㎏Zn原子物质的量 = 250/65.4 = 3.82 mol
1. 物质的量浓度( CB )
(amount-of-substance concentration of B)
溶质B的物质的量(mol)除以混合物的总体积(L)
nB CB = V
(mol•m-3或 mol•L-1)
nB：B的物质的量；V：溶液的体积
C ( NaOH ) = 1 mol•L-1
每升含NaOH 40 g，基本单元(NaOH)
xB：量纲为1
4. 质量分数( wB ) 溶质B的质量(g)除以混合物的总质量(g)
mB wB = ∑i mi
wB：B的质量
∑i mi ：溶液中所有物质的总质量
xB rB = (1 − x B )
mB ρB = V
摩尔比rB (molar ratio of solute B) 溶质的物质的量与溶剂的物质的量之比 质量浓度ρB (mass concentration of B) 溶质的质量除以溶液的体积 溶解度 100 g溶剂中所能溶解溶质的最大质量(g)
实验现象？？？ 白色无水CuSO4溶于水 NaOH溶于水 NH4NO3溶于水 50升的水与 50升的纯乙醇混合 50升苯与 50升醋酸混合 蓝色 放热 吸热 体积<100升 体积>100升
溶解(dissolve)进行示意图 NaCl溶解
4. 影响溶解度(S，solubility)的因素： 内因：结构和性质(分子极性)——相似相溶 苯和甲苯、烃类互溶；苯和水、烃类和水不互溶 苯和甲醇互溶 盐类离子晶体，易溶于强极性溶剂(水) 外因：温度(temperature)和压强(pressure) 固体和液体随温度升高，S增加；气体S减小 气体随压强P增加，S增加；固体、液体S几乎不变
5.2-3. 液体的沸点与蒸气压
一、液体(fluid)的基本性质
物理性质：各项同性，介于固体和气体之间 像固体，有一定的体积，不易压缩； 像气体，无一定的形状，有流动性 液体中分子的状态： 类似于固体，密集在一起，分子间作用力和固体的 分子有同样数量级，远大于气体分子 沸腾时，液体体积改变在千倍以上； 凝固时，体积改变只在10％作用，平衡距离只改变3％ 液体的微观结构：近程有序而远程无序 液体由许多彼此之间完全无序的微小区域构成，区域内部， 分子排列有序。分子在无固定平衡位置的平衡位置做微小震动
Note: 溶液既不是溶质和溶剂的机械混合，也不是 两者的化合பைடு நூலகம்。溶质和溶剂的相对含量可以在一 定范围内变动。 (electrolyte) 2. 组成 溶液 电解质 溶质(solute)：被溶解的物质 非电解质
(nonelectrolyte)
溶剂(solvent)：溶解其他物质的化合物 3. 溶解过程 一个特殊的物理-化学过程，常有吸热 (endothermic)和放热(exothermic)现象，并伴随 着能量、体积、颜色等变化。
2. 摩尔
物质的量的单位，是国际单位制7个基本单位之一： 米(m)，千克(kg)、秒(s)、安培(A)、开尔文(K)、 摩尔(mol)、坎德拉(cd)
Note:
1). 一摩尔的物质含有阿佛加德罗常数个微粒，在数值上 等于6.02×1023 2). 使用摩尔时应予以指明基本单元，它可以是原子、 分子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定 组合。
溶质B的物质的量(mol)除以溶剂的质量(kg)
nB mB = mA
3. 摩尔分数( xB )
(mol•kg-1)
nB：B的物质的量；mA：溶剂的质量
(mole fraction of B)
溶质B的物质的量(mol)除以混合物的总物质的量(mol)
nB xB = ∑i ni
nB：B的物质的量
∑i ni ：溶液中所有物质的物质的量总和
1 C ( H 2 SO4 )= 3 mol•L-1 每升含H2SO4 3×49 g，基本单元(1/2H2SO4) 2 1 C ( Ca 2 + )= 1 mol•L-1 每升含Ca2+ 20.04 g，基本单元(1/2Ca2+ ) 2
2. 质量摩尔浓度( mB )
(molality of solute B)
5.2 溶液 (Solutions)
5.2-1. 溶液的形成和分类 5.2-2. 溶液浓度的表示 5.2-3. 液体的沸点与蒸气压 5.2-4. 难挥发非电解质稀溶液的依数性
5.2-1. 溶液的形成和分类 一种或几种物质分散在另一种物质之中 所组成的系统称为分散系统(Dispersed system) 分 散 系 统 均相分散系统 (homogeneous ) – 溶液 多相分散系统 (heterogeneous system) 胶体 粗分散系统
一、溶液的形成 1. 定义：两种或两种以上的物质所形成的混合物， 这些物质在分子层次上是均匀的，分散程度达到分 子水平。形成溶液后各部分的化学组成和物理性质 相同。 三层含义：①混合物(mixture) ②分散程度：分子水平 ③均相系统，各部分物、化性质相同
例如：白糖→水，糖水溶液； 食盐→水，盐水溶液； 有机物→酒精、汽油(非水溶液)
干 涸
a
吸热过程
• 蒸发: 分子的 动能：
密闭容器
恒温 蒸发 ⇔ 冷凝 “动态平衡”
b
红色：大 黑色：中 蓝色：低
a
饱和蒸气压：与液相处于动态平衡 的这种气体叫饱和蒸气，它的压力 叫饱和蒸气压，简称蒸气压。
饱和蒸气压的特 点：1. 温度恒定 时，为定值； 2. 气液共存时，不 受量的变化； 3. 不同的物质有不 同的数值。
二、溶液的分类 液态溶液 气态溶液 固态溶液 1. 液态溶液 i. 气态→液态：HCl溶于水 ii. 固态→液态：NaCl溶于水 iii.液态→液态：乙醇溶于水 含量较多为溶剂 液态物质为溶剂
聚集状态
2. 气态溶液：气态混合物 如：空气；CO2，NO，H2的混合物 3. 固态溶液：各种金属合金 如：少量碳溶液溶于铁→钢； 锌溶于铜→黄铜
应用：1）计算液体的蒸发热；2) 求蒸气压 要注意R 的单位与ΔHvap的单位一致。
Note:
1). 蒸气压是液体自身的性质，它由平衡时的饱和 蒸气压来衡量 2). 特点: 温度恒定时，为定值； 气液共存时，不受量的变化； 不同的物质有不同的数值 3). 随温度升高而增加
思考： 1. 密闭容器里装满液体，是否有蒸气压？ 有，仍然存在少数能量较大的分子离开母体 而进入空气的倾向 2. 固体是否有蒸气压？ 有，只不过很小，通常不予考虑
蒸发(evaporation)和冷凝(condensation)
蒸发：液面上能量较大的分子克服分子间的引力 进入液面上的空间变成气体，气化仅发生在表面 定温下，单位时间内单位表面上所溢出的分子数有定值 冷凝：形成蒸气的分子在液面上不断运动，部分 被撞击到液面上，被液面分子拉回，凝结为液体 液体蒸发后，刚开始空间内的分子数不多，凝结量 也不多 而蒸发等速进行，蒸气中的分子随时间推移不断增 多，凝结量也不断增加， 最终蒸发量与凝结量相等，即蒸发出的分子数与冷 凝下的分子数相等，V蒸发= V冷凝