普通化学——物质的聚集态
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n2a ( P 2 )(V nb) nRT V a ( P 2 )(V b) RT (n = 1 mol时) V
a, b 为 van der Waals 常数，分别用于校正压力和体积，
与气体自身的性质以及T、P有关。
16
§2. 液体 (Liquids)
相 (Phase)：体系内宏观性质（包括物理性质和化学 性质）保持均匀的部分称为相。
问: 压缩过程中有多少克苯蒸气发生凝聚。
注意：单位保持一致。
30
§2.3熔化和凝固(Melting and Freezing of Liquids)
， Gay-lussac’s Laws ；
d）P、T
n 1 V1 一定时，n 2 V2
， Avogadro’s Laws
7
单位换算 (Conversion of Units)
P: SI 制： Pa, kPa；非SI制：atm, mmHg, torr 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 101.3 kPa = 1.01105 Pa
21
临界现象
?
Tb （沸点） < 室温 Tc < 室温， 室温下加压不能 液化
Tb < 室温， Tc > 室温， 室温下加压可液 化
Tb > 室温 Tc > 室温， 在常温常压下为 液体
§2.2 液体的蒸发 (Evaporation of Liquids)ห้องสมุดไป่ตู้
敞口容器
蒸气：液体分子离 开液相进入气相的 那一部分分子
19
临界压力Pc：在临界温度时气体液化所需的最低压力。
注意： Tc以下的每一个可液化的T都对应一个P，T不同则P也随 之变化。
几个概念
永久气体 (Permanent Gases)
凡沸点和临界温度低于室温的气体，如CH4、O2、N2 等，就不能在室温加压液化，这种气体叫做“永久气 体”。
20
可压缩气体 (Nonpermanent Gases)
1 1 0.2atm 混合后：PO2 1 4 2 4 1.6atm 1 4
2 atm N2 混合后：PN
2
3) 1 atm O2
2 atm N2 混合后: P = ?
11
前提：可以以任何比例混合，无化学反应发生。
Dolton分压定律：在恒定温度恒定体积的条件， 混合气体的总压等于各组分气体的分压强之和。 分压 —— 恒定温度、体积条件下，混合气体中 每种组分气体单独占有总体积时所表现的压强。
理想气体定律是阿佛伽德罗定律、波义尔定律、查理－ 盖· 吕萨克定律三条定律的综合，它同时包括了这三条定 律 。 a）n一定时， P、V、T改变，
P1 V1 P2 V2 T1 T2
;
b）n、T 一定时， P1V1 = P2V2，Boyle’s Laws；
V1 V2 c）n、P 一定时， T1 T2
饱和蒸气压 ——一定温度下，气-液相达平衡时蒸 气相的压强称为液体在该温度下的饱和蒸气压。
特点：只与温度有关，而与容器的体积以及液体的多少 无关,但一定要有液体。
接真空泵
温度上升，液体的平衡蒸气压增大
25
特点：
温度一定时，饱和蒸气压 是定值
P/atm
T升，P升，但不会无限制
上升（到临界温度）；
液面
在蒸发过程中，较高动能的粒子从表面 逃逸。（分子动能与势能之间的竞争）
23
v 密闭容器
蒸发 冷凝
t
Vaporization
Vaporization rate > Condensation rate
Vaporization rate = Condensation rate 24
饱和蒸气 —— 与液相处于相平衡的气体
P
RT (1 B' P) M
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 。
例：
M
RT ( P / )0
62.366 L mmHg mol 1 K 1 (273.15 25.00)K 403.60 mmHg 1 L
Clapeyron-Clausius 方程
H vap
H vap 1 1 H vap T1 T2 P 1 lg ( ) ( ) P2 2.303 R T2 T1 2.303 R T1T2
注意：
Hvap (液体的摩尔蒸发焓)：在恒T、P下，1mol液体变成1mol气体吸收的热量， 是温度的函数，在T变化不大时可作为常数使用。
蒸气压和温度的定量关系
lgp
A lg P B T
A H vap 2.303R
可以通过实验获得也可通 过理论计算得到
1/T
B可以通过理论 计算获得.
水的蒸气压的对数对温度的倒数作图
28
1 lg P B 1 2.303 R T1
H vap
1 lg P2 B 2.303 R T2
又因为：
V总 Pi ni Xi P总 n总 RT n总 V总
n i RT
摩尔分数，Mole Fraction
Pi P总Xi （Dolton分压定律的另一种表达方式）
注意： Dolton分压定律只适应于理想气体
13
另外：
在恒定T、P的条件下，混合气体 的总体积等于各组分气体的分体 积之和。 分体积 —— 恒定T、P条件下， 混合气体中每种组分气体在压强 为P总时所占有的体积 V总 = VA + VB + VC + …… + Vi + …… 混合气体： P总V总＝n总RT
V: m3, dm3 (L), cm3 (mL)
1m3 = 103 dm3 = 106 cm3
T: K， 绝对温度 T = t + 273.15, t: C.
n: mol， 物质的量 R的取值: 0.082061 atmdm3mol-1K-1 62.366 torr(mmHg) dm3mol-1K-1 8.3148 kPa dm3mol-1K-1＝ Pa m3mol-1K-1 ＝J mol-1K-1 Pa = N/m2 N = kg•m/s2 J = kg•m2/s2
= 126.4 g/mol X = 126.4 /30.96 = 4.08 4 因此磷的分子式为 P4 有误差，因为PV＝nRT源于理想气体
9
外延法测定气态物质的精确分子量
实际气体：在一定温度，压强为0-1atm时，PVm = RT + P。 用此关系式修正理想气体定律：
V P RT (1 B' P) n
5
§1.1 理想气体状态方程 (The Ideal Gas Equation)
理想气体 ——无分子间作用力，无体积的抽象气体（在温 度不太低、压力不太高时，可认为一般气体为理想气体）。
PV = nRT
P1 V1 T1 P2 V2 T2
等温
波义尔定律
等压 P2 V’ T1
查理－盖· 吕萨克定律
6
注意细节 (Attentions)：
具有势能相互 吸引，凝聚， 与P有关
气体要液化，就需要动能降、势能升，即T降P升。 临界点 (The critical Point)：气体开始液化的点（Pc、Tc、Vc） 临界温度Tc：每种气体各有一个临界温度，在临界温度 以上，不论怎样加大压力都不能使气体液化，气体的液 化必须在临界温度之下才能发生。Why？
重要含义：
沸点时的摩尔蒸发焓； 298K时标准蒸发焓（热力学上参数）；
一定范围内的平均值（若通过T2、T1根据上式求出。则为此温度范围内的平均 29 值）。
例题： 1. 在青藏高原某山地，测得水的沸点为93 oC，估算该地 大气压是多少？已知水的 Hvap = 43。
2. 在40oC时将1L饱和有苯蒸气的空气从750mmHg压缩至 5atm，若40oC时苯的P饱＝181.7mmHg。
§1.3 实际气体方程
实际上：气体分子本身是有体积的，它们占有容器的一部分空间。而 且分子间确实存在着某种吸引力（气体能液化的事实可说明）。
用压缩系数 Z 来表示实际气体的实验值和理想值的偏差： PV Z > 1或者< 1，why？分子体积 Z nRT 和相互作用之间的抗衡 1881年van der Waals 提出的修正的气态方程：
第一章
物质的聚集态 States of Matter
参阅教材：第 2，4，8，9，10，21章内容
1
化学的研究对象——物质 化学的研究内容——物质的组成、结构、 性质、变化规律
物质的基础——化学元素
2
物质的分类 (Classification of Matter)
物质根据组成不同 固定的组成 混合物 均一的性质 纯物质
P与T呈指数关系；
沸点 (Boiling Point) 液体的沸点是液体的蒸气 压与外压相等时的温度 正常沸点 (Normal Boiling Point) T/℃ 外界压力等于1 atm 时的 沸点
26
液体的蒸气压曲线
• 温度一定时，水的饱和蒸气压是常数 •水的临界温度高，增加压强或者降低温度可能会有液态水生成 • 空气的临界温度低，在室温下不会液化
= 46.071 (g mol-1 )
(mmHg)
10
25.00oC时，(CH3)2O的P/ P图
§1.2 混合气体(Mixture of gases)
－ Dolton分压定律 (Dolton’s Law of Partial Pressures)
1L 1) 1 atm O2 2) 真空
4L 真空
相变 (Phase change)：外界条件改变时，物质由一个 相向另一个相转变的过程称为相变。 相平衡 (Phase equilibrium)：相变过程中，当体系的 相数不再改变、构成各相的物质的相对含量在宏观上 不再随时间而改变，体系就达到了平衡状态，这种平 衡称为相平衡。
17
单组分体系中，纯物质的气态、液态 和固态之间存在着如下转化：
ni RT Vi P n i RT Vi n P i Xi V总 n总 RT n总 P Pi Vi ni Xi P总 V总 n总 Vi P总 PiV总
PiV总＝P总Vi=niRT （每一种气体都符合理想气体状态方程）
注意：PiVi niRT, 没有物理意义
14
15
上面的例子中：P总 = pO2 + pN2 = 0.2 + 1.6 = 1.8 atm
Dolton分压定律的数学表达式:
P总 = PA + PB + PC + …… + Pi + ……
12
组分气体都是理想气体，则有： PA = nART/V总, PB = nBRT/V总 P总 = nART/V总+ nBRT/V总+ …… + niRT/V总+ …… = (nA + nB + …… + ni + ……)RT/V总 =n总RT/V总
• 分子间作用力小的气态物质，临界温度低，不易液化； 分子间作用力大的气态物质，临界温度高，容易液化 • 许多物质的临界温度很高，在常温常压下都会凝聚而以 液体或固体的形式存在
18
§2.1 气体的液化 (Liquefaction of Gases)
气体分子 中的两种 倾向
具有动能 (EK=3/2RT) 扩散、膨胀， 与T有关
凡沸点低于室温而临界温度高于室温的气体，如 CO2、C3H8、Cl2等在室温加压可以液化，减压即可 气化，这种气体叫做“可压缩气体”。
例： 下列哪种气体不被称为“永久气体”？
A. CH4 ( Tc = -82.1C) C. C2H4 ( Tc = 9.9C) B. SiF4 ( Tc = -14.06C) D. C2H2 ( Tc = 35.5C)
8
例题 (Example)：
实验测定310℃，101.3 kPa 时单质气态磷的密度是 2.64 gdm-3，求磷的分子式Px。P的原子序数为30.96
解： = m/V,
PM = RT M = RT/P
n = m/M
PV = nRT = mRT/M, P m/ = mRT/M
= 2.64 8.314 (310+273.15)/101.3
溶液 金属
单质 非金属
化合物 有机 无机
3
根 据 物 态 分 类
气体
（单一、混合气体）
液体
（纯液体、溶液）
固体
（晶体、非晶）
三种物态之间可随温度或压强变化而互相转化
4
§1. 气体 (Gases)
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 可以任何比例混合
不同气体化学性质不同，但它们表现出来的宏观 性质（P、T、n、V）相似.
a, b 为 van der Waals 常数，分别用于校正压力和体积，
与气体自身的性质以及T、P有关。
16
§2. 液体 (Liquids)
相 (Phase)：体系内宏观性质（包括物理性质和化学 性质）保持均匀的部分称为相。
问: 压缩过程中有多少克苯蒸气发生凝聚。
注意：单位保持一致。
30
§2.3熔化和凝固(Melting and Freezing of Liquids)
， Gay-lussac’s Laws ；
d）P、T
n 1 V1 一定时，n 2 V2
， Avogadro’s Laws
7
单位换算 (Conversion of Units)
P: SI 制： Pa, kPa；非SI制：atm, mmHg, torr 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 101.3 kPa = 1.01105 Pa
21
临界现象
?
Tb （沸点） < 室温 Tc < 室温， 室温下加压不能 液化
Tb < 室温， Tc > 室温， 室温下加压可液 化
Tb > 室温 Tc > 室温， 在常温常压下为 液体
§2.2 液体的蒸发 (Evaporation of Liquids)ห้องสมุดไป่ตู้
敞口容器
蒸气：液体分子离 开液相进入气相的 那一部分分子
19
临界压力Pc：在临界温度时气体液化所需的最低压力。
注意： Tc以下的每一个可液化的T都对应一个P，T不同则P也随 之变化。
几个概念
永久气体 (Permanent Gases)
凡沸点和临界温度低于室温的气体，如CH4、O2、N2 等，就不能在室温加压液化，这种气体叫做“永久气 体”。
20
可压缩气体 (Nonpermanent Gases)
1 1 0.2atm 混合后：PO2 1 4 2 4 1.6atm 1 4
2 atm N2 混合后：PN
2
3) 1 atm O2
2 atm N2 混合后: P = ?
11
前提：可以以任何比例混合，无化学反应发生。
Dolton分压定律：在恒定温度恒定体积的条件， 混合气体的总压等于各组分气体的分压强之和。 分压 —— 恒定温度、体积条件下，混合气体中 每种组分气体单独占有总体积时所表现的压强。
理想气体定律是阿佛伽德罗定律、波义尔定律、查理－ 盖· 吕萨克定律三条定律的综合，它同时包括了这三条定 律 。 a）n一定时， P、V、T改变，
P1 V1 P2 V2 T1 T2
;
b）n、T 一定时， P1V1 = P2V2，Boyle’s Laws；
V1 V2 c）n、P 一定时， T1 T2
饱和蒸气压 ——一定温度下，气-液相达平衡时蒸 气相的压强称为液体在该温度下的饱和蒸气压。
特点：只与温度有关，而与容器的体积以及液体的多少 无关,但一定要有液体。
接真空泵
温度上升，液体的平衡蒸气压增大
25
特点：
温度一定时，饱和蒸气压 是定值
P/atm
T升，P升，但不会无限制
上升（到临界温度）；
液面
在蒸发过程中，较高动能的粒子从表面 逃逸。（分子动能与势能之间的竞争）
23
v 密闭容器
蒸发 冷凝
t
Vaporization
Vaporization rate > Condensation rate
Vaporization rate = Condensation rate 24
饱和蒸气 —— 与液相处于相平衡的气体
P
RT (1 B' P) M
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 。
例：
M
RT ( P / )0
62.366 L mmHg mol 1 K 1 (273.15 25.00)K 403.60 mmHg 1 L
Clapeyron-Clausius 方程
H vap
H vap 1 1 H vap T1 T2 P 1 lg ( ) ( ) P2 2.303 R T2 T1 2.303 R T1T2
注意：
Hvap (液体的摩尔蒸发焓)：在恒T、P下，1mol液体变成1mol气体吸收的热量， 是温度的函数，在T变化不大时可作为常数使用。
蒸气压和温度的定量关系
lgp
A lg P B T
A H vap 2.303R
可以通过实验获得也可通 过理论计算得到
1/T
B可以通过理论 计算获得.
水的蒸气压的对数对温度的倒数作图
28
1 lg P B 1 2.303 R T1
H vap
1 lg P2 B 2.303 R T2
又因为：
V总 Pi ni Xi P总 n总 RT n总 V总
n i RT
摩尔分数，Mole Fraction
Pi P总Xi （Dolton分压定律的另一种表达方式）
注意： Dolton分压定律只适应于理想气体
13
另外：
在恒定T、P的条件下，混合气体 的总体积等于各组分气体的分体 积之和。 分体积 —— 恒定T、P条件下， 混合气体中每种组分气体在压强 为P总时所占有的体积 V总 = VA + VB + VC + …… + Vi + …… 混合气体： P总V总＝n总RT
V: m3, dm3 (L), cm3 (mL)
1m3 = 103 dm3 = 106 cm3
T: K， 绝对温度 T = t + 273.15, t: C.
n: mol， 物质的量 R的取值: 0.082061 atmdm3mol-1K-1 62.366 torr(mmHg) dm3mol-1K-1 8.3148 kPa dm3mol-1K-1＝ Pa m3mol-1K-1 ＝J mol-1K-1 Pa = N/m2 N = kg•m/s2 J = kg•m2/s2
= 126.4 g/mol X = 126.4 /30.96 = 4.08 4 因此磷的分子式为 P4 有误差，因为PV＝nRT源于理想气体
9
外延法测定气态物质的精确分子量
实际气体：在一定温度，压强为0-1atm时，PVm = RT + P。 用此关系式修正理想气体定律：
V P RT (1 B' P) n
5
§1.1 理想气体状态方程 (The Ideal Gas Equation)
理想气体 ——无分子间作用力，无体积的抽象气体（在温 度不太低、压力不太高时，可认为一般气体为理想气体）。
PV = nRT
P1 V1 T1 P2 V2 T2
等温
波义尔定律
等压 P2 V’ T1
查理－盖· 吕萨克定律
6
注意细节 (Attentions)：
具有势能相互 吸引，凝聚， 与P有关
气体要液化，就需要动能降、势能升，即T降P升。 临界点 (The critical Point)：气体开始液化的点（Pc、Tc、Vc） 临界温度Tc：每种气体各有一个临界温度，在临界温度 以上，不论怎样加大压力都不能使气体液化，气体的液 化必须在临界温度之下才能发生。Why？
重要含义：
沸点时的摩尔蒸发焓； 298K时标准蒸发焓（热力学上参数）；
一定范围内的平均值（若通过T2、T1根据上式求出。则为此温度范围内的平均 29 值）。
例题： 1. 在青藏高原某山地，测得水的沸点为93 oC，估算该地 大气压是多少？已知水的 Hvap = 43。
2. 在40oC时将1L饱和有苯蒸气的空气从750mmHg压缩至 5atm，若40oC时苯的P饱＝181.7mmHg。
§1.3 实际气体方程
实际上：气体分子本身是有体积的，它们占有容器的一部分空间。而 且分子间确实存在着某种吸引力（气体能液化的事实可说明）。
用压缩系数 Z 来表示实际气体的实验值和理想值的偏差： PV Z > 1或者< 1，why？分子体积 Z nRT 和相互作用之间的抗衡 1881年van der Waals 提出的修正的气态方程：
第一章
物质的聚集态 States of Matter
参阅教材：第 2，4，8，9，10，21章内容
1
化学的研究对象——物质 化学的研究内容——物质的组成、结构、 性质、变化规律
物质的基础——化学元素
2
物质的分类 (Classification of Matter)
物质根据组成不同 固定的组成 混合物 均一的性质 纯物质
P与T呈指数关系；
沸点 (Boiling Point) 液体的沸点是液体的蒸气 压与外压相等时的温度 正常沸点 (Normal Boiling Point) T/℃ 外界压力等于1 atm 时的 沸点
26
液体的蒸气压曲线
• 温度一定时，水的饱和蒸气压是常数 •水的临界温度高，增加压强或者降低温度可能会有液态水生成 • 空气的临界温度低，在室温下不会液化
= 46.071 (g mol-1 )
(mmHg)
10
25.00oC时，(CH3)2O的P/ P图
§1.2 混合气体(Mixture of gases)
－ Dolton分压定律 (Dolton’s Law of Partial Pressures)
1L 1) 1 atm O2 2) 真空
4L 真空
相变 (Phase change)：外界条件改变时，物质由一个 相向另一个相转变的过程称为相变。 相平衡 (Phase equilibrium)：相变过程中，当体系的 相数不再改变、构成各相的物质的相对含量在宏观上 不再随时间而改变，体系就达到了平衡状态，这种平 衡称为相平衡。
17
单组分体系中，纯物质的气态、液态 和固态之间存在着如下转化：
ni RT Vi P n i RT Vi n P i Xi V总 n总 RT n总 P Pi Vi ni Xi P总 V总 n总 Vi P总 PiV总
PiV总＝P总Vi=niRT （每一种气体都符合理想气体状态方程）
注意：PiVi niRT, 没有物理意义
14
15
上面的例子中：P总 = pO2 + pN2 = 0.2 + 1.6 = 1.8 atm
Dolton分压定律的数学表达式:
P总 = PA + PB + PC + …… + Pi + ……
12
组分气体都是理想气体，则有： PA = nART/V总, PB = nBRT/V总 P总 = nART/V总+ nBRT/V总+ …… + niRT/V总+ …… = (nA + nB + …… + ni + ……)RT/V总 =n总RT/V总
• 分子间作用力小的气态物质，临界温度低，不易液化； 分子间作用力大的气态物质，临界温度高，容易液化 • 许多物质的临界温度很高，在常温常压下都会凝聚而以 液体或固体的形式存在
18
§2.1 气体的液化 (Liquefaction of Gases)
气体分子 中的两种 倾向
具有动能 (EK=3/2RT) 扩散、膨胀， 与T有关
凡沸点低于室温而临界温度高于室温的气体，如 CO2、C3H8、Cl2等在室温加压可以液化，减压即可 气化，这种气体叫做“可压缩气体”。
例： 下列哪种气体不被称为“永久气体”？
A. CH4 ( Tc = -82.1C) C. C2H4 ( Tc = 9.9C) B. SiF4 ( Tc = -14.06C) D. C2H2 ( Tc = 35.5C)
8
例题 (Example)：
实验测定310℃，101.3 kPa 时单质气态磷的密度是 2.64 gdm-3，求磷的分子式Px。P的原子序数为30.96
解： = m/V,
PM = RT M = RT/P
n = m/M
PV = nRT = mRT/M, P m/ = mRT/M
= 2.64 8.314 (310+273.15)/101.3
溶液 金属
单质 非金属
化合物 有机 无机
3
根 据 物 态 分 类
气体
（单一、混合气体）
液体
（纯液体、溶液）
固体
（晶体、非晶）
三种物态之间可随温度或压强变化而互相转化
4
§1. 气体 (Gases)
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 可以任何比例混合
不同气体化学性质不同，但它们表现出来的宏观 性质（P、T、n、V）相似.