2010级大学化学 物质的聚集态及相变化

p总 = p1 + p2 + L + pi = Σ pi
i
p1
n 1 RT = V
,
n 2 RT p 2= V
,⋅ ⋅ ⋅
p总
n 1 RT n 2 RT n i RT = + + ⋅⋅⋅ V V V RT = ( n1 + n 2 + ⋅ ⋅ ⋅n i ) V
n总 =n1+ n2+⋅⋅⋅⋅ni
p总
2 H 2 ( g ) + O 2 ( g ) = 2 H 2 O( g ) 2 : 1 : 2
（1）反应后（ 100℃ ），剩余100mL H2 ，生成 200mL H2O，即 V总 = 300mL 反应后虽然总体积缩小，但总压力不变。设降 温后水不凝结，则水的体积分数不变，水蒸气 分压为：
pH 2O 2 = 100kPa × = 66.7kPa 3
pN 2V总 = p V
' N2
' 总
( p总 - p
* H 2O
) × 79% × 1.0 = ( p总 - p
* H 2O
)V
' 总
V = 0.79L
Hale Waihona Puke Baidu' 总
例 2-3：在一个体积为482L的密闭容器里有 0.105g 水，在50℃时，其中蒸气和液体各是 多少？ 解：若水全部气化，则
nRT p= V 0.105 g 18.0 g ⋅ mol −1 × 8.314 J ⋅ K −1 ⋅ mol −1 × 323 K = 0.482 L = 32.5 kPa
第二章 物质的聚集态及 相变化 The States of Substances and Phase Transition
气态（gas）——密度小、分子间作 用力十分微弱、描述气体性质的物 理量之间存在一定的关系式 聚集态 液态（liquid） 可直观感觉、分子间 相互作用复杂、分子 间作用力不可忽略
§1
低压气体
气体分子运动论简介
(Kinetic Molecular Theory) 理想气体分子运动论的假说： 1) 气体物质由分子组成，气体分子连续不 断地作无秩序运动，分子不仅彼此碰撞， 也碰撞器壁。气体的压力就是由气体分子 撞击器壁而产生的。气体分子均匀分布在 整个容器之中。 2) 气体分子的碰撞是完全弹性的，即碰撞 前后总动量不变。 3) 与整个容器的体积或分子之间的距离相 比，气体分子本身的体积很小，可忽略不 计，并可把气体分子当作质点处理。气体 分子间的距离很大而作用力很小，所以气 体分子运动自由并且容易被压缩。
分体积： 混合气体中某一组分B的分体积VB是该组 份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。
nB RT VB = p总
分体积定律： 混合气体的总体积等于混合气体中各组 分气体分体积之和。
VB = xB V总
pB = xB p总
不同气体所占混合气体的比例大小决定了它 不同气体所占混合气体的比例大小决定了它 对混合气体的总压、总体积的贡献的大小。 对混合气体的总压、总体积的贡献的大小。
n 总 RT = V
分压的求解：
pB
n B RT = V
p总
n 总 RT = V
pB nB = = xB p总 n总
xB ⎯ B的物质 的量分数 或
pB
nB = p总 = xB p总 n总
理想气体混合时，由于分子间没有相 理想气体混合时，由于分子间没有相 互作用，故在容器中碰撞器壁产生压 互作用，故在容器中碰撞器壁产生压 力时，与独立存在时是相同的，亦即 力时，与独立存在时是相同的，亦即 在混合气体中，各组分气体是各自独 在混合气体中，各组分气体是各自独 立的，这是分压定律的实质。 立的，这是分压定律的实质。
已知50℃时，水的饱和蒸气压为12.3kPa， p>p*，故水不能全部气化，容器内气液共存。
pVM m( g ) = RT 12.3kPa × 0.482 L × 18.0 g ⋅ mol −1 = = 0.040 g −1 −1 8.314 J ⋅ K ⋅ mol × 323 K m ( l ) = 0.105 g − 0.040 g = 0.065 g
道尔顿分压定律适用于： A B 单一的理想气体 各组分气体相互不反应 适用于各组分气体互不反应的理想气体 任何混合的组分气体
√
C D
A 、 B 两种气体在一个确定体积的容器中混和 后，下面表达式中哪些是正确的？ （提示：利用理想气体分压定律） 1．pAV= nART √ 2．pV = nART × 3．pAV = nRT × 4．pAV = nBRT × 5．(pA+pB)V = nRT √
英国化学家波义耳 (1627-1691)
Boyle定律(1662)： Robert Boyle的J型玻璃管恒温气体 压缩实验结果： pV=常数 即：温度恒定时，一定量气体的压力 和它的体积的乘积为常数。
Charles (1787)－Gay-Lussac (1802)定律： 压力恒定时，一定量气体的体积与它的热力 学温度成正比；或恒压时，一定量气体的体积 与温度的商值是恒量。即 V / T =常数
p N 2 = nN 2
故
p总 = pO 2 + p N 2 = 2.66 × 10 5 + 3.99 × 10 5 = 6.65 × 10 5 Pa
例 2-2：在20℃及恒定外压下，若有1.0L含饱和 水蒸气的空气通过某溶液后，其中的 O2全部被 吸收，求剩余气体的总体积是多少？（干燥空气 成分O2为21%，N2为79%。） 解：[例题分析]湿空气通过某溶液后， O2全部 被吸收。因气体总压不变，故总体积会缩小， 水蒸气的分压会瞬间增大，此时会有部分水蒸 气凝结为水。湿空气中只有N2分子数没有变 化，故可以对N2应用分压定律，来求剩余气 总体积。
固态（solid）
等离子态 ——由等量的带负电的电 子和带正电的离子组成
升华 凝华 熔化 气化 凝结
固态
液态
气态
凝固
物质的三态及相互变化
对物质微观模型的初步认识，应该明确以下几点：
①宏观物质是由大量微粒（分子或原子）组成的； ②物质中的分子总是处于不停地运动状态之中； ③在物质中，分子之间存在着相互作用力； ④当外界条件变化时，物质可以从一种状态转变 为另一种状态。
一、低压气体的通性
气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性。
假设有一种气体，它的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有体 积完全可以忽略，这种气体就称为理想气体。
常温 常温下的 下的低压 低压气体可近似作为理想气体 气体可近似作为理想气体 处理（只有当气体的温度足够高、压力足够 处理（只有当气体的温度足够高、压力足够 低时，实际气体才可视为理想气体）。 低时，实际气体才可视为理想气体）。
湿空气通过溶液前
pO 2 + p N 2 = p总 − p * H 2O
因干燥空气中N2的体积分数为79%，故
pN 2 = ( pO 2 + pN 2 ) × 79% = ( p总 − p* H 2 O ) × 79 %
湿空气通过溶液后
* ′ p N 2 = p总 − p H 2 O
对N2，由于nN2不变，故
因其小于97 ℃时水的饱和蒸气压（90.9kPa）， 故无液相出现。
此时，混合物的体积为：
V1T2 300mL × 370K V2 = = = 298mL T1 373K
(2) 80℃时， p = 47.3kPa 。如按上题的方法计 算，则此时水蒸气的分压已高于80℃的水的饱和
* H 2O
蒸气压，因此有液相出现。 由此
四、状态方程的其它形式
1. n = m/M
m pM = RT = ρRT V
pM = ρRT
（混合气体）
2.
c = n/V p = cRT pi = ciRT （混合气体）
五、状态方程的应用
1. 计算p、V、T、n 四个物理量之一 pV = nRT 例 2-1：在5.0dm3的容器中盛有16g O2及21g N2， 求320K时N2和O2的分压及混合气体的总压。 解： nO
二、低压气体的实验定律和状态方程
常用来描述气体性质的物理量： 压力p (Pa) 温度T (K) 体积V (m3) 物质的量n (mol)
The stage when the two pressures are equal and the wall has no further tendency to move. This condition of equality of pressure on either side of a movable wall is a state of mechanical equilibrium between the two gases.
Avogadro(1811) 定律： 在相同的温度和压力下，相同体积的不 同气体均含有相同数目的分子。即 V ∝n
状态面
Surface of State
理想气体状态方程（Clapeyron方程）：
pV = nRT pVm = RT R —— 摩尔气体常数 (n = 1mol)
1 2271.10Pa ⋅ m ⋅ mol R = ( pVm ) p→o = T 273.16K
例 2-4：在100℃、100kPa下，将300mL H2和 100mL O2混合、点燃后反应，并维持压力不变。 问： （1）若降温到97 ℃是否有液体出现？反应后气 相混合物体积为多少？ （2）若降温到80℃，各气体分压为多少？ （3）若原混合气体含200mL H2和100mL O2，反 应后，也冷却到97℃，情况和前者有何不同？ 解：反应式为
* pH 2 O = pH = 47.3kPa 2O
pH 2 = (100 − 47.3)kPa = 52.7kPa
(3) 若200mL H2和100mL O2反应，则全部生 成200mL H2O。冷却到97℃时，水蒸气压 （90.9kPa）低于恒定不变的外压，致使水蒸 气全部液化。
3
−2
−1
温度、压力改变，摩尔体积也会改变。 温度、压力改变，摩尔体积也会改变。
三、低压混合气体的分压定律
组分气体： 理想气体混合物中每一种气体都叫做组分 气体。 分压： 组分气体B在相同温度下单独占有与混合 气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体 B的分压。
nB RT pB = V
Dalton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。
3
−1
= 8.314J ⋅ K ⋅ mol
−1
−1
Vm——气体的摩尔体积 在STP下（p =101.325kPa, T=273.15K）， n=1.0 mol时,
RT 8.314J ⋅ K −1 ⋅ mol −1 × 273.15K Vm = = p 101325Pa
= 2.241 × 10 m ⋅ mol
16 = = 0.5mol 32
2
nN 2
21 = = 0.75mol 28
由混合气体的分压定律，得
p O 2 = nO 2 8.314 J ⋅ K −1 ⋅ mol −1 × 320 K RT 5 = 0.5mol × = 2 . 66 × 10 Pa 3 −3 5 × 10 m V 8.314 J ⋅ K −1 ⋅ mol −1 × 320 K RT 5 = 0.75 mol × = 3 . 99 × 10 Pa 3 −3 5 × 10 m V
p1= p2
Two gases are in separate containers that share a common movable wall
Thermal equilibrium
Energy flows as heat from a region at a higher T to one at a lower T if the two are in contact through a diathermic wall, as in (a) and (c). However, if the two regions have identical temperatures, there is no net transfer of energy as heat even though the two regions are separated by a diathermic wall (b). The latter condition corresponds to the two regions being at thermal equilibrium: T1= T2