A-chap02 化學(xué)基礎(chǔ)知識

1、1第二章 化學(xué)基礎(chǔ)知識：物質(zhì)的狀態(tài)氣體、液體、溶液和固體2習(xí)題P261，4，5，7，8，10，13，16注：第16題中 “4.0gdm-3” 不是指溶液的密度，而是指溶液的濃度（每dm3溶液中含有聚氯乙烯4.0g）32.1 氣體4氣體理想氣體及其經(jīng)驗(yàn)定律實(shí)際氣體狀態(tài)方程氣體分子速率分布52.1.1 理想氣體理想氣體模型假定氣體分子看作質(zhì)點(diǎn)（體積忽略不計(jì)）分子之間沒有相互作用力分子的碰撞為彈性碰撞適用范圍任何實(shí)際氣體在高溫低壓下都接近理想氣體除2.1.2節(jié)外，本課程中所有的氣體都按理想氣體處理理想氣體的幾條經(jīng)驗(yàn)定律6一、理想氣體狀態(tài)方程大家自己閱讀教材，掌握運(yùn)算技能。請注意例題解題方式和書寫規(guī)范

2、7二、混合氣體和分壓定律混合氣體2種或2種以上的氣體混合在一起的體系稱為混合氣體其中的每種氣體B稱為混合氣體的組分，其物質(zhì)的量為nB相關(guān)參數(shù)總體積V總壓強(qiáng)p總物質(zhì)的量n=nB8分壓和分體積分壓氣體混合物中某一組分氣體B對器壁所施加的壓強(qiáng)，稱為該氣體的分壓pBpB等于該溫度下，B單獨(dú)占有單獨(dú)占有總體積V時產(chǎn)生的壓強(qiáng)：pB=nBRT/V分體積組分氣體B單獨(dú)存在，且具有總壓p時占據(jù)的體積，稱為該氣體的分體積VB：VB=nBRT/p體積分?jǐn)?shù)：VB/V9Dalton分壓定律總體與部分之間的關(guān)系？n與nB：n=nBp與pBV與VB分壓定律：總壓等于各組分分壓之和VnRTVRTnppBB理想氣體的混合物仍是

3、理想氣體10Dalton分壓定律變化形式pxpnnppVnRTpVRTnpBBBBBB含義：混合氣體中任一組分氣體的分壓等于該氣體的摩爾分?jǐn)?shù)與總壓之積11Amagat分體積定律當(dāng)溫度，混合氣體的總體積等于各組分分體積之和體積分?jǐn)?shù)VB/VBBVpRTnpnRTVBBBxnnVV體積分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)含義相同12例題例1：300K下一容積10.0dm3的容器，內(nèi)含O2、N2和CO2混合氣體，總壓93.3kPa，其中O2分壓26.7kPa，CO2含量5.00g。試計(jì)算N2分壓。解：由分壓定律，p=pO2+pN2+pCO2=93.3kPa由題意pO2=26.7kPa，而pCO2滿足因此pN2=93.326

4、.728.3=38.3kPakPa3 .28Pa1083. 2100 .100 .44300314. 800. 533COCOCOCO2222VMRTmVRTnp13例題例2：已知空氣的體積組成為：N2 78.1%，O2 21.0%，Ar 0.9%，其它氣體可以忽略。試計(jì)算空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的密度。解：體積分?jǐn)?shù)就是摩爾分?jǐn)?shù)，因此空氣中各物質(zhì)含量為：x(N2)=0.781，x(O2)=0.210，x(Ar)=0.009空氣的平均摩爾質(zhì)量M=xiMi=28.00.781+32.00.210+39.90.009=28.9gmol-11mol空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的質(zhì)量28.9g，體積22.4dm-3密度=2

5、8.9/22.4=1.29gdm-3=1.29kgm-314應(yīng)用實(shí)例：物質(zhì)Mr的測定空氣288.5K23.449g某蒸氣373K23.720g水201.5gp=101.2kPa試確定該蒸氣相對分子質(zhì)量1531784. 0222. 1999449.235 .201dmV13530840. 0101784. 010012. 1373314. 8104891. 0molkgpVmRTM解：空氣288.5K下密度=1.222gdm-3水的密度=0.999gcm-3=999gdm-3瓶子的容積瓶內(nèi)空氣的質(zhì)量=0.17841.222=0.2181g瓶內(nèi)某蒸氣的質(zhì)量=23.720-(23.449-0.218

6、1) =0.4891g該氣體的摩爾質(zhì)量因此該氣體Mr=84.016ABABBAMMuu三、氣體擴(kuò)散定律同溫同壓下，氣體的擴(kuò)散速率與其密度（或摩爾質(zhì)量）的平方根成反比 NH3 HClNH4Cl59%41%5 .361:0 .17117氣體擴(kuò)散定律的應(yīng)用測量氣體的摩爾質(zhì)量同位素分離實(shí)例：工業(yè)分離235U和238U鈾礦石UO2UF4UF6(具有揮發(fā)性)235UF6和238UF6擴(kuò)散速度不同u1:u2=1.0043:1235UF6238UF6182.1.2 實(shí)際氣體實(shí)際氣體并不完全遵從理想氣體狀態(tài)方程1nRTpVp/atm273K1mol N20.80100019實(shí)際氣體的pV特征對于實(shí)際氣體，低壓下

7、pVnRT，呈現(xiàn)理想氣體特征中等壓強(qiáng)下，多數(shù)氣體pVnRT，并且隨p的增加，差值越來越大分子極性越強(qiáng)，偏離理想氣體程度越大20實(shí)際氣體偏離的原因分子之間存在引力分子有一定大小在足夠低的溫度和足夠高壓強(qiáng)下，任何實(shí)際氣體都可以液化21實(shí)際氣體狀態(tài)方程偏離的原因分子之間存在引力分子有一定大小van der Waals方程常a、ba、b越小，氣體越接近理想氣體22van der Waals方程的推導(dǎo)思路在理想氣體狀態(tài)方程的基礎(chǔ)上進(jìn)行校正體積校正：V有效=V實(shí)測nb壓強(qiáng)校正：p有效=p實(shí)測+p內(nèi)p內(nèi)內(nèi)部分子密度p內(nèi)邊緣分子密度 在修正后，p有效V有效=nRTF=0FF22Vnap內(nèi)nRTnbVVanp2

8、223van der Waals方程的效果1nRTpVnRTnbVVanp22p/atm273K1mol N20.801000van der Waals方程仍不是精確的計(jì)算公式，但已相當(dāng)接近實(shí)際情況24某些氣體的van der Waals常數(shù)a/Pam6mol-2b/m3mol-1He3.45710-32.36010-5H22.47610-22.66110-5O21.37810-13.18310-5CO23.66010-14.27710-5HCl3.71610-14.08110-5H2O5.53610-13.04910-5252.1.3 氣體分子的速率分布?xì)怏w分子運(yùn)動速度彼此不等，且會因碰撞而

9、改變統(tǒng)計(jì)規(guī)律，速率考察速率位于區(qū)間uu+u之間的分子數(shù)NN與分子總數(shù)N有關(guān)： NNN與區(qū)間長u有關(guān)： u足夠小時， NuN與u有關(guān)：分布函數(shù)Maxwell分布率dudNNuNNufu11)(lim026upMaxwell分布率多數(shù)分子具有適中的運(yùn)動速率，速率很小或很大的分子比例很低最概然速率up陰影部分面積代表速率位于u1u2范圍內(nèi)的分子比例整個曲線下的面積為1（u1=0，u2=）u1u2uf(u)27分子運(yùn)動速率分布與溫度的關(guān)系溫度升高，分子平均運(yùn)動速率增加，低速率分子比例減少，高速率分子比例增加up右移，但比例下降曲線覆蓋面加寬，變得較為平緩f(u)uT1T2T1200atm時，水的沸點(diǎn)可

10、到300oC以上）37液體的凝固點(diǎn)固體的蒸氣壓固體表面存在升華凝華平衡，與液體類似，也有相應(yīng)的飽和蒸氣壓與液體相比，固體飽和蒸氣壓較低，但隨溫度變化比較劇烈液體的凝固點(diǎn)在某溫度下，液體的飽和蒸氣壓等于固體的飽和蒸氣壓，此溫度稱為液體的凝固點(diǎn)m.p. pT液體固體m.p.38液體的凝固點(diǎn)固體的蒸氣壓固體表面存在升華凝華平衡，與液體類似，也有相應(yīng)的飽和蒸氣壓與液體相比，固體飽和蒸氣壓較低，但隨溫度變化比較劇烈液體的凝固點(diǎn)在某溫度下，液體的飽和蒸氣壓等于固體的飽和蒸氣壓，此溫度稱為液體的凝固點(diǎn)m.p.此溫度也是相應(yīng)固體的熔點(diǎn)。m.p.以上固體熔化，m.p.以下液體凝固液體m.p.也與外界氣壓有關(guān)。若

11、外界氣壓為1atm，則稱為正常凝固點(diǎn)Tf2.2.2 溶液基本概念分散系：一種或幾種物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)分散在另一種物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)中所形成的體系分散系 = 分散相（被分散的物質(zhì)） + 分散介質(zhì)（容納分散相的物質(zhì)）分散系分類：溶液、膠體、濁液（懸濁液、乳濁液）溶液均勻的分散系，分散相以分子、原子或離子形式分散在分散介質(zhì)中分散相=溶質(zhì)，分散介質(zhì)=溶劑40溶液的分類實(shí)例溶劑固體液體氣體溶質(zhì)固體金屬合金鹽水氣溶膠液體鋅汞齊汽油薄霧氣體金屬氫化物汽水大氣一般所說的溶液多指液體溶液（溶劑為液態(tài)）有時溶劑和溶質(zhì)是難于區(qū)分的。一般把液態(tài)物質(zhì)作為溶劑；二者都為液態(tài)時較多的為溶劑；水和其他液體形成的溶液，無論水多少，一般都以水為

12、溶劑溶液濃度的表示法符號定義SI單位備注質(zhì)量摩爾濃度 mB或bBnB/mAmolkg-1國標(biāo)物質(zhì)的量濃度 cB或BnB/V溶液moldm-3常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)wBmB/m溶液無百分比濃度摩爾分?jǐn)?shù)xBnB/n溶液無一般溶劑縮寫為A，溶質(zhì)縮寫為B42例題例3：計(jì)算1.00g尿素CO(NH2)2溶解在48.0g水中所配制的溶液的各種濃度。解：mA=48.0g，MA=18.0gmol-1 nA=2.67molmB=1.00g，MB=60.0gmol-1 nB=0.0167mol則bB=0.0167/(48.010-3)=0.348molkg-1wB=1.00/(48.0+1.00)=0.0204xB=0.0

13、167/(2.67+0.0167)=0.00622因?yàn)閂溶液未知，cB無法確定。一般假定尿素加入不影響溶液體積，即V溶液=48.0cm3cB=0.0167/(48.010-3)=0.348moldm-343幾種濃度的關(guān)系一般情況下，因?yàn)橐阎狹A和MB，wB、xB和bB之間可相互推導(dǎo)；而要將它們與cB換算，則必須知道溶液的密度質(zhì)量摩爾濃度b和物質(zhì)的量濃度c僅對溶質(zhì)定義，而質(zhì)量分?jǐn)?shù)w和摩爾分?jǐn)?shù)x也可對溶劑定義wA + wB = 1，xA + xB = 1稀溶液中的近似關(guān)系稀溶液中nAnB，則xB=MAbB稀溶液體積近似等于純?nèi)軇w積，則cB=bB（數(shù)值上）442.2.3 非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性各種

14、溶液各有特性，但有些性質(zhì)是一般稀溶液所共有的。這類性質(zhì)與濃度有關(guān)，而與溶質(zhì)的本身性質(zhì)無關(guān)依數(shù)性（只依依賴于溶質(zhì)粒子數(shù)數(shù)的性性質(zhì)）物質(zhì)凝固點(diǎn)沸點(diǎn)純水0.00100.000.5molkg-1糖水 -0.93100.270.5molkg-1尿素水溶液-0.94100.2445非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性適用范圍：難揮發(fā)的、非電解質(zhì)、稀蒸氣壓下降沸點(diǎn)升高凝固點(diǎn)下降滲透壓46一、蒸氣壓下降當(dāng)把非揮發(fā)的非電解質(zhì)溶入溶劑后，形成的溶液的蒸氣壓比純?nèi)軇┑恼魵鈮旱腿苜|(zhì)不揮發(fā)溶質(zhì)占據(jù)部分液體表面位置蒸發(fā)速度比純?nèi)軇┬≌魵鉂舛认陆嫡魵鈮合陆礡aoult定律p = p* xAp p* p = p* xB = p*MAbB

15、= kbB蒸氣壓下降是非電解質(zhì)稀溶液依數(shù)性的核心47蒸氣壓下降：實(shí)驗(yàn)48例題例4：計(jì)算例3配制的尿素溶液在293K時的蒸氣壓。已知293K時水的飽和蒸汽壓為2.33kPa解：根據(jù)例3的結(jié)果，xB=0.00622則xA=1-xB=0.994則由Raoult定律，p=p*xA=2.330.994=2.32kPa49二、沸點(diǎn)升高含有非揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液沸點(diǎn)高于純?nèi)軇┘內(nèi)軇┓悬c(diǎn)時蒸氣壓等于1atm溶液蒸氣壓低于純?nèi)軇┰摐囟认氯芤赫魵鈮旱陀?atm只有繼續(xù)升高溫度才能使溶液蒸氣壓達(dá)到1atm溶液沸點(diǎn)高于純?nèi)軇┍举|(zhì)：蒸氣壓下降定量公式：Tb=Tb溶液-Tb純?nèi)軇?kbbB實(shí)際應(yīng)用：測量溶質(zhì)分子量，高溫?zé)嵩

16、T1atmTb純?nèi)軇┤芤?0例題例5：把2.67g萘溶于100g苯中，得到的溶液沸點(diǎn)為80.73，求萘的相對分子質(zhì)量。已知苯的沸點(diǎn)是 80.20，kb=2.53 Kmol-1kg解：Tb=80.73-80.20=0.53K=kbbB，可得bB=Tb/kb=0.53/2.53=0.21molkg-1nB=bBmA=0.2110010-3=0.021molMB=mB/nB=2.67/0.021=127gmol-1所以萘的相對分子質(zhì)量約為127（理論值128）51三、凝固點(diǎn)下降含有少量溶質(zhì)的溶液凝固點(diǎn)低于純?nèi)軇┡c沸點(diǎn)上升原因相同，本質(zhì)都是因?yàn)槿芤赫魵鈮合陆刀抗剑篢f=Tf純?nèi)軇?Tf溶液=kfb

17、B實(shí)際應(yīng)用：測量溶質(zhì)分子量，制作防凍劑和制冷劑pTTf純?nèi)軇┤芤汗腆w52例題例6：在200g的水中注入6.50g乙二醇(C2H6O2)求溶液的凝固點(diǎn)。已知水的 kf=1.86Kmol-1kg解：MB=62.1gmol-1，nB=mB/MB=6.50/62.1=0.105molbB=nB/mA=0.105/(20010-3)=0.525molkg-1Tf=kfb=1.860.525=0.98K此溶液的凝固點(diǎn)為-0.9853四、滲透壓生活中的滲透現(xiàn)象在鮮嫩的蔬菜上撒鹽，立即會滲出水來，不久蔬菜因失水而發(fā)蔫植物根系吸收到的水，輸送到樹梢渴了喝海水，不僅不能解渴，反而越喝越渴半透膜只允許水分子透過，而

18、不允許溶質(zhì)分子透過細(xì)胞膜、膀胱膜、毛細(xì)血管壁等生物膜，人工制造的火棉膠膜，玻璃紙等54滲透壓滲透現(xiàn)象將葡萄糖溶液與純水用半透膜隔開不久可見葡萄糖溶液液面不斷上升，說明水分子不斷透過半透膜進(jìn)入溶液中這種水分子透過半透膜進(jìn)入溶液的自發(fā)過程稱為滲透不同濃度的兩溶液用半透膜隔開時，都有滲透現(xiàn)象發(fā)生55滲透壓半透膜兩側(cè)單位體積內(nèi)水分子數(shù)目不等，由純水進(jìn)入溶液中的水分子數(shù)目比溶液進(jìn)入純水中的數(shù)目多56滲透壓滲透壓為維持被半透膜隔開的溶液與純?nèi)軇┲g的滲透平衡而需要的超額壓強(qiáng)，定義為滲透壓滲透壓 。滲透結(jié)果使溶液一側(cè)液面升高，依靠增加的液體壓力抵消滲透現(xiàn)象。57滲透壓vant Hoff公式：=cRT此公式與

19、理想氣體狀態(tài)方程形式相同，但滲透壓含義與理想氣體壓強(qiáng)不同，不可混淆滲透壓應(yīng)用測量大分子的分子量配制等滲溶液58例題例7：某水溶液的冰點(diǎn)為-0.035oC，求其在25oC時的滲透壓。水的 kf=1.86Kmol-1kg解：Tf=0.035K，bB=Tf/kf=0.035/1.86=0.019molkg-1稀溶液cB和bB數(shù)值上相等，因此c=0.019moldm-3=cRT=0.0191038.314(273+25)=4.7104Pa59例題例8：有一種蛋白質(zhì)，估計(jì)它的摩爾質(zhì)量在12000 gmol-1左右，能否用滲透壓法測定其摩爾質(zhì)量？解：取1.00g蛋白質(zhì)，溶于100.0g水中，溶液濃度約為c

20、=(1.00/12000)/(100.010-3)=8.310-4moldm-3則293K下溶液的滲透壓約為=cRT=8.310-41038.314293=2.0103Pa此數(shù)值相當(dāng)大，可由實(shí)驗(yàn)精確測定，從而計(jì)算出蛋白質(zhì)的摩爾質(zhì)量60相對分子質(zhì)量的測定方法討論一般物質(zhì)的相對分子質(zhì)量多用凝固點(diǎn)下降法凝固點(diǎn)降低法 vs 沸點(diǎn)升高法一般在數(shù)值上kfkb，可減小實(shí)驗(yàn)誤差測凝固點(diǎn)時溫度低，可以減少溶劑的揮發(fā)測量Tf的實(shí)驗(yàn)精度高于Tb凝固點(diǎn)降低法 vs 滲透壓法滲透壓法實(shí)驗(yàn)較復(fù)雜測量大分子的摩爾質(zhì)量只能用滲透壓法例8中的蛋白質(zhì)溶液，Tb4.210-4K，Tf1.510-3K，實(shí)驗(yàn)上無法達(dá)到此精度61等滲溶

21、液等滲溶液為滲透壓相等的溶液，在生理學(xué)上有重要意義紅血球的滲透壓與0.9%的NaCl(aq)的滲透壓相同若把血液放入小于0.9%NaCl溶液中，水就滲入紅血球中，紅血球溶漲甚至破裂（溶血作用）若放入大于0.9%的NaCl溶液中，紅血球中的水分就滲出，紅血球縮小（胞漿分離）大量的靜脈注射必須配制血液的等滲溶液才能應(yīng)用（5.0%葡萄糖或0.9%NaCl溶液），否則會引起嚴(yán)重的疾病62稀溶液依數(shù)性的總結(jié)當(dāng)不揮發(fā)性的非電解質(zhì)溶解在溶劑中，形成稀溶液，它的蒸氣壓降低、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)降低以及滲透壓與在一定的溶劑中所溶解的溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量成正比，而與溶質(zhì)的本質(zhì)無關(guān)蒸氣壓降低、沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低都由bB決定，它們之間有聯(lián)系，而蒸氣壓下降是核心，正是由于蒸氣壓的下降，引起了沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)降低632.3 固體晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（教材P166）64固態(tài)物質(zhì)晶體非晶體自然界中絕大多數(shù)固體是晶體65晶體晶體規(guī)則的幾何外形固定熔沸點(diǎn)宏觀性質(zhì)（硬度、機(jī)械強(qiáng)度、電阻率、折射率等）各向異性非晶體玻璃體（過冷液體、無定形體）液晶（凝聚流體）66晶體與非晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)石英晶體Si、O原子規(guī)則排列硅石玻璃Si、O原子不規(guī)則排列晶體內(nèi)部的微粒的排布是有序的，在不同方向按確定的規(guī)律重復(fù)性地排列，造成晶體的對稱性和各向異性67晶體與非晶體的過渡晶體與非晶體之間沒