第1章氣體(共16頁)

1、第一章 氣體、液體和溶液的一般(ybn)性質(zhì)一理想氣體(l xin q t)狀態(tài)方程 不考慮(kol)氣體分子之間的作用力，忽略分子本身的大小，就是把實(shí)際氣體理想化。凡符合以上兩個(gè)理想化條件的氣體稱為理想氣體。所謂理想氣體狀態(tài)方程是指一定量氣體（n,mol) 的壓力P、體積V和溫度T之間的關(guān)系方程。在應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： (1) 氣體常數(shù)R的單位和數(shù)值；8.314Jmol-1K-1；8.314Pam3mol-1K-1(Jmol-1K-1); (2) 當(dāng)物質(zhì)處于相平衡時(shí)，其氣態(tài)物質(zhì)不適用理想氣體狀態(tài)方程； (3) 實(shí)際氣體，特別是非極性分子或極性較小的分子，在壓力不太高、

2、溫度不太低的情況下，較好地服從理想氣體狀態(tài)方程。二分子量的測(cè)定：1. 相對(duì)密度法測(cè)氣態(tài)物質(zhì)的分子量 同溫同壓下同體積氣體含有相同的分子數(shù)。m2/m1 = M2/M1 M2 = DM12. 氣體擴(kuò)散(kusn)定律 （格拉( l)罕姆定律）1831年由英國(guó)(yn u)化學(xué)家格雷姆提出：同溫同壓下，各種不同氣體的擴(kuò)散速度(U)與氣體密度()的平方根成反比，該結(jié)論稱氣體擴(kuò)散定律。即=3. 利用理想氣體狀態(tài)方程可以測(cè)定氣體物質(zhì)的分子量pV = nRT = RT(式中m、M分別為物質(zhì)的質(zhì)量和摩爾質(zhì)量)或由 d = , 得 p =RT, 即 =該式表明：在一定溫度下，以為縱坐標(biāo)，以p為橫坐標(biāo)作圖，再外推到

3、p = 0時(shí)，從圖上讀出此時(shí)的值。因p0時(shí)實(shí)際氣體已十分接近理想氣體，所以用從圖上所得的()p0 值代人理想氣體狀態(tài)方程式可求得精確分子量。這就是“極限密度法”測(cè)定氣體分子量的原理。 d/p p(atm.)二道爾頓定律(dngl)與分壓力 理想氣體狀態(tài)方程不僅(bjn)適用于單一組分的氣體，也適用于多組分的混合氣體或混合氣體中的某一組分。理想氣體混合物中的某一組分(zfn)B的分壓力是該組分單獨(dú)存在于混合氣體的溫度、體積條件下產(chǎn)生的壓力，即PB = nB RTV總混合氣體的總壓力等于各組分氣體的分壓力之和，即P總 = P1 + P2 += PB。這一關(guān)系稱為道爾頓定律。其中PB為任一組分的分壓

4、力，等于混合氣體的總壓力P與組分B的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)B之積，即PB = P總 nBn = P總 B三阿馬格定律與分體積理想氣體(l xin q t)混合物中的某一組分的分體積是該組分具有與混合氣體相同溫度和壓力時(shí)所占有的體積，即VB = nB RTP總混合氣體的總體積等于(dngy)各組分氣體的分體積之和，即V總 = V1 + V2 += VB。這一關(guān)系(gun x)稱為阿馬格定律。其中VB為任一組分的分體積，等于混合氣體的總體積V與組分B的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)B之積，即VB = V總 nBn = V總 B四稀溶液的依數(shù)性 稀溶液的依數(shù)性-溶液的某些性質(zhì)與溶質(zhì)的粒子數(shù)目有關(guān)，與溶質(zhì)本性無關(guān)。依數(shù)性分別用拉

5、烏爾定律、沸點(diǎn)升高公式、凝固點(diǎn)降低公式和范特霍夫方程來定量描述。在化學(xué)上常用依數(shù)性來測(cè)定分子的摩爾質(zhì)量。1蒸氣壓下降在一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓P稀等于純?nèi)軇┱魵鈮篜A*與溶劑摩爾分?jǐn)?shù)A的乘積，這就是拉烏爾定律。即 P稀 = PA* nAn總 = PA* A設(shè)B為溶質(zhì)的摩爾(m r)分?jǐn)?shù)，P為稀溶液(rngy)的蒸氣壓下降(xijing)值，拉烏爾定律也可以這樣描述：P = PA* B若以水為溶劑，溶解在1000g水中的溶質(zhì)的物質(zhì)的量n就是該溶液的質(zhì)量摩爾濃度m，即n = m，因此，對(duì)很稀的溶液，上式又可以改寫為: P = k m 該式表明：在一定溫度下，稀溶液的蒸氣壓降低值P和溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾

6、濃度m成正比。 三個(gè)公式都是說明溶液濃度和蒸氣壓之間的關(guān)系，可以根據(jù)具體情況選擇使用。2溶液的沸點(diǎn)升高 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溶液的沸點(diǎn)Tb總是比純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)升高，這個(gè)現(xiàn)象稱為溶液的沸點(diǎn)升高Tb。 難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液沸點(diǎn)的升高和溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比，即Tb = kb m kb是沸點(diǎn)升高常數(shù)(chngsh)，kb值也就是溶質(zhì)的質(zhì)量(zhling)摩爾濃度為1molkg-1時(shí)溶液(rngy)沸點(diǎn)升高值。 若已知溶劑的kb值，就可以從沸點(diǎn)升高Tb求溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量M。 3凝固點(diǎn)降低 溶液的凝固點(diǎn)是指固態(tài)純?nèi)軇┖鸵簯B(tài)溶液達(dá)到平衡時(shí)的溫度。此時(shí)溶液的蒸氣壓和固相的蒸氣壓相等。0時(shí)水溶液的蒸氣壓低于純水，所以溶液

7、在0不結(jié)冰。若溫度降低時(shí)，冰和溶液的蒸氣壓都降低，但冰的蒸氣壓隨溫度降低的幅度大于溶液蒸氣壓隨溫度降低的幅度。當(dāng)溫度降到Tf時(shí)，溶液中出現(xiàn)了固體(冰)，此時(shí)溶液的蒸氣壓等于冰的蒸氣壓，即P溶 = P冰，溫度Tf就是溶液的凝固點(diǎn)。溶液的凝固點(diǎn)降低Tf，它也是和溶液質(zhì)量摩爾濃度成正比Tf = kf m kf為凝固點(diǎn)降低常數(shù)，它可通過有關(guān)的計(jì)算得到。應(yīng)用上式也可測(cè)定溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量M。4滲透壓 半透膜的特性是只讓溶劑分子通過，而溶質(zhì)分子則不能通過，這種現(xiàn)象(xinxing)稱為滲透(shntu)。由于(yuy)溶劑(純水)的蒸氣壓比溶液的蒸氣壓高，溶劑通過半透膜進(jìn)入溶液，當(dāng)然溶液中的溶劑也可以通過半透

8、膜進(jìn)入純?nèi)軇?，但最后?huì)達(dá)到滲透平衡。為了阻止?jié)B透進(jìn)行，必須對(duì)溶液的上方施加壓力，我們把阻止?jié)B透作用而施加于溶液的壓力，稱為溶液的滲透壓。 范特霍夫認(rèn)為，在稀溶液中，溶液的滲透壓與理想氣體一樣，可以用與理想氣體方程相似的公式表示。V = nRT或 = cRT (c為物質(zhì)的量濃度)該式為范特霍夫公式，它表明溶液的滲透壓與溶液濃度成正比。選擇題：1在一個(gè)(y )大氣壓下，如有0.003mol氣體(qt)溶解在900g水中，則在三個(gè)大氣壓時(shí)將有0.009溶于900g水中。解釋(jish)這現(xiàn)象可運(yùn)用(A) 道爾頓分壓定律; (B) 格拉罕姆定律;(C) 拉烏爾定律; (D.) 亨利定律氣體的溶解度與氣

9、體的分壓呈正比： p = kx2道爾頓分壓定律可以從理想氣體狀態(tài)方程式得到證明，在混合氣體中計(jì)算分壓時(shí)，這個(gè)定律可用于： A、高溫低壓下的氣體； B、低溫真實(shí)氣體；C、高溫真實(shí)氣體； D、以上都不對(duì)。3. 設(shè)某容器的體積為V，其中裝有0.1molO2，0.3molN2, 0.2molH2。則H2的分體積為A、V/6； B、V/3； C、V/2； D、V/4。45.8%NaCl溶液產(chǎn)生的滲透壓接近于(A) 5.8蔗糖溶液; (B) 5.8葡萄糖溶液;(C.) 2.0 molkg-1的蔗糖(zhtng)溶液;(D) 1.0 mokg-1葡萄糖溶液(rngy)5水的凝固點(diǎn)常數(shù)(chngsh)為1.8

10、6，0.100 moldm-1HAc水溶液的凝固點(diǎn)為-0.188，則HAc電離度是 (A) 2.5； (B.) 1； (C) 10； (D) 99 Tf = kf m6. 0.025 mol/L某一元酸溶液的凝固點(diǎn)為- 0.060，求此酸的Ka。 (已知Kf = - 1.86 Kkgmol-1)解： m = t / kf = - (0.060) / (- 1.86/ m) = 3.210-2 m 3.210-2molL-1 (總粒子數(shù)濃度) 粒子數(shù)的增加數(shù)就等于一元酸分子的電離數(shù)。于是溶液中就有(0.032 0.025)molL-1 = 0.007 molL-1的 H+，0.007 molL-

11、1的A-和0.018 molL-1的HA。Ka = (0.007)2 / 0.018 = 310-3a = (Ka/ci)1/26 27、1大氣壓下N2O4對(duì)H2的相對(duì)(xingdu)密度為3834，則N2O4的分解(fnji)率為 (A.) 20; (H) 30; (C) 40; (D) 50解: (說明(shumng)：本題雖說是N2O4，實(shí)則為N2O4與NO2的混合體系，它們之間存在平衡N2O4 = 2 NO2。設(shè)N2O4的離解率為，利用平衡方程式可得到 M = M N2O4 (1-) / (1+) + M NO2 2 / (1+)可解得。M式中表示混合氣體平均分子量。7溶膠是負(fù)膠體，分

12、別加入下列物質(zhì)的量濃度相同的電解質(zhì)溶液，聚沉能力最強(qiáng)的是(A) KCl; (B) Na2SO4; (C.) AlCl3; (D) Na2S8. 膠體溶液在外加直流電時(shí)，膠粒向陰極或陽極移動(dòng)的現(xiàn)象稱為 A. 布朗運(yùn)動(dòng)； B. 電泳； C. 滲析； D. 丁達(dá)爾現(xiàn)象(xinxing)9. 在制備AgI溶膠(rngjio)時(shí)，如果AgNO3過量(guling)，AgI膠粒優(yōu)先吸附 離子而帶 電荷；反過來，如果KI過量，則AgI膠粒優(yōu)先吸附 離子而帶 電荷。補(bǔ)充：在20，97.3kPa時(shí)，1000g水中可溶解9.30ml氦氣。若此時(shí)溶液液面上的氦氣壓力正好為97.3kPa，試據(jù)此計(jì)算亨利常數(shù)。氣體的溶

13、解度與氣體的分壓呈正比： p = k解： 在題中條件下，氦氣遵守理想氣體定律，設(shè)在1000g水中可溶解的氦氣的物質(zhì)的量為n2，則根據(jù)氣態(tài)方程n2 = PV/RT = (97.39.3010-3/8.31293)mol = 3.7210-4mol又1000g水的物質(zhì)的量為n1， n1 = (1000/18.0)mol = 55.6mol設(shè)在溶液中氦的摩爾分?jǐn)?shù)2為2 = n2 / ( n 1+ n 2) = 3.7210-4 / 55.6= 6.6910-6根據(jù)亨利(hngl)定律 P2 = k2k = P2 / 2 = (97.3103 / 6.6910-6)Pamol-1 = 1.451010

14、(Pamol-1)例2. 已知某不揮發(fā)性物質(zhì)(wzh)的水溶液的沸點(diǎn)(fidin)是100.39，問在18，101kPa下，將3.00dm3空氣緩慢地通過此溶液時(shí)將帶走多少克水?(已知水的質(zhì)量摩爾沸點(diǎn)升高常數(shù)kb = 0.52Kmol-1kg)解: 根據(jù)稀溶液的沸點(diǎn)升高與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度m成正比的關(guān)系： Tb = kb m m = Tb / kbTb = 100.39 100.00 = 0.39 (K)故 m = 0.39 / 0.52 = 0.75 (molkg-1) 查表得18時(shí)水的飽和蒸氣壓P0 = 2.06kPa，則溶液的蒸氣壓P為P = P0 (1000/18.02) / (100

15、0/18.02) + m = 2.03 (kPa)如將水蒸氣按理想氣體處理，忽略水蒸氣所增加的體積（精確計(jì)算時(shí)不可(bk)忽略），則根據(jù)氣態(tài)方程可得空氣中水蒸氣的重量WW = PVM / RT = (2.031033.0010-318.0) / (8.31291) = 0.0453(克) 例3. 在101kPa下苯的冰點(diǎn)(bngdin)是5.50，其摩爾(m r)冰點(diǎn)下降常數(shù)為5.12mol-1kg?，F(xiàn)將1.00g某單質(zhì)溶于86.0g的苯中，溶液的冰點(diǎn)則變?yōu)?.30，又知此單質(zhì)的原子序數(shù)為33，試從如上數(shù)據(jù)推算其在苯中存在的形式。解: 由原子序數(shù)可知此單質(zhì)為砷，則在1000g苯中可溶解的砷的質(zhì)

16、量為1000 / 86.0 = 11.6(g) 設(shè)砷在苯中的存在形式為Asx，已知As的相對(duì)原子質(zhì)量為74.92，則聚合物Asx的摩爾質(zhì)量為74.92x gmol-1，故按Asx計(jì)算其質(zhì)量摩爾濃度為11.6 / 74.92x 即 0.155 / x因苯的冰點(diǎn)(bngdin)下降了5.50-5.30 = 0.20（），根據(jù)冰點(diǎn)降低(jingd)公式得0.20 / 5.12 = 0.155 / x， x = 3.97 4故砷在苯中以四聚體的形式(xngsh)存在。 例4. 某化合物在水中的溶解情況是每85.00ml水(密度為0.998gm1-1)可溶解1.89g，在101kPa下又測(cè)出此溶液的沸點(diǎn)

17、是100.106。試求此化合物的表觀摩爾質(zhì)量。(kb = 0.52Kmol-1kg)解: 由沸點(diǎn)升高常數(shù)先求出此溶液的質(zhì)量摩爾濃度：m = (0.106 / 0.52)molkg-1 = 0.204 molkg-1又85.00ml水相當(dāng)于(85.00 0.998)g = 84.8g水。所以1000g水中含(1.89 / 84.8)1000g = 22.3g該化合物，設(shè)此化合物的表觀摩爾質(zhì)量為M，則有22.3 / M = 0.204 M = 109.3(gmol-1)例 5. 有100ml含0.100mol I2的KI濃溶液(rngy)，使之與10mlCCl4混合，振蕩，體系(tx)達(dá)平衡后，發(fā)現(xiàn)水層中含I2 0.025mol，求I2在CCl4和KI溶液(rngy)之間的分配常數(shù)。分配常數(shù)是否是I2在兩種溶劑中的溶解度之比?解: 設(shè)分配常數(shù)為K，則K = I2CCl4 / I2KI = (0.100-0.025) / 10 / (0.025 / 100)= 3010分配常數(shù)是I2在兩種不同溶劑中溶解達(dá)平衡時(shí)的濃度比，而不是溶解度之比。 例6. 人體血漿的凝固點(diǎn)為-0.501，正常體溫37時(shí)，人體血液的滲透壓是多少?解: 查表知水的摩爾凝固點(diǎn)降低常數(shù)kf = 1.86Kkgmol-1。Tf = kf m近似認(rèn)