物質(zhì)的聚集狀態(tài)

工程化學CollegeChemistry主講：王順慧

緒論物質(zhì)世界形形色色、千變?nèi)f化，然而變化可測。這是因為人類在實踐中能夠觀察、研究、認識、掌握和應用物質(zhì)變化的規(guī)律，從而可以預見這些變化的結(jié)果，駕馭這些變化的發(fā)展，設計人們所需要的物質(zhì)變化，用以不斷地豐富人類的物質(zhì)文明和精神文明！各門學科正是從不同角度，以不同的方法研究物質(zhì)世界的復雜變化?；瘜W：研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律和變化過程中能量關(guān)系的學科。是培養(yǎng)新世紀大學生基本素質(zhì)的課程?；瘜W與衣、食、住、行、能源、信息、材料、國防、環(huán)境保護、醫(yī)藥衛(wèi)生、資源利用等都有密切的關(guān)系，化學是一門社會迫切需要的實用科學。

目的不僅僅在于使學生必須學習掌握一定的化學基本理論知識、技能，更重要的是讓學生必須具有“化學眼光”，即學會用化學的理論、觀點、方法，審視、思考、分析、解決實際問題，具備化學能力、化學素質(zhì)?；瘜W有許多分支，主要有五大分支：無機化學、有機化學、分析化學、物理化學和高分子化學。大學化學——對化學做一整體的、全面的闡述和研討，是一門現(xiàn)代化學導論課程。涉及面寬而廣，將為后續(xù)課程、工作深造，轉(zhuǎn)崗擇業(yè)打下基礎(chǔ)。教學目標：給學生以高素質(zhì)的化學通才教育。

打好基礎(chǔ)：明確概念---注意典型實例，掌握規(guī)律---熟悉基本計算，聯(lián)系實際---重視實驗知識。培養(yǎng)智能，分析鉆研---理解，反復多練---練習，穩(wěn)步前進---求實，及時總結(jié)---鞏固。學習方法學習要求①旺盛、不衰之學習動力——求知若渴；②主動、嚴謹之學習精神——嚴肅認真；③新型、良好之學習方法——適合自己、實用高效。推薦方法：聽課+筆記，理解+記憶，重點+綜合。§1.1.1

理想氣體的狀態(tài)方程pV=nRT

{R}=8.3141.理想氣體的狀態(tài)方程1.理想氣體的狀態(tài)方程也可以寫為pVm=RT

因為

Vm=V/n例：計算25℃，101325Pa時空氣的密度。（空氣的分子量為29）解：真實氣體微觀模型：分子間有相互作用，分子本身有體積。2.理想氣體的模型

不可無限壓縮理想氣體微觀模型：分子間無相互作用，分子本身無體積?！痢痢痢痢痢痢痢痢量蔁o限壓縮××××理想氣體的狀態(tài)方程是理想氣體的宏觀外在表現(xiàn)理想氣體的微觀模型反映了理想氣體的微觀內(nèi)在本質(zhì)理想氣體是真實氣體在p→0情況下的極限狀態(tài)。真實氣體并不嚴格符合理想氣體狀態(tài)方程，也就是說真實氣體在方程pV=nRT

中的R不為常數(shù)。真實氣體只在溫度不太低、壓力不太高的情況下近似符合理想氣體狀態(tài)方程?！?.1.2理想氣體混合物1.混合物組成表示：用物質(zhì)量的分數(shù)表示:(x表示氣體，y表示液體）對于物質(zhì)B顯然量綱為12.理氣狀態(tài)方程對理氣混合物的應用Mmix混合物的摩爾質(zhì)量§1.2理想氣體混合物3.道爾頓分壓定律pB=yBp=(nB/n)p=(nB/n)nRT/V

所以

pB=nBRT/V理想氣體混合物中某一組分的分壓力等于這個組分以同混合物相同的溫度和體積單獨存在時的壓力?！?.2理想氣體混合物4.阿馬加定律（分體積定律）理想氣體混合物的總體積等于等于各個組分以同混合物相同的溫度和壓力單獨存在時的分體積之和。例.空氣中氧氣的體積分數(shù)為0.29，求101.325kPa、25℃時的1m3空氣中氧氣的摩爾分數(shù)、分壓力、分體積，并求若想得到1摩爾純氧氣，至少需多少體積的空氣。（將空氣近似看成理想氣體）解：液體的飽和蒸氣壓同溫度有關(guān)，溫度不同，飽和蒸氣壓不同。當液體的飽和蒸氣壓同外界壓力相等,液體即發(fā)生沸騰，此時的溫度即為沸點。當外界壓力為101325Pa時的沸點稱為正常沸點。2.臨界參數(shù)

能夠使氣體液化的最高溫度稱為此氣體的臨界溫度。用TC或tC表示。臨界溫度是氣體的一個特性參數(shù)，不同的氣體具有不同的臨界溫度。如氧氣的臨界溫度為－118.57℃，氮氣的臨界溫度為－147.0℃。臨界溫度時的飽和蒸氣壓稱為臨界壓力，用pC表示。臨界溫度和臨界壓力下的摩爾體積為臨界摩爾體積Vm,C

。此時的狀態(tài)為臨界狀態(tài)。TC、pC、Vm,C統(tǒng)稱為臨界參數(shù)3.真實氣體的的p－Vm圖及氣體的液化臨界點T1T5T4TcT3T2pVm§1.1.4對應狀態(tài)原理及普遍化壓縮因子1.壓縮因子真實氣體pV=ZnRTZ—壓縮因子或

pVm=ZRTZ<1，Vm(真實)<Vm

(理想)，氣體易壓縮Z>1，Vm(真實)>Vm

(理想)，難壓縮真實氣體Z隨溫度、壓力的種類而變化對于理氣，Z=pVm(理氣)/RT=1ArgonCompressibility

T=273K

Z=pVm/RTattractiverepulsive0.00.51.01.52.02.502004006008001000pressure(atm)ZZ=pVm/RT

attractive

repulsive

2.對應狀態(tài)原理對比參數(shù)：Tr

=T/TC對比溫度pr=p/pC對比壓力Vr

=V/VC對比體積對應狀態(tài)原理——各種不同的氣體，只要兩個對比參數(shù)相同，則第三個也相同。不同氣體的對比參數(shù)相同時，壓縮因子也相同。

1.2溶液的通性溶液由溶質(zhì)和溶劑組成，由于溶質(zhì)性質(zhì)不同，所形成的溶液物理性質(zhì)和化學性質(zhì)各有所不同。但溶液又具有一些共同的性質(zhì)，即溶液的通性。在這里只討論有不同的難揮發(fā)性溶質(zhì)和溶劑組成的溶液的通性。與純?nèi)軇┫啾?，溶液的蒸氣壓下降，沸點升高，凝固點下降及溶液滲透壓等。按溶質(zhì)的不同分為非電解質(zhì)溶液和電解質(zhì)溶液分別討論。

1.2.1非電解質(zhì)溶液的通性稀溶液定律:根據(jù)實驗結(jié)果得知，難揮發(fā)的非電解質(zhì)所形成的稀溶液的性質(zhì)（溶液的蒸汽壓下降、沸點上升、凝固點下降和溶液的滲透壓）與一定量溶劑中所溶解溶質(zhì)的物質(zhì)的量成正比,此定律叫做稀溶液定律，又稱依數(shù)性定律。

1.溶液的蒸氣壓下降蒸發(fā)：能量較大的分子克服液體分子間的引力從表面逸出，成為蒸氣分子的過程叫做蒸發(fā)（或氣化）。蒸發(fā)是吸熱過程。凝聚：蒸氣分子撞到液面，被液體分子所吸引而重新進入液體中，這個過程叫做凝聚。凝聚是放熱過程。

（1）蒸氣壓蒸氣壓:當凝聚的速率和蒸發(fā)的速率達到相等時，液體和它的蒸氣就處于平衡狀態(tài)，此時，蒸氣所具有的壓力叫做該溫度下液體的飽和蒸氣壓。簡稱蒸氣壓。以水為例，在一定溫度下達到如下相平衡時：

H2O（l）H2O（g）H2O（g）所具有的壓力

P(H2O)即為該溫度下水的蒸氣壓。

373K時，P(H2O)=100KPa蒸發(fā)凝聚(2)蒸氣壓下降蒸氣壓下降：同一溫度下，純?nèi)軇┱魵鈮毫εc溶液的蒸氣壓力之差叫做溶液的蒸氣壓下降。用ΔP表示

。溶液的濃度越大，蒸氣壓下降的越顯著。拉烏爾根據(jù)實驗得出如下規(guī)律：在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)的稀溶液蒸氣壓下降與溶質(zhì)的摩爾分數(shù)成正比，與溶質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)其數(shù)學表達式：ΔP=nB/n

pA=xB

pA

(3.1)ΔP：溶液的蒸氣壓下降PA:純?nèi)軇┑恼魵鈮簒B=nB/n:表示溶質(zhì)B的摩爾分數(shù)nB:表示溶質(zhì)B的物質(zhì)的量

n=nA+nB由上式看出：nB/n越大，ΔP越大，即溶液濃度越大，蒸氣壓下降越顯著。2、溶液的沸點上升和凝固點下降沸點:當某一液體的蒸氣壓力等于外界壓力時，液體就會沸騰,此時的溫度稱為該液體的沸點，以Tbp表示。當外界壓力為100kPa時：H2O的沸點為100℃；凝固點（或熔點）：物質(zhì)的液相蒸氣壓力和固相蒸氣壓力相等時的溫度，以Tfp表示。溶液濃度越大，蒸氣壓下降的越多，沸點上升越高，凝固點下降的越顯著。T/K273.16

TfpTbp373(H2O,g)/PaTbpTfp水溶液的沸點上升和凝固點下降示意圖水溶液冰533蒸氣壓曲線難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的沸點上升和凝固點下降與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比：數(shù)學表示式：

ΔTbp=kbpm（3.2）

ΔTfp=kfp

m（3.3）kfp:凝固點下降常數(shù)（單位為K.kg.mol-1

）Kbp:溶劑的沸點上升常數(shù)（單位為K.kg.mol-1

）m:溶液的質(zhì)量摩爾濃度（1kg溶劑中所含溶劑的物質(zhì)的量（mol.kg-1）3、滲透壓滲透是通過半透膜才能實現(xiàn)的。半透膜：只能讓溶劑分子通過，而不允許溶質(zhì)分子通過的薄膜。滲透：溶劑通過半透膜進入溶液或溶劑通過半透膜從稀溶液進入濃溶液的現(xiàn)象。滲透壓：為維持被半透膜所隔開的溶液與純?nèi)軇┲g的滲透平衡而需要的額外壓力。

圖3.2一個顯示滲透現(xiàn)象的裝置

Π=CRT=(n/V)RT

或

ΠV=nRT(3.4)R=8.314Pa.m3.

mol-1.K-1適用范圍：

難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液

如果溶液為難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液，其滲透壓可按下式計算：例3.1計算298.15K時，0.100mol·dm-3溶液的滲透壓.解:由于R=8.314Pa·m3·mol-1·K-1

=8.314J.mol-1·K-1C=0.100mol·dm-3=0.100103mol·m-3

所以

Π=CRT=0.100103mol·m-3

8.314Pa·m3·mol-1·K-1298K=248kPa溶液通性的應用：做防凍劑、致冷劑、干燥劑和鹽浴。例如：干燥劑：CaCl2、P2O5

防凍劑：乙二醇，質(zhì)量分數(shù)為60%的乙二醇水溶液的凝固點為-49℃。

致冷劑：冰+NaCl、冰+CaCl2Tfp(℃)：-22-55滲透作用的應用等滲溶液，滲透與反滲透。滲透壓平衡與生命過程的密切關(guān)系：①

給患者輸液的濃度；（5%的葡萄糖；0.9%的氯化鈉生理鹽水)②植物的生長；③人的營養(yǎng)循環(huán)。3.1.2電解質(zhì)溶液的通性電解質(zhì)溶液也具有：溶液的蒸汽壓下降,沸點上升,凝固點下降和溶液滲透壓的通性6.6%NaCl;4.3%NaOH10117%NaOH;25.5%NaCl105拉烏爾定律不適用于電解質(zhì)溶液,電解質(zhì)在溶劑中發(fā)生離解，溶液中溶質(zhì)粒子的實際數(shù)量應為溶質(zhì)濃度的i倍?？捎靡罃?shù)性定律進行估算。強電解質(zhì)溶液

△p=ixBpA

Tfp=ikfpm

Π=iCRT

Tbp=ikbpm

i=T’fp（電解質(zhì)溶液）

/Tfp（非電解質(zhì)溶液）電解質(zhì)溶液與同濃度的非電解質(zhì)溶液的凝固點下降的比值。AB型i2;A2B型或AB2型i2-3.溶液通性的定性比較各種溶液的通性可定性比較，分三種情況：（1）同濃度不同種物質(zhì)其沸點高低或滲透壓大小的順序為:A2B型或AB2型強電解質(zhì)溶液AB型強電解質(zhì)溶液弱電解質(zhì)溶液非電解質(zhì)溶液。而蒸氣壓或