第二章物质的状态气体液体溶液优秀课件.ppt

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1、第二章物质的状态气体液体溶液1第1页，本讲稿共41页 本章主要内容：本章主要内容：一、气体一、气体1.理想气体状态方程理想气体状态方程2.混合气体分压定律混合气体分压定律3.实际气体和实际气体和 Van der Waals 方程方程二、液体二、液体1.气体的液化气体的液化2.液体的气化：蒸发、沸腾液体的气化：蒸发、沸腾3.蒸气压的计算蒸气压的计算三、固体与固体结构简介三、固体与固体结构简介第2页，本讲稿共41页一、气体一、气体1 理想气体理想气体1.1 物质状态：物质状态：固体固体 液体液体 气体气体气体气体 分子间作用力减弱分子间作用力减弱 密度降低密度降低（分子本身所占体积的比例不同）分子

2、本身所占体积的比例不同）等离子体等离子体(Plasma)p16-17如何建立如何建立气体模型？气体模型？第3页，本讲稿共41页1.2 理想气体状态方程（经验定律）理想气体状态方程（经验定律）p17-18 理想气体假定：理想气体假定：气体分子不占有体积气体分子不占有体积(忽略尺寸忽略尺寸)气体分子间作用力忽略不计，气体分子间作用力忽略不计，则：则：PV=nRT （理想气体状态方程）（理想气体状态方程）其中，其中，R 为气体常数。为气体常数。几种变化情况：几种变化情况：三个经验定律三个经验定律 波义耳波义耳(Boyle)定律：定律：PV=衡量衡量（T,n 恒定）恒定）查理查理-盖盖吕萨克吕萨克(C

3、harles-GayLussac)定律：定律：V/T=衡量衡量（P,n 恒定）恒定）阿伏加德罗阿伏加德罗(Avogadro)定律：定律：V/n=衡量衡量（T,P 恒定）恒定）第4页，本讲稿共41页1.3 气体状态方程的运用气体状态方程的运用 p18-191）R 的取值：的取值：随压力单位的变化而不同随压力单位的变化而不同 P：kPa V：dm3 R=8.31 kPadm3mol1 K1 P：Pa V：m3 R=8.314 Jmol1 K1 P：atm V：dm3 R=0.0821 atmdm3mol1 K1 2）P V=n R T 适用于适用于：温度较高或压力较低时的稀薄气体（为什么？）温度较

4、高或压力较低时的稀薄气体（为什么？）PV=nRT第5页，本讲稿共41页3）求分子量：）求分子量：M（摩尔质量）（摩尔质量）PV=nRT PV=(m/M)RT (n=m/M)M=(mRT)/(PV)4）求密度：）求密度：r r r r=(PM)/(RT)(r=m/V)能否以此解释热气球原理？能否以此解释热气球原理？第6页，本讲稿共41页例例 1：惰惰性性气气体体氙氙能能和和氟氟形形成成多多种种氟氟化化物物XeFx。实实验验测测定定在在80oC，15.6 kPa 时时，某某气气态态氟氟化化氙氙试试样样的的密密度度为为0.899 gdm-3,试确定这种氟化试确定这种氟化氙的分子式。氙的分子式。解：解

5、：（关键：求出摩尔质量，即可确定分子式。）（关键：求出摩尔质量，即可确定分子式。）设氟化氙摩尔质量为设氟化氙摩尔质量为M,密度为密度为r r(g dm-3),质量为质量为m(g),R 应应选用选用 8.31(kPa dm3 mol-1 K-1),则：则：第7页，本讲稿共41页 PV=nRT=(m/M)RT M=(m/V)(RT/P)=r r(RT/P)=(0.899 8.31 353)/15.6 =169(g mol-1)已知原子量已知原子量 Xe:131,F:19,对于对于XeFx，应有：，应有：131+19x=169 x=2 这种氟化氙的分子式为：这种氟化氙的分子式为：XeF2 第8页，本

6、讲稿共41页先理解二个概念：分体积：分体积：指指在恒温下在恒温下，某组分气体具有和混合气体相同压力时所占的体积。，某组分气体具有和混合气体相同压力时所占的体积。分压分压(力力)：指在恒温下，指在恒温下，某组分某组分气体单独占有整个混合气体气体单独占有整个混合气体体体积时所呈现的积时所呈现的 压力。压力。分压定律分压定律:P总=Pi=P1+P2+P3+Pi 由由PV=nRT 可得可得:Pi=P总总 xi xi=(摩尔分数摩尔分数)2 混合气体分压定律混合气体分压定律 (1801年年,Dalton)p19-20第9页，本讲稿共41页 T、V一定时的情一定时的情况况：气体 A:PA=nA(RT/V)

7、气体 B:PB=nB(RT/V)P总=PA+PB =(nA+nB)(RT/V)PA/P总=nA/(nA+nB)=nA/n总 P PA A =P总 xAT,VnA PAnB PB理想气体理想气体 A、B 的混合的混合P总总=PA+PB混混合合前前混混合合后后T,VnA nBT,VPA：分压分压第10页，本讲稿共41页 T、P 一定时的情况：一定时的情况：气体 A：VA=nA(RT/P)气体 B：VB=nB(RT/P)V总=VA+VB=(nA+nB)(RT/P)VA/V总=nA/(nA+nB)=nA/n总 VA=V总 xA T,PVAVBnA混混合合前前混混合合后后V总总 nBT,PTTT,P理想

8、气体理想气体 A、B 的混合的混合VA：分体积分体积第11页，本讲稿共41页一般来说，对于混合气体中组分一般来说，对于混合气体中组分A：分压分压 PA=P总总 xA 分体积分体积 VA=V总总 xA VA/V总总=PA/P总总推而广之，应有：推而广之，应有：P总总V分分=P分分V总总=n分分RT理想气体理想气体 A、B 的混合的混合第12页，本讲稿共41页例例 2：A、B两种气体在一定温度下，在一容器中混合，混合后下面表达式是否正确?1.PAVA=nART2.PV=nART3.PVA=nART4.PAV=nART5.PA(VA+VB)=nART6.(PA+PB)VA=nART否否 否否是是是是

9、是是是是是？否？第13页，本讲稿共41页例例 3：室温下，将室温下，将1.0 atm、10 dm3 的的 H2 与与1.0 atm、20 dm3 的的 N2 在在 40 dm3 容器中混合。容器中混合。求求：H2、N2 的分压、分体积、摩尔比。的分压、分体积、摩尔比。解解:?第14页，本讲稿共41页 例例 3 解：解：1）求分压：）求分压：T 一定，一定，n 不变不变（混合前后）（混合前后）P1V1=P2V2 1.0 10 =40 =0.25(atm)1.0 20 =40 =0.5(atm)2）求分体积：）求分体积：VA=V总总(PA/总总)=40 =40 =13(dm3)=40 =40 0.

10、5/0.75 =0.5/0.75 =27(dm3)3）求摩尔比：）求摩尔比：=0.25 /0.5 =0.25 /0.5 =0.5第15页，本讲稿共41页3 气体扩散定律气体扩散定律 (1831，Graham)p21-22 u 或：气体的扩散速度与其分子量的平方根成反比。气体的扩散速度与其分子量的平方根成反比。气体的扩散速度与其分子量的平方根成反比。气体的扩散速度与其分子量的平方根成反比。同温同压下同温同压下,某种气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比某种气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比:而同温同压下，气体的密度与分子量成正比，所以：而同温同压下，气体的密度与分子量成正比，所以：扩散定

11、律扩散定律扩散定律扩散定律:r rr r r rA A A Ar r r rB B B Br r r rB B B Br r r rA A A Ap22：例题：例题第16页，本讲稿共41页4 实际气体与实际气体与Van der Waals方程方程 p22-25理想气体：理想气体：PV=nRT实际气体实际气体:PV=Z(nRT)Z 称为压缩系数称为压缩系数 Z=1 为理想气体为理想气体 考虑分子间作用力：考虑分子间作用力：Z 1 （V增大）增大）实际气体偏离理想气体的程度，取决于实际气体偏离理想气体的程度，取决于：1.温度：温度：T 增加，趋向于理想气体增加，趋向于理想气体 2.压力：压力：P

12、减小，趋向于理想气体减小，趋向于理想气体 3.气体的性质：气体的性质：沸点愈高与理想状态偏差愈大沸点愈高与理想状态偏差愈大第17页，本讲稿共41页压力压力P愈小愈小,温度温度T愈高愈高,愈接近理想气体愈接近理想气体 1mol N2气气Z=第18页，本讲稿共41页不同气体的比较不同气体的比较(1mol,300K)Z=第19页，本讲稿共41页气体气体 Z-P 图总结：图总结：1.常压常温下，沸点低的气体，接近理想气体常压常温下，沸点低的气体，接近理想气体2.起初增加压力时起初增加压力时，对于分子量较大的分子，分子间作用力增加占主导，对于分子量较大的分子，分子间作用力增加占主导，使得使得 Z 1第2

13、0页，本讲稿共41页 Van der Waals方程方程:p25 实际气体方程：实际气体方程：PV=Z(nRT)Van der Waals方程方程：(P+(P+a a n n2 2/V/V2 2)(V )(V n nb b)=nRT)=nRT 其中，其中，a、b 为范德华常数为范德华常数a 用于用于校正压力校正压力，是与分子间作用力有关的常数，分子，是与分子间作用力有关的常数，分子 间作用力与间作用力与气体浓度的平方成正比气体浓度的平方成正比b 约等于气体凝聚为液体时的约等于气体凝聚为液体时的摩尔体积摩尔体积第21页，本讲稿共41页VanDerwaalsa 和和 b,与其分子间作用力及分子的体

14、积、质量有关。与其分子间作用力及分子的体积、质量有关。第22页，本讲稿共41页5 气体的液化气体的液化 p25问题：问题：1）是否所有气体都可以液化？）是否所有气体都可以液化？2）什么样的条件下可以液化？）什么样的条件下可以液化？冬天带眼镜进屋时，镜片会变得模糊。冬天带眼镜进屋时，镜片会变得模糊。家家庭庭用用液液化化气气，主主要要成成分分是是丙丙烷烷、丁丁烷烷，加加压压后后变变成成液液 体体储于高压钢瓶里，打开时减压即气化。储于高压钢瓶里，打开时减压即气化。但但有有时时钢钢瓶瓶还还很很重重却却不不能能点点燃燃。是是因因为为C5H12或或C6H14等等高高级级烷烷烃烃室温时不能气化。室温时不能气

15、化。温度温度压力压力Tc 以下，均可以下，均可第23页，本讲稿共41页临界现象临界现象临界现象临界现象?课课本本p26Tb（沸点）（沸点）室温室温 Tc 室温，室温，室温下加压不能室温下加压不能液化液化Tb 室温，室温，室温下加压可液室温下加压可液化化Tb 室温室温 Tc 室温，室温，在常温常压下为在常温常压下为液体液体第24页，本讲稿共41页临界常数：临界常数：临界常数：临界常数：p26每种气体液化时每种气体液化时,各有一个特定温度叫各有一个特定温度叫临界温度临界温度Tc.在在Tc 以上以上,无无论怎样加大压力论怎样加大压力,都不能使气体液化都不能使气体液化.临界温度时临界温度时,使气体液化

16、所需的最低压力叫使气体液化所需的最低压力叫临界压力临界压力Pc.在在Tc 和和 Pc 条件下条件下,1 mol 气体所占的体积叫气体所占的体积叫临界体积临界体积Vc.Tc、Pc、Vc 均与分子间作用力及分子质量有关均与分子间作用力及分子质量有关.第25页，本讲稿共41页6 气体分子的速率分布和能量分布气体分子的速率分布和能量分布a)最几速率：最几速率：up-几率最大；几率最大；p29b)算术平均速率：算术平均速率：u-计算运动距离；计算运动距离；c)均方根速率：均方根速率：u 1/2-计算平均动能；计算平均动能；d)气体分子的能量分布：气体分子的能量分布：p30图图7 气体分子运动论气体分子运

17、动论 p30-32理想气体运动方程式：理想气体运动方程式：p32a)气体分子的平均动能：气体分子的平均动能：p27-30自学自学第26页，本讲稿共41页1 液体的气化液体的气化：蒸发：蒸发 与与 沸腾沸腾 液体表面的气化现象叫液体表面的气化现象叫蒸发蒸发(evaporation)，是吸是吸热过程：热过程：敞口容器敞口容器分子的动能：分子的动能：红色：大红色：大黑色：中黑色：中蓝色：低蓝色：低二、二、液体液体p33-38热源热源第27页，本讲稿共41页气体分子的动能分布气体分子的动能分布 与与 蒸发的关系蒸发的关系分分子子的的份份 数数分子的动能分子的动能蒸发所需分子的蒸发所需分子的最低动能最低

18、动能第28页，本讲稿共41页1.1 蒸发蒸发:密闭容器，密闭容器，恒温时：恒温时：蒸发蒸发 冷凝冷凝 “动态平衡动态平衡”饱和蒸气压：饱和蒸气压：气体与其气体与其液相处于动态平衡的蒸气液相处于动态平衡的蒸气压力叫饱和蒸气压，简称压力叫饱和蒸气压，简称蒸气压。蒸气压。饱和蒸气压的特点：饱和蒸气压的特点：1.温度恒定时，为定值；温度恒定时，为定值；2.气液共存时，不受量的变化；气液共存时，不受量的变化；3.不同的物质有不同的数值。不同的物质有不同的数值。p33-35第29页，本讲稿共41页1.2 沸腾沸腾：在液体的表面和内部同时气化的现象在液体的表面和内部同时气化的现象叫叫沸腾沸腾。沸点与外界压力

19、有关。沸点与外界压力有关。外界压力等于外界压力等于101 kPa(1 atm)时的沸点为时的沸点为正常沸正常沸点点，简称简称沸点沸点。当温度升高到蒸气当温度升高到蒸气压与外界气压相等压与外界气压相等时，液体就时，液体就沸腾沸腾，这个温度就是这个温度就是沸点沸点。热源热源p37 P第30页，本讲稿共41页2 蒸气压曲线蒸气压曲线:曲线为气液共存平衡线；曲线为气液共存平衡线；曲线左侧为液相区；右曲线左侧为液相区；右侧为气相区。侧为气相区。蒸蒸气气压压正常沸点正常沸点p35温度温度第31页，本讲稿共41页实例实例：水的沸点为水的沸点为 100 C，但在高山上，由于大气压降低，沸点较低，但在高山上，由

20、于大气压降低，沸点较低，饭就难于煮熟。饭就难于煮熟。而高压锅内气压可达到约而高压锅内气压可达到约10 atm，水的沸点约在，水的沸点约在180 C左右，左右，饭就很容易煮烂。饭就很容易煮烂。“过热过热”液体：温度高于沸点的液体称为过热液体，易产生液体：温度高于沸点的液体称为过热液体，易产生爆沸。爆沸。蒸馏时一定要加入沸石或搅拌，以引入小气泡，产生气化中蒸馏时一定要加入沸石或搅拌，以引入小气泡，产生气化中心，避免爆沸。心，避免爆沸。第32页，本讲稿共41页例例 4：在在20 C、99 kPa 下，用排水取气法收集下，用排水取气法收集 1.5 dm3 的的 O2,问：问：需多少克需多少克 KClO

21、3 分解？分解？2 KClO3=2 KCl+3 O2 (查得：水在查得：水在20 C的蒸气压为的蒸气压为 2.34 kPa)解解:?第33页，本讲稿共41页 2 KClO3=2 KCl+3 O2 2/3 1 =RT =99 2.34=96.7(kPa)=0.060(mol)=2/3 需需 KClO3=2/3 =2/3 0.060 122.5 =4.9(克）克）例例 4 解：解：第34页，本讲稿共41页例例 5：在58C将某气体通过一盛水容器，在100 kPa 下收集该气体1.00 dm3。问：1)温度不变，将压力降至压力降至50.0 kPa 时，气体的体积是多少？2)温度不变，将压力增加到20

22、0 kPa 时，气体的体积是多少？3)压力不变，将温度升高到温度升高到100 C 时，气体的体积是多少？4)压力不变，将温度降至10 C 时，气体的体积是多少？解解:?第35页，本讲稿共41页解题思路解题思路:1)是求气体与水蒸气的混合气体的总体积，n n总总不变不变，P1V1=P2V2.2)压力增加会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化，可以用 该气体的分压来计算总体积：P气气1V1=P气气2V2 =n气气RT.3)3)n总不变，V1/T1=V2/T2=常数常数.4)温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化，可以用该气体的分压来计算总体积：n气气R=P气气1V1/T1=P

23、气气2V2/T2.例例 5：在58C将某气体通过一盛水容器，在100 kPa 下收集该气体1.00 dm3。问：1)温度不变，将压力降至压力降至50.0 kPa 时，气体的体积是多少？2)温度不变，将压力增加到200 kPa 时，气体的体积是多少？3)压力不变，将温度升高到温度升高到100 C 时，气体的体积是多少？4)压力不变，将温度降至10 C 时，气体的体积是多少？第36页，本讲稿共41页解解：1)P1 V1=P2 V2 100 1.00=50.0 V2 V2=2.00(dm3)2)2)58 C时，时，P水水=18.1 kPa,P气体气体=(100-18.1)kPa3)V2=(P气气1

24、V1)/P气气2=(100-18.1)1.00)/(200-18.1)=0.450(dm3)4)V1/T1=V2/T2 1.00/(273+58)=V2/(273+100)V2=1.13(dm3)5)4)P1V1/T1=P2V2/T2 10 C时时 P水水=1.23 kPa,P气体气体=(100-1.23)kPa 6)(100-18.1)1.00)/(273+58)=(100-1.23)V2/(273+10)V2=0.709(dm3)第37页，本讲稿共41页3 蒸气压的计算蒸气压的计算 p36蒸气压的对数与蒸气压的对数与 的直线关系（经验公式）的直线关系（经验公式）:lg p=A/T+BA=(

25、Hvap)/2.303R Hvap 为气体的摩尔蒸发热。为气体的摩尔蒸发热。103/K-1第38页，本讲稿共41页克劳修斯克劳修斯-克拉贝龙克拉贝龙(Clausius-Clapeyron)方程方程：p36 lg p=(Hvap)/2.303RT+B 温度温度 T1 时时蒸气压蒸气压 p1：lg p1=(Hvap)/2.303RT1+B 温度温度 T2 时时蒸气压蒸气压 p2 ：lg p2=(Hvap)/2.303RT2+B 两式相减，得：两式相减，得：lg p2 lg p1=(Hvap)/2.303R（1/T2 1/T1）即即:lg(lg(p p2 2 /p p1 1)=)=HHvapvap/

26、2.303R(T/2.303R(T2 2 T T1 1)/T)/T2 2 T T1 1 应用：应用：1)计算液体的蒸发热计算液体的蒸发热 HHvapvap；2)求蒸气压要注意求蒸气压要注意 R 与与 Hvap 的单位。的单位。3)例题见课本例题见课本 p38，习题见，习题见 p45:13,14.气体、液体小结气体、液体小结第39页，本讲稿共41页气体、液体小结气体、液体小结:1、理想气体状态方程、理想气体状态方程 理想气体的概念理想气体的概念 PV=nRT 的运用、的运用、R 的取值的取值 密度和摩尔质量的计算密度和摩尔质量的计算 PV=(m/M)RT，r=(PM)/(RT)2、分压定律、分体积定律（混合气体）、分压定律、分体积定律（混合气体）PA/总总=nA/n总总 P PA A/总总总总=V=VA A/V V总总总总 P总总V分分=P分分V总总=n分分RT3、临界温度、临界温度(Tc),临界压力临界压力(Pc),气液平衡气液平衡 lg(p2/p1)=Hvap/2.303R(T2 T1)/T2T1 （R与与 H的单位要一致）的单位要一致）三、固体三、固体第40页，本讲稿共41页v 三、固体与固体结构三、固体与固体结构 （课本课本 p38-43，略讲，略讲）见另一单独课件第41页，本讲稿共41页