《化学基础知识 》PPT课件.ppt
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1、第二章第二章 化学基础知识化学基础知识主要内容:主要内容:1、气体:气体:理想气体的状态方程;理想气体的状态方程;实际气体的状态方程;实际气体的状态方程;气体的扩散、速率和能量方面的性质。气体的扩散、速率和能量方面的性质。2、液体:液体:溶液所涉及的一些基本概念;溶液所涉及的一些基本概念;饱和蒸汽压(溶剂与溶液);饱和蒸汽压(溶剂与溶液);非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性 (蒸汽压降低,沸点升高,凝固点降低,渗透压)(蒸汽压降低,沸点升高,凝固点降低,渗透压)3、固体固体1 气体,液体和固体是物质存在的三种状态。气体,液体和固体是物质存在的三种状态。气体研究最早,比较简单。气体研究
2、最早,比较简单。2-1气体气体2-1-1理想气体的状态方程理想气体的状态方程 描述气体状态的物理量描述气体状态的物理量物理量物理量单单位位压压强强p帕斯卡帕斯卡Pa(Nm-2)体体积积V立方米立方米m3温温度度T开尔文开尔文K物质的量物质的量n摩摩尔尔mol2 符合下面两条假定的气体,叫做理想气体:符合下面两条假定的气体,叫做理想气体:(1)(1)忽略气体分子的自身体积忽略气体分子的自身体积,将分子看成是有质量将分子看成是有质量的几何点的几何点(质点质点)。(2)(2)分子间作用力被忽略分子间作用力被忽略;分子与分子、分子与器壁分子与分子、分子与器壁之间的碰撞之间的碰撞,是完全弹性碰撞是完全弹
3、性碰撞-无动能损耗。无动能损耗。在高温和低压下在高温和低压下,实际气体分子间的距离相当大,实际气体分子间的距离相当大,气体分子自身体积远远小于气体占用的体积,分子间的气体分子自身体积远远小于气体占用的体积,分子间的作用力极弱,这时实际气体接近理想气体。故这种假定作用力极弱,这时实际气体接近理想气体。故这种假定是有实际意义的。是有实际意义的。理想气体的基本假定理想气体的基本假定3 Boyle定律:定律:V1p当当n 和和T 一定时,气体的一定时,气体的V与与p成反比成反比。理想气体的经验公式理想气体的经验公式 VT CharlesGayLussac定律:定律:当当n 和和p 一定时,气体的一定时
4、,气体的V 与与T 成正比。成正比。4V nAvogadro定律:定律:当当p 和和T 一定时,气体的一定时,气体的V 和和n 成正比。成正比。实验测得,其比例系数是实验测得,其比例系数是R,则则VnTp综合以上三个经验公式,得综合以上三个经验公式,得或或此式为理想气体状态方程式此式为理想气体状态方程式5R8.3145Pam3mol-1K-18.3145Jmol-1K-1 R:摩尔气体常数摩尔气体常数1mol理想气体,理想气体,0C,1atm时的体积时的体积22.4L。pV n RT J=Pam3 =Nm-2m3=Nm R pV/n T 6物质的量物质的量 (n)mol温度温度 T(tempe
5、rature)T(t+273.15)K压力压力 p(pressure)1atm760mmHg101325Pa101kPa0.1MPa体积体积 V (volume)1m3103L103dm3106cm37解:依据题意可知解:依据题意可知V1V2,n1n2此时此时解得解得T2900K当温度达到当温度达到900K以上时,烧瓶会炸裂。以上时,烧瓶会炸裂。例例2-1一玻璃烧瓶可以耐压一玻璃烧瓶可以耐压3.04105Pa,在温度为,在温度为300K和和压强为压强为1.03105Pa时,使其充满气体。问在什么温度时,烧时,使其充满气体。问在什么温度时,烧瓶将炸裂瓶将炸裂?8例例2-227C和和101kPa下
6、,下,1.0dm3CO2质量为多少克?质量为多少克?解:由理想气体的状态方程解:由理想气体的状态方程 pV nRT 得得 n pV/RT 即即 m/M pV/RTm=MpV/RT=1.78g92-1-2实际实际气体的状态方程气体的状态方程 理想气体是在对于实际气体进行假定的基础上抽象理想气体是在对于实际气体进行假定的基础上抽象出的模型,实际气体的实验数据偏离理想气体的状态方出的模型,实际气体的实验数据偏离理想气体的状态方程,因此,必须对理想气体状态方程进行修正,才能够程,因此,必须对理想气体状态方程进行修正,才能够适用于实际气体。适用于实际气体。10 考虑到实际气体分子之间的相互作用,实际气体
7、中的碰壁分子考虑到实际气体分子之间的相互作用,实际气体中的碰壁分子肯定会受到内部分子的吸引力,实际气体的压强是碰壁分子受内层肯定会受到内部分子的吸引力,实际气体的压强是碰壁分子受内层分子引力分子引力,不能自由碰撞器壁的结果(图),实际气体分子碰撞器不能自由碰撞器壁的结果(图),实际气体分子碰撞器壁时所产生的压力由于内部分子吸引作用,小于理想气体所产生的壁时所产生的压力由于内部分子吸引作用,小于理想气体所产生的压力压力因此因此 pp实实+p内内p:理想气体的压强:理想气体的压强p实实:实际气体的压强:实际气体的压强p内内:理想气体的压强:理想气体的压强p与实际气体的压强与实际气体的压强p实实的差
8、的差1.实际气体的压强实际气体的压强P实实11 p内内和内部分子的密度成正比,也和碰撞器壁的外层分子和内部分子的密度成正比,也和碰撞器壁的外层分子的密度成正比,即的密度成正比,即设其比例系数为设其比例系数为a,则上式可写成,则上式可写成则则(1)12 V V实实nb(2)2.实际气体的体积实际气体的体积V实实理想气体的体积是指可以任凭气体分子运动理想气体的体积是指可以任凭气体分子运动,且且可以无限压缩的理想空间可以无限压缩的理想空间,原因是气体分子自身无体原因是气体分子自身无体积。但实际气体的分子体积则因分子自身的体积不积。但实际气体的分子体积则因分子自身的体积不能忽略与理想气体的体积不同。实
9、际气体的体积大能忽略与理想气体的体积不同。实际气体的体积大于理想气体,于理想气体,V V实实V分分 气体分子自身体积与气体的物质的量有关,所气体分子自身体积与气体的物质的量有关,所以,以,V分分=nb (b为每摩尔气体分子的体积)为每摩尔气体分子的体积)13a、b 称为气体的范德华常数,称为气体的范德华常数,a、b 的值越大,实际气的值越大,实际气体偏离理想气体的程度越大。体偏离理想气体的程度越大。p实实+a(n/V)2V实实 nbnRT这个方程是荷兰科学家这个方程是荷兰科学家VanderWaals(范德华范德华)提出的提出的,称称范德华方程,只是实际气体状态方程中的一种形式。范德华方程,只是
10、实际气体状态方程中的一种形式。理想气体状态方程理想气体状态方程:PV=nRT,将将(1)和和(2)式子代式子代入其中入其中,得得:3.实际气体的状态方程实际气体的状态方程142-1-3混合气体的分压定律混合气体的分压定律基本概念基本概念1.混合气体与组分气体混合气体与组分气体 混合气体:由两种或两种以上的,相互之间不发生反应混合气体:由两种或两种以上的,相互之间不发生反应的气体混合在一起组成的体系。的气体混合在一起组成的体系。组分气体:组分气体:组成混合气体的每一种气体组成混合气体的每一种气体15i组分气体的摩尔分数用组分气体的摩尔分数用xi表示表示,则则例如例如:由由3molH2和和1mol
11、N2组成的混合气体组成的混合气体,其中其中:2.混合气体的摩尔分数混合气体的摩尔分数 混合气体的物质的量为混合气体的物质的量为n,各组分气体的物质的量各组分气体的物质的量ni则则163.总体积与分压总体积与分压混合气体所占有的体积称为总体积混合气体所占有的体积称为总体积,用用V总总表示。表示。当当i 组分气体单独存在组分气体单独存在,且占有总体积时且占有总体积时,其具有的压强其具有的压强,称为称为i 组分气体的分压组分气体的分压,用用Pi表示。表示。且有关系式且有关系式:PiV总总=niRT4.总压和分体积总压和分体积混合气体所具有的压强混合气体所具有的压强,称为总压称为总压,用用P总总表示。
12、表示。当当i组分气体单独存在组分气体单独存在,且具有总压时且具有总压时,其所占有的体积其所占有的体积,称为称为i组分气体的分体积组分气体的分体积,用用Vi 表示。表示。关系式为关系式为:P总总Vi=niRT5.体积分数体积分数Vi/V总总称为该组分气体的体积分数。称为该组分气体的体积分数。17通过实验来研究分压和总压的关系:通过实验来研究分压和总压的关系:对于双组分体系,对于双组分体系,T,V 一定时一定时?nAnBnA+nBpApB由理想气体方程:由理想气体方程:pAnART/V pB=nBRT/V p总总 pA +pB道尔顿理想气体分压定律道尔顿理想气体分压定律-分压和总压的关系分压和总压
13、的关系+p总总n总总RT/V=(nA+nB)RT/V18 对于多组分体系对于多组分体系 在温度和体积恒定时,混和气体的总压力等于各组分在温度和体积恒定时,混和气体的总压力等于各组分气体分压力之和,某组分气体的分压力等于该气体单独占气体分压力之和,某组分气体的分压力等于该气体单独占有总体积时所表现的压力。有总体积时所表现的压力。-道尔顿分压定律道尔顿分压定律 理想气体混合时理想气体混合时,由于分子间无相互作用由于分子间无相互作用,每种气体每种气体在容器中碰撞器壁产生压力时在容器中碰撞器壁产生压力时,与这种气体独立存在时的与这种气体独立存在时的情况是相同的情况是相同的,亦在混合气体中亦在混合气体中
14、,组分气体是各自独立的,组分气体是各自独立的,这是分压定律的实质。这是分压定律的实质。总总 piniRT/V总总19分压与组成之间的关系分压与组成之间的关系P总总V总总=nRT(1)PiV总总=niRT(2)(2)/(1)得得 pi/p总总 ni/n xior pi ni p/n xi p总总组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积 P总总ViniRT(3)20例例2-3某温度下,将某温度下,将2105Pa的的O23L和和3105Pa的的N21L充入充入6L的真空容器中,求混合气体的各组分的分压及总的真空容器中,求混合气体的各组分的分压及
15、总压。压。解解:O2p12105PaV13Lp2?V26LO2的分压的分压pO2p1V1/V2(21053/6)Pa1105Pa21同理同理N2的分压的分压 混合气体的总压力混合气体的总压力pN2(31051/6)Pa0.5105Pap总总pO2+pN2(1105+0.5105)Pa1.5105Pa22例例2-4制取氢气时,在制取氢气时,在25和和74.2cmHg气压下,用排气压下,用排水集气法收集到气体是水集气法收集到气体是2.23L,在此温度下水的蒸气压为在此温度下水的蒸气压为23.8mmHg。求。求H2的物质的量。的物质的量。解:由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合气体,解:由此法收集到的
16、是氢气和水蒸气的混合气体,其中水蒸气的分压其中水蒸气的分压pH2O23.8mmHg=2.38cmHg那么那么pH274.2-2.38=71.8cmHg V总总=2.23L,P总总=74.2cmHg,23由由piV总总niRT nipiV总总/(RT)=p氢氢V总总/(RT)71.8/761013252.2310-38.3142980.086mol242-1-3 气体扩散定律气体扩散定律 气体扩散定律气体扩散定律:同温同压下气态物质的扩散速度与:同温同压下气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比其密度的平方根成反比(Graham,1831)。ui:扩散速度:扩散速度i:表示密度:表示密度ui1i
17、ABBAuu=或或25由理想气体状态方程推得由理想气体状态方程推得 MmRT V p 同温同压下,气体的扩散速度与其分子量的平方根成反比。同温同压下,气体的扩散速度与其分子量的平方根成反比。MRT pABBAuu=ABBAuu=MMn m/M=pV/RT26例例2-5使使NH3和和HCl两种气体从一根长两种气体从一根长100cm的玻璃管的玻璃管的两端自由扩散,求发生反应的两端自由扩散,求发生反应NH3+HClNH4Cl在玻在玻璃管中产生白烟的位置。璃管中产生白烟的位置。解:如图,设解:如图,设t时间后发生反应,玻璃管中产生白烟的位时间后发生反应,玻璃管中产生白烟的位置距离置距离NH3段段xcm
18、,距,距HCl端(端(100-x)cm。100-xxNH3NH4ClHCl由气体扩散定律由气体扩散定律X=59.5,即产生白烟的位置距即产生白烟的位置距NH3端端59.5cm。272-1-5 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1气体分子的速率分布气体分子的速率分布u:代表分子的运动速率。代表分子的运动速率。单位速率间隔内分子的数目。单位速率间隔内分子的数目。Nu:速率大的分子少;速率小的分子也少;速率居中的分子较多速率大的分子少;速率小的分子也少;速率居中的分子较多。28气体分子的速率分布气体分子的速率分布 up:最概然速率:最概然速率气体分子中具有气体分子中具有up 这
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