大一无机化学第一章.ppt

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1、第一章第一章 物质存在状态物质存在状态教学方式：自学与讲授结合教学方式：自学与讲授结合主要内容：主要内容：理想气体的有关定律理想气体的有关定律液体的一般性质液体的一般性质水以及水溶液的一般性质水以及水溶液的一般性质非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶液的通性-依数性依数性胶体一般性质胶体一般性质参考书目：参考书目：现代化学导论现代化学导论，申泮文等，申泮文等/无机与分析化学无机与分析化学，陈荣三等，陈荣三等作业：作业：P239/5-5，7，9；P308/8-2，4，7，8，9，10，11，12，1312/20/2022元素、同位素元素、同位素原子、分子、离子原子、分子、离子物质物质-化学研究化学研

2、究“实物实物”，不包括物质的另一基本形态，不包括物质的另一基本形态-场场(以连续以连续形式存在的物质形态形式存在的物质形态)。组成组成-化学组成包括定性组成和定量组成。化学组成包括定性组成和定量组成。定性定性:含有哪些元素含有哪些元素;定量定量:各元素的质量百分比、原子个数比、化学式及分子式等。各元素的质量百分比、原子个数比、化学式及分子式等。结构结构-原子、分子和晶体结构以及说明物质结构的各种结构理论原子、分子和晶体结构以及说明物质结构的各种结构理论。性质性质-物理性质和化学性质。物理性质诸如溶解性物理性质和化学性质。物理性质诸如溶解性、热性质和某些谱热性质和某些谱学性质等学性质等。变化变化

3、-化学不仅研究化学变化，也研究与化学变化相关的物理变化。化学不仅研究化学变化，也研究与化学变化相关的物理变化。如热化学、电化学和表面化学都是研究与化学过程相关的物理过程。如热化学、电化学和表面化学都是研究与化学过程相关的物理过程。1.1 化学基本术语化学基本术语-自学自学12/20/2022物质的存在状态物质的存在状态12/20/20221.2 气体气体(Gas)*气体分子运动论气体分子运动论(Gas Kinetic Theory)气体是由分子气体是由分子组成的，彼此成的，彼此间距离距离分子直径，分子直径，分子体分子体积与气体体与气体体积相比可忽略不相比可忽略不计；气体分子气体分子处于永恒的无

4、于永恒的无规则运运动中；中；气体分子之气体分子之间相互作用可忽略，除相互碰撞相互作用可忽略，除相互碰撞时；气体分子相互碰撞或气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是器壁的碰撞都是弹性碰撞。性碰撞。碰撞碰撞时总动能保持不能保持不变，没有能量，没有能量损失。失。分子的平均分子的平均动能与能与热力学温度成正比。力学温度成正比。基本假设基本假设(Fundamental Assumption)12/20/2022假定：假定：分子不占有体积分子不占有体积 分子间作用力忽略不计分子间作用力忽略不计 P V =n R T压压力力体体积积温温度度气气体体常常数数摩摩尔尔数数适用于适用于：温度较高或压力较低时的稀薄气体

5、温度较高或压力较低时的稀薄气体1.理想气体状态方程理想气体状态方程-(Perfect Gas Equation)12/20/2022气体状态方程气体状态方程 的的 运用运用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 8.31 kPa dm3 mol-1 K-1 0.082 atm dm3 mol-1 K-1几种变化情况几种变化情况：Boyle 定律定律:PV=衡量衡量(T,n 恒定恒定)Charles-Gay-Lussac 定律：定律：V/T=衡量衡量(P,n 恒定恒定)Avogadro 定律：定律：V/n=衡量衡量(T,P 恒定恒定)12/20/2022具体应用具体应用:

6、1).已知三个量，可求出第四个量；已知三个量，可求出第四个量；2).测求气体的分子量测求气体的分子量M；3).已知气体的状态求其密度已知气体的状态求其密度；12/20/2022例题：例题：计算摩尔质量计算摩尔质量(Mole Mass)解解：求出摩尔质量，即可确定分子式。求出摩尔质量，即可确定分子式。设氟化氙摩尔质量为M，密度为(g dm-3)，质量为m(g)，R 应选用 8.31(kPa dm3 mol-1 K-1)。惰性气体惰性气体(Nobel Gas)氙(Xenon)能和氟(Fluorine)形成多种氟化物XeFx x。实验测定在80C，15.6 kPa 时，某气态氟化氙试样的密度为0.8

7、99(gdm-3)，试确定这种氟化氙的分子式。12/20/2022有关气体体积的化学计算有关气体体积的化学计算例例:为了行车的安全，可在汽车中装备上空气袋，防止碰撞时司机受到伤害。这种空气袋是用氮气充胀起来的，所用的氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁在火花的引发下反应生成的。总反应是：12/20/20226NaN3+Fe2O3(s)3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在25。748mmHg下，要产生75.0L的N2，计算需要叠氮化钠的质量。解：解：根据化学反应方程式所显示出的n(NaN3)与n(N2)的数量关系，可以进一步确定在给定条件下，m(NaN3)与V(N2)的关系。12/20/202

8、26NaN3+Fe2O3(s)3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)6mol9molMr(NaN3)=65.01,P=748 mmHg=99.73 kPaT=298Km(NaN3)=390.06 g V(N2)=223.6Lm(NaN3)=？V(N2)=75.0Lm(NaN3)=131g12/20/2022产生偏差的原因有两方面：产生偏差的原因有两方面：（1 1）气体分子体积的影响。）气体分子体积的影响。当压力升高时，气体体积变小，在充有气体的容器中，自当压力升高时，气体体积变小，在充有气体的容器中，自由空间减小，由于忽略分子体积所产生的误差就要显现出来。由空间减小，由于忽略分子体积所产

9、生的误差就要显现出来。*实在气体实在气体(Real Gas)的状态方程的状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程仅适合于仅适合于足够低压力足够低压力下真实气体下真实气体（2 2）分子间相互作用的影响。）分子间相互作用的影响。当气体的体积缩小，压力增大时，分子间靠得较近，分子当气体的体积缩小，压力增大时，分子间靠得较近，分子间力变得足够强，减弱了分子间对器壁的碰撞，相应产生间力变得足够强，减弱了分子间对器壁的碰撞，相应产生的压力变小。不同种气体，其分子间的作用力不同，由于的压力变小。不同种气体，其分子间的作用力不同，由于分子间力的影响偏离理想气体的程度有所不同。分子间力的影响偏离理想气体的程度有

10、所不同。12/20/2022van der Waals 方程方程a,b分别称为分别称为van der waals常量。常量。1，体积因素：，体积因素：V实在实在=(V理想理想 -nb)等于气体分子运动的自由空间。b为1mol气体分子自身体积的影响。2，压力因素，压力因素：分子间吸引力正比于(n/V)2，内压力p=a(n/V)2，p实在实在=p理想理想+a(n/V)212/20/2022二二.混合气体混合气体分压定律分压定律 (Law of Partial Pressure)组分组分(Component)气体气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分

11、压分压(Partial Pressure)：组分气体组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压的分压12/20/2022分压分压(Pi)：相同温度下，某组分气体与混合气体具有相同体积时的压力称为该组分气体的分压。P总总=P1+P2+Pi1.混合气体的四个概念混合气体的四个概念分体积分体积(Partial Volume,Vi)：相同温度下，某组分气体与混合气体具有相同压力时的体积称为该组分气体的分体积。V总总=V1+V2+Vi体积分数体积分数(Volume Fraction,i)：i=Vi/V总摩

12、尔分数摩尔分数(Molar Fraction,i)：i=ni/n总 12/20/2022a.定律定律：混合气体的总压力等于组分气体分压之和。P总总=P1+P2+P3+.+Pi某组分气体分压的大小和它在气体混合物中的体积分数体积分数或摩尔分数摩尔分数成正比。2.混合气体的混合气体的Dalton分压定律分压定律b.适用范围适用范围：理想气体理想气体及T、P较低的实际混合气体；混合气体混合气体各组分间不发生化学反应。c.应用应用：12/20/2022已知分压求总压或由总压和体积已知分压求总压或由总压和体积/摩尔分数摩尔分数求分压。求分压。例题：例题：某容器中含有某容器中含有NH3、O2、N2等气体的

13、混合物。取等气体的混合物。取样分析后，其中样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180 mol，n(N2)=0.700 mol。混合气体的总压。混合气体的总压 p=133.0 kPa。试计。试计算各组分气体的分压。算各组分气体的分压。解：解：n总总=nNH3+nO2+nN2 =0.320mol+0.180mol+0.700mol=1.200mol12/20/2022 分压定律的应用分压定律的应用排水取气问题排水取气问题Hydrochloric acidZinc granule12/20/2022例题例题:可用亚硝酸铵受热分解方法制取纯氮气。反应如:NH4NO2(s)2H

14、2O(g)+N2(g)如果在19、97.8kPa下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为4.16L，计算消耗掉的亚硝酸铵的质量。解：解：T=(273+19)K=292K,P=97.8kPa,V=4.16L 292 K 时，P(H2O)=2.20 kPa,Mr(NH4NO2)=64.0412/20/2022NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)64.04g 1molm(NH4NO2)=?0.164mol m(NH4NO2)=10.5g12/20/2022*气体扩散定律气体扩散定律-Graham Law1.定律定律：T,P相同时，各种不同气体的扩散速度与气体的密度的平方根成反比。2.用途用

15、途：测定气态物质的相对分子量；分离：同位素235U(0.72%)，238U(99.2%)扩散速度比：扩散速度比：235UF6(g)/238UF6(g)=1.00412/20/2022例题例题|x|120-x|NH3HCl 120|12/20/2022*液体是气体到固体的中间过渡态气体气体液体液体固体固体沸点沸点凝固点凝固点气化（蒸发）气化（蒸发）熔点熔点凝聚点凝聚点液化液化熔化熔化凝固凝固摩尔蒸发摩尔蒸发(气化气化)焓焓摩尔凝固热摩尔凝固热vapHm1.3 液体液体(Liquid)-自学自学12/20/20221，液体的状态和性质2，蒸发（气化）与蒸气压蒸发蒸发:液体表面的气化现象（evapo

16、ration)。敞口容器敞口容器干干涸涸吸热过程吸热过程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12/20/2022蒸气压蒸气压蒸发蒸发:密闭容器密闭容器蒸发蒸发 冷凝冷凝 “动态平衡动态平衡”恒温恒温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：低饱和蒸气压：饱和蒸气压：与液相处于动态平衡的与液相处于动态平衡的这种气体叫饱和蒸气，它的压力叫饱这种气体叫饱和蒸气，它的压力叫饱和蒸气压，简称和蒸气压，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.温度恒定时温度恒定时，为，为定值；定值；2.气液共存时气液共存时，不，不受量的变化；受量的变化；

17、3.不同的物质不同的物质有不有不同的数值。同的数值。12/20/2022沸腾沸腾沸腾沸腾:带活塞容器，带活塞容器，活塞压力为活塞压力为 P沸点与外界压力沸点与外界压力有关。外界压力有关。外界压力等于等于101 kPa(1 atm)时的沸点为时的沸点为正常沸点正常沸点，简称，简称沸点沸点。当温度升高到当温度升高到蒸气压与外界蒸气压与外界气压相等时，气压相等时，液体就液体就沸腾沸腾，这个温度就是这个温度就是沸点沸点。热源热源沸腾沸腾是在液体的表面是在液体的表面和内部同时气化。和内部同时气化。2，蒸发（气化）与蒸气压，蒸发（气化）与蒸气压12/20/2022例：例：水水水水的沸点为的沸点为的沸点为的

18、沸点为 100100CC，但在但在但在但在高山上高山上高山上高山上，由于大气，由于大气，由于大气，由于大气压降低，压降低，压降低，压降低，沸点较低沸点较低沸点较低沸点较低，饭就难于煮熟。，饭就难于煮熟。，饭就难于煮熟。，饭就难于煮熟。而而而而高压锅高压锅高压锅高压锅内气压可达到约内气压可达到约内气压可达到约内气压可达到约10 10 atmatm，水的沸点水的沸点水的沸点水的沸点约在约在约在约在180180CC左右，饭就很容易煮烂。左右，饭就很容易煮烂。左右，饭就很容易煮烂。左右，饭就很容易煮烂。“过热过热”液体：液体：温度高于沸点的液体称为过热液温度高于沸点的液体称为过热液 体，易产生体，易产

19、生爆沸爆沸。蒸馏时蒸馏时一定要一定要加入加入沸石沸石或或搅拌搅拌，以引入小气以引入小气泡，产生气化中心，避免爆沸泡，产生气化中心，避免爆沸。12/20/2022蒸气压曲线蒸气压曲线蒸气压曲线蒸气压曲线:曲线曲线为气液共为气液共存平衡线；存平衡线；曲线曲线左侧左侧为为液液相相区区；右侧右侧为为气气相相区区。蒸蒸蒸蒸气气气气压压压压正常沸点正常沸点正常沸点正常沸点2，蒸发（气化）与蒸气压，蒸发（气化）与蒸气压12/20/2022一一.水水（自学）（自学）-参见参见现代化学导论现代化学导论*水一种重要的化学物质水一种重要的化学物质水的一般物理性质和反常物理性质水的一般物理性质和反常物理性质水的结构水

20、的结构 (网络课堂网络课堂)水的化学性质水的化学性质水在自然界中的作用河水、海洋水在自然界中的作用河水、海洋水的净化水的净化1.4 1.4 水和溶液水和溶液水和溶液水和溶液12/20/2022二二.溶液（自学为主）溶液（自学为主）1.溶液的基本概念溶液的基本概念*：溶解度溶解度(Solubility)：表示物质在液体中的溶解能力表示物质在液体中的溶解能力溶解度与温度、溶质和溶剂有关溶解度与温度、溶质和溶剂有关“相似相溶相似相溶”原理原理饱和溶液饱和溶液(Saturate solution)溶解平衡溶解平衡2.溶解过程溶解过程-水合作用、水合离子水合作用、水合离子*3.水合物水合物-结晶水合物结

21、晶水合物*4.溶解热溶解热-Hm=U+hHm*可溶可溶:S 1g/100g微溶微溶:0.1 S 1g/100g难溶难溶:S -22 C CaCl2+H2O -55 C 防冻液防冻液：非电解质如：非电解质如:乙二醇，甘油等乙二醇，甘油等例题例题：计算浓度为：计算浓度为1mol.L-1的氯化钠溶液的沸点和的氯化钠溶液的沸点和冰点。若使冰点达到冰点。若使冰点达到-22 C，则，则NaCl溶液的浓度溶液的浓度应达多大？应达多大？若用若用CaCl2代替代替NaCl呢？呢？12/20/2022 渗透现象及解释渗透现象及解释渗透现象原因：半透膜两侧溶液浓度不同。渗透现象原因：半透膜两侧溶液浓度不同。渗透压：

22、为了阻止渗透作用所需给溶液的额外压渗透压：为了阻止渗透作用所需给溶液的额外压力。力。定量描述定量描述-vant Hoff 公式：公式：渗透压只与温度和溶质的质点数有关，而与溶质渗透压只与温度和溶质的质点数有关，而与溶质分子的性质无关。分子的性质无关。有关计算有关计算 测定渗透压，求某些生物大分子的分子量测定渗透压，求某些生物大分子的分子量渗透压渗透压(Osmotic pressure)12/20/2022解解：由于溶液极稀，可近似：由于溶液极稀，可近似m=c 由公式：由公式：=mRT=15520/M(R=取值？取值？)可得可得M=答答：该蛋白质分子的平均分子量为：该蛋白质分子的平均分子量为2.

23、5x104。例例题题：298.2K，测测得得0.1L的的1.552g某某蛋蛋白白质质分分子子的的渗渗透压为透压为1539Pa。求该蛋白质分子的平均分子量。求该蛋白质分子的平均分子量。渗透压的生物学意义：渗透压的生物学意义：生物体内传质过程的动力保证；生物体内传质过程的动力保证；维维持持生生物物体体内内的的等等渗渗关关系系。Ex.动动物物体体/植植物物体体的的脱脱水与溶血现象。水与溶血现象。12/20/2022稀溶液稀溶液(dilute solution)的通性的通性-依数性依数性(colligative properties)依数性依数性稀溶液的某些物理特性如蒸气稀溶液的某些物理特性如蒸气压、

24、沸点、凝固点，这些特性的变化只压、沸点、凝固点，这些特性的变化只与稀溶液中溶质的粒子数目有关，而与与稀溶液中溶质的粒子数目有关，而与溶质、溶剂本身的性质无关。溶质、溶剂本身的性质无关。小结：小结：稀溶液依数性的应用稀溶液依数性的应用12/20/2022弱弱电解质电解质：水溶液中大部分以分子形式存在，只有：水溶液中大部分以分子形式存在，只有少部分电离，达电离平衡！少部分电离，达电离平衡！电离度电离度 ：9.电解质溶液与强电解质溶液电解质溶液与强电解质溶液理论理论*强强电解质电解质：水溶液中完全电离，以离子形式存在。：水溶液中完全电离，以离子形式存在。活度活度 a：离子间由于相互作用而使其有效浓度

25、降低。离子间由于相互作用而使其有效浓度降低。a=c 或或 a=m。：校正系数校正系数或或活度系数活度系数。*：与溶液中总体的与溶液中总体的离子强度离子强度I 有关，有关，lg =-A|Z+Z-|I*I：与溶液中总体离子的离子浓度及其电荷数有关。与溶液中总体离子的离子浓度及其电荷数有关。12/20/2022三三.胶体溶液胶体溶液(Colloid)1.分散体系分散体系*分子分散体系分子分散体系胶态分散体系胶态分散体系粗分散体系：粗分散体系：2.溶胶溶胶溶胶的性质溶胶的性质光学性质光学性质丁达尔效应丁达尔效应：胶团对光的散射现象。：胶团对光的散射现象。溶胶的现象最显著，区别于真溶液的简单方法。溶胶的

26、现象最显著，区别于真溶液的简单方法。动力性质动力性质布朗运动布朗运动：胶团粒子的不规则运动。：胶团粒子的不规则运动。电学性质电学性质电泳现象电泳现象：胶粒在外电场下定向移动。：胶粒在外电场下定向移动。12/20/2022swf溶胶的组成：分散相溶胶的组成：分散相(胶团胶团)+分散介质分散介质+稳定剂稳定剂 胶团的结构：胶核胶团的结构：胶核胶粒胶粒 胶团胶团(AgI)m nI-(n-x)K+x-xK+胶核胶核(电中性电中性)电位离子电位离子 反离子反离子 反离子反离子 吸附层扩散层胶粒胶粒(带电荷)胶团胶团(电中性)胶团示意图胶团示意图胶体的组成与结构胶体的组成与结构.溶胶的三个特征溶胶的三个特

27、征12/20/2022 溶胶的凝沉溶胶的凝沉-关键：稳定性的去除。关键：稳定性的去除。加入电解质，如：明矾使水净化加入电解质，如：明矾使水净化(吸附、电荷吸附、电荷)。相反电性溶胶混合；相反电性溶胶混合；加热加热。溶胶的稳定性和凝沉溶胶的稳定性和凝沉溶胶的稳定性溶胶的稳定性动力学稳定性：胶团的动力学稳定性：胶团的Brown运动运动聚集稳定性：胶粒的带电性使同种电荷具有排斥作用、聚集稳定性：胶粒的带电性使同种电荷具有排斥作用、溶剂化作用溶剂化作用热力学不稳定性：胶体粒子因很大的表面能易聚集成大热力学不稳定性：胶体粒子因很大的表面能易聚集成大颗粒。颗粒。12/20/2022高分子溶液的概念高分子溶液的概念高分子溶液的性质高分子溶液的性质高分子溶液与溶胶的异同点高分子溶液与溶胶的异同点高分子溶液对溶胶的保护作用过量高分子溶液对溶胶的保护作用过量高分子溶液对溶胶的敏化作用少量高分子溶液对溶胶的敏化作用少量 高分子溶液高分子溶液*12/20/2022