第1章 气体和液体优秀课件.ppt

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1、第1章 气体和液体第1页，本讲稿共65页气气 体体理想气体状态方程式理想气体状态方程式气体混合物气体混合物(分压定律分压定律)溶溶 液液溶液的浓度溶液的浓度稀溶液的依数性稀溶液的依数性 第2页，本讲稿共65页理想气体状态方程式理想气体状态方程式理想气体状态方程式理想气体状态方程式 理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的应用第3页，本讲稿共65页 具有可压缩性和扩散性气体的最基本特征：第4页，本讲稿共65页理想气体状态方程式理想气体状态方程式理想气体状态方程适用条件？可以用来求算什么？理想气体状态方程适用条件？可以用来求算什么？什么是理想气体，什么条件下的气体接近理想气体：什么是理想气体，

2、什么条件下的气体接近理想气体：分子本身不占体积（分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略），分子间没有作用力的气体。较低压力（不高于较低压力（不高于101.3kPa101.3kPa）较高温度（不低于）较高温度（不低于0 0）的）的条件下的气体接近于理想气体。条件下的气体接近于理想气体。第5页，本讲稿共65页较低压力：分子数少，分子体积相对气体所占的体积可以忽略；碰撞几率低，分子间的作用力可以忽略。较高温度：气体运动速率快，分子运动空间大，分子体积相对气体所占的体积可以忽略；碰撞几率低，分子间的作用力可以忽略。第6页，本讲稿共65页R-摩尔气体常量在STP下，p=101.325kPa,T=

3、273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.41410-3m3R=8.314 kPaLK-1mol-1pV=nRT第7页，本讲稿共65页需要注意的问题pV=nRT注意R与V,P的单位要对应第8页，本讲稿共65页理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的应用1.计算p，V，T，n四个物理量之一。应用范围：温度不太低，压力不太高的真实气体。第9页，本讲稿共65页例例1 一玻璃烧瓶可以耐压一玻璃烧瓶可以耐压 3.08 105 Pa，在温度为，在温度为300 K 和压和压强为强为 1.03 105 Pa 时，使其充满气体。问在什么温度时，烧瓶时，使其充满气体。问在什么温度时，烧瓶将

4、炸裂。将炸裂。解：依据题意可知解：依据题意可知 V1 V2，n1 n2此时此时 解得解得 T2 900 K当温度达到当温度达到 900 K 以上时，烧瓶会炸裂。以上时，烧瓶会炸裂。第10页，本讲稿共65页有关气体体积的化学计算例2: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：第11页，本讲稿共65页6NaN3+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：根据化学反应方程式所显示出的n

5、（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。第12页，本讲稿共65页6NaN3+Fe2O3(s)3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)6mol9molMr(NaN3)=65.01 P=748mmHg=99.73kPa T=298Km(NaN3)=？V(N2)=75.0Lm(NaN3)=131g第13页，本讲稿共65页课堂练习课堂练习一敞口烧瓶在一敞口烧瓶在280K时所盛的气体，需要加时所盛的气体，需要加热到什么温度时，才能使其体积的热到什么温度时，才能使其体积的1/3逸出逸出瓶外？瓶外？答题关键：答题关键：抓住变和不变的量，变的是温度

6、和物质的量，不变抓住变和不变的量，变的是温度和物质的量，不变的是压强和体积的是压强和体积第14页，本讲稿共65页2.气体摩尔质量的计算M=Mr gmol-1第15页，本讲稿共65页3.气体密度的计算 =m/V第16页，本讲稿共65页气体混合物气体混合物分压定律分压定律分压定律的应用分压定律的应用第17页，本讲稿共65页组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分压：组分气体B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B的分压。分压定律(Daltons Law)第18页，本讲稿共65页对于双组分体系，对于双组分体系，T，V 一定时一定时pA+pBnAnBnA+nBpA

7、pB pB nBRT/V pA nART/Vp总总 pA +pB第19页，本讲稿共65页思考P总总=？nAnBnA+nBpApBV2VVP总总=？nAnBnA+nBpApB1/2V2VV第20页，本讲稿共65页 对于多组分体系对于多组分体系 pi niRT/V总总 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有总体积时所压力之和，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。表现的压力。第21页，本讲稿共65页分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。p=p1+p

8、2+或 p=pB n=n1+n2+第22页，本讲稿共65页分压的求解：x B B的摩尔分数第23页，本讲稿共65页 例例3 某容器中含有NH3、O2、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n（NH3）=0.320mol，n（O2）=0.180mol，n（N2）=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。解：n=n（NH3）+n（O2）+n（N2）=0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol p(NH3)=n(NH3)/n p =0.320/1.200 133.0kPa =35.5kPa 第24页，本讲稿共65页p(N2)=p-p(

9、NH3)-p(O2)=(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPa第25页，本讲稿共65页思考：1.恒压条件下，将4L H2 与6L N2 混合于一容器中，使其总压为50KPa,求各组分分压？2.将4L 100 KPa H2 与4L 100KPa N2 混合于4L容器中，求总压和各组分分压？3.将4L 100 KPa H2 与4L 100KPa N2 混合于8L容器中，求总压和各组分分压？4.将4L 100 KPa H2 与5L 100KPa N2 混合于20L容器中，求总压和各组分分压？分压定律不适用于实际气体，为什么？分压定律不适用于实际气体，为什么？第26页，本讲稿共65页

10、分压定律的应用收集的气体中有什么气体？第27页，本讲稿共65页例例 3 制取氢气时，在制取氢气时，在 22 和和 100.0 kPa 下，下，用排水集气法用排水集气法收集到气体收集到气体 1.26 dm3，在此温度下水的蒸气压为，在此温度下水的蒸气压为 2.7 kPa，求，求所得氢气的质量。所得氢气的质量。解：由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合气体，解：由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合气体，则其中水蒸气的分压则其中水蒸气的分压 p(H2O)2.7 kPa 那么那么 p(H2)100 kPa 2.7 kPa 97.3 kPa第28页，本讲稿共65页由由 pi V总总 ni RT 故所得氢气的质

11、量为故所得氢气的质量为 2 g mol 1 0.05 mol 0.1 g ni piV总总/(RT)97.3 103 1.26 103/(8.314 295)mol 0.05 mol第29页，本讲稿共65页稀溶液的依数性稀溶液的依数性溶液的浓度的表示方法溶液的浓度的表示方法 稀溶液的依数性稀溶液的依数性第30页，本讲稿共65页特点：较方便，实验室最常用；特点：较方便，实验室最常用；由于体积受温度的影响，使用时要指明温度。由于体积受温度的影响，使用时要指明温度。cB nB V 溶质溶质 B 的物质的量除以混合物的体积，即的物质的量除以混合物的体积，即 1 L 溶液溶液中所中所含的含的溶质溶质的物

12、质的量，用的物质的量，用 cB 表示。表示。1 物质的量浓度物质的量浓度溶液的浓度的表示方法溶液的浓度的表示方法 cB-物质B的物质的量浓度，molL-1 nB-溶液中溶质B的物质的量，mol V-溶液的体积，L 第31页，本讲稿共65页2 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 溶质溶质 B 的物质的量除以的物质的量除以溶剂溶剂 A 的质量，用符号的质量，用符号 m 表示。表示。特点：与温度无关，可用于沸点及凝固点的计算。特点：与温度无关，可用于沸点及凝固点的计算。bB nBmA bB-溶质B的质量摩尔浓度,molKg-1 nB-溶质B的物质的量,mol mA-溶剂A的质量,Kg第32页，本讲稿共65页3

13、 质量分数质量分数溶质溶质 B 的质量与混合物质量之比。的质量与混合物质量之比。wB mB m总总 B-溶质B的质量分数,mB-溶质B的质量,Kg m-溶液的总质量，Kg第33页，本讲稿共65页4 摩尔分数摩尔分数 溶质和溶剂都用溶质和溶剂都用 mol 表示，溶质的物质的量占全部表示，溶质的物质的量占全部溶液溶液的的物物质的量的分数，用质的量的分数，用 xB 表示表示。对于多组分体系：对于多组分体系：xB nB n总总 xB-溶质B的质量分数,nB-溶质B的物质的量,mol n-溶液的总的物质的量，mol第34页，本讲稿共65页5 质量浓度 B=mB/V 式中:B-溶质B的质量浓度,gL-1

14、mB-溶质B的质量,g V-溶液的体积，L第35页，本讲稿共65页质量摩尔浓度与摩尔分数之间的关系质量摩尔浓度与摩尔分数之间的关系 稀溶液中，稀溶液中，x溶剂溶剂 x溶质溶质，则则 xB n溶质溶质 n溶质溶质 n溶质溶质+n溶剂溶剂 n溶剂溶剂需要注意的问题需要注意的问题第36页，本讲稿共65页对于水溶液对于水溶液，当，当 n溶剂溶剂 1000 g/(18 g/mol)55.6 mol 时，时，n溶质溶质 b溶质溶质即即 x溶质溶质 n溶质溶质/n溶剂溶剂 b溶质溶质/55.6令令 k 1/55.6，则则 xm kb稀溶液中，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比稀溶液中，溶质的摩尔分数与其质

15、量摩尔浓度成正比。第37页，本讲稿共65页溶液有两大类性质：1）与溶液中溶质的本性有关与溶液中溶质的本性有关：溶液的颜色、比重、酸碱性和导电性等；2）与溶液中溶质的独立质点数有关与溶液中溶质的独立质点数有关：而与溶质的本身性质无关：如溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。第38页，本讲稿共65页阅读P5，什么是饱和蒸汽压？怎样理解纯液体？250mL水 与 1L水的饱和蒸汽压是否一样？250mL水 与 250mL 0.5%的蔗糖水的饱和蒸汽压是否一样？1 饱和蒸汽压饱和蒸汽压 稀溶液的依数性稀溶液的依数性第39页，本讲稿共65页纯溶剂的饱和蒸汽压纯溶剂的饱和蒸汽压 在一定的温度下，液体与蒸气达到

16、平衡时，水蒸气压力最在一定的温度下，液体与蒸气达到平衡时，水蒸气压力最大，称饱和蒸气压大，称饱和蒸气压(简称蒸汽压简称蒸汽压)，用，用 p p*表示表示.H2O(l)H2O(g)蒸发蒸发凝聚凝聚第40页，本讲稿共65页A 同一液体，温度越高，蒸气压越大。同一液体，温度越高，蒸气压越大。B 与物质的本性有关：同一温度下，易挥发液体蒸与物质的本性有关：同一温度下，易挥发液体蒸 气压大。气压大。C 液体的蒸气压与液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关气相的体积及液相的量无关。T/K p/kPa T/K p/kPa 273278283293303313323 0.6100.871 1.227 2.33

17、8 4.242 7.375 12.33333334335336337342319.918 35.157 47.342 70.100 101.32476.02 不同温度下水的蒸汽压不同温度下水的蒸汽压第41页，本讲稿共65页溶液的饱和蒸气压溶液的饱和蒸气压 溶液的蒸气压低于纯溶剂溶液的蒸气压低于纯溶剂丙酮溶液丙酮溶液压力计压力计丙酮丙酮第42页，本讲稿共65页溶液的蒸汽压下降 Raoult定律 第43页，本讲稿共65页 在一定的温度下，难挥发非在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。乘积。p p

18、A*xA拉乌尔定律拉乌尔定律(F.M.Raoult)第44页，本讲稿共65页 在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值 p 与溶质的摩尔分数成正比。与溶质的摩尔分数成正比。适用范围适用范围:非电解质，难挥发，稀溶液。非电解质，难挥发，稀溶液。蒸气压下降蒸气压下降 p pA*xB p pA*xA p pA*(1xB)xA+xB=1第45页，本讲稿共65页溶液的蒸汽压下降公式：由于 nA nB，若取1000g溶剂，有则 p=K bB 适用：难挥发的非电解质稀溶液。第46页，本讲稿共65页水糖水趣题讨论第47页，本讲稿共65页2 沸点升高沸

19、点升高 当液体蒸气压力等于外界的压力时，液体沸腾，此时的温当液体蒸气压力等于外界的压力时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。度称为该液体的沸点。当外压为当外压为 101.3 k Pa 时，液体的沸点为正常沸点。时，液体的沸点为正常沸点。(1)液体的沸点液体的沸点第48页，本讲稿共65页(2)影响沸点高低的因素影响沸点高低的因素u与物质的本性有关，在一定的外压下，易挥发的液体沸点低；与物质的本性有关，在一定的外压下，易挥发的液体沸点低；u对于同一物质，沸点与外压有关，外压越大，沸点越高；对于同一物质，沸点与外压有关，外压越大，沸点越高；u外压一定时，纯净物具有固定的沸点。外压一定时，纯净物具

20、有固定的沸点。第49页，本讲稿共65页溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，这一现象称之为溶液的沸点升高。溶液沸点升高是由溶液的蒸汽压下降引起。Tb=Tb-Tb0=kb bB 溶液的沸点升高第50页，本讲稿共65页 难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高值与溶液中溶质的难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高值与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比。质量摩尔浓度成正比。Kb:溶剂沸点升高常数，只与溶剂有关，与溶质无关溶剂沸点升高常数，只与溶剂有关，与溶质无关,单位是单位是 Kkgmol-1。Tb kb bB 第51页，本讲稿共65页例例 4在在 26.6 g CHCl3 中溶解中溶解 0.402 g 难挥发性非电解质溶

21、质，难挥发性非电解质溶质，所得溶液的沸点升高了所得溶液的沸点升高了0.432 K，CHCl3 的沸点升高常数为的沸点升高常数为 3.63 Kkg mol-1，求该溶质的平均分子质量，求该溶质的平均分子质量Mr。解：由 Tb kb bB 得得第52页，本讲稿共65页因为因为所以所以第53页，本讲稿共65页3 溶液的凝固点溶液的凝固点(Freezing point)一定外压下，物质的固相与其液相达成平衡时的温度。一定外压下，物质的固相与其液相达成平衡时的温度。(1)液体的凝固点液体的凝固点 H2O(l)H2O(g)蒸发蒸发凝聚凝聚正常凝固点正常凝固点:101 kPa下纯液体和其固相平衡时的温度下纯

22、液体和其固相平衡时的温度。第54页，本讲稿共65页 难挥发性非电解质稀溶液难挥发性非电解质稀溶液冰点降低的数值，与其蒸气压冰点降低的数值，与其蒸气压降低的数值成正比。降低的数值成正比。(2)溶液的凝固点下降：溶液的凝固点下降：kf:摩尔凝固点降低常数，是与溶剂有关，与溶质无关摩尔凝固点降低常数，是与溶剂有关，与溶质无关的常数，单位的常数，单位 Kkgmol-1。Tf kfbB 第55页，本讲稿共65页Tf kfbB kfnB/mA kf mB/(MBmA)利用此式可以测定溶质的摩尔质量。利用此式可以测定溶质的摩尔质量。虽然理论上沸点升高和凝固点降低两种方法都可测量分子量，可是后者不起破坏作用、

23、且Kf值较大，故常用。第56页，本讲稿共65页例例 5 为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的冰点下降到为防止汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水的冰点下降到 253 K，则在每，则在每 1000 g 水中应加入甘油多少克？水中应加入甘油多少克？解：解：T Tf f (273-253)K 20 Kb Tf/kf 20 K/1.8 Kkgmol-1 10.75 molkg-1根据根据题题意，意，1000 g 水中水中应应加加 10.75 mol甘油，甘油，甘油的摩甘油的摩尔尔质质量量为为 92 g/mol。所以加入甘油的质量为所以加入甘油的质量为 92 g/mol 10.75 mol 989 g 第5

24、7页，本讲稿共65页趣味思考：怎样用合适的上述规律来解释植物的抗寒性和抗旱性？当植物所处环境温度发生较大改变时，植物细胞中的有机体会产生大量可溶性碳水化合物来提高细胞液浓度，细胞液浓度越大，其凝固点下降越大，使细胞液能在较低的温度环境中不结冻，从而表现出一定的抗寒能力。同样，由于细胞液浓度增加，细胞液蒸气压下降较大，使得细胞的水份蒸发减少，因此表现出植物的抗旱能力。第58页，本讲稿共65页需要注意的问题电解质稀溶液的依数性行为p=i K bBTb=i Kbb B Tf =i Kfb B 如AB型电解质，i趋近于2。(如KCl)AB2或A2B型电解质,i趋近于3。(如MgCl2)第59页，本讲稿

25、共65页课堂练习课堂练习试比较0.001mol/L葡萄糖溶液,0.001mol/L丙酮溶液与0.001mol/L尿素的沸点？比较0.01mol/L Al2(SO4)3,0.02 mol/LCuSO4,0.03 mol/LNaCl,0.03 mol/L尿素溶液,0.06mol/L CH3COOH,0.02mol/L C6H12O6的凝固点的高低。第60页，本讲稿共65页4 渗透压渗透压 渗透现象和渗透压渗透现象和渗透压 糖糖水水水水水水糖糖水水渗透原因：溶剂分子能通过半透膜，而溶质分子不能。条件：半透膜 膜两侧溶液浓度不等。方向：溶剂分子从纯溶剂溶液，或是从稀溶液浓溶液。第61页，本讲稿共65页渗透压力定义：为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力。单位:Pa或kPa。第62页，本讲稿共65页渗透压的定量计算渗透压的定量计算 cBRT：kPa cB:molL-1 R 8.314 kPaLmol-1K-1第63页，本讲稿共65页将淡水鱼放人海水中由于其细胞液浓度较低，因而渗透压较小。它在海水中就会因细胞大量失去水分而死亡。渗透压的应用渗透压的应用第64页，本讲稿共65页本章作业P10 T4,5,8,9,11,17,18,22,23第65页，本讲稿共65页