第二章 气体和溶液.ppt
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1、第二章第二章 气体和溶液气体和溶液与物质的化学性质,化学组成无关的,与物质的化学性质,化学组成无关的,物质在不同聚集状态下的一些共同特性物质在不同聚集状态下的一些共同特性即气体和溶液的通性即气体和溶液的通性2.1 2.1 理想气体理想气体(ideal gas)(ideal gas)1 1 定义定义2 2 理想气体状态方程式理想气体状态方程式 pVpV=nRTnRT R R 摩尔气体常数摩尔气体常数标准状况下:标准状况下:p=101.325kPaT=273.15K1mol气体的标准摩尔体积为气体的标准摩尔体积为22.414110-3m3使用公式时注意:使用公式时注意:各物理量的单位各物理量的单位
2、 8.315 Pam3mol-1K-1 R R的其他单位的其他单位 T(K)绝对温度,绝对温度,T=273.15+摄氏温度摄氏温度V L,p KPa3 3 道尔顿分压定律道尔顿分压定律 例例 1mol1mol氧气注入体积为氧气注入体积为22.4L22.4L的密闭容器中,温度为的密闭容器中,温度为273k,273k,气气体对容器壁产生的压力是多少?再注入体对容器壁产生的压力是多少?再注入1mol1mol氮气,混合气体产氮气,混合气体产生的压力是多少?生的压力是多少?在在T T,V V一定的混合气体中,用一定的混合气体中,用p p1 1,p,p2 2,表示气体表示气体1,21,2的分压,的分压,p
3、 p表示总压力,则表示总压力,则 p=pp=p1 1+P+P2 2+或或 p=p=pi而而pi=niRT/V p=p=pi=niRT/V=nRT/V状态方程式不仅适用于单一气体,也适用于混合气体状态方程式不仅适用于单一气体,也适用于混合气体pi=niRT/V p=pi=niRT/V=nRT/V p pi i/p=/p=n ni i/n/n x xi i=n ni i/n/n 摩尔分数摩尔分数 p pi i=x xi ip p 混合物中所有组分的摩尔分数的和为混合物中所有组分的摩尔分数的和为1 1 道尔顿分压定律对研究混合气体非常重要道尔顿分压定律对研究混合气体非常重要见课本见课本p3-4 p3
4、-4 例例2-32-32.2 2.2 分散系分散系(disperse system)(disperse system)分散系分散系分散质(分散相)分散质(分散相)分散剂(分散介质)分散剂(分散介质)例例 葡萄糖水溶液葡萄糖水溶液 分子分散系分子分散系(d 1 nmd 100 nmd 100 nm)粒子粒子相相 物理性质和化学性质完全相同的一部分物理性质和化学性质完全相同的一部分,相与相间有界面相与相间有界面 气相气相 固相固相 液相液相单相系统(均相系统)单相系统(均相系统)例例 分子分散系分子分散系多相系统多相系统 例例 胶体分散相胶体分散相 粗分散相粗分散相 溶液溶液分子分散系分子分散系固
5、态溶液固态溶液(铝合金含镁、锰、铜)(铝合金含镁、锰、铜)气态溶液气态溶液(空气)(空气)液态溶液液态溶液(水溶液,有机溶液)(水溶液,有机溶液)2.3 2.3 稀溶液的通性稀溶液的通性-依数性依数性 (colligativecolligative properties properties)稀溶液的蒸汽压、沸点、凝固点和渗透压,依赖稀溶液的蒸汽压、沸点、凝固点和渗透压,依赖溶质的粒子数的变化而改变,而与溶质的性质无关溶质的粒子数的变化而改变,而与溶质的性质无关 依数性依数性例如纯水的凝固点例如纯水的凝固点273.15K273.15K,1mol/kg1mol/kg葡萄糖溶液的凝固点?葡萄糖溶液
6、的凝固点?1mol/kg1mol/kg葡萄糖溶液的凝固点?(葡萄糖溶液的凝固点?(=273.15-0.512=272.638K=273.15-0.512=272.638K)1mol/kgNaCl1mol/kgNaCl溶液的凝固点?溶液的凝固点?在这里稀溶液中溶质为难挥发的非电解质在这里稀溶液中溶质为难挥发的非电解质例如例如 稀葡萄糖水溶液;乙二醇水溶液等稀葡萄糖水溶液;乙二醇水溶液等 NaClNaCl水溶液?水溶液?稀的苯甲酸乙酯的苯溶液稀的苯甲酸乙酯的苯溶液纯水的蒸汽压纯水的蒸汽压 在一定温度下,将某纯溶剂,如纯水放入在一定温度下,将某纯溶剂,如纯水放入密闭的容器中密闭的容器中H H2 2O
7、(O(l l)H)H2 2O(O(g g)蒸发蒸发凝聚凝聚(1)(1)液体的蒸汽压液体的蒸汽压 2.3.1 2.3.1 溶液蒸汽压下降溶液蒸汽压下降定义:在一定温度下与液相定义:在一定温度下与液相达到平衡时蒸汽所具有的达到平衡时蒸汽所具有的压力压力 p p(简称蒸汽压简称蒸汽压)。单位:单位:Pa,Pa,kPakPa不同温度下水的蒸汽压不同温度下水的蒸汽压 T/K p/kPa T/K p/kPa 273278283293303313323 0.61060.87191.22792.33854.24237.375412.3336 33334335336337342319.918335.157447
8、.342670.1001101.3247476.0262 2.3.1 溶液的蒸汽压下降说明:说明:p p与纯溶剂的本与纯溶剂的本性有关性有关;温度升高,温度升高,p p增大增大;固体物质的蒸汽压固体物质的蒸汽压一般很小一般很小;易挥发性物质的易挥发性物质的 p p大,大,难挥发性物质的难挥发性物质的 p p 小。小。2.3.1 溶液的蒸汽压下降(2)(2)溶液蒸汽压下降的原因溶液蒸汽压下降的原因(a a)纯水的纯水的 蒸汽压蒸汽压(b)b)溶液的溶液的 蒸汽压蒸汽压2.3.1 溶液的蒸汽压下降(3 3)实验结果)实验结果 在一定温度下在一定温度下,难挥难挥发非电解质稀溶液发非电解质稀溶液的蒸的
9、蒸汽压等于纯溶剂的蒸汽汽压等于纯溶剂的蒸汽压与溶剂的摩尔分数的压与溶剂的摩尔分数的乘积。乘积。pB*:纯溶剂的蒸汽压,p:溶液的蒸汽压。2.3.1 溶液的蒸汽压下降(4)拉乌尔(拉乌尔(RaoultRaoult)定律定律 xA+xB=1(x xA A 溶质的摩尔分数溶质的摩尔分数 X XB B 溶剂的摩尔分数溶剂的摩尔分数)p=p*xB=p*(1-xA)=p*-p*xA p*-p=p*xA令 p=p*-p 有 p=p*xA p表示溶液的蒸汽压下降。p0。2.3.1 溶液的蒸汽压下降拉乌尔定律的另一表示式:拉乌尔定律的另一表示式:由于由于 nBnA,若若A A溶于溶于1000g1000g溶剂溶剂
10、B B,有,有则则 p=Kbb为溶液的质量摩尔浓度(为溶液的质量摩尔浓度(molkg-1)K为与溶剂性质相关的常数为与溶剂性质相关的常数适用:适用:难挥发的非电解质稀溶液难挥发的非电解质稀溶液。2.3.1 溶液的蒸汽压下降溶液的蒸汽压下降2.3.1 溶液的蒸汽压下降2.3.1 溶液的蒸汽压下降解解求求K K有两种方法有两种方法 p=Kb 或或 K=K=p pB B*M MB B/1000=77.30kpa72.15g.mol/1000=77.30kpa72.15g.mol-1-1/1000/1000K=5.578 KPa.Kg.molK=5.578 KPa.Kg.mol-1-12.3.1 溶液
11、的蒸汽压下降 (2)(2)2.3.2 2.3.2 溶液的沸点升高和凝固点下降溶液的沸点升高和凝固点下降Boiling Point rising and Freezing Point lowering (1 1)液体的沸点)液体的沸点 液体的沸点是液体的蒸汽液体的沸点是液体的蒸汽压等于外界压强时的温度。压等于外界压强时的温度。液体的液体的正常沸点正常沸点正常沸点正常沸点是指外是指外压为压为101.3kPa时的沸点。时的沸点。(2 2)溶液的沸点升高)溶液的沸点升高 溶液的沸点总是高于纯溶溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点,这一现象称之剂的沸点,这一现象称之为溶液的沸点升高。为溶液的沸点升高。溶液沸点
12、升高是由溶液的溶液沸点升高是由溶液的蒸汽压下降引起。蒸汽压下降引起。Tb=Tb-Tb0=Kbb2.3.2溶液的沸点升高和凝固点降低b为溶液的质量摩尔浓度(为溶液的质量摩尔浓度(molkg-1)Kb为溶剂的摩尔沸点升高常数为溶剂的摩尔沸点升高常数常见溶剂的T0b和Kb值 溶剂 Tb0/Kb/(Kkgmol-1)溶剂 Tb0/Kb/(Kkgmol-1)水 1000.512四氯化碳76.75.03乙酸 1182.93乙醚34.72.02苯802.53萘2185.80乙醇78.41.222.3.2溶液的沸点升高和凝固点降低(3)溶液的凝固点降低)溶液的凝固点降低凝固点是指物质的固、液凝固点是指物质的固
13、、液两相蒸汽压相等时的温度两相蒸汽压相等时的温度。纯水的凝固点(纯水的凝固点(273K)又又称为冰点,在此温度水和冰称为冰点,在此温度水和冰的蒸汽压相等。的蒸汽压相等。溶液凝固点下降是由溶液的溶液凝固点下降是由溶液的蒸汽压下降引起。蒸汽压下降引起。Tf=Tf-Tf0=Kfbb为溶液的质量摩尔浓度(为溶液的质量摩尔浓度(molkg-1)Kf为溶剂的摩尔凝固点降低常数为溶剂的摩尔凝固点降低常数2.3.2溶液的沸点升高和凝固点降低常见溶剂的T0b Kb和T0f Kf值 溶剂 Tb0/Kb/(Kkgmol-1)Tf0/Kf/(Kkgmol-1)水 1000.5120.01.86乙酸 1182.9317
14、.03.90苯802.535.55.10乙醇78.41.22-117.31.99四氯化碳76.75.03-22.932.0乙醚34.72.02-116.21.8萘2185.8080.06.9(4 4)应用)应用测定溶质的相对分子质量(特别是小分子)。测定溶质的相对分子质量(特别是小分子)。虽然理论上沸点升高和凝固点降低两种方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法都可测量分子量,可是后者不起破坏作用、且用、且K Kf f值较大,故常用。值较大,故常用。2.3.2溶液的沸点升高和凝固点降低kgmolkgmol-1 12.3.3 2.3.3 溶液的渗透压溶液的渗透
15、压(osmosis pressure)(osmosis pressure)(1 1)渗透现象和渗透压力)渗透现象和渗透压力 用半透膜将溶液与水分用半透膜将溶液与水分开开,可以看到蔗糖溶液面上可以看到蔗糖溶液面上升。升。这种溶剂分子通过半透膜这种溶剂分子通过半透膜进入到溶液中的过程进入到溶液中的过程,称为称为渗透渗透 。渗透现象产生的原因:渗透现象产生的原因:溶剂分子能通过半透膜,溶剂分子能通过半透膜,而溶质分子不能而溶质分子不能 。渗透条件:渗透条件:半透膜半透膜 膜两侧溶液浓度不等。膜两侧溶液浓度不等。n n渗透方向:溶剂分子从纯溶剂渗透方向:溶剂分子从纯溶剂渗透方向:溶剂分子从纯溶剂渗透方
16、向:溶剂分子从纯溶剂溶液,或是从稀溶液溶液,或是从稀溶液溶液,或是从稀溶液溶液,或是从稀溶液浓溶液。浓溶液。浓溶液。浓溶液。2.3.3溶液的渗透压力渗透平衡:渗透平衡:在单位时间内,溶剂分子从两个相反的方向在单位时间内,溶剂分子从两个相反的方向 通过半透膜的数目彼此相等通过半透膜的数目彼此相等渗透压力渗透压力定义:为维持半透膜两边定义:为维持半透膜两边(纯溶剂与溶纯溶剂与溶液液)的渗透平衡而需要的压力。单位的渗透平衡而需要的压力。单位:PaPa或或kPakPa。2.3.3溶液的渗透压力反渗透反渗透(2 2)溶液的渗透压力与浓度及温度的关系)溶液的渗透压力与浓度及温度的关系 关系式:关系式:V=
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