第5章 物质的聚集状态

nullnull 物质的聚集状态：气态、液态、固态。 物质的微观模型： 1. 物质是由大量微粒(分子或原子)组成的； 2. 物质中的分子总是处于不停地运动状态之中； 3. 分子之间存在相互作用力； 4. 外界条件发生变化时，物质的状态之间可以互相转化。 第5章 物质的聚集状态第5章 物质的聚集状态5.1 气 体 5.2 溶 液null5.1 气 体1理想气体的状态方程式23理想气体的模型分压定律和分体积定律null分子碰撞为弹性碰撞，无分子间作用力； 分子是质点，没有体积； 分子随机运动。理想气体模型null思考什么样的实际气体近似于理想气体？低压、高温的实际气体null1、波意耳Boyle定律2、查理-盖•吕萨克Charles-Gay-Lussac定律3、阿佛伽德罗Avogadro定律V/n =常量（T, P 恒定）V/T =常量（P, n 恒定）PV = 常量 （T, n 恒定）理想气体状态方程由三个实验定律得出 在相同温度和压力下，相同体积的不同气体均有相同数目的分子。null其中，R为摩尔气体常数。理想气体的状态方程null计算p，V，T，n四个物理量之一pV = nRT计算气体摩尔质量计算气体密度理想气体状态方程的应用null分压： 组分气体i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。分体积： 组分i的分体积Vi是该组份单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。理想气体的分压定律和分体积定律null道尔顿Dalton气体分压定律 一定温度、体积下，混合气体总压等于各气体分压之和。null阿马格Amagat分体积定律 一定T、P下，混合气体总体积等于各气体分体积之和。nullPAVA = nART P V = nART PVA = nART PAV = nART PA (VA +VB) = nART (PA+PB) VA = nART 否 否 是 是 是 是P总V分 = P分V总 = n分RT例题：A、B两种气体在一定温度下，在一容器中混合，混合后下面达式是否正确？null5.2 溶 液1溶液的浓度23溶液的概念和分类稀溶液的依数性null分散系统：一种或几种物质的质点分散在另一种物质的质点中所形成的体系 ，称为分散系统。 其中被分散的物质称为分散相(dispersion phase)，而容纳分散相的物质称为分散介质(dispersion medium)。均相分散系统 (homogeneous system) – 溶液溶液的概念和分类null一种物质以分子、原子或离子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而稳定的分散体系叫溶液。 溶液的概念溶液的特性：①均匀性；②无沉淀 ③组分皆以分子或离子状态存在一般把溶解其它物质的化合物称为溶剂(solvent)，被溶解的物质称为溶质(solute)。nullNaOH溶于水NH4NO3溶于水50升的水与 50升的纯乙醇混合50升苯与 50升醋酸混合放热吸热白色无水CuSO4溶于水蓝色体积<100升体积>100升 溶液既不是溶质和溶剂的机械混合，也不是两者的化合物。溶解过程是一个特殊的物理-化学过程，常伴随着能量、体积、颜色的变化。null溶解实际包括两个过程： 一是溶质分子或离子的分散，这一过程需吸收热量以克服原有质点间的吸引力，这个过程倾向于使溶液体积增大； 另一过程是溶剂分子与溶质分子间产生“溶剂化”作用，这一过程会放出热量，同时使溶液体积缩小。null溶解过程示意图null例如：空气就是气态溶液；通常所说的12K金就是等量的金与银形成的固体溶液。 溶液的分类nullnullnull广义的浓度定义是溶液中的溶质相对于溶液或溶剂的相对量。它是一个强度量，不随溶液的取量而变。 近年来，趋向于仅用一定体积的溶液中溶质的“物质的量”来表示浓度，即以mol（溶质）/L（溶液）为单位，称为“物质的量浓度”，并简称为“浓度”，可认为是浓度的狭义定义。溶液的浓度null 物质的量浓度(amount-of-substance concentration) 定义：溶质B的物质的量除以溶液的体积null 质量摩尔浓度(molality) 定义：溶质B的物质的量除以溶剂的质量null 摩尔分数(mole fraction) 定义：某种组分的物质的量与混合物的物质的量之比null 质量分数(mass fraction) 定义：溶质B的质量与溶液总质量之比null 质量浓度(mass concentration) 定义：溶质B的质量除以溶液的体积null溶液的性质变化可分为两类： 第一类性质变化决定于溶质的本性，如溶液的颜色、密度、导电性等。 第二类性质变化仅与溶质的量有关而与溶质的本性无关，如蔗糖、甘油等的水溶液的蒸气压、沸点、凝固点等性质只与它们的物质的量浓度有关，也就是说这些性质只依赖于溶质的粒子数，而与这些粒子的种类无关。这种性质称为溶液的依数性。稀溶液的依数性null依数性包括： 蒸气压下降 沸点升高 凝固点下降 渗透压注：这种依数性仅适用于难挥发非电解质的稀溶液，若溶质是电解质，或虽是非电解质但溶液很浓时，溶液的依数性规律就会发生变化。null 蒸气压下降——Raoult定律蒸气压蒸发(evaporation)：液面上能量较大的分子克服液体分子间的引力从表面逸出，扩散到液面上部的空间，成为蒸气分子。凝聚(condensation)：液面上的空间中蒸气分子不断运动时，某些蒸气分子可能撞到液面，为液体分子所吸引而进入液体中的过程。nullLiquid  Vapor（动态平衡）在一定温度下，当液体与其蒸气平衡时（即V蒸发＝V凝聚），液体上方蒸气的压力称为该温度下此液体的饱和蒸气压，简称蒸气压(vapor pressure)。null液体的蒸气压与温度的关系null二、 蒸气压下降说明溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压null二、 蒸气压下降说明溶液的蒸气压小于纯溶剂的蒸气压null定义：相同温度下，当把难挥发的非电解质溶于溶剂形成稀溶液后，稀溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低，这种现象称为溶液的蒸气压下降(vapor pressure lowering)。原因：溶剂的部分表面被溶质所占据，因此在单位时间内逸出液面的溶剂分子数就相应减少，使得溶液的蒸发速率降低。null实验测定25℃: 水的饱和蒸气压为： p(H2O)=3167.7Pa； 0.5 mol · kg-1 糖水的蒸气压则为： P(H2O)=3135.7Pa； 1.0 mol · kg-1糖水的蒸气压为： P(H2O)=3107.7Pa结论： 溶液的蒸气压比纯溶剂低，溶液浓度越大，蒸气压下降越多。 nullnull拉乌尔(Raoult)定律: 在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂摩尔分数的乘积。p=p0·xAp: 溶液的蒸气压 p0: 纯溶剂的蒸气压 xA: 溶剂的摩尔分数null设溶质的摩尔分数为xB xA+xB=1 p=p0· (1－xB) p0 －p=p0· xB △p=p0· xB △p: 纯溶剂蒸气压与稀溶液蒸气压之差null对于稀溶液，溶剂物质的量nA远远大于溶质物质的量nB，即nA  nB ，则xB≈nB/nA 如取1000g溶剂,并已知溶剂的摩尔质量为MA，则nA=1000/MA，在数值上mB=nB/mA=nB/1=nB，所以： xB=nB/(nA+nB) ≈nB/nA=mB ·(MA/1000) △p=p0 · xB=p0 ·(MA/1000) · mB=K · mB mB:溶质B的质量摩尔浓度null△p=K·mB结论： 难挥发性的非电解质稀溶液，蒸气压下降数值只取决于溶剂的本性(K)及溶质B的质量摩尔浓度mBnull若把一杯水和一杯糖水放在一密闭容器里， 将会发生什么变化？思考null 沸点升高( Boiling – Point Elevation )一、沸点热源定义：对液体加热，在液面上能量较大的分子开始蒸发变成气体，蒸气压也逐渐增加，当温度增加到液体的饱和蒸气压等于外界压力时，整个液体中的分子都发生气化作用，即液体沸腾，此时的温度就是该液体的沸点。通常用Tb表示沸点。当外界压力等于101.325kPa时液体的沸点称为正常沸点。null注：液体的沸点随外压而变化，压力愈大，沸点愈高。例如：平常说水的沸点为 100 ℃，但在高山上，由于大气压降低，沸点较低，饭就难于煮熟。而高压锅内气压可达到约10 atm，水的沸点约在180 ℃左右，饭就很容易煮烂。 “过热”液体：温度高于沸点的液体称为过热液体，易产生爆沸。蒸馏时一定要加入沸石或搅拌，以引入小气泡，产生气化中心，避免爆沸。 同时有些物质常压蒸馏易于分解，这时就可以采取减压蒸馏，以降低沸点。 null二、沸点升高101325溶质的加入使溶液的蒸气压力下降，溶液的沸点必然高于纯溶剂的沸点。611null实验和理论都证明： 含有难挥发非电解质溶质的稀溶液，其沸点 Tb 要高于纯溶剂的沸点 Tb* ，这种现象称为溶液的沸点升高，其升高值正比于溶质的质量摩尔浓度。 Kb : 沸点升高常数，只与溶剂的性质有关，而与溶质的性质与数量无关。null例题：已知苯的沸点是353.2K，将2.67g某难挥发性物质溶于100g苯中，测得该溶液的沸点升高了0.531K，求该物质的摩尔质量。已知苯的摩尔沸点升高常数Kb为2.53K·kg·mol-1null 凝固点下降( Freezing – Point Repression )凝固点是物质的固相与它的液相平衡共存的温度，此时液相的蒸气压与固相的蒸气压相等，通常用Tf表示凝固点。 溶液蒸气压总是低于纯溶剂的蒸气压，溶液凝固点会下降。null 实验和理论都证明： 在含有难挥发非电解质溶质的稀稀溶液中，溶液的凝固点低于纯溶剂的凝固点，这种现象称为溶液的凝固点下降，其降低值正比于溶质的质量摩尔浓度。 Kf：凝固点降低常数，只与溶剂的性质有关，而与 溶质的性质及数量无关。null 渗透压1748年，法国物理学家J.A.Nollet首次发现渗透现象 1830年，法国生物学家R.J.Henri Dutrochet第一次对渗透现象进行半定量研究，并将渗透现象命名为osmosis 1867年，德国生物化学家M.Traube制出了真正的半透膜 1877年，德国植物学家W.Pfeffer对蔗糖的渗透压进行了广泛的定量测定 1884年，荷兰植物学家H.M.de Vries研究了植物的渗透现象null一、渗透现象和渗透压渗 透null渗透现象产生的两个必要条件： 半透膜：可以允许溶剂分子自由通过而不允许溶质分子通过。 浓度差：溶剂透过半透膜进入溶液的趋向取决于溶液浓度的大小，溶液浓度差愈大，渗透趋向愈大。因此，渗透作用也可发生在两个不相等的溶液之间 。null定义： 溶剂分子通过半透膜从纯溶剂向溶液或从稀溶液向较浓溶液的净迁移叫渗透(osmosis)。 对于一定温度和一定浓度的溶液，为了阻止溶剂向溶液渗透，需在溶液上方施加一定的压力，这种阻止纯溶剂向溶液渗透所需的压力叫渗透压(osmotic pressure)。 渗透压的符号为∏，单位为Pa或kPa。 若在溶液一侧施加大于渗透压的额外压力，则溶液中将有更多的溶剂分子通过半透膜进入溶剂一侧，这种使渗透作用逆向进行的过程称为反渗透(reverse osmosis)。null渗透压反渗透null二、渗透压的规律——van’t Hoff定律∏V= nRT 或 ∏= cRT注：与理想气体状态方程无本质关系 ∏：渗透压 V：溶液的体积 n：溶质物质的量 T：热力学温度 c：溶质物质的量浓度 R：气体常数，8.314kPa·L·mol-1·K-1 对于稀溶液（水溶剂），1kg的水相当于1L的水: mB= c 渗透压公式也可以是∏= mBRTnull三、渗透压规律的应用 例如：null结论： 蒸气压下降： △p= K · mB 沸点上升： △Tb = Kb · mB 凝固点下降： △Tf = Kf · mB 渗透压规律： ∏V= nRT ——难挥发非电解质稀溶液的通性；它们只与溶剂的本性和溶液的浓度有关，而与溶质的本性无关。null注意： 对于电解质溶液和浓度较大的非电解质溶液，同样也存在蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降及渗透压现象，但由于不同电解质电离的微粒数不同，所以以上性质不仅与溶质的浓度有关，而且与溶质的本性有关，故前面所讲的定量关系不适用，但定性上我们仍然可以判断依数性的大小。null补充： 非电解质稀溶液的依数性可用于测定溶质的摩尔质量。事实上，常用凝固点降低法和渗透压来测定，因为这两种依数性改变最显著。但是用渗透压法测定小分子溶质的摩尔质量相当困难，多用凝固点降低法测定。而测定蛋白质等大分子物质的摩尔质量时，由于大分子物质溶解度等的限制，用渗透压法要比凝固点降低法灵敏得多。第5章小结第5章小结气体 理想气体状态方程 分压、分体积溶液的浓度①cB=nB/V溶液 (mol·dm-3或mol·L-1) ②mB=nB/mA(mol·kg-1) ③xB=nB/n总 ④wB=mB/m总null蒸气压下降 p=p0·xA ——拉乌尔定律 Δp=K·mB 沸点升高 ΔTb=Kb·mB 凝固点下降 ΔTf=Kf ·mB 渗透压 ∏V= nRT 或 ∏= cRT难挥发非电解质稀溶液的依数性