物质的聚集状态_2011

nullnull 普 通 化 学 General Chemistry 王 韻 华 办公室 : 化学西楼 314 室 电 话： 55665103 手 机： 13761798768 E-mail : yhwang@fudan.edu.cnnull 助教: 候孟炎 手机: 13761655838 E-mail: 10210220038 @fudan.edu.cn 助教: 费 悦 手机: 13818914669 E-mail: 10210220001 @fudan.edu.cn null 《普通化学》课程主要内容： （上） 第一章 物质的聚集状态（气体、液体、溶液、固体） 第二章 化学热力学初步 第三章 化学平衡 第四章 化学动力学简介 第五章 水溶液中的离子平衡 —— 酸碱平衡 （下） 水溶液中的离子平衡 —— 沉淀溶解平衡、配位平衡 第六章 氧化还原 第七章 原子的电子结构 第八章 化学键与分子结构 第九章 元素化学null 课件下载网站： http: // elearning.fudan.edu.cn 站点名称： CHEM 120005.08 普通化学A（上） 王韵华 null教材： 《现代化学原理》（上、） 金若水 王韵华 芮承国 编 高等教育出版社 2003年 第1版 北京 参考书： 《普通化学原理》 华彤文 陈景祖 编著 北京大学出版社 2005年 第3版 北京 null 成绩评定 平时作业: 10% 平时课堂练习 : 20% 期末考试: 70% 要 求 课后复习：掌握、完成作业 阶段复习：以课堂内容的章节为阶段，归纳总结 考前复习：融会贯通 null 第 一 章 物质的聚集状态 化学的研究对象 ：物 质 根据物质组成分类： 混合物 纯物质   单 质 化合物   金 属 非金属 有 机 无 机 null根据物质聚集状态分类null §1. 气 体 气体的特性：  有显著的扩散性和可压缩性  没有固定形状  密度很小  不同气体可以任何比例混合null 2HgO(s)  2Hg(l) + O2 (g) CaCO3(s)  CaO (s) + CO2(g) NH4Cl(s)  NH3(g) + HCl(g) 2S (s) + O2 (g)  2SO2(g) 2SO2(g) + O2 (g)  2SO3(g) N2 (g) + O2 (g)  2NO (g) 2NO(g) + O2 (g)  2NO2(g) CaCO3(s) + 2HCl (aq)  CaCl2(s) + CO2(g) + H2O(l) Na2S(s) + 2HCl (aq)  2NaCl (aq) + H2S(g) K2SO3(s) + 2HCl (aq)  2KCl (aq) + SO2(g) + H2O (l) ………null 1. 理想气体状态方程 V = f (T、P)n 理想气体 — 分子间无作用力、分子无体积的抽象气体。( )n、T ( )n、P PV = nRTnull 压强 P： 101.3 kPa = 1 atm = 760 mmHg = 760 torr 体积 V： 1 m3 = 1  103 dm3 ( L ) = 1  106 cm3 (mL) 温度 T: K = C + 273.15 摩尔气体常数 R: 0.08206 atmdm3mol-1K-1 62.37 mmHg (torr)dm3mol-1K-1 8.314 kPadm3mol-1K-1 ( kPadm3 = J ) 8.314 Jmol-1K-1 （ Pa = N / m2 N = kg·m / s2 J = kg·m2 / s2 ） null 例题：N2H4（肼）是一种火箭燃料，由次氯酸钠溶液 和氨反应制得： 2NH3(g) + NaClO(aq)  N2H4(aq) + NaCl(aq) + H2O(l) 根据此反应方程式计算，生产 15.0 kg N2H4 需要 10 C、 3.63 atm 的氨气多少升？ 解： n (N2H4) = V(NH3) = 2n (N2H4) RT/ P null例题：实验测得 310℃、101 kPa 时，单质气态磷的密 度  为 2.64 gdm-3，求单质气态磷的分子式。 解： 磷的原子量为 30.97 磷的分子式为 P4 null “外延法” 测定精确分子量 在压强为 0 1 atm范围内，一定温度下的 PVm值和 P之间呈 线性关系： PVm = K(T) + P 用上面的线性关系将理想气体定律 PVm= K(T) = RT 修正为： n = w / M， = w / V 等关系改写上式，可以给出： 以 P/ 对 P作图, 直线在 P/ 轴上的截距应为： null例如: 在 25.00 oC时测量二甲醚(CH3)2O在不同压强下 的密度，得到了如下所列一组数据： 91.74 189.0 277.3 452.8 639.3 760.00.2276 0.4695 0.6898 1.1291 1.5983 1.9029403.08 402.51 402.00 401.02 399.99 399.39null (P/)  P 图 (25.00 oC)null 由图读得 (P/)0 值为：403.60 mmHg·g-1L。所以二甲 醚的精确分子量为： M = = = 46.071 (g·mol-1 ) null Dalton 分压定律 恒定温度和体积条件下，混合气体的总压强等于 各组分气体的分压强之和： 气体的分压强 Pi : 该组分气体单独占有总体积时所现的压强。 (1870年， Dalton 首先提出） P总 = PA + PB + PC + …… + Pinull 混合气体的各组分气体都符合理想气体状态方程： ni / n总 = Xi 摩尔分数Pi = P总  Xinull 在恒定温度(T) 和压强 (P总)条件下，混合气体的总体 积等于各组分气体的分体积之和： V总 = VA + VB + VC + …… + Vi 组分气体的分体积 Vi : 气体在恒定温度(T) 和压强 (P总)条件下占有的体积。 null ni气体所占有的体积为： Pi / P总 = ni / n总 = Vi / V总 Pi  V总= Vi  P总 null例题： 25C、758 mmHg时从水面上收集到饱和有水蒸气的氢气 152 ml，已知 25C 时水的饱和蒸气压为 23.76 mmHg。计算 (1) 氢气的分压。 (2) 收集到氢气的物质的量。 (3)干燥氢气的体积。 解： (1) PH2 = P总- PH2O = 758 - 23.76 = 734.2 mmHg (2) PH2V总 = nH2RT nH2 = PH2V总 / RT = 734.2 x 0.152 / 62.4 x 298.15 = 6.2 x 10-3 mol (3) PH2V总= VH2 P总 VH2 = PH2V总 / P总 = 734.2 x 152 / 758 = 147 mlnull例: 在 250C 时 PCl5 全部气化并能部分解离为 PCl3和 Cl2。 现将 2.98克 PCl5 置于1.00 dm3 的容器中，在 250C 全部气化后 测得其总压为 113 kPa。 计算容器中各气体的分压？ 解：已知 MPCl5 = 208.5 nPCl5 = 2.98 / 208.5 = 1.43 x 10-2 mol PCl5 全部气化未分解时: P= nRT/V = 1.43 x 10-2 x 8.314 x 523.15 / 1.00 = 62.14 kPa 分解时： PPCl5 = 62.14 – x PPCl3 = x PCl2 = x P总 = PPCl5 + PPCl3 + PCl2 = 62.14 – x + x + x = 113 kPa x = 50.86 kPa PPCl5 = 62.14 – x = 11.28 kPa PPCl3 = PCl2 = 50.86 kPanull 练习题 有 2 升压强为 756 mmHg的氧气, 在保持温度和压强不变的条件下, 向氧气内压入压强为 600 mmHg 的氮气, 问需压入此氮气多少升方能使混合气体中氧气的分压为 630 mmHg? null解 : 因为 T不变, 氧气的物质的量不变: 2 x 756 = 630 x V终 V终 = 2 x 756 / 630 = 2.4 混合后, 氮气的分压为: 756 – 630 = 126 mmHg 需要 600 mmHg 氮气的体积为: 2.4 x 126 = 600 x V V = 2.4 x 126 / 600 = 0.504 升 Z = 压缩系数 实际气体的偏差 null 实际气体方程 van der Waals 提出的修正的气体方程： ( P + an2/ V2 )( V – nb ) = nRT ( P + a / V2 )( V – b ) = RT (n = 1 mol 时) a、b 称 van der Waals 常数 a、b 与气体分子本身性质有关null§ 2. 液体 液态、固态统称为 “凝聚态” 液体的结构特性是 “短程有序, 长程无序”null相： 体系内宏观性质（包括物理性质和化学性质）保持均匀的部分称为相。 相变： 外界条件改变时，物质由一个相向另一个相转变的过程称为相变。 相平衡： 相变过程中, 当体系的相数不再改变、构成各相的物质的相对含 量在宏观上不再随时间而改变，体系达到的这种平衡状态称为相 平衡。 null11. 气体的冷凝 气体分子的 两种倾向具有势能相互 吸引，凝聚具有动能 扩 散、膨胀 临界温度 Tc (critical temperature)： 在此温度以上，无论施加多大压力都不能使气体液化。 临界压强 Pc (critical pressure)： 在临界温度时气体液化所需的最低压强。 null永久气体 凡沸点和临界温度都低于室温的气体，不能在室 温加压液化，这种气体被称为 “永久气体”。 如 CH4、O2、N2等 可压缩气体 凡沸点低于室温而临界温度高于室温的气体，在室 温加压可以液化，这种气体被称为 “可压缩气体”。 如 CO2、C3H8、Cl2等null2. 液体的蒸发蒸气：液体上面的 气态分子群液面在蒸发过程中，较高能量的粒子从表面逃 逸，而留下较低能量的粒子敞口容器null密闭容器null饱和蒸气 —— 与液相处于动态平衡的气体 饱和蒸气压 —— 饱和蒸气的压强，简称蒸气压null 沸点 (Tb) 液体沸腾时的温度 正常沸点 (Tb0) 外界压强等于1 atm 时的沸腾温度null蒸气压与温度的定量关系null Clapeyron - Clausius 方程null例题： 已知苯酚的 Hvap = 48.139 kJ/mol，392.5 K时的 蒸气压为100 mmHg。计算 350 K时苯酚的蒸气压？ 解：已知 Hvap = 48.139 kJ/mol T1 = 392.5 K P1 = 100 mmHg T2 = 350 K P2 = ？ null 例题： 在40℃时，将1.00升饱和有苯蒸气的空气从750 mmHg 压缩至 5 atm，若40℃时苯的蒸气压为 181.7 mmHg，问 此压缩过程中有多少克苯凝聚为液体？ null解：此过程中空气的物质的量不变，因此： 1 (750 - 181.7) = V总(5  760 - 181.7) V总 = V终= 0.157升 此时苯的 n 为： 初始苯的 n 为： 凝聚的苯的重量为：null例题： 在 57℃时，用排水集气法收集 100 kPa 湿空气 1.0升。计算下列情况下该气体的体积： 温度不变，压强降为 50 kPa。 B. 温度不变，压强增为 200 kPa。 C. 压强不变，温度升至 100℃ D. 压强不变，温度降至 10℃ 已知： 57℃时水的饱和蒸气压为 17.0 kPa 10℃时水的饱和蒸气压为 1.2 kPanullA. B. 空气物质的量不变 C. D. 空气物质的量不变 null 3. 液体的凝固(固体的熔化) 冷凝曲线 步冷曲线nullnull4. 升华和凝华(沉积） PlgPnulllgP1/T1/Tfnull 5. 水的相图三相点 A：0.0098℃, 4.58 mmHg 临界点C： 374.1℃, 218.2 atmnull 相 律 F = C + 2 – P F = 自由度 C = 组分数 P = 相数 null§3.溶液 溶液 —— 由两种或两种以上纯物质混合形成的均匀而 稳定的分散体系。( 由两种或两种以上物质以分 子或离子的形式互相分散而形成的均匀混合物。)  气态溶液  固态溶液  液态溶液 （气 - 液 固 - 液 液 - 液） *溶质 — 量少的一种物质 *溶剂 — 量多的一种物质 null 溶质和溶剂的相对量称为 浓度 1. 表示浓度的几种方法c.质量摩尔浓度nulle. 体积分数 f.分子浓度null浓度换算体积表示的浓度质量表示的浓度 = g / cm3极稀的水溶液： cA =  bA ，  = 1 cA = bAnull例题： 将 22.4克MgCl2用水溶解，并稀释至0.2dm3,测得该溶液的密度为1.089 g/cm3, 已知MgCl2的摩尔质量为 95.21。计算: A . 该溶液溶质、溶剂的摩尔分数。 B. 物质的量浓度（体积摩尔浓度） C. 质量摩尔浓度 null解： 溶液重 200 x 1.089 = 217.8 g X剂 = 1- 0.0212 = 0.978 B. C. null2.溶解度 a. 固体在液体中的溶解 定义：在一定温度与压力下，一定量饱和溶液中溶 质的含量叫溶解度。 在一定温度下，体系达溶解平衡时溶质在溶液中的平衡浓度。 表示方法： S 克 /100克水 n 摩尔/1.00升溶液  含结晶水的物质的溶解度常用100克水 中所含无水盐的克数来表示 T/℃温度的影响 null复结晶提纯 CuSO4·5H2O 和 NaClnull b. 气体在液体中的溶解度 定义： 在一定温度和压强条件下被液面上气体所饱和 的溶液的浓度。 表示方法： mol / kg溶剂 、 mol / L溶剂 、 V / L溶剂 V / 1000克溶剂 V= f (T, P)nnull 影响溶解度的因素: A. 结构相似的一类气体, 在相同条件下, 气体的沸点越 高 (越容易聚集) 溶解度越大; 沸点越低, 溶解度越小。 B. 被溶解气体可以和溶剂发生反应或者发生电离, 则这 些气体的溶解度较大。nullC. 温度的影响 所有的气体，溶解度随着温度的升高而减小。 如果气体和溶剂不发生反应, 则溶解度和温度的关系： D. 压强的影响 一定温度下，气体的溶解度随着压强的增大而 线性增加，满足 Henry定律： null例题： 已知在 101kPa及20℃时，纯 O2在水中的溶解度为 1.38  10-3 mol·dm-3，相同温度下被101kPa空气饱和的水溶液中, O2的溶解度为多少？ 已知空气中O2的体积百分数为 21%。 解: 先求出 20℃时 O2的 Henry 常数 K(O2)空气中氧气的分压力为：101 0.21 = 21.21 kPanull1. 应用时要注意单位的统一。 2. 只有在中等压强下才适用。 3. 如果气体和溶剂之间有化学反应则不能用。Henry 定律的其它表示方法null3. 非电解质稀溶液的依数性 溶液的物理性质中那些和溶质的本性无关只和 单位体积溶液中溶质的粒子数有关的性质称为溶液的 依数性。 依数性包括： 1. 蒸气压的下降 2. 沸点升高 3. 凝固点降低 4. 溶液的渗透压nulla. 蒸气压下降 Raoult定律： 对于一个两组分的体系： Raoult 定律的另一种表示方法null计算分子量稀溶液或近似为nullb. 沸点升高稀溶液的两点近似：null 例题： 在 250克苯中溶解 17.60克某溶质, 使溶液沸点升高 1.00℃, 试计算溶质的分子量。 已知苯的 Kb= 2.53℃·kg·mol-1。 解： nullc. 凝固点下降nulld. 渗透压 液体分子通过微孔穿透薄膜的 现象叫渗透。 微孔很小，只容许小分子通过 而大分子通不过的薄膜叫半透膜。 = d ·h ·gd:溶液密度 h:柱高 g:重力加速度nullnull 溶液的渗透压(  ) --- 是阻止溶剂向溶液渗透而施 加于溶液的外压。null例题 在 0.100 升水中溶解 2.00克某蛋白质，测得该溶液 25 C时的渗透压为 0.021 atm, 求该蛋白质的摩尔质量? 解: null 0.021 atm = 2127.3 Pa  = d ·h ·g h =  / d ·g P = 4.8 x 10-7 atm Tb = 0.00044 °C Tf = 0.0016 °C null四个依数性和近似分子量之间的关系nullnull e. 两种挥发性液体的理想溶液 (双液系) 理想溶液 —— 形成溶液的过程中体系没有明显 的热效应，也就是说 A物质的分子间作用力和 B物质的 分子间作用力几乎相同，溶解后 A - B 之间的作用力也 相同。 null两种挥发性液体分别符合 Raoult定律，溶液的蒸气 压为两者的蒸气压之和：nullnull例题： 有一个己烷和庚烷组成的理想溶液体系, 已知 25℃时己烷的饱和蒸气压 PAo为 0.198 atm, 庚烷的饱和 蒸气压 PBo 为 0.06 atm。当溶液中己烷的摩尔分数为 0.4 时, 溶液的蒸气压为多少? 蒸气中各气体的摩尔分数为多少？ null解： 己烷产生的蒸气压为： 庚烷产生的蒸气压为： 蒸气中各气体的摩尔分数为： 溶液的蒸气压为:null第二次: 溶液的蒸气压为:蒸气中各气体的摩尔分数为：nullnullnull例题: 一种估计生物细胞渗透压的方法, 是将细胞放在一系列不同浓度的盐水中找到细胞既不膨胀也不收缩的某一浓度。若某种类型的细胞在 37C盐溶液上的平衡水蒸气压为 6.214 kPa时细胞体积不变。计算细胞中的渗透压. 已知纯水在 37C时的饱和蒸气压为 6.276 kPa.null解： P = 6.276 – 6.214 = 0.062 kPa 稀溶液： b = C  = C R T = 0.549 x 0.082 x (273.15+37) = 13.96 atm