简明无机化学第一章气体和溶液

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无机及分析化学第一章气体和溶液详解演示文稿

无机及分析化学第一章气体和溶液详解演示文稿

1.2 溶 液
(1) 什么是“分散系”?
一种或几种物质以细小的粒子分散在另一种物质里 所形成的系统
分散质 (分散相)
分散剂(分散介质)
被分散
起分散作用
(2) 三种常见的分散系
a)分子或离子分散系--真溶液(单相体系):
0.1~1 nm (< 10-9 m), 分子/离子分散系,例如NaCl水溶液 等。是一种稳定的体系。
(4) 单相体系中不一定只有一种组分物质(例如气体混合物 即由多种物质所组成);同一种物质也可因聚集状态的 不同而形成多相体系(例如水、水蒸气和冰三相共存); 聚集状态相同的物质在一起也不一定就是单相体系(例 如油水分层的液态体系有两相)。
1.2.2 稀溶液的通性 ★ 溶液
(1) 溶液的一般概念 分子或离子分散体系 单相 按聚集状态:气态溶液、液态溶液、固态溶液
(5) 溶液浓度的表示方法
质量分数 (无量纲) 摩尔分数 x (无量纲) 质量摩尔浓度 b (mol ·kg-1) 质量浓度 (g ·L-1) 物质的量浓度 c (mol ·L-1或mol ·dm-3)
常用溶液浓度的表示方法
名称
定义
质量分数 溶质A的质量mA与溶
液质量m之比值
摩尔分数
物质A的物质的量(nA) 与混合物的物质的量 ( i ni )之比
子与器壁之间的碰撞,是完全弹性碰撞-无动能损失。 ➢ 理想气体分子本身占有的体积忽略不计,将分子看成有质
量的几何点。
■ 严格意义上的理想气体实际上是不存在的。但对实际气体 来说,只要温度不是太低(高温,高于273K),压力不是 太高(低压,低于数百kPa),都可以近似用理想气体状态
方程作有关p、V、T、n 的计算。

无机化学-气体和溶液

无机化学-气体和溶液

b —— 体积常数。
(2)实际气体分子间有作用力。因此理想压强P为分子碰撞器 壁产生的压强P实际和内层分子作用力产生的压强P内之和。
热力学推导:
令比例系数为a
a —— 引力常数。分子不同时,相互吸引力不同,a不同。
1
范德华方程: ( p+a n2 )(V - nb)=nRT V2
注:范德华方程仍然是近似的
2、道尔顿分压定律:
∑ p总= p1+ p2+ p3 ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅ ⋅= pi
§1.2 溶液
§1.2.1 溶液的概念 §1.2.2 非电解质稀溶液的依数性 §1.2.3 胶体溶液
2
§1.2.1 溶液的概念
相: 物理、化学性质均相同的一部分物质,称为一个相。
一个相
纯物质 (同一状态) 以分子、离子、原子形式均匀混合的混合物
在此假想状态下,描述气体性质的物理量 p、V、T、n 之间服从下列关系式:
pV = nRT
理想气体状态方程式
其中: p — 压强(Pa,kPa, atm,mmHg), T — 温度(K) V — 体积(m3、cm3、L,ml), n — 物质的量(mol) R —— 气体常数。
在标准状况下,p =101325Pa, T=273.15K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3
∆p = p* - p = p* - p*xB = p*xA
p* — 纯溶剂蒸气压; p — 溶液蒸气压; xA — 溶质的摩尔分数
稀溶液中,nA << nB , ∆p = p*xA≈ p*×MB/1000×bA=KbA
当溶剂一定时,MB、p*一定,故p* ⋅MB/1000为一个常数,用K表示。

简明无机化学第一章 气体和稀溶液课件

简明无机化学第一章    气体和稀溶液课件
则 n mol 分子的体积 V分 = n b dm3
而理想气体的体积 V =(m - n b) dm3
如图实际气体的体积 V实 = m dm3
V = (m - n b)dm3 V分 = n b dm3
一般关系式为 V = V实 - nb
(2)
p = p实 + (a n )2 (1)
V
V = V实 - nb
则 R = 8.314 J•mol-1•K-1
从式
R=
pV nT

R = 8.314 J•mol-1•K-1
看出 pV 乘积的物理学单位 为 焦耳 (J)
p
Pa N•m-2
V
m3
所以 pV 的单位为 N•m-2•m 3
= N•m
=J
从物理学单位上看 pV 是一种功。
pV R = nT
若压力用 Pa
混合气体的总压为 3 105 Pa
亦有
p总 = pN2 + pO2
道尔顿(Dalton)进行了大量 实验,提出了混合气体的分压定律 —— 混合气体的总压等于各组分 气体的分压之和
p总 = pi i
此即道尔顿分压定律的数学表达式。
理想气体混合时,由于分子间无 相互作用,故碰撞器壁产生的压力, 与独立存在时是相同的。亦即在混合 气体中,组分气体是各自独立的。
由两种或两种以上的气体混合在 一起,组成的体系,称为混合气体。
组成混合气体的每种气体,都 称为该混合气体的组分气体。
显然,空气是混合气体,其中 的 O2,N2,CO2 等,均为空气这 种混合气体的组分气体。
2. 组分气体的摩尔分数
组分气体 i 的物质的量用 ni 表 示,混合气体的物质的量用 n 表示,

无机化学第一章+气体及稀溶液

无机化学第一章+气体及稀溶液

单位
符号
长度 (l) 质量 (m) 时间 (t) 开尔文温度 (T) 物质的量 (n) 电流 (I) 光强度 (Iv)米m千克kg秒
s
开尔文
K
摩尔
mol
安培
A
坎德拉
cd
在化学中,前面六种单位是常用单位。
开尔文温度、华氏温度和摄氏温度的相互转换
• 摄氏温度 → 开尔文温度:
T (K ) t (o C) 273.15
2. 质量摩尔浓度
bB
=
溶质B的物质的量(mol) 溶剂的质量(kg)
单位: mol/kg
3. 摩尔分数
xB

nB n总
物质B的摩尔分数xB:混合物中物质B的 物质的量与混合物的总物质的量之比。
xi x j xk .... 1 混合物中各物质的摩尔分
数之和等于 1。
4. 质量百分比浓度:即100克溶液中所含溶质的克数, 用符号(wB/w)%表示。
中文称号 吉 兆 千 毫 微 钠 皮
国际称号 G M k m n p
此外还必须认识一些常用的非国际单位制单位
第二节 理想气体状态方程及其应用
一、理想气体
理想气体符合理想气体状态方程。
二、理想气体状态方程 pV = nRT R ---- 摩尔气体常数
在标准状况下(p = 101.325kPa, T = 273.15K)
解: 292K 时,p (H2O) = 2.20 kPa Mr (NH4NO2) = 64.04
n(N2)

pV RT
=
(97.8 2.20)kPa 4.16L 8.314J K-1 mol-1 292K

0.164

无机化学:Chapter 1 气体和溶液

无机化学:Chapter 1 气体和溶液

O2 6dm3
9MPa
N2 12dm3
3MPa
PO2=3MPa,PN2=2MPa;VO2=10.8dm3,VN2=7.2dm3
练习
1.在298K10.0L的容器中含有 1.00molN2和3.00molH2,设气体为理想气 体,试求容器中的总压和两气体的分压。
991.7,248.0、743.7kPa
2.理想气体状态方程[即克拉— 伯珑方程(Clapeyron)]
PV nRT
R 8.314Pa m3 mol1 K 1 8.314KPa L mol1 K 1 8.314J mol1 K 1
R(Molar gas constant)
PV m RT 或 PM ρ RT M
3.不同状态下气体导出公式
水分子 溶质分子
xB
xA
纯水蒸气压 pB*
溶液蒸气压 p
原因:形成溶剂化分子;部分表面被占据。
dell: dell:
3.拉乌尔(Raoult)定律
在一定温度下,难挥发非电解质 稀溶液的蒸气压下降与溶液的质量 摩尔浓度b(B)成正比。
即 ΔP K ×b(B)
P=P*·xA, ΔP=P*·xB 例:植物的抗旱、干燥剂的干燥作用
①从P1、V1、T1到P2、V2、T2 则 P1V1 T1 P2V2 T2 ②P一定,从V1、T1到V2、T2,则 V1 V2 T1 T2
③V一定,从P1、T1到P2、T2, 则 P1 P2 T1 T2 ④T一定,从P1、V1到P2、V2 则 P1V1= P2V2
二.道尔顿(Dalton)分压定律 (Law of partial pressure)
§1-4 胶体溶液( sol Solution )
一.分散度与比表面(dispersed degree and specific surface) 1.S0=A/V, S0比表面,A表面积,V总体积

无机及分析化学第一章 气体和溶液

无机及分析化学第一章 气体和溶液

颗粒能透过滤纸和半透膜, 蔗糖、氯
<1 扩散快,单相,稳定
化钠溶液
一、 溶液浓度的表示方法
1.摩尔分数 (物质的量分数)
溶质(B)的物质的量占溶液物质的量的分数。 XB = nB/nA+nB XA+XB = 1
2. 质量摩尔浓度
溶液中溶质B的物质的量( nB)与溶剂A的质量(mA) 之比
bB
nB mA
(1) p总 p(C) p(D)
(2) pi p总 i
i
ni n总
分体积:组分气体在保持混合气体的 温 度、压力下,单独存 在时所占有的体积。
pi p总
= ni n总
= Vi V总
i
例 25℃时,装有0.3 MPa O2的体积为1 dm3的容器 与装有0.06 MPa N2的体积为2 dm3的容器用旋塞连 接。旋塞打开,待两气体混合后,计算:
一、胶体的性质
1、光学性质(丁达尔现象)
粒子粒径大于照射光的波长时,粒子表面反射光; 粒径略小于波长时,发生散射成乳光。
2.动力学性质(布朗运动)
3.溶胶的电学性质
电泳:在外电场作用下, 胶粒向电极移动的现象。
电渗:在外电场作用下,限制胶粒不能移 动,而液体介质发生定向移动的现象。
胶粒带电的原因 :
前言
化学反应中常涉及到的两个问题:
(1)化学反应进行的方 向、程度以及反应过 程中的能量变化关系
可能性
(2)化学反应进行的快 慢即化学反应的速率 问题
现实性
化学热力学 化学动力学
化学热力学 化学动力学
化学热力学初步 化学反应平衡
化学反应速率
1.1 气体
1.理想气体状态方程 pV=nRT

无机化学-气体和溶液

无机化学-气体和溶液
第一章气体和溶液(gas and solution)
1-1 气体
一、理想气体(ideal gas)的状态方程:
(1)分子本身不占体积,分子是具有质量的几何点, (2)分子之间没有作用力, (3)分子之间、分子与容器壁之间的碰撞不造成动能损
失(完全弹性碰撞)。
研究结果表明:在高温(高于273K)、低压(低于数百 kPa)条件下,许多实际气体很接近理想气体。
可见光波长400-700 nm,溶胶直径1-100nm,发生散射。 每一个胶体粒子变成一个小光源,向四周发射与入射 光波长相同的光波。
真溶液粒子太小,光散射微弱,显示不出丁达尔现象。 可用丁达尔现象来区别溶胶和真溶液。
3)电学性质:电泳 电泳——在电场作用下,胶体粒子在分散介质中作定向移动的现象。
Tb = Kb·b
II = bRT
来测定溶质的摩尔质量。只有对摩尔 质量特别大的物质(如血红素等生物 大分子)才采用渗透压法。
●配制等渗透液:渗透现象在许多生 物过程中有着不可缺少的作用,特别 是人体静脉输液所用的营养液(如葡 萄糖液等)都需要经过细心调节以使 之与血液具有同样的渗透压(约 780kPa),否则血红细胞将遭到破坏。
五、胶体的稳定性与聚沉(coagulation) 1)稳定性: 溶胶具有很大的比表面积,总是有自发聚集成更大颗粒,降低表面能的倾向,
因此,是热力学不稳定体系,但胶体具有相对稳定性。 溶胶相对稳定的原因: 1)布朗运动, 2)胶粒带电, 3)溶剂化作用(扩散层和吸附层离子都水合)——起保护作用。 可用来衡量溶胶的稳定性: 越大,胶粒带电量越多,扩散层厚,溶剂化层也厚,溶胶就越稳定。 2)聚沉: 聚沉:溶胶失去稳定性,相互碰撞导致颗粒变大,最后以沉淀形式析出。
p总

无机化学第一章

无机化学第一章

实际气体
高温(>273 K, 0 C) 低压(<几百个kPa)
o
理想气体
1.1.2道尔顿(Dalton) 1.1.2道尔顿(Dalton)分压定律 道尔顿
(一)道尔顿分压定律的要点 (二)道尔顿分压定律的实际应用 (实验室的排气集气) 实验室的排气集气)
道尔顿分压定律的要点
同一温度下 1. 同一温度下,混合气体的总压力等于各组 分气体分压之和。 分气体分压之和。
例6 在291K和101.325KPa下,将2.7L被水蒸气饱和的空气通过 和 下 被水蒸气饱和的空气通过 装有CaCl2的干燥管,测得干燥空气的质量为 的干燥管,测得干燥空气的质量为3.21g,求291K时 装有 , 时 水的饱和蒸气压。 水的饱和蒸气压。
[解]

V(干燥空气)
pV =
m RT M mRT 3.21 × 8.315 × 291 = = Mp 29 × 101.325
= 2.643 L T不变 又∵ pV = nRT 而这时 n、T不变 ∴ p1V1=p2V2
p( 水蒸气) =
=
p2=p1–p(水蒸气 水蒸气) 水蒸气
101.32 × ( 2.7 − 2.643) 2.7
p1 × (V2 − V1 ) V2
= 2.14 kPa
§1-2


分散系 (自学 自学) 自学
[解]
P(H ) = P–P(H O) = 101.325 - 3.17 = 98.155kPa ∵ pV = nRT ∴ n(H ) = p(H )V/RT
2 2 2 2
= 98.155×0.25/8.315×298 × × = 9.90×10-3 mol × 又∵ pV = nRT 而这时 n、T不变 不变 ∴ p1V1 = p2V2
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当密度达到一定数值时,凝聚的分子的个数也达到 N0 个。 这时起,上方空间里溶剂分子的个数不再改变,蒸气 的密度也不再改变,保持恒定。
此时,蒸气的压力也不再改变。
这个压力称为该温度下溶剂的饱和蒸气压,用 p0 表示。
液体
蒸发 凝聚
气体
达到平衡后,若使蒸气压小于 p0,则平衡右移,液体气化;
p0
p0
通常所说的“依数性”,包括四个方面:
1、蒸气压下降(The lowering of the vapor pressure) 2、沸点上升 (The elevation of the boiling point) 3、凝固点降低 (The depression of the freezing point) 4、渗透压 (The phenomenon of osmotic pressure)
b)胶体分散体系:
1~100 nm (10 -9~10-7 m), 胶粒分散体系,例如天然水中的杂 质、蛋清等。外观与溶液相似,但透光可观察到“丁达尔效 应”。能保持相对的稳定。
c)粗分散体系:
1000 nm (> 10-6 m), 例如:泥浆水(悬浊液)、牛奶、豆浆 等。肉眼或在显微镜下可观察到微粒,静置易沉淀,是一种不 稳定的体系。
1.2.2 组分气体的摩尔分数
组分气体 i 的物质的量用 ni 表 示,混合气体的物质的量用 n 表示,
显然有 n = ni i
组分气体 i 的摩尔分数用 xi
表示,则
xi
=
ni n
显然有
xi = 1 i
例如,由 3 mol H2 和 1 mol
N2 组成的混合气体
1.2.3 分压
* 什么叫分压力pi ? 某一组分气体对器壁产生的(施
(1) 什么是“稀溶液的依数性 ”?
与溶解有关的性质分为两类: 溶液的颜色、比重、导电性等性质, 与溶质的本性有关;溶液的蒸气压、沸点、凝固点等性质,与溶质的本 性无关。
只与溶质的数量(摩尔分数)有关,而与溶质 的本性无关的性质,称为“依数性”。
• 只有溶质的浓度低,即所谓“稀溶液”才具有依数性 • 依数性来源于分散微粒间距离远,作用力小
* 分压力与总压力的关系
假如容器中有A、B、C。。。等多种气体,则:
P = pA + pB + pC +… =ΣpI = nRT/V (理想气体方程也适合混合气体)
(总压力等于分压力之和)
pA nA , pB nB , pC nC ........ pm nm P nP nP n P n
pA = xA P, pB = xB P, … pi = xi P
* 理想气体分子本身占有的体积忽略不计, 将分子看成有质量的几何点。 * 理想气体分子间的作用力忽略不计。分子 与分子之间、分子与器壁之间的碰撞,是完 全弹性碰撞-无动能损失。
严格意义上的理想气体实际上是不存在的。但对
实际气体来说,只要温度不是太低(高温), 压力不是太高(低压),都可以近似用理想气
第一章
气体和溶液
学习要求
掌握理想气体状态方程及其应用; 掌握道尔顿分压定律; 理解稀溶液的依数性及其应用; 了解溶胶的结构、性质、稳定性及聚沉 了解大分子溶液与凝胶
物质的聚集状态
气体 液体 固体 此外:液晶态-物质的第四态或中介态,液体和晶
态 之间,自发有序仍能流动的状态(有序流体)。 等离子态-部分电子被剥夺后的原子及原子
(2) 溶液的蒸气压下降
• 什么是物质的饱和蒸气压? • 什么是溶液的饱和蒸气压? •“溶液的蒸气压下降”这句话是什么意思? • 为什么溶液的蒸气压会下降? • 下降多少,由什么决定?










放置一段时间后,水自动转移 到糖水中去。
为什么会发生这种现象 ?
饱和蒸气压
气化(蒸发):液体表面能量较大的分子,克服分子间的引力,逸 出液体表面进入液体上面的空间。
凝结:气相中的分子,可能与液体表面发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ碰撞,并被周围的液体 分子所吸引,重新回到液相。
饱和蒸气压:当:凝聚速度 = 蒸发速度 达到平衡,此时蒸气压为一 定值。称为饱和蒸气压。
1) 纯溶剂的饱和蒸气压
在密闭容器中,在纯溶剂的单位表面上,单位时间里,有 N0 个 分子蒸发到上方空间中。
上方空间里溶剂分子个数逐渐增加,密度增加,压力也增加。 随着上方空间里溶剂分子个数的增加,分子凝聚回到液相的机 会增加。
R pV 1.01325 105 Pa 22.414 103 m3
nT
1mol 273.15K
8.3145 Pa m3 K 1 mol1
8.3145 J K 1 mol1
1.2 混合气体的分压定律 1.2.1 混合气体:
由两种或两种以上的气体混合在一起组成的 体系。其中每种气体称为混合气体的组分气 体。






当蒸气压等于 p 时, 糖水与
上方蒸气达到平衡。







体状态方程作有关p、V、T、n 的计算。
1.1.2. 气体压力的产生
*气体压力是气体分子对器壁碰撞的结果。
*有一质量为 m,速度为 ,垂直于器壁
方向运动的气体分子碰撞器壁。 *根据理想气体的基本假定,无动能损失,
它以速度 - 弹回。
碰撞过程中动量的改变量为
(- m )- m = - 2 m
动量的改变量等于器壁对分子的作用
溶液中,在单位表面上单位时间内蒸发
的溶剂分子的数目 N 要小于纯溶剂的 N0 。
当凝聚的分子数目达到 N (N < N0)时,实现平衡,蒸气
的密度及压力不会改变。
这种平衡状态下的饱和蒸气
压为 p,则有 p < p0。
5) 解释实验现象










过程开始时,水和糖水均以蒸发为主。




(1)什么是“分散体系”?
一种(几种)物质的 细小粒子 分散于另一种物质 中
分散质 (大小有别)
分散剂(分散介质)
被分散
起分散作用
(2)三种常见的分散体系
a)分子或离子分散体系--真溶液(单相体系):
0.1~1 nm (< 10-9 m), 分子/离子分散体系,例如NaCl水溶 液等。是一种稳定的体系。
加的)压力叫该组分气体的分压力 pi。— —等于该气体单独占有该容器时产生的压 力-道尔顿分压定律。
组分气体 i 的分压,用 pi 表示
pi V总 = ni RT
1. 2. 4 分压定律 —— 分压与总压的关系
N2
+ O2
N2+ O2
2 dm3
2 dm3
2 dm3
2 105 Pa 2 105 Pa
1.1.3 理想气体状态方程与分压定律
(1) 理想气体状态方程
理想气体的温度(T)、压力(p)、体积(V)和物质的量(n)之 间, 具有如下的方程式关系:
pV = nRT=(m/M) RT
pM=RT
在SI制中,p的单位是Pa,V的单位是m3,T的单位是K,n的单位是mol, (标准状况下,p=101.325kPa,T=273.15K, 1 mol 气体的标准摩尔体积为 22.414×10-3 m3)摩尔气体常数R的单位及数值为:
由道尔顿分压定律 p总 = pO + pN
= 1 105 + 3 105
5
例 1. 2 常压(1 105 Pa)下,将 4.4 g CO2,11.2 g N2 和 16.0 g O2 相混合。 求各组分气体的分压。 解: 混合气体的总压和组成已知,可用 总压和组成求分压。
1.3 溶液
1.3.1分散体系
(3) 液态物质视其互溶程度通常可以是一相(例如水与酒精的混合 物)、两相(例如水和油的混合物)、甚至三相共存(例如水、
油和汞的混合物)。
(4) 单相体系中不一定只有一种组分物质(例如气体混 合物即由多种物质所组成);同一种物质也可因聚集状态 的不同而形成多相体系(例如水、水蒸气和冰三相共存); 聚集状态相同的物质在一起也不一定就是单相体系
(例如油水分层的液态体系有两相)。
1.3.2 溶液
(1)溶液的一般概念 ■分子或离子分散体系 ■单相 ■按聚集状态:气态溶液、液态溶液、固态溶液
(2)溶解过程与溶液的形成 溶质均匀分散于溶剂中的过程——溶解
■是个既有化学变化,又有物理变化的复杂过程 ■常伴随:颜色变化,体积变化,能量变化
(3)溶解度的概念 单位溶剂中最多能溶解的溶质的量——溶解度 溶解度与温度、压力等因素有关。
相与界面
体系中物理性质和化学性质完全相同的部分称为相 (phase)。将相与相分隔开来的部分称为相界面(简 称为界面,interface)。
相与相之间在指定的条件下具有明确的界面,在界 面两边体系的性质会有突跃变化。处于界面上的原子 或分子的受力情况与相内部的不同,往往存在剩余引 力,具有界面能。一般来说,体系中存在的界面越多, 能量就会越高,体系也会越不稳定。
向上移动活塞
向下移动活塞
若使蒸气压大于 p0,则平衡左移,气体液化。
2)什么是溶液的饱和蒸气压?
指的是溶液中,作为溶剂的那种物质,所具有的饱和蒸 气压(分压力)。 溶液的饱和蒸气压同样与温度密切相关:
溶剂的表面
溶液的表面
当溶液中溶有难挥发的 溶质时,则有部分溶液 表面被这种溶质分子所 占据。
难挥发溶质的分子
汽 油
冰 水
汽 水 铁粉和硫磺粉
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