第1章气体和溶液
简明无机化学第一章 气体和稀溶液课件
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
和
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，
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第一章 气体和溶液§1－1 气体教学目的：1. 熟练掌握理想气体状态方程式，并掌握有关计算。
2．熟练掌握分压定律及应用。
教学重点：1. 理想气体状态方程式；2. 道尔顿分压定律。
一、理想气体(Ideal Gases )1．什么样的气体称为理想气体？气体分子间的作用力很微弱，一般可以忽略； 气体分子本身所占的体积远小于气体的体积。
即气体分子之间作用力可以忽略，分子本身的大小可以忽略的气体，称为理想气体。
2．理想气体是一个抽象的概念，它实际上不存在，但此概念反映了实际气体在一定条件下的最一般的性质。
3．实际气体在什么情况下看作理想气体呢？只有在温度高和压力无限低时，实际气体才接近于理想气体。
因为在此条件下，分子间距离大大增加，平均来看作用力趋向于零，分子所占的体积也可以忽略。
二、理想气体状态方程1．理想气体方程式（The ideal-gas equation ） pV = nRT2．理想气体方程式应用（Application of the ideal-gas equation ）可求摩尔质量 (1) 已知p ，V ，T ， m 求 M(2) 已知p ，T ，ρ 求 M三、道尔顿分压定律（Dalton’s Law of Partial Pressures ) 1801年1．Deduction ：假设有一理想气体的混合物，此混合物本身也是理想气体，在温度T 下，占有体积为V ，混合气体各组分为i （=1，2，3，… i ，…) 由理想气体方程式得：11RT p n V = ，22RT p n V = ，……，i i RTp n V=，…… ∴总p VRT nVRT n p ii ===∑∑，即∑=ipp 总2．表达式：∑=ipp 总3．文字叙述：在温度和体积恒定时，其总压力等于各组分气体单独存在时的压力之和。
4．另一种表达形式：ii i iRTn p n V x RT p n n V===总─ mole fraction 在温度和体积恒定时，理想气体混合物中，各组分气体的分压（p i ）等于总压（p 总）乘以该组分的摩尔分数（x i ）。
第一章 气体、溶液和胶体
第一章气体、溶液和胶体⏹§1.1 气体⏹§1.2 液体⏹§1.3 分散系⏹§1.4 溶液⏹§1.5 胶体溶液⏹§1.6 高分子溶液和凝胶⏹§1.7 表面活性物质和乳浊液1、Dalton分压定律2、稀溶液的依数性3、胶体的结构、性质依数性的计算、胶团结构的书写、胶体的性质1、气体的基本特征：（1）无限膨胀性：所谓无限膨胀性就是，不管容器的形状大小如何，即使极少量的气体也能够均匀地充满整个容器。
（2）无限掺混性：无限掺混性是指不论几种气体都可以依照任何比例混合成均匀的混溶体(起化学变化者除外)。
高温低压下气体的p 、V 、T 之间的关系。
即：P ：气体压力，单位用kPa(或Pa)。
V ：气体体积，单位取dm 3(或写为L ，l) n ：气体物质的量mol 。
T ：绝对温度，单位是K ，它与t °C 的关系为:T=273.15+t °CR ：理想气体常数P V = n R T （1-1）此式称为理想气体状态方程。
普通化学普通化学Dalton分压定律适用范围：Dalton分压定律可适用于任何混合气体，包括与固、液共存的蒸气。
对于液面上的蒸气部分，道尔顿分压定律也适用。
例如，用排水集气法收集气体，所收集的气体含有水蒸气，因此容器内的压力是气体分压与水的饱和蒸气压之和。
而水的饱和蒸气压只与温度有关。
那么所收集气体的分压为：p气＝p总－p水如图：普通化学【例1.3】 一容器中有4.4 g CO 2，14 g N 2和12.8 g O 2，气体的总压为202.6 kPa ，求各组分的分压。
【解】混合气体中各组分气体的物质的量m ol m olg g n N 5.028141)(2=⋅=-m ol m olg g n CO 1.0444.41)(2=⋅=-m ol m ol g g n O 4.0328.121)(2=⋅=-k Pa k Pa m olm ol m ol m ol p CO 26.206.2024.05.01.01.0)(2=⨯++=()kPa kPa molmol mol mol p kPa kPa molmol mol mol p O N 04.816.2024.05.01.04.03.1016.2024.05.01.05.022)(=⨯++==⨯++=，总＝总总p i x p n i n i p =由道尔顿分压定律T 一定，速率和能量特别小和特别大的分子所占的比例都是很小的，温度升高时，速率的分布曲线变得较宽而平坦，高峰向右移，曲线下面所包围的面积表示的是分子的总数，对一定的体系它是常数. 氮的速率分布曲线麦克斯韦－玻尔兹曼分布定律:普通化学水有三种存在状态，即水蒸气（气态）、水（液态）、冰（固态）。
chap1气体、溶液
代入: △p = K蒸b(B) 0.11 = 0.0571×13×1000/(MB×87) MB = 77.56 (g/mol)
nB RT nRT pB p V V pB nB xB p n
nB pB p xB p n
x B B的摩尔分数
例题：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。
第一章 气体、溶液和胶体
了解理想气体的状态方程及其应用
理解道尔顿分压定律 掌握溶液组成的标度 掌握稀溶液的性质及其应用 了解电解质溶液活度和离子强度的概念。
作业：1, 3, 4 , 6, 8
第一章
气体、 溶液和胶体
第一节气体 一、理想气体状态方程
• 在通常的温度及压力条件下，固态（Solids）、
XA = 1 – XB
nB 移项得：△p = p*－p = p * XB = p*——— nA + nB ∵是稀溶液， ∴ nA >> nB nA + nB ≈ nA
nB △p≈ p*—— Δp＝p* xB nA ∵nA＝mA/MA nB nB ∴ △p≈ p*——＝p* — MA nA mA nB △p＝ p * MA ——＝K b(B ) mA 式中，MA ： kg/mol mA： kg
单相体系
多相体系 （存在界面）
分散系 分类
分子分散系 (d <1 nm) 胶体分散系 (d: 1-100 nm) 粗分散系 (d >100 nm)
分散系按分散质粒子的大小分类
第一章 气体和溶液
溶液的蒸气压降低的原因：
溶质是难挥发非电解质，因此溶液的蒸气压实际上 是溶液中溶剂的蒸气压。
pA*
p
水
糖水
蒸气压与溶液的浓度有没有定量规律？ 1887年，法国著名物理学家拉乌尔根据大量的实验 结果，总结出一个经验定律，这就是拉乌尔定律。
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(p) 等于纯溶剂的蒸气压(pA*)乘以溶剂在溶液中的摩尔分 数(xA)。即： p = p A * · xA
第一章 气体和溶液
基本要求 掌握理想气体状态方程及其应用；掌握道尔
顿分压定律的应用和计算；熟悉溶液浓度的表示方法；
理解稀溶液的依数性及应用；熟悉胶体的结构、性质、
稳定性等；掌握胶粒聚沉的方法和电解质对溶胶聚沉作 用的影响规律。 学习重点 理想气体状态方程；分压定律；溶液浓度的
表示方法；稀溶液的依数性；胶体的性质与结构；影响
∵ xA + xB = 1 ∴ p = pA*（1－xB） 溶液的蒸气压下降值Δp为 Δp = pA*－p
= pA*－pA*（1－xB）
Δp = pA*xB 因此拉乌尔定律也可以这样说：
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（Δ p）与溶质的摩尔分数(xB)成正比,而与溶质的本
理想气体：忽略分子的大小和分子间的作用 力 理想气体状态方程：pV= nRT
式中：p为压力 (Pa)， V为体积（m3）， n为物质的量（mol）， R为摩尔气体常数, T为热力学温度（K）。
气体状态方程式的另一些形式：
物质的量（n）与质量（m）、摩尔质量（M）的关系
m pV RT M pM RT
无机及分析化学——第一章 气体和溶液
依数性来源于分散微粒间距离远，作用力小。
通常所说的“依数性”，包括四个方 面： • 蒸气压下降 (The lowering of the vapor pressure)
• 沸点升高 (The elevation of the boiling point)
• 凝固点降低 (The depression of the freezing point) • 渗透压 (The phenomenon of osmotic pressure)
c)粗分散系：
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。
相与界面
相（phase）：体系中物理性质和化学性质完全相同的部分。 相界面（简称界面，interface）：将相与相分隔开来的部分。 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，能量就越高，体系也越不稳定。
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。
2. 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 在SI制中，p—Pa，V—m3，T—K，n—mol。 标准状况（p=101.325 kPa，T=273.15 K）下，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: pV 1.01325 105 Pa 22.414 103 m3
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
溶
液
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
第一章 气体和溶液
1. 稀溶液蒸气压下降
(1) 溶剂的蒸汽压 vapor pressure
(2) 稀溶液的蒸汽压下降 pressure lowering
(2) 稀溶液的蒸汽压下降 pressure lowering
溶液的蒸发与纯水蒸发相比，速率要慢得多，因为： 溶液表面被溶质微粒所占据，使溶液表面动能较高，足以克 服分子间引力而进入气相的溶剂分子相对含量降低，减少溶 剂分子蒸发的机会。
4. 质量分数
定义：B物质的质量与混合物质量之比， 表示相同质量单位物质的相对含量。 单位：1
表示式： ωB= mB /（mA+ mB）
表示方法：分数或者小数
举例： ω硫酸 = 98% or 0.98
5. 质量浓度
定义: B物质的质量与混合物体积之比。 符号:ρB 单位：Kg/m －3;g· －1；mg · －1;μg · －1 L L L
B组分气体分压的求解：
nB RT pB V p nRT V
pB nB xB p n
nB pB p xB p n
x B B的摩尔分数
1.4 分压定律的实 际应用 计算气体混合物中各组分气体分压
例题:
在25℃、99.43kPa下，以排水集气法在水面上收 集到的氢气体积为0.4006L，计算在同样温度、压力 下，用分子筛除去水分后所得干燥氢气V’ 和n。已知 25℃时水的饱和蒸气压为3.17kPa 解： T =(273+25)K = 298K p=99.438kPa V=4.16L
C
水
水的 相图 是根 据实 验绘 制的：
A f
冰
P
610.62
O
D
B
273.16
q 水蒸气
气体与溶液.
（1） （2） （3）
O2、N2的物质的量； O2、N2的分压力； 混合气体的总压力
（4） O2、N2的分体积
解：（1）混合前后气体物质的量没有发生变化：
（n O ）= p1V1
0.3103kPa 1dm3
0.12mol
2 RT 8.314J/(mol K) (25+273)K
3dm3
0.1MPa 0.14MPa
2.14dm3
V (N 2
)=V总
（ p N2 ) p总
=3dm3
0.04MPa 0.14MPa
0.86dm3
注意：单位的统一和换算！
（n N ）= p2V2
0.06103kPa 2dm3
0.048mol
2 RT 8.314J/(mol K) (25+273)K
（2）O2、N2的分压是它们各自单独占有3 dm3时所产生的压 力。当O2由1 dm3增加到
（p O ）= 2
p1V1 V
0.3MPa 1dm3 3dm3
0.1MPa
当N2由2 dm3增加3 dm3到时：
（ p N ）= p2V2 0.06MPa 2dm3 0.04MPa
2
V
3dm3
（3）混合气体总压力：
p总=（p O2)+p(N2) 0.1MPa+0.04MPa=0.14MPa
（4）O2、N2的分体积：
V (O2 )=V总
（ p O2 ) p总Fra bibliotekn m M
pV= mRT/M
ρ=m/V
ρ= pM/RT
在标准状况下，1摩尔气体的体积Vm=22.414×10-3m3
气体和溶液
凝固点下降值： ΔT f = T f * - Tf
22
根据拉乌尔定律，难挥发非电解质稀溶液的沸 点升高值与溶液的质量摩尔浓度有下述关系成立： ΔTb = Kb · b 有下述关系成立： ΔT f = K f ·b Kb－沸点升高常数 ; (1-13) Kf －凝固点降低常数 (1-12)
同理，凝固点下降值与溶液的质量摩尔浓度
6
pM = ρRT
补充例题：在298 K和9.93 ×104Pa压力下， 0.304L二氧化硫重0.78g，求二氧化硫的分子量。 解：根据气体状态方程式： pV=mRT/M 代入以上数据： M = 0.78 × 10-3 ×8.314 ×298/(9.93 ×104 ×0.304 ×10-3 ) = 0.064kg/mol=64g/mol 单位：kg ×Pa·L/mol ·K ×K/ Pa·L = kg/mol
必然降低单位体积内的水分子数目，单位时间内逸 出 的 水 分子数 目减少 。 因 此一 定温度下 达 到 平衡 时，溶液的蒸汽压比起纯溶剂的蒸汽压更低。这里 溶液的蒸气压实际上是溶液中溶剂的蒸气压。
pA*
p
图示为溶液的蒸汽 压降低。溶液的蒸气 压下降值Δp为
Δp = pB*－p
15
比较不同浓度溶液的蒸气压。显然，浓度越 大 ，溶液的 蒸 气压 越 低。 蒸 气压 与 溶液的 浓 度的 关 系 遵循拉乌 尔定律。 表 述 为：在 一 定温度下， 难挥 发非电 解 质稀溶液的 蒸汽 压等于 纯 溶 剂 的 蒸汽 压乘 以溶剂在溶液中的摩尔分数。 即： p = pB* xB （1-9） p: 为溶液的蒸汽压 pB*：为纯溶剂的蒸汽压 xB：为纯溶剂的摩尔分数 ∵ xA + xB = 1 ∴ p = pB*（1－xA） 溶液的蒸气压下降值Δp为 Δp = pB*－p = pB*－pB*（1－xA） Δp = pB*xA （1-10 ）
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理想气体状态方程式的其它表示形式：
pV= mRT/M
(1-2 )
pM= ρRT
（1-3）
式中：m 为气体的质量，单位为 kg M 为摩尔质量，单位为 kg / mol ρ为气体密度，单位为 kg/m3
4
例1： 标准状况下 250ml某气体重 0.7924克， 求这种气体的相对分子质量。
解： 根据 pM = ρRT
pV=mRT/M 代入以上数据：
M=mRT/pV
M = 0.78 × 10-3 ×8.314 ×298/(9.93 ×104
×0.304 ×10-3 )
= 0.064kg/mol=64g/mol 单位：kg ×Pa·L/mol ·K ×K/ Pa·L = kg/mol
6
二、道尔顿分压定律
道尔顿分压定律讨论的是混合气体的总压力与各组分气体分压力之间的关系。 混合气体
有下述关系成立：
Δ T f = K f ·b
(1-13)
Kb－沸点升高常数 ; Kf －凝固点降低常数
Kb、Kf 只与溶剂的性质有关，单位： 0C·kg/mol 或
K·mol。（表1-2列出常用溶剂的 Kf与Kb值）
22
例 按沸点从高到低的顺序排列下列各 溶液。
（1）0.1 mol/L HAc （2）0.1 mol/L NaCl （3）1 mol/L蔗糖 （4）0.1 mol/L CaCl2 （5）0.1 mol/L葡萄糖
7
道尔顿分压定律对于研究气体混合物非常重要。 用排水集气法收集到的气体其实是含有水蒸气的混 合气体。
例2：在 17℃， 99.3kPa 的气压下，用排水集 气法收集氮气 150ml，求在标准状况下，该气体经 干燥后的体积。
解：查表1-1，17 ℃的饱和水蒸气压 1.93kPa P(N 2) = (99.3-1.93) =97.4kPa
R = pV/nT=1atm×22.4L/1mol ×273.15K = 0.082atm ·l/mol ·K
当压力单位为 Pa，体积为m3时，可得： R = 1.01325 ×105Pa ×22.4 ×10-3m3/1mol ×273.15K = 8.314Pa ·m3 ·mol-1 ·K-1 =8.314J /mol ·K
pV= nRT
(1-1)
P：气体压力
n ：气体的物质的量
V：气体体积
T ：气体的热力学温度
R ：摩尔气体常数
式1-1应用于实际气体时，只适用于温度较
高(>=273K)、及较低压力 (不高于105Pa)的情况。
2
R的数值与单位：随压力和体积单位的不同而不同。当压 力为大气压、体积为升代入(1-1)式：
的总压力等于各组成气体分压力之和 ，此经验规则称道尔顿分压定律。其数学表达式为：
P=Σ pi
(1-4)
某组分的分压力是指该组分在同一温度下单独占有混合气体的容积时所产生的压力。
p i =(niRT/V) p =Σ niRT/V = nRT/V 由道尔顿分压定律可知： pi = (ni/n) p 总= x i p总
节：气体
物质通常以气态、液态或固态形式存在。本章介 绍气体和溶液。
一、理想气体状态方程式
1、概念：分子本身不占有体积；分子间没有
实作际用遇力到的的气气体体称均为为理非想理气想体气。体，但在处于低
压(<=1atm) 和高温 (>273K) 的条件下，可近似视为 1
一、理想气体状态方程式
理想气体状态方程式 为：
即：每一组分气体的分压力等于混合气体的总压力和该组分气体摩尔分数的乘积 。 注意：分压定律适用于理想气体，对低压下的真实气体混合物近似适用。
X称摩尔分数 ,可用来表示混合物中某种物质的含量 ,混合物中某组分的摩尔分数为该组分的 物质的量占混合物中总物质的量的分数 , 如:某混合物由 A、B两组分组成则 XA+XB=1
K+ K+
I-
II-
I胶(-IAI—核g- II)-mI-II--
K+ K+
K
+
K+
K+
K+ K+
胶粒 K+
胶团 37
精品课件！
44
精品课件！
45
25
解： 在一定体积的溶液中，粒子 数目越多，即粒子浓度越大，沸点 越高。电解质的粒子数目较相同浓 度的非电解质多，强电解质的粒子 数较相同浓度的弱电解多，因此， 粒子浓度由大到小的顺序为： （3）>（4）>（2）>（1）>（5）
沸点顺序与此相同。
26
K
扩+
散
K
+
层
K
+
K+ 吸K附+ 层
K+ I-I-I- I- I- I- K+
M = ρRT/p = (0.7924 ×10-3/0.25 ×10-3)(kg/m3) ×0.0224 (m 3/mol) = 0.064kg /mol = 64.01g/mol
5
补充例题：在 298 K和9.93 ×104Pa压力下， 0.304L二氧化硫重 0.78g，求二氧化硫的分子量。 解：根据气体状态方程式：
8
p 1V1 ? p 2V2
T1
T2
V2 ?
p1V1T2 p 2T1
?
97.4kPa ? 150 ml ? 273 K 101 .3kPa ? 290 K
=136ml
9
根据拉乌尔定律，难挥发非电解质稀溶液的沸 点升高值与溶液的质量摩尔浓度有下述关系成立：
ΔTb = Kb ·b
(1-12)
同理，凝固点下降值与溶液的质量摩尔浓度