大学精品课件：第01章 气体和溶液.PPT

1、无 机 化 学 Inorganic Chemistry 主教材：无机化学基础教程 辅助教材：无机化学基础教程学习指导 大连理工大学出版社 2008.9,1.1 气体定律,第一章 气体和溶液,1.2 稀溶液的依数性,1.1.1 理想气体状态方程,1.1.2 气体的分压定律,1.1 气体定律,1.1.1 理想气体状态方程,pV = nRT R摩尔气体常数 在STP下，p =101.325 kPa, T=273.15 K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.41410-3 m3,R=8.314 kPaLK-1mol-1,人们将符合理想气体状态方程的气体，称为理想气体。 理想气体分子之

2、间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。 理想气体实际上并不存在，可以把温度不太低、压力不太高的真实气体当做理想气体处理。,例1-1：某氧气钢瓶的容积为40.0L，27时氧气的压力为10.1MPa。计算钢瓶内氧气的物质的量。 解：V = 40.0 L = 4.010-2 m3， T = (27+273.15) K = 300.15 K p = 10.1 MPa = 1.01107 Pa 由 pV = nRT 得：,1. 计算p，V，T，n中的任意物理量,2. 确定气体的摩尔质量,M = Mr gmol-1,理想气体状态方程的应用：,pV = nRT, =, = m

3、 / V,3. 确定的气体密度,组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。 分压： 组分气体B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。,1.1.2 气体的分压定律,n =n1+ n2+,分压定律：,混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。 p = p1 + p2 + 或 p = pB,分压的求解：,x B B的摩尔分数,例1-2：某容器中含有NH3、O2 、N2等气体。其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压为133kPa。试计算各组分气体的分压。,解：n= n(NH3)+n

4、(O2)+n(N2),=1.200mol,=0.320mol+0.180mol+0.700mol,p(N2) = p p(NH3)p(O2) = (133.035.520.0) kPa = 77.5 kPa,分体积： 混合气体中某一组分B的分体积VB是该组分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。,称为B的体积分数,例1-3：某一煤气罐在27时气体的压力为600 kPa ，经实验测得其中CO和H2的体积分数分别为0.60和0.10。计算CO和H2的分压。,解：根据，,p(CO) = 0.60600kPa = 3.6102 kPa p(H2) = 0.10600kPa = 60 k

5、Pa,1.2.2 稀溶液的依数性,1.2 稀溶液的依数性,1.2.1 溶液的浓度,1.2.1 溶液的浓度,物质的量浓度,2. 质量摩尔浓度,3. 质量分数,4. 摩尔分数,5. 质量浓度,1. 溶液的蒸气压下降,1.2.2 稀溶液的依数性,(1)液体的蒸气压 在一定温度下，将纯液体引入真空、密闭容器中，当液体的蒸发与凝聚速率相等时，液面上方的蒸汽所产生的压力称为该液体的饱和蒸气压，简称蒸气压。 记作：p*，单位：Pa或kPa。,表1-1 不同温度下水的蒸气压,* 同一种液体，温度升高，蒸气压增大。,* 相同温度下，不同液体蒸气压不同；,1. 乙醚,2. 正己烷,3. 乙醇,4. 苯,5. 水,

6、物质的蒸气压 温度关系图,当液体的蒸气压等于外界大气压时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。 通常所说的沸点是指大气压为101.325kPa 时液体的正常沸点。,p*纯溶剂的蒸气压 p 溶液的蒸气压为。,实验表明 p p*,（2）稀溶液的蒸气压下降,1887年，法国化学家拉乌尔(F.M.Raoult)研究得出经验公式：,xA, 溶液中溶剂A的摩尔分数。,若溶液仅由溶剂A和溶质B组成， 则：xA + xB = 1，,xB 溶液中溶质B的摩尔分数。,拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发 非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩 尔分数成正比。,代入：,在稀溶液中：nA远大于nB，nA+nB nA,在一

7、定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的质量摩尔浓度成正比。拉乌尔定律的另一种表达形式。,沸点： 当液体的蒸气压等于外界压力时，液体会沸腾。此时的温度称为液体的沸点。,2.稀溶液的沸点升高,101325,温度T/K,Tb,p,溶液的沸点上升图,273.15,373.15,Tb,蒸气压p/Pa,沸点升高：溶液的沸点高于纯溶剂的沸点的性质，称为溶液沸点升高。,实验表明，难挥发非电解质稀溶液的 沸点升高与溶质B的质量摩尔浓度成正比： Tb = kbbB 式中：kb溶剂的沸点升高系数, Kkgmol-1 bB 溶质B的质量摩尔浓度, molkg-1 Tb 难挥发非电解质稀溶液的 沸点升高。,

8、溶剂的沸点升高系数kb只与溶剂的性质有关。,表1-3 常见溶剂的沸点和沸点升高系数,*,*,例1-4：将68.4 g 蔗糖C12H22O11溶于1.00 kg 水中，求该溶液的沸点。 解：M(C12H22O11) = 342gmol-1,Tb = kbb(C12H22O11) = 0.512 Kkgmol-10.200mol kg-1 =0.102 K Tb = Tb + Tb (H2O ) =0.102 K + 373.15 K =373.25 K,根据：Tb = kbbB,稀溶液沸点升高应用： 计算溶质B的摩尔质量。,代入上式，整理得：,A,凝固点降低：溶液凝固点低于纯溶剂凝固点的性质，称

9、为溶液凝固点下降。,液体的凝固点：在一定外压下，纯物质的液相与该物质的固相平衡共存时的温度称为该液体的凝固点。 常压下水的凝固点为273.15K，此时水和冰的蒸汽压均为0.610 6kPa。,3. 稀溶液的凝固点降低,溶液的凝固点：固态纯溶剂与溶液中溶剂平衡共存时的温度称为该溶液的凝固点。,101325,温度T/K,p,水溶液的凝固点下降图,Tf,273.15,Tf,610.6,蒸气压p/Pa,实验表明，非电解质稀溶液的凝固点 降低与溶质B的质量摩尔浓度成正比： Tf = kfbB 式中：kf溶剂的凝固点凝固降低系数, Kkgmol-1 bB 溶质B的质量摩尔浓度, molkg-1 Tf 非电

10、解质稀溶液的凝固点降低。,表1-4 几种溶剂的凝固点和凝固点降低系数,溶剂的凝固点降低系数kb只与溶剂的性质有关。,*,*,通过测量非电解质溶液的凝固点降低，可计算出溶质B的摩尔质量。,例1-5：将0.749g某氨基酸溶于50.0水中，测得其凝固点为272.96K。试计算该氨基酸的摩尔质量。,解：,代入：Tf = kfbB,Tf =273.15 K - 272.96 K = 0.19K,整理得：,渗透：用一半透膜将溶剂与溶液(或不同浓度的溶液)分置两侧，溶剂分子通过半透膜向对方运动，净结果使溶剂进入溶液的现象称为渗透。,半透膜：只允许溶剂分子通过，不允许溶质分子通过的薄膜。,4. 溶液的渗透压

11、,浓溶液一侧 由于液面升高而 增加的压力即为 渗透压 。,渗透压：阻止溶剂分子通过半透膜进入溶液所施加于溶液上方的额外压力，称为渗透压。 = cBRT 称为vant Hoff方程 式中： 非电解质稀溶液的渗透压力，kPa cBB的物质的量浓度， molL-1 R 摩尔气体常数，8.314 Jmol-1K-1 T 热力学温度，K 若水溶液的浓度很小，则cBbB ， = bBRT,vant Hoff方程说明：在一定温度下，非电解质稀溶液的渗透压力仅取决于单位体积溶液中所含溶质的质点数目，而与溶质的性质无关。 通过测量非电解质稀溶液的渗透压力，可计算溶质(小分子除外)的摩尔质量。,反渗透：如果在溶液

12、上方施加的压力大于渗透压，则溶液中的溶剂分子会通过半透膜进入纯溶剂中，这个过程叫反渗透。 反渗透的原理多用于海水淡化、污水处理及溶液浓缩等方面。,稀溶液定律（稀溶液的依数性）,难挥发、非电解质稀溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低以及渗透压只与一定量溶剂中所含溶质的量(或溶液的浓度)成正比，而与溶质的本性无关。,说明：对电解质溶液或浓溶液，溶液的蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压等性质也取决于所含溶质粒子的数目，而与溶质本身性质无关。但不能用拉乌尔定律和vant Hoff公式进行定量计算，可作定性比较。,例题： 将下列相同浓度(0.01molkg-1)的水溶液，按着蒸气压、沸点、凝固点由低到高顺序排列之： (1) NaCl (2) CaCl2 (3) 葡萄糖 (4) HCN,粒子数目由多到少顺序为(2)(1)(4)(3)。,解：,蒸气压由低到高的顺序为(2)(1)(4)(3) 。,沸点由低到高的顺序为(3)(4)(1)(2)。,凝固点由低到高顺序为(2)(1)(4)(3)。,