1、第2章 化学基础知识2-1-1 理想气体状态方程2-1-2 气体混合物2-1-3 真实气体2-1-4 气体分子动理论2022-6-812-1 气体气体2-1 气体2-1-1 理想气体状态方程及应用2022-6-82 理想气体理想气体： 分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占体积可以忽略（具有的体积相对于气体所占体积可以忽略（具有质量的几何点）。质量的几何点）。 实际气体在低压实际气体在低压(101.325kPa)和高温和高温(0)的条件下，接近理想气体。的条件下，接近理想气体。等压变化(盖吕萨克定律）: 恒压条件下，气体的体积与其温度成正比
2、。VT等温变化（玻意耳定律）： 恒温条件下，气体的体积与压强成反比。 PV = C由此： 一定量气体P，V，T之间有如下关系 PV/T = C2022-6-832022-6-84理想气体状态方程理想气体状态方程 PV = nRT 在在STP下，下，P = 101325 Pa, T = 273.15 K n = 1.0 mol时时, Vm= 22.41410-3 m3 R = 8.314 Pa m3 K-1 mol-1 另一单位制：另一单位制：atm, L, mol, K R=0.08206 atmL K-1 mol-1单位换算单位换算1atm=101.325kPa=760mmHg 1ml=1c
3、m3=10-3L=10-3dm3=10-6m3 1m=102cm=103mm=106um=109nm=1012pm n=m/M =m/V C=n/V阿佛加得罗定律： 相同温度和压力下，相同体积的不同气体均含有相同数目的分子。标准条件(standard condition,或标准状况）101.325kPa和273.15K（即0）-STP 标准条件下1mol气体: 粒子数NA=6.021023mol-1 体积 Vm=22.414110-3m32022-6-852022-6-86理想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用 推导出气体密度推导出气体密度与与P，V，T之间的关系。之间的关系。(设气体设
4、气体质量为质量为m,摩尔质量为摩尔质量为M） = m/V, n = m/M 代入代入PV = nRT注意单位的使用注意单位的使用,R用用8.314, P、V、T、n均为国际单位均为国际单位,也可以也可以P以以kPa,V以以L做单位做单位,此时考虑此时考虑n=m/M PV=mRT/M PM= RT(密度的单位是密度的单位是 g/L) 2022-6-87解：依据解：依据 PV=nRT,由题意知，由题意知，P、V恒定，恒定，容器内物质的量减小为原来的四分之三容器内物质的量减小为原来的四分之三. n1RT1 =n2RT2 n1/n2=T2/T1 4/3= T2/288 T2=384K例例1.一敞口烧瓶
5、中盛有空气，欲使其量减一敞口烧瓶中盛有空气，欲使其量减少四分之一，需把温度从少四分之一，需把温度从288K提高到多提高到多少？少？2022-6-88例例2.实验室用金属钠与氢气在高温下反应制备实验室用金属钠与氢气在高温下反应制备NaH。反应装置中的空气需用无水无氧的氮气。反应装置中的空气需用无水无氧的氮气置换。氮气由氮气钢瓶提供，该钢瓶体积为置换。氮气由氮气钢瓶提供，该钢瓶体积为50 L，温度，温度25 C，压力为，压力为15.2 MPa. 请计算钢瓶中气体的物质的量和质量；请计算钢瓶中气体的物质的量和质量； 若将反应装置用氮气置换若将反应装置用氮气置换5次后，钢瓶压力下次后，钢瓶压力下降为降
6、为13.8 MPa.计算在计算在25 C 、0.1 MPa下，平均下，平均每次消耗氮气的体积。每次消耗氮气的体积。2022-6-89(1)解：依据 PV=nRT,15.21065010-3=n8.314298n=307 mol m=30728= 8589 g(2)解:置换5次后,钢瓶压力降低为13.8MPa,此时钢瓶内的气体物质的量 n= 278.5 mol 即排出的N2=28.5 mol每次排出的气体体积由PV=nRT得到.例例2.Page42.Page42022-6-810组分气体：理想气体混合物中每一种气体组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。叫做组分气体。各组分气体的相对含
7、量可用分体积各组分气体的相对含量可用分体积V Vi i、分分压压P Pi i或摩尔分数或摩尔分数x xi i等表示。等表示。1.1.分压定律分压定律气体的最基本特征：气体的最基本特征：可压缩性和扩散性可压缩性和扩散性2-1-2 气体混合物气体混合物2022-6-811 分体积、体积分数、摩尔分数（补充）分体积、体积分数、摩尔分数（补充）分体积：指分体积：指相同温度相同温度下，组分气体具有和混下，组分气体具有和混合气体合气体相同压力相同压力时所占体积。时所占体积。O O2 2N N2 2O O2 2+N+N2 2+ +V V1 1、P P、T TV V2 2、P P、T TV V1 1+V+V2
8、 2、P P、T T混合气体总体积混合气体总体积V V总总= =各组分气体的分体积各组分气体的分体积V Vi i之和之和 V V总总= =V V1 1+V+V2 2+V+V3 3+V+V4 4V Vi i2022-6-812总总总总摩摩尔尔分分数数：体体积积分分数数：nnVViiii 总总总总总总总总总总证证明明：VVRTPVRTPVnnVVnniiiiiii |2022-6-813分压定律：分压定律： 分压：一定温度下，混合气体中的某种气分压：一定温度下，混合气体中的某种气体单独占有混合气体的体积时所呈现的压强。体单独占有混合气体的体积时所呈现的压强。O O2 2N N2 2O O2 2+N
9、+N2 2+ +T T、 V V、P P总总= =P P1 1+P+P2 2混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。P = PP = P1 1 + P+ P2 2 + + 或或 P = P = P Pi i T T、V V、P P1 1T T、 V V、P P2 22022-6-814,2211VRTnpVRTnpVRTnnVRTnVRTnp2121P Pi iV=nV=ni iRT PRT P总总V=nV=n总总RTRT总总总总总总PPnnPPiiiii 分压定律分压定律注意：在注意：在PV=nRTPV=nRT公式中，不能同时代入分体积
10、和公式中，不能同时代入分体积和分压。分压。2022-6-815例：潜水员携带的水下呼吸器中充有氧气和氦例：潜水员携带的水下呼吸器中充有氧气和氦气的混合气体。将气的混合气体。将25 C，0.10 MPa的的46 L O2和和12 L He充入体积为充入体积为5.0 L的储罐中。请计算该温的储罐中。请计算该温度下储罐中两种气体的分压和混合气体的总压。度下储罐中两种气体的分压和混合气体的总压。2022-6-816 气液两相平衡时液相表面蒸气的分压即为该气液两相平衡时液相表面蒸气的分压即为该液体的饱和蒸气压。液体的饱和蒸气压。温度一定，水的分压（饱温度一定，水的分压（饱和蒸气压）为定值。和蒸气压）为定
11、值。2022-6-817例例.温度为温度为18 C，室内气压计指示为室内气压计指示为753.8 mmHg，某同学在实验室用排水法收集到某同学在实验室用排水法收集到0.567 L 氢气。用氢气。用分子筛可以除去气体中的水分，得到干氢气。请分子筛可以除去气体中的水分，得到干氢气。请计算同样条件下干氢气的体积和物质的量。（已计算同样条件下干氢气的体积和物质的量。（已知：知：PH2O(18 C) = 15.477 mmHg)气压计指示的空气压强气压计指示的空气压强,是氢气和水蒸汽的压强和是氢气和水蒸汽的压强和PT;排水收集的为湿润氢气排水收集的为湿润氢气,其体积其体积VT=0.567L。湿润氢气的分压
12、湿润氢气的分压PH2应从气压计读数中扣除此温应从气压计读数中扣除此温度下水蒸汽的饱和蒸汽压度下水蒸汽的饱和蒸汽压.欲求的是去掉水蒸汽后欲求的是去掉水蒸汽后氢气的体积，即分体积氢气的体积，即分体积VH2. PH2 VT=PTVH22022-6-818P PCOCO2 2O O2 2H H2 2理想气体理想气体 PV PVm m=RT=RT PV PVm m2-1-3 真实气体真实气体2022-6-819实际气体与理想气体产生偏差：实际气体与理想气体产生偏差：应考虑气体分子本身的体积，在方程应考虑气体分子本身的体积，在方程中扣除；中扣除；应考虑内层分子与外层分子间、外层应考虑内层分子与外层分子间、
13、外层分子与器壁间的作用力。分子与器壁间的作用力。2022-6-820nRT)nbV)(Vnap(22 实际气体状态方程实际气体状态方程- -范德华方程范德华方程a a、b b均为范德华常数，由实验确定。均为范德华常数，由实验确定。a a与分子间引力有关与分子间引力有关; ;b b与分子自身体积有关。与分子自身体积有关。2022-6-821对理想气体：对理想气体：PV=nRTPV=nRTP P：气体分子对容器壁产生的压力气体分子对容器壁产生的压力V V：气体分子自由活动的空间，即容器的体积。气体分子自由活动的空间，即容器的体积。实际气体需修正实际气体需修正P P、V VV=(V-nb) nbV=
14、(V-nb) nb是是n n摩尔气体自身的体积摩尔气体自身的体积nRTnbVVanPVannbVnRTPnbVnRTPi )(2222内内压压力力）2022-6-822 例例. .分别按理想气体状态方程式和范德华方程分别按理想气体状态方程式和范德华方程式计算式计算1.50 1.50 mol SOmol SO2 2在在303303K,K,占有占有20.0 20.0 dmdm3 3体积体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少为少为2.00 2.00 dmdm3 3，其相对误差又如何？其相对误差又如何？ 解：已知解：已知T=303 KT=303 K，
15、V=20.0 dmV=20.0 dm3 3，n=1.50 moln=1.50 mol， a=a=0.6803 Pa 0.6803 Pa m m6 6 mol mol-2-2， b=0.5636 b=0.5636 1010-4-4m m3 3 mol mol-1-1189kPa20.0dm303KmolK8.314J1.5molVnRTP3111 2022-6-82318.9%18.9%100%100%10101.591.5910101.59)1.59)(1.89(1.89P PP PP PkPakPa10101.591.59P P kPakPa10101.891.89P P 2.00dm2.0
16、0dmV V 1.61%1.61%100%100%186186186186189189P PP PP P186kPa186kPa3.8kPa3.8kPa189.7kPa189.7kPa ) )(20.0dm(20.0dmdmdmkPakPa10100.68030.6803(1.5mol)(1.5mol) 1.50mol1.50molmolmol0.05636dm0.05636dm20.0dm20.0dm303K303KmolmolK K8.314J8.314J1.50mol1.50mol V VanannbnbV VnRTnRTP P3 33 3 2 2 2 2 1 13 3 2 23 3 1
17、 13 32 22 21 12 23 33 33 32 21 13 33 31 11 12 22 22 2 2022-6-82022-6-82424 PFu 碰撞力与碰撞速度的乘积 Fmv uv N/V Pmv2(N/V) 其中v是具有统计平均意义的方均根速度v rms,同时考虑碰撞的方向因素, PV=Nmv2/3与理想气体状态方程对比: Nmv2/3=nRT NAmv2/3=RT Mv2/3=RT2-1-4 气体分子动理论气体分子动理论2022-6-82022-6-82525ABBBAAvMvM方均根速度方均根速度: Mv2/3=RT vrms=(3RT/M)1/2有关气体分子运动速度还包括
18、有关气体分子运动速度还包括最概然速度最概然速度 vmp,平均速度平均速度vav,三者数值不同但十分接近三者数值不同但十分接近,相对关相对关系如下系如下:Vrms:Vav:Vmp=1.000:0.921:0.816气体分子的速度分布和扩散定律气体分子的速度分布和扩散定律2022-6-82022-6-826262-2-1 溶液浓度及表示方法溶液浓度及表示方法2-2 液体和溶液液体和溶液1.1.质量摩尔浓度质量摩尔浓度m mB Bm mB B= =溶溶质质B B的的物物质质的的量量( (m mo ol l) )溶溶剂剂的的质质量量（k kg g) )2.2.物质的量浓度物质的量浓度C CB B3.3
19、.质量分数质量分数w w4.4.摩尔分数摩尔分数w w = =溶溶 质质 的的 质质 量量溶溶 液液 的的 质质 量量x xB B= =n nB Bn n总总 X Xi i= =1 12022-6-82022-6-828282-2-2 非电解质稀溶液的依数性非电解质稀溶液的依数性蒸气压下降蒸气压下降拉乌尔定律拉乌尔定律沸点升高沸点升高凝固点下降凝固点下降渗透压渗透压如果将将蔗糖溶解在水中如果将将蔗糖溶解在水中形成溶液，其蒸气压有何形成溶液，其蒸气压有何变化？变化？蒸气压下降：与纯溶剂相蒸气压下降：与纯溶剂相比，难挥发物质的溶液的比，难挥发物质的溶液的蒸气压低于纯溶剂的蒸气蒸气压低于纯溶剂的蒸气
20、压。压。 难挥发物质的稀溶液蒸气难挥发物质的稀溶液蒸气压会下降的原因压会下降的原因: : 溶剂的部分表面被溶质溶剂的部分表面被溶质占据，单位时间，逸出液占据，单位时间，逸出液面的溶剂分子数减少，即面的溶剂分子数减少，即蒸发速率减小，使系统在蒸发速率减小，使系统在较低的蒸气浓度或压力下较低的蒸气浓度或压力下达到平衡。即溶液的蒸气达到平衡。即溶液的蒸气压必低于纯溶剂的蒸气压。压必低于纯溶剂的蒸气压。一、蒸气压下降一、蒸气压下降拉乌尔定律拉乌尔定律拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发非电拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂摩尔
21、分数的乘积。与溶剂摩尔分数的乘积。) 2(.1; 1) 1.(.000000BABAABABABAAAAxppxpppxppxxxxppxpp另一种表达：溶剂和溶质的摩尔分数、为纯溶剂的蒸气压，为溶液的蒸气压，其中：拉乌尔定律适用于非电解质稀溶液拉乌尔定律适用于非电解质稀溶液KmmPxPPmmnnxnnnnnxABAABBABBABB51.55;51.5501.1810001000;00克水中若以水为溶剂，则在p=Km p=Km 拉乌尔定律的另一表达式拉乌尔定律的另一表达式m m为溶质为溶质B B的质量摩尔浓度（的质量摩尔浓度（mol/kg)mol/kg)，K K为为溶剂的蒸气压下降常数。溶剂
22、的蒸气压下降常数。BAxPP0 非挥发性溶质的稀溶液溶液的蒸气压只与非挥发性溶质的稀溶液溶液的蒸气压只与单位体积内溶质的粒子数目有关，而与溶质单位体积内溶质的粒子数目有关，而与溶质分子的组成和性质无关。分子的组成和性质无关。 若溶质（若溶质（B B）、溶剂（）、溶剂（A A）都有挥发性，且）都有挥发性，且两者没有相互作用，可组成理想溶液，也可两者没有相互作用，可组成理想溶液，也可以利用拉乌尔定律以利用拉乌尔定律. .这时可分别考虑，然后加这时可分别考虑，然后加合：合：P PA A=P=PA A0 0 x xA A ; ; P PB B=P=PB B0 0 x xB B ; ;溶液蒸气压溶液蒸气
23、压P=PP=PA+A+P PB B例：苯与甲苯例：苯与甲苯bslgaco2.21107Pa 101325 610.5273.16K373.15K647K冰点冰点(1)(1)三相点三相点( (纯水在其饱和纯水在其饱和蒸气压下的凝固点）蒸气压下的凝固点）T Tt t=273.16K, P=273.16K, Pt t=610.5Pa=610.5Pa(2)(2)水的冰点（一大气压下水的冰点（一大气压下被空气饱和的水和冰的平被空气饱和的水和冰的平衡点）衡点）T Tf f=273.15K=273.15K(3)(3)水的沸点水的沸点T Tb b=373.15K=373.15K(4)(4)水的临界点水的临界点
24、T Tc c, P, Pc c Tc=647K,Pc=2.21Tc=647K,Pc=2.21107Pa 水的相图水的相图 和三相点和三相点(triple point)(triple point) 沸点升高沸点升高（液体饱和蒸气压（液体饱和蒸气压= =外压）外压） 1.011.0110105 5 水水 溶液溶液 T Tb b 373373 T T T/KT/K 溶液溶液沸点沸点上升上升 蒸气压蒸气压 p/Pap/Pa 难挥发非电解质稀溶液的沸点纯溶剂沸点解难挥发非电解质稀溶液的沸点纯溶剂沸点解释？释？ T Tb b=K=Kb bm m T Tb b: : 沸点上升值；沸点上升值； m m：溶质的
25、质量摩尔浓度：溶质的质量摩尔浓度(mol/kg)(mol/kg)； K Kb b：溶剂的摩尔沸点上升常数：溶剂的摩尔沸点上升常数。 凝固点下降凝固点下降凝固点：固态纯溶剂与液态溶液平衡时的温度凝固点：固态纯溶剂与液态溶液平衡时的温度即固体纯溶剂的蒸气压即固体纯溶剂的蒸气压= =溶液中溶剂的蒸气压溶液中溶剂的蒸气压时的温度。若时的温度。若P P固固 P P液液，固体熔化；反之，凝，固体熔化；反之，凝固固. .温度温度/ / 0 0 - -1 1 - -2 2 - -3 3 - -4 4 - -5 5 - -6 6 - -1010 - -1515 - -2020 - -2525 冰的蒸气压冰的蒸气
26、压 /P/Pa a 611611 562562 517517 476476 437437 402402 369369 260260 165165 103103 6363 水的蒸气压水的蒸气压 /Pa/Pa 611611 568568 527527 490490 455455 422422 391391 冰蒸汽压下降的程度超过水蒸汽压的下降程度！冰蒸汽压下降的程度超过水蒸汽压的下降程度！ 101101325 325 水水 611 611 T Tf f T Tf fp p 273273 373 373 T Tbpbp T/KT/K 溶液凝固点下降溶液凝固点下降 蒸气压蒸气压 p/Pap/Pa 冰冰
27、 溶溶液液 T Tb b OO00时冰的蒸气压时冰的蒸气压= =水的蒸气压水的蒸气压=611Pa=611Pa。由于水。由于水溶液的蒸气压下降，溶液的蒸气压下降，00时水溶液的蒸气压必时水溶液的蒸气压必低于冰的蒸气压，如果此时溶液中加入冰，冰低于冰的蒸气压，如果此时溶液中加入冰，冰就会融化，融化过程要从系统吸热，系统温度就会融化，融化过程要从系统吸热，系统温度就会降低。就会降低。由于冰的蒸气压曲线坡度大，在由于冰的蒸气压曲线坡度大，在00以下某温以下某温度时，冰的蒸气压曲线与溶液的蒸气压曲线相度时，冰的蒸气压曲线与溶液的蒸气压曲线相交于一点，这个温度就是溶液的凝固点。交于一点，这个温度就是溶液的
28、凝固点。 凝凝固点降低值固点降低值 T Tf f=K=Kf fm m 渗渗透透压压 蔗糖 半半透透膜膜 渗渗透透压压示示意意图图 蔗蔗糖糖溶溶液液 纯纯 水水 半透膜：只能透过溶剂分子（水），但不能半透膜：只能透过溶剂分子（水），但不能透过溶质分子的膜状物质。动物的膀胱、肠透过溶质分子的膜状物质。动物的膀胱、肠衣、细胞膜等。衣、细胞膜等。渗透：渗透：溶剂通过半透膜进入溶液的单方向扩溶剂通过半透膜进入溶液的单方向扩散过程。单位时间内溶剂分子从两个相反的散过程。单位时间内溶剂分子从两个相反的方向穿过半透膜的数目彼此相等，即达到渗方向穿过半透膜的数目彼此相等，即达到渗透平衡。透平衡。渗透压：渗透压：
29、为维持只允许溶剂通过的膜所隔开为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力。外压力。VanVant Hofft Hoff公式：公式：v=nRTv=nRT或或=cRT=cRT 依数性依数性：难挥发的难挥发的非电解质非电解质溶于溶剂时，溶溶于溶剂时，溶液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低；溶液的沸液的蒸气压比纯溶剂的蒸气压低；溶液的沸点比纯溶剂的沸点高；溶液的凝固点比纯溶点比纯溶剂的沸点高；溶液的凝固点比纯溶剂的凝固点低；在溶液和纯溶剂间产生渗透剂的凝固点低；在溶液和纯溶剂间产生渗透压。压。当溶液的浓度较当溶液的浓度较稀稀时，时，蒸气压下
30、降、沸点升蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低、渗透压高、凝固点降低、渗透压的数值仅与溶液中的数值仅与溶液中溶质的质点数溶质的质点数有关，而与溶质的特性无关。有关，而与溶质的特性无关。注意：注意：1.1.依数性只适用于依数性只适用于难挥发的非电解质稀溶液难挥发的非电解质稀溶液. .浓浓溶液和电解质溶液数值与公式偏差大溶液和电解质溶液数值与公式偏差大. .2.2.沸点高低或渗透压大小顺序为：沸点高低或渗透压大小顺序为：A A2 2B B或或ABAB2 2型型强电解质强电解质ABAB型强电解质溶液弱电解质溶液型强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。非电解质溶液。3.3.凝固点高低顺序与上相反。凝固点高
31、低顺序与上相反。依数性的应用依数性的应用1.1.测分子的摩尔质量测分子的摩尔质量- -应用沸点升高、凝固点应用沸点升高、凝固点下降下降 T Tb or f b or f = K= Kb or f b or f m m 其中其中m m为溶质的质量摩尔浓度（为溶质的质量摩尔浓度（mol/kg)mol/kg)- -应用渗透压应用渗透压= cRT,= cRT, 如果使用国际单位如果使用国际单位PaPa、K,K,R=8.314,cR=8.314,c的单位的单位应该是应该是molmolm m-3-3; ; 也可以使用也可以使用R=0.08206R=0.08206，atm,K,molatm,K,moldmd
32、m-3-32.2.制作防冻剂和制冷剂制作防冻剂和制冷剂 冬天汽车水箱中加入甘油或乙二醇冬天汽车水箱中加入甘油或乙二醇; ; 实验室以冰实验室以冰- -盐混合物作制冷剂。盐混合物作制冷剂。 水水溶溶液液温温度度时时 间间abcdabcd低低共共熔熔混混合合物物3.3.配制等渗输液配制等渗输液例：与人体血液等渗透压的葡萄糖例：与人体血液等渗透压的葡萄糖(C(C6 6H H1212O O6 6) )溶液的溶液的凝固点降低为凝固点降低为0.543K0.543K，水的，水的K Kf f=1.86,=1.86,求该葡萄糖溶求该葡萄糖溶液的质量分数。液的质量分数。解：解：T Tf f = = K Kf fm
33、 m, 0.543=1.86m, 0.543=1.86m m=0.2919mol m=0.2919molkgkg-1-1 W=0.2919W=0.2919180/180/（1000+0.29191000+0.2919180180） =5%=5%2022-6-82022-6-847472-3 固体固体晶体和非晶体（无定型体）（晶体和非晶体（无定型体）（crystalline state and amorphous solid)晶体的类型：晶体的类型：分子晶体、离子晶体、原子晶体、金属晶体分子晶体、离子晶体、原子晶体、金属晶体2022-6-848晶体结构和类型晶体结构的特征与晶格理论晶体结构的特征
34、与晶格理论 晶体：具有整齐规则的几何外形，各向异性，晶体：具有整齐规则的几何外形，各向异性，有固定熔点。有固定熔点。 非晶体：无整齐规则的几何外形，各向同性，非晶体：无整齐规则的几何外形，各向同性，没有固定熔点。没有固定熔点。2022-6-849晶体的几个基本概念晶体的几个基本概念 结点：晶体中的粒子（原子、分子、离子等）结点：晶体中的粒子（原子、分子、离子等）抽象为一个点，即为结点。抽象为一个点，即为结点。 晶胞：能表现出晶体结构全部特征的最小单晶胞：能表现出晶体结构全部特征的最小单元（六面体）。元（六面体）。 晶格：构成晶体的质点以一定的规则排列在晶格：构成晶体的质点以一定的规则排列在空间
35、的固定点上形成的格子。空间的固定点上形成的格子。2022-6-850abcyxz2022-6-851七大晶系、十四种晶格七大晶系、十四种晶格 晶晶胞的大小和形状胞的大小和形状由六个参数决定，即由六个参数决定，即六面体的三个边长六面体的三个边长a a、b b、c c及三个夹角及三个夹角、。根据晶胞参数的不同，晶体可分为七大晶系：根据晶胞参数的不同，晶体可分为七大晶系： 立方晶系、六方晶系、四方晶系、三方立方晶系、六方晶系、四方晶系、三方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系。晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系。2022-6-8522022-6-853晶体内部结构晶体内部结构- -七大晶系七大晶系 立
36、方晶系:a=b=c,=90六方晶系:a=bc = =90 =120 四方晶系: a=bc =902022-6-854晶体内部结构晶体内部结构 三方晶系:a=b=c,= 90正交晶系:a bc = = = 90 单斜晶系: a bc = =90 90三斜晶系: a bc 902022-6-855 结点在六面体上的分布类型有结点在六面体上的分布类型有4 4种种简单格子简单格子：只在八个顶角上有结点，：只在八个顶角上有结点，P P底心格子底心格子：除八个顶角上有结点外，上下两个平：除八个顶角上有结点外，上下两个平行面的中心各有一个结点，行面的中心各有一个结点，C C体心格子体心格子：八个顶角和体心各
37、有一个结点，：八个顶角和体心各有一个结点，I I面心格子面心格子：八个顶角和六个面心上均有结点，：八个顶角和六个面心上均有结点，F F四种类型用于七大晶系，可得到十四种晶格。四种类型用于七大晶系，可得到十四种晶格。2022-6-856晶体十四种晶格晶体十四种晶格( (以立方晶系为重点以立方晶系为重点) ) 立方立方P 立方立方I 立方立方F 六方六方P 四方四方P 四方四方I2022-6-857正交正交P正交正交C正正交交I正正交交F三方三方P2022-6-858三斜三斜P单斜单斜C单斜单斜P2022-6-8592.3.1 非晶体 准晶体(1)(1)非晶体非晶体: : 没有规则外形没有规则外形
38、, ,内部微粒排列不规则内部微粒排列不规则( (长程无长程无序序) )，无特定的晶面，无特定的晶面. .过冷液体过冷液体. . 石英石英 石英玻璃石英玻璃(2)(2)准晶体准晶体: :长程有序但缺乏空间周期性长程有序但缺乏空间周期性. .2022-6-8602.3.2 晶体类型(1)(1)离子晶体离子晶体： 活泼金属的氧化物和盐类活泼金属的氧化物和盐类 特征：晶格结点上的质点特征：晶格结点上的质点正、负离子；正、负离子； 质点间作用力质点间作用力离子键；离子键； 配位数配位数 6 6、8 8、4 4等；等； 晶体中不存在独立的简单分子。晶体中不存在独立的简单分子。 2022-6-8612022
39、-6-862 性质：性质： 较高的熔沸点和硬度较高的熔沸点和硬度电荷越高，离子半电荷越高，离子半 径径越小，库仑力越大，熔、沸点越高；越小，库仑力越大，熔、沸点越高； 质脆，延展性差质脆，延展性差受机械力作用，结点离子受机械力作用，结点离子位移，由异性相吸变为同性相斥；位移，由异性相吸变为同性相斥； 易溶于水，水溶液及熔融态易导电；易溶于水，水溶液及熔融态易导电；2022-6-863几种常见离子晶体的结构AB型离子晶体的类型ZnSZnS型立方面心型立方面心配位数为配位数为4 4 ：4 4ZnSZnS晶胞中的离子数晶胞中的离子数ZnZn2+ 2+ ： 4 4个个S S2- 2- ： 6 61/2
40、 + 81/2 + 81/8 1/8 = 4= 4个个2022-6-864立方面心立方面心 配位数为配位数为6 6 ：6 6 NaClNaCl晶胞中的离子个数晶胞中的离子个数CICI- - ：8 81/8 + 61/8 + 61/2 =41/2 =4个个NaNa+ + ： 1+121+121/4 = 41/4 = 4个个NaClNaCl型型2022-6-865简单立方简单立方配位数为配位数为8 8 ：8 8CsClCsCl晶胞中的离子数晶胞中的离子数CsCs+ + ： 1 1 个个ClCl- - ： 8 81/8=11/8=1个个CsClCsCl型型2022-6-866(2)(2)分子晶体分子
41、晶体: : 靠分子间力结合（有时可能含氢键）而成的晶靠分子间力结合（有时可能含氢键）而成的晶体。体。 类型类型: :主要是一些共价型的非金属单质和化合主要是一些共价型的非金属单质和化合物分子。如：稀有气体；大多数的非金属单质（物分子。如：稀有气体；大多数的非金属单质（H H2 2、O O2 2、X X2 2、S S8 8、P P4 4等）；非金属间的化合物（等）；非金属间的化合物（HClHCl、COCO2 2等）；大多数有机化合物。等）；大多数有机化合物。2022-6-867特点特点: : 晶格上的质点晶格上的质点分子分子 质点间作用力质点间作用力 分子间力（氢键）分子间力（氢键） 配位数可高
42、达配位数可高达12 12 晶体中存在独立的简单分子晶体中存在独立的简单分子2022-6-868 性质性质: : 熔点低，硬度小，易挥发，（分子间力弱），熔点低，硬度小，易挥发，（分子间力弱），通常为电的不良导体，但一些强极性键的分子晶体通常为电的不良导体，但一些强极性键的分子晶体（HClHCl）溶于水导电。）溶于水导电。2022-6-869分子的偶极矩和极化率分子的偶极矩和极化率1 1 分子的极性分子的极性 非极性分子：分子中的正、负电荷中心重合非极性分子：分子中的正、负电荷中心重合 极性分子：分子中的正、负电荷中心不重合极性分子：分子中的正、负电荷中心不重合2 2 分子极性与键极性的关系分子
43、极性与键极性的关系 双原子分子双原子分子 键有极性，分子有极性。键有极性，分子有极性。HXHX 键无极性，分子无极性。键无极性，分子无极性。X X2 22022-6-870 多原子分子的极性主要取决于分子的组成和分多原子分子的极性主要取决于分子的组成和分子的几何构型。子的几何构型。 组成原子相同组成原子相同: :（P P4 4，S S8 8等）为非极性分子等）为非极性分子 组成原子不同组成原子不同: :几何构型对称的为非极性分子，如：几何构型对称的为非极性分子，如：BFBF3 3几何构型不对称的为极性分子，如：几何构型不对称的为极性分子，如：H H2 2O,NHO,NH3 32022-6-87
44、13.3.偶极矩偶极矩偶极子：是指大小相等，符号相反，彼此相距偶极子：是指大小相等，符号相反，彼此相距为为d d的两个点电荷（的两个点电荷（+q,-q)+q,-q)所组成的系统。所组成的系统。偶极矩：偶极矩：=q=qd d，方向，方向: +- : +- 单位：德拜单位：德拜D D 1D=3.33 1D=3.331010-30-30C Cm m（库（库米）米） =0=0，为非极性分子，为非极性分子00，为极性分子。，为极性分子。越大，分子极性越强。越大，分子极性越强。 HF HCl HBr HIHF HCl HBr HI/D 1.92 1.03 0.79 0.38 /D 1.92 1.03 0.
45、79 0.38 2022-6-872偶极矩方向一致偶极矩方向一致 =1.5D=1.5D，较大，较大N NF FF FF F三个三个N-FN-F键的偶极矩加合与孤对电键的偶极矩加合与孤对电子的偶极矩方向相反，抵消一部子的偶极矩方向相反，抵消一部分，所以分，所以U U较小。较小。=0.2D=0.2DN NH HH HH H2022-6-873偶极矩常用来判断一个分子的空间结构。 NF3：=1.66D ；极性分子，三角锥形。采取sp3杂化； BF3：=0；非极性分子，平面三角形。采取sp2杂化。2022-6-8744.三种常见的偶极永久偶极：极性分子中固有的偶极。诱导偶极：在外电场影响下所产生的偶极
46、。瞬间偶极：某一瞬间，分子的正、负电荷重心发生不重合现象时所产生的偶极。+ +- -+ +- -+ +- -+ +_ _= =0 00 0无无外外电电场场有有外外电电场场+ + +- -2022-6-8755.范氏力（分子间作用力）的类型取向力:极性分子中永久偶极间的相互作用力。2022-6-876诱导力：诱导偶极与永久偶极间的作用力。 色散力： 瞬间偶极间的作用力。色散力存在于所有类型分子中，对大多数分子来说，色散力是主要的（水除外）。+-+-+-2022-6-877极性分子 与 极性分子 偶极：永久偶极、诱导偶极、瞬间偶极 作用力：取向力、诱导力、色散力极性分子与非极性分子 偶极：诱导偶极
47、、瞬间偶极 作用力：诱导力、色散力非极性分子 与 非极性分子 瞬时偶极 色散力小结：分子间作用力与分子的极性小结：分子间作用力与分子的极性2022-6-8786. 范氏力的特点 存在于分子或原子(稀有气体)间的一种电性作用力; 作用能小，约几几十kJmol-1; 一般没有方向性和饱和性； 作用范围小(一般几个pm),d增大,力速减。2022-6-8797. 范氏力对物质物理性质的影响 结构相似的同系列物质（如：卤素、稀有气体等），分子量越大，分子的变形性越大，分子间作用力越强，物质的熔沸点越高。 F2 Cl2 Br2 I2聚集态 气 气 液 固熔点/K 53.38 172.02 265.92
48、386.5沸点/K 84.86 238.95 331.76 457.352022-6-880(3) (3) 原子晶体原子晶体 原子之间靠共价键结合的晶体原子之间靠共价键结合的晶体 通常情况下是由通常情况下是由“无限无限”数目的原子所组成数目的原子所组成的一类晶体，数量不多。的一类晶体，数量不多。 AA：C Si Ge SnC Si Ge Sn等单质等单质 A A A A A A 彼此组成的某些化合物彼此组成的某些化合物 金刚石、金刚石、B B、SiCSiC、SiOSiO2 2、BNBN、B B4 4C C、AlNAlN2022-6-881特点：特点： 晶格结点上的质点晶格结点上的质点原子原子
49、质点间作用力质点间作用力共价键共价键 配位数配位数 一般为一般为4 4 原子晶体中不存在独立分子原子晶体中不存在独立分子性质：熔沸点高，硬度大，一般溶剂中不性质：熔沸点高，硬度大，一般溶剂中不溶，是电的绝缘体或半导体。溶，是电的绝缘体或半导体。2022-6-882金刚石的球棍模型示意图金刚石的球棍模型示意图2022-6-883SiOSiO2 2的球棍模型示意图的球棍模型示意图2022-6-884(4) (4) 金属晶体金属晶体 晶格结点上的质点晶格结点上的质点金属原子或正离子金属原子或正离子 质点间的作用力质点间的作用力金属键金属键 配位数一般较大配位数一般较大通常为通常为1212或或8 82
50、022-6-885金属晶体和离子晶体中原子的密堆积方式 （1 1）六方密堆积）六方密堆积 hcphcp ABABABAB堆积，空间利用率堆积，空间利用率74.05%74.05%，配位数为，配位数为1212La,Mg,Co,Ti,Y,Zr,Hf,CdLa,Mg,Co,Ti,Y,Zr,Hf,Cd等等2022-6-886（2 2）立方面心密堆积）立方面心密堆积 ccpccp ABCABCABCABC堆积，空间利用率堆积，空间利用率74.05%74.05%，配位数为，配位数为1212Sr,Ca,Pb,Ag,Au,AI,Cu,NiSr,Ca,Pb,Ag,Au,AI,Cu,Ni2022-6-8872233
