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第一章 气体与溶液

第一章 气体与溶液. 1.1 气体. 1 .2 溶液. 1.3 稀溶液的依数性. 1.4 胶体溶液. 1.5 乳浊液和高分子溶液. 1.1 理想气体. 1.1.1 理想气体状态方程式. 气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性。. 人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为 理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。. 理想气体状态方程式：. pV = nRT R---- 摩尔气体常量

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第一章 气体与溶液

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Presentation Transcript

  1. 第一章 气体与溶液

  2. 1.1 气体 1.2 溶液 1.3 稀溶液的依数性 1.4 胶体溶液 1.5 乳浊液和高分子溶液

  3. 1.1 理想气体

  4. 1.1.1 理想气体状态方程式 气体的最基本特征： 具有可压缩性和扩散性。 人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。

  5. 理想气体状态方程式： pV = nRTR----摩尔气体常量 在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3 R=8.314 kPaLK-1mol-1

  6. 1.1.2 理想气体状态方程式的应用 1. 计算p，V，T，n四个物理量之一。 pV = nRT 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。 2.气体摩尔质量的计算 M = Mr gmol-1

  7.  = 3.气体密度的计算  = m / V

  8. 1.1.3 分压定律 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。

  9. 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 + pi或 p = pi n =n1+ n2+ni

  10. 分压的求解： x B  B的摩尔分数

  11. 例1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。 解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2) =0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol

  12. p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPa

  13. 1.1.4 分压定律的应用

  14. 例2可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气。反应如下：NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 如果在19℃、97.8kPa下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为4.16L，计算消耗掉的亚硝酸铵的质量。 解： T =(273+19)K = 292K p=97.8kPa V=4.16L 292K 时，p(H2O)=2.20kPa Mr (NH4NO2)=64.04

  15. n(N2) = m(NH4NO2) = =0.164mol NH4NO2(s)  2H2O(g) + N2(g) 64.04g 1mol m(NH4NO2)=? 0.164mol =10.5g

  16. *1.1.5 分体积定律 分体积： 混合气体中某一组分B的分体积VB是该组份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。

  17. 1.2 溶液

  18. 气态溶液(空气) 液态溶液：(酸、碱) 固态溶液 (合金) 溶质 溶剂 溶液：定义 广义地说，两种或两种以上的物质均匀混合而且彼此呈现分子（或离子）状态分布者均称为溶液。 溶 液

  19. 1.2.1 物质的量及其单位 1）物质的量是表示组成物质的基本单元数目的多少的物理量。物系所含的基本单元数与0.12kgC－12的原子数目相等(6.023×1023阿伏加德罗常数L)，则为1mol。 nB=mB/MB ( mol) 2）基本单元：系统中组成物质的基本组分，可以是分子、离子、电子等及其这些粒子的特定组合。如O2、½(H2SO4)、（H2+ ½O2）

  20. 【例3】1molH3PO4与3mol(1/3 H3PO4 )的基本单元和基本单元数是否相同？质量是否也相同？摩尔质量比是多少？ 1.2.2 物质的量浓度 定义：一升溶液中所含溶质的物质的量称为物质的量浓度，用符号c表示，单位是mol/L c(B) = nB／V

  21. 【例4】：已知浓硫酸的密度ρ为1.84g/ml，其质量分数为95.6%，一升浓硫酸中含有的n(H2SO4)、n(1/2H2SO4)、c(H2SO4)、c(1/2 H2SO4)各为多少？ 解： n(H2SO4) = 1.84×1000×0.956/98.08 = 17.9 mol n(1/2H2SO4) = 1.84×1000×0.956/49.04 = 35.9 mol c(H2SO4)= 17.9/1 = 17.9 mol/L c(1/2 H2SO4) = 35.9/1 = 35.9 mol/L

  22. 1.2.3 质量摩尔浓度 定义：指1 kg 溶剂中所含溶质的物质的量表示为质量摩尔浓度，符号b(B) ，单位为：mol/kg b(B) = nB／mA=mB/(MB ·mA) 【例5】：250克溶液中含有40克NaCl，计算此溶液的质量摩尔浓度。 解： 水的质量＝250-40 = 210（克） b(NaCl) = [40/(58.5×210)] ×1000 = 3.26 mol/kg

  23. 1.2.4 物质的量分数 （简称摩尔分数） 定义：某组分的物质的量与溶液的总物质的量之比称为物质的量分数，符号Ｘ，量纲为1。 nB XB = ——— nB + nA nB：溶质的物质的量 nA：溶剂的物质的量 【例】：将10克NaOH溶于90克水中，求此溶液的物质的量分数浓度。 解： n（NaOH）=10/40 = 0.25 (mol) n（H2O） = 90/18 = 5(mol) X(NaOH)= 0.25 /(0.25+5) = 0.048

  24. 【例6】：在100ml水中溶解17.1g蔗糖(C12H22O11),溶液的密度为1.0638g/ml，求蔗糖的物质的量浓度，质量摩尔浓度，物质的量分数浓度。【例6】：在100ml水中溶解17.1g蔗糖(C12H22O11),溶液的密度为1.0638g/ml，求蔗糖的物质的量浓度，质量摩尔浓度，物质的量分数浓度。 解：(1)M蔗糖＝342(g/mol) n蔗糖=17.1/342=0.05(mol) V = (100+17.1)/1.0638 = 110.0 (ml)=0.11(L) （1） c(蔗糖) = 0.05/0.11 = 0.454 (mol/L) （2） b(蔗糖) = 0.05/0.1 = 0.5 (mol/kg) （3） n水 ＝ 100/18.02 = 5.55 (mol) X(蔗糖) = 0.05/(0.05+5.55) = 0.0089

  25. 1.3 稀溶液的依数性

  26. 溶液的性质 ①与溶质本性有关，如酸碱性、导电性、颜色等。②与溶质本性无关，只与溶质的数量有关。 依数性：只与溶质粒子的数目有关而与溶质本性无关性质称为溶液的依数性，又叫溶液的通性。 依数性是指： 溶液的蒸气压下降 溶液的沸点上升 溶液的凝固点下降 溶液具有渗透压 粒子：溶液中实际存在的分子、离子等。

  27. 1.3.1溶液的蒸气压下降 蒸发 H2O(l) H2O(g) 凝聚 气液两相平衡 纯水的蒸气压示意图 初始： V蒸发 > V凝聚 平衡： V蒸发 = V凝聚

  28. 饱和蒸气压：在一定的温度下，当蒸发的速度等于凝聚的速度，液态水与它的蒸气处于动态平衡，这时的蒸气压称为水在此温度下的饱和蒸气压，简称蒸气压。用符号 p表示 对同一溶剂蒸气压越大，其能量越高。能 量高的状态会自动变化为能量低的状态 H2O（100℃，101kPa）→ H2O（25℃，3.17kPa) 冰（0℃，0.6105kPa）→ 水（-4℃， 0.4373 kPa)

  29. 在纯溶剂中加入难挥发的物质以后，达平衡时，p溶液总是小于同 T 下的p纯溶剂 ，即溶液的蒸气压下降。

  30. 正常 少 纯溶剂 溶液 △p=p纯－p液 蒸汽压下降的原因：

  31. ∴p液<p纯剂 ，c液越大，p液越小。 p纯－p液的差值也越大。 拉乌尔定律：在一定的温度下，难挥发的非电 解质稀溶液的蒸气压，等于纯溶剂的蒸气压乘 该溶剂在溶液中的摩尔分数。 nA p= p*——— nA + nB p ：溶液的蒸气压 p*：纯溶剂的蒸气压 nA ：溶剂的物质的量 nB ：溶质的物质的量

  32. 上式可写成： p = p*XA ∵ XA + XB = 1 ∴ XA = 1 – XB p = p*－ p*XB nB 移项得：△p = p*－p = p * XB = p *——— nA + nB ∵是稀溶液， nA >> nB ∴ nA + nB ≈ nA

  33. nB △p≈ p *—— 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

  34. K蒸 =p* ·MA △p = K蒸b(B)拉乌尔定律的另一种表述。 K蒸与溶剂、T有关的常数 ①同一温度，溶剂不同，其K蒸不同； ②同一溶剂，温度不同，其K蒸也不同

  35. 【例】若某溶液的溶剂水为30mol，溶质蔗糖是0.054mol，则其质量摩尔浓度b(B)是多少？【例】若某溶液的溶剂水为30mol，溶质蔗糖是0.054mol，则其质量摩尔浓度b(B)是多少？ 30 0.054 1000/18.01 b(B) 30× 18.01 0.054 1000 b(B)

  36. 【例】 在25℃时,w=13%的某难挥发的非电解质水溶液的蒸气压p=3.06kpa,已知同温度下水的蒸气压p*= 3.17kpa ，计算溶质的摩尔质量。 解: K蒸 = 3.17×0.018 = 0.0571 △p = 3.17- 3.06 = 0.11（kPa） • 代入: △p = K蒸b(B) • 0.11 = 0.0571×13×1000/(MB×87) • MB = 77.56 (g/mol)

  37. 1.3.2 溶液的沸点上升 沸点:溶液的蒸气压（p溶液）与外压（p外压）相等时的温度称为该溶液的沸点。 纯水：p外 = 101.3kPa，t纯水 = 100℃. 实验证明：难挥发物质溶液的沸点总是高于纯 溶剂的沸点。 原因：溶液的蒸气压下降。见下图

  38. p po kpa 蒸 气 压 101.3kpa A B’ △p △Tb 温度 Tb* T b 根本原因：蒸汽压下降p溶液<p纯溶剂, 溶液的沸点上升示意图 B 溶剂 溶液

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