Ch物质的聚集状态课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 物质的聚集状态,胡应喜,北京石油化工学院,2012.10,1,第一节气 体,一、理想气体状态方程,分子本身不占体积，是一个具有质量的几何点；分子间没有作用力，分子间与分子与器壁之间发生的碰撞不造成能量损失,。,对于理想气体：,2,只适用理想气体,。对于低压、高温的实际气体来说，分子间距与分子本身大小相比很大，分子间作用力极弱，这样的实际气体也基本适用于理想气体状态方程。,3,二、分压定律和分容定律,1.分压定律,结论：,(1),混合气体中各组分气体的分压等于该气体单独占有总体积时的压力。,(2),混合气体的总压等于各组分气体分压之和。,4,2.分容(体积)定律,结论：,(1),混合气体中各组分气体的分体积等于该温度,T,和压力,P,时某组分气体单独占有的体积。,(2),混合气体的总体积等于各组分气体分体积之和。,5,例：今有,3.0,L,的容器，内盛,2.0gO,2,和,4.0gN,2,，求,300K,时该混合气体的总压和,O,2,、,N,2,的分压。,解：M(O,2,)32,g/mol,M(N,2,)28,g/mol,n,0.063+0.140.20,mol,6,例：在,290K,和,100.592,kPa,时，用排水法收集了,150,mL,某气体，该气体干燥后的质量为,0.172g,。,求该气体的相对分子质量,(290K,时水的饱和蒸气压为,1.933kPa),。,解：设该气体的压力为p：,p,=100.592 1.93398.659,kPa,根据：,所以该气体的相对分子质量为28.0。,7,例：,已知在,40,时三氯甲烷,(CHCl,3,),的蒸气压为,49.3,kPa,，,若有,4.0L,干燥空气在,40,、,101,kPa,下缓慢通过,CHCl,3,并收集之。试求：,(1)101,kPa,下，为,CHCl,3,所饱和的空气，在该条件下体积应是多少？,(2)4.0L,干空气带走,CHCl,3,多少克？,(1)7.81L (2)17.7g,例：在,400,kPa,下，由,CH,4,、,C,2,H,6,、,C,3,H,8,组成的气体混合物中，,C,2,H,6,和,C,3,H,8,的体积分数分别为,30,、,10,，则混合气体中,CH,4,的分压力为,.(),A,120,kPa,B,240,kPa,C,40,kPa,D,133,kPa,三、实际气体,(了解),8,第二节 液体和溶液,一、液体的蒸发和蒸气压,蒸,发,凝,聚,当蒸发速率与凝聚速率相等时，液体上方的蒸气所具有的压力称为液体的饱和蒸气压,(简,称,蒸气压),。,沸点：液体的饱和蒸气压等于外界压力(101,kPa,)时的温度。,9,10,蒸气压的特征：,(1),它与液体量的多少和液体上方蒸发的体积无关。,(2),与温度有关。温度越高，蒸发速率越大，蒸气分子数增多，蒸气压力就越大。,(3),液体蒸气压表达了一定温度下液体的蒸发难易程度，是液体分子间作用力大小的反映。一般来说，液体分子间力越弱，液体越易蒸发，其蒸气压就越大。同温度，不同物质，蒸气压不同。,例：,1.0,升密闭容器内盛有,0.05,mol,C,6,H,6,(,苯,),，在沸点,(80),温度时容器内苯产生的蒸气压与下列数据最接近的,.(),(A)101.3,kPa,(B)293,kPa,(C)147,kPa,(D),无法确定,11,例：,20,时，,CS,2,的蒸气压为,40.0,kPa,，将,5.00,g,CS,2,置于该温度下的密闭容器内，问：,(1),若容器的体积为,3.0,L,，,CS,2,蒸气压为多少？,(2),若容器的体积为,5.0,L,，,CS,2,的蒸气压为多少？,解：,(1)20,时，将,5.00gCS,2,全部汽化为饱和蒸气，则其压力或体积：,这说明,5.00gCS,2,在,3.0L,容器中未全部气化，处于气液平衡，所以容器中,P,CS2,=40,kPa,。,40.0,kPa,或,12,(2),由,(1),计算结果知，,CS,2,全部气化时的,V,4.00L,，小于容器体积，这说明,5.00gCS,2,全部气化成气体，而且为不饱和气体，其压力可用理想气体状态方程式求解：,13,二、溶液的一般概念和浓度表示方法,1.质量分数和体积分数,2.物质的量的分数：,某一溶质物质的量占全部溶液物质的量的比值。,3.物质的量的浓度：,在1L溶液中所含溶质的物质的量(摩尔数)。,c,(B),n,B,/V (,mol,L,1,),4.质量摩尔浓度,：在1,kg,溶剂中所溶解溶质的物质的量(摩尔数)，以,b,来表示。,b,n,B,/,m,A,(,mol,kg,1,),14,5.滴定度,：每毫升标准溶液相当于待测组分的质量，用,T,x,/,s,表示，,x,为溶液中被测物质的化学式，s为标准溶液的化学式，单位为,gmL,1,。,如,T,(Fe/K2Cr2O7),0.005585 g,mL,-1,说明1.00,mL,K,2,Cr,2,O,7,标准溶液相当于0.005585g的Fe,滴定度与物质的量的浓度(,单位为,molL,1,)间可以换算：,a,A +,b,B P,a b,c,A,V,n,B,(,V,的单位为L),m,(B),b,c,A,V,/,a,M,B,(,m,(B)的单位为g),T,(B/A),m,(B),/(V,1000),b,c,A,M,B,10,-3,/,a,(,g,mL,-1,),15,已知,0.1000,molL,-1,的,HCl,溶液，求,T,NaOH/HCl,和,T,NH3/HCl,(,以,gmL,-1,表示,),解：,T,NaOH/HCl,0.1000M(NaOH)10,-3,0.004000,gmL,-1,T,NH3/HCl,0.1000M(NH,3,)10,-3,0.001700,gmL,-1,计算,0.1000,molL,-1,的,HCl,标准溶液对,Na,2,CO,3,的滴定度。,解：因为,1mol,HCl,只能与,1/2mol Na,2,CO,3,完全反应，所以,T,Na2CO3/HCl,(1/2)0.1000M(Na,2,CO,3,)10,-3,0.50.100010610,-3,0.005300,gmL,-1,16,五、稀溶液的通性,1.非电解质稀溶液的依数性,(1)溶液的蒸气压下降,p,A,p,A,*,同一温度下，纯溶剂的蒸气压与溶液蒸气压的差值称为溶液的蒸气压下降,：,p,p,A,*,p,A,17,1887年，拉乌尔：,在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的饱和蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积,。,对于稀溶液，,n,B,很小：,在一定温度下，难挥发非电解质的稀溶液的蒸气压下降与溶质摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关,。拉乌尔定律,18,例：,20,时，将,4.50g,尿素,CO(NH,2,),2,溶于,100g,水中。计算溶液的蒸气压和,蒸气压下降常数,K,。,(20,时水的饱和蒸气压,2.34,kPa,),解：,水溶液中水的摩尔分数：,水溶液的蒸气压：,(2)沸点上升和凝固点下降,沸点：液体的蒸气压等于外界压力(101.325,kPa,)时的温度，以,T,b,表示。,19,凝固点：液相蒸气压等于固相蒸气压时的温度，以,T,f,表示。,20,21,难挥发的非电解质稀溶液，沸点上升和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度成正比，而与物质的本性无关。,如：,10.3g,某非电解质溶解在,140g,水中，溶液的沸点为,101.3,，求该电解质的分子量。,解：设摩尔质量为,M,根据,22,例：把,0.322g,萘溶于,80g,苯中所得溶液的凝固点为,278.34K,，,求萘的摩尔质量。,(,苯的凝固点为,278.50K,，其,K,f,5.10K/mol.kg),解：,23,例：为防止汽车水箱在冬季冻裂，需使水的冰点下降到,253K,，即,T,f,20.0K,，,则在每,1000g,水中应加入甘油多少克？,(,甘油的,M,92,，,水的,K,f,1.853),24,(3)渗透压,1886年，范特荷夫综合实验结果，指出了稀溶液的渗透压与T、浓度的关系：,25,例：将,5.00g,鸡蛋白溶于水，形成,1.00L,溶液，测得该溶液的渗透压在,25,为,306,Pa,。,求鸡蛋白的平均摩尔质量。,解：,难挥发的非电解质稀溶液，它们的蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降和渗透压，这些性质的变化与溶质的浓度成正比，而与溶质的本性无关，这些性质称为稀溶液定律，也称为稀溶液的依数性。,26,例：,20,时，葡萄糖,(C,6,H,12,O,6,)15g,，溶解于,200g,水中，试计算溶液蒸汽压,p,，沸点,T,b,，凝固点,T,f,和渗透,(20,时水的蒸汽压为,2338,Pa,，,K,b,为,0.512,，,K,f,为,1.86),解：,溶液的,b,B,(15/180)/0.2,0.42,molkg,1,p,p,A,*,x,H2O,2338,0.9932321.6,Pa,T,b,K,b,b,B,0.512,0.420.22,T,b,100+,T,b,100.22,T,f,K,f,b,B,1.86,0.420.78,T,f,0,T,f,0.78,cRT,b,B,RT,0.428.314293=1023,kPa,27,例：一种体液的凝固点是,0.50,，求其沸点及此溶液在,0,时的渗透压力,(,已知水的,K,f,1.86,Kkgmol,1,，,K,b,=0.512,K,kgmol,1,),。,解：,稀溶液的四个依数性是通过溶液的质量摩尔浓度相互关连的，即,T,b,K,b,b,0.5120.2690.138K,故其沸点为：100+0.138100.138,0时的渗透压力 ,cRT,bRT,0.2698.314273=610,kPa,2.电解质稀溶液的性质,28,AB,型，如,NaCl,、,KCl,的,i,接近,2,；,A,2,B or AB,2,型，,K,2,SO,4,、,CaCl,2,的,i,在,2,3,之间，接近,3,。,如果不考虑离子间作用力，,i,就等于电解质离解出的离子数目。,强电解质：,弱电解质：如,CH,3,COOH,的,i,略大于,1,。,29,不考虑离子间作用力，Al,2,(SO,4,),3,(浓度为b)的,i,为多少？,例：某温度时，,1,mol,L,1,糖水的饱和蒸气压为,P,1,，,同温度下,1,mol,L,1,NaCl,盐水的饱和蒸气压为,P,2,，,则,.(),(A),P,2,P,1,(B)P,2,P,1,(C),P,2,P,1,(D),无法判断,例：,2.9%NaCl(,摩尔质量为,58.5),溶液产生的渗透压接近于,(),(A)5.8%,蔗糖溶液,(B)2.9%,蔗糖溶液,(C)0.5,mol,kg,1,蔗糖溶液,(D)1,mol,kg,1,蔗糖溶液,例：下列各种物质的溶液浓度均为,0.01,mol,kg,1,，按它们的沸点递减的顺序排列是,(),(A)HAc-NaCl-C,6,H,12,O,6,-CaCl,2,(B)C,6,H,12,O,6,-HAc-NaCl-CaCl,2,(C)CaCl,2,-NaCl-HAc-C,6,H,12,O,6,(D)CaCl,2,-HAc-NaCl-C,6,H,12,O,6,30,例：将,26.3,g,CdSO,4,固体溶解在,1000,g,水中，其凝固点比纯水下降了,0.285,K,，,计算,CdSO,4,在溶液中离解的百分数。,(,已知,H,2,O,的,K,f,=1.86,Kkgmol,1,),，,原子量：,Cd,112.4,，,S 32.06),解：,1000g,水中溶解,CdSO,4,的摩尔数：,n,26.3/208,0.126,mol,由实验测得,CdSO,4,溶液中的微粒的质量摩尔浓度：,b,T,f,/,K,f,0.285/1.85,0.153,mol,kg,1,即该溶液中实际存在微粒的摩尔数为,0.153,mo