无机化学第1章 气体与稀溶液

§1.1理想气体状态方程第1章气体与稀溶液§1.3溶液§1.2混合气体分压定律1.1.1理想气体模型1.1.2理想气体状态方程§1.1理想气体状态方程描述气体状态的物理量物理量符号单位名称及符号压力p帕斯卡[Pa(N·m-2)]体积V立方米（m3）温度T开尔文（K）物质的量n摩尔（mol）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的气体，称为理想气体。两点假设：①理想气体分子之间没有相互吸引和排斥②分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略1.1.1理想气体模型•实际气体分子高温低压？气体分子体积分子间的作用力1.原因气体分子对器壁的碰撞。不连续的，分子极多，造成宏观上连续的感觉；雨中打伞。气体压力的产生1.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。V∝T2.等温变化（波义耳定律）：恒温条件下，气体的体积与压强成反比。pV=C1.1.2理想气体状态方程及应用3.阿佛加得罗定律：在同温同压下，同体积气体均含有相同数目的分子。p,T一定时，V∝n标准条件下1mol气体:分子数NA=6.02×1023mol-1体积Vm=22.4×10-3m3标准条件(standardcondition,或标准状况）101.325kPa和273.15K（即0℃）--STPStandardTemperatureandPressure（S.T.P.）1.1.2理想气体状态方程及应用pV=nRTR----摩尔气体常量在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.414×10-3m3nTpVRR=8.314kPaLK-1mol-111KmolJ314.8K15.2731.0molm1022.414Pa101325331.1.2理想气体状态方程及应用1.计算p，V，T，n中的任意物理量2.确定气体的摩尔质量MmnM=Mrgmol-1理想气体状态方程应用pVmRTMRTMmpVnRTpV用于温度不太低，压力不太高的真实气体。pV=nRT=RTpMpVmRTM=m/VpRTM3.确定气体的密度例1-1一学生在实验室中，在73.3kPa和25℃下收集得到250mL某气体。在分析天平上称量得气体质量为0.118g。求这种气体的摩尔质量。解由理想气体状态方程pV=nRT和，可得mn=MmM=RTpV将题给数据代入公式得1130.118g8.314kPaLmolK298K=73.3kPa25010LM＝16.0g·mol–1所以该气体的摩尔质量为16.0g·mol–1。1.2.1分体积定律与摩尔分数§1.2混合气体的分压定律*1.2.2道尔顿分压定律*1.2.3分体积、分压与组成的关系分体积：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。1.2.1分体积定律pRTnVBB组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。V=V1+V2+pRTnVBBBBVV或pnRTpRTnpRTnV21BBBnnVV—称为B的体积分数ppBBVVxppBBBB,pRTnn21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。VRTnpBB1.2.2道尔顿分压定律分压定律：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=pBVnRTp,,2211VRTnpVRTnpVRTnnVRTnVRTnp2121n=n1+n2+分压的求解：xBB的摩尔分数VRTnpBBBBBxnnppVnRTppxpnnpBBB例1-2在潜水员自身携带的水下呼吸器中充有氧气和氦气混合气体（氮气在血液中溶解度较大，易导致潜水员患上气栓病，所以以氦气代替氮气）。对一特定的潜水操作来说，将25℃，0.10MPa的46LO2和25℃，0.10MPa的12LHe充入体积为5.0L的储罐中，计算25℃下在该罐中两种气体的分压和混合气体的总压解混合前后温度保持不变，氦气和氧气的物质的量不变。混合前，221,O1,He1,O1,He0.10MPa46L12LppVV混合气体总体积V=5.0L，22,O2,HeVVV，则其中22221,O1,O22,O2,O0.1MPa46L9.210kPa5.0LpVpV1,He1,He22,He2,He0.1MPa12L=2.410kPa5.0LpVpV2232O2He(9.22.4)10kPa1.1610kPa1.16MPa，，总ppp221,O1,He1,O1,He0.10MPa46L12LppVV混合气体总体积V=5.0L，221,O1,He1,O1,He0.10MPa46L12LppVV22221,O1,O22,O2,O0.1MPa46L9.210kPa5.0LpVpV混合气体总体积V=5.0L，221,O1,He1,O1,He0.10MPa46L12LppVV1,He1,He22,He2,He0.1MPa12L=2.410kPa5.0LpVpV22221,O1,O22,O2,O0.1MPa46L9.210kPa5.0LpVpV混合气体总体积V=5.0L，221,O1,He1,O1,He0.10MPa46L12LppVV2232O2He(9.22.4)10kPa1.1610kPa1.16MPa，，总ppp1,He1,He22,He2,He0.1MPa12L=2.410kPa5.0LpVpV22221,O1,O22,O2,O0.1MPa46L9.210kPa5.0LpVpV混合气体总体积V=5.0L，221,O1,He1,O1,He0.10MPa46L12LppVV分压定律的应用例题1-3：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25℃下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25℃时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L，计算反应中消耗锌的质量。解：T=(273+25)K=298Kp=98.70kPaV=2.50L298K时，p(H2O)=3.17kPaMr(Zn)=65.39Zn(s)+2HClZnCl2+H2(g)65.39g1molm(Zn)=?0.0964mol-1-1(98.703.17)kPa2.50L8.314JKmol298Kn(H2)=65.39g0.0964mol1molm(Zn)==6.30g=0.0964mol例题1-4天然气是多组分的混合物，其组成为CH4,C2H6,C3H8和C4H10。若该混合气体的温度为25℃。总压力为150.0kPa，n总=100.0mol。n(CH4):n(C2H6):n(C3H8):n(C4H10)=47.0:2.0:0.80:0.20。计算各组分的分体积和体积分数。解：以CH4的分体积、体积分数为例。解法一：思路，44(CH)(CH)nRTVp总，需先求出n(CH4)n(CH4)=x(CH4)·n总47.0100mol=94.0mol47.0+2.0+0.80+0.20-1-1494.0mol8.314kPaLKmol298K(CH)150.0kPaV3=1.5510L4447.0(CH)(CH)=0.9447.0+2.0+0.80+0.20x解法二：nRTVp总总总-1-1100.0mol8.314kPaLKmol298K150.0kPa3=1.6510L3443(CH)1.5510L(CH)=0.941.6510LVV总1.3.1溶液浓度的表示方法§1.3溶液1.3.2稀溶液的依数性特点：较方便，实验室最常用；由于体积受温度的影响，使用时要指明温度。cB＝nBV常用单位：mol∙L－1溶质B的物质的量除以混合物的体积，即1dm-3溶液中所含的溶质的物质的量，用cB表示,其单位mol∙dm-3。1物质的量浓度1.3.1溶液浓度的表示方法2质量摩尔浓度溶质B的物质的量除以溶剂A的质量，用符号m或b表示，SI单位是mol/kg。特点：与温度无关，可用于沸点及凝固点的计算。bB＝nBmA1kg溶剂中所含溶质的物质的量来表示溶液的浓度。3质量分数溶质B的质量与溶液质量之比。wB：SI单位为1wB＝mBm总4摩尔分数溶质和溶剂都用mol表示，溶质的物质的量占全部溶液的物质的量的分数，用xB表示。B(B)1x对于多组分体系：xB＝nBn总5质量摩尔浓度与摩尔分数之间的关系稀溶液中，x溶剂x溶质，则xB＝≈n溶质n溶质n溶质+n溶剂n溶剂对于溶剂为1000g水的稀溶液来讲，则n溶剂＝1000g/(18g/mol)＝55.5mol时，即x溶质＝n溶质/n溶剂＝b/55.5令k’＝1/55.5，则xm＝k’b稀溶液中，溶质的摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。溶液的性质与哪些因素有关？导电性、酸碱性、氧化还原性∙∙∙蒸气压、凝固点、沸点、渗透压∙∙∙与物质的本性有关与溶质的数量有关1.3.2稀溶液的依数性饱和蒸汽压1.3.1稀溶液的依数性1纯溶剂的饱和蒸汽压在一定的温度下，液体与蒸气达到平衡时，水蒸气压力最大，称饱和蒸气压，用p*表示.H2O(l)H2O(g)蒸发凝聚A同一液体，温度越高，蒸气压越大。B与物质的本性有关：同一温度下，易挥发液体蒸气压大。C液体的蒸气压与气相的体积及液相的量无关。2溶液的饱和蒸气压溶液的蒸气压低于纯溶剂丙酮溶液压力计丙酮在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与溶剂的摩尔分数的乘积。p＝pA*∙xA拉乌尔定律(F.M.Raoult)在一定的温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降值Δp与溶质的摩尔分数成正比。适用范围:非电解质，难挥发，稀溶液。蒸气压下降p＝pA*xBp＝pA*xAp＝pA*(1－xB)3沸点升高当液体蒸气压力等于外界的压力时，液体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。当外压为101.3kPa时，液体的沸点为正常沸点。(1)液体的沸点(2)影响沸点高低的因素与物质的本性有关，在一定的外压下，易挥发的液体沸点低；对于同一物质，沸点与外压有关，外压越大，沸点越高；外压一定时，纯净物具有固定的沸点。(3)溶液的沸点升高难挥发性非电解质稀溶液的沸点升高值与溶液中溶质的质量摩尔浓度成正比。Kb:溶剂沸点升高常数，只与溶剂有关，与溶质无关,单位是K∙kg∙mol-1。Tb＝kb·m4溶液的凝固点(Freezingpoint)一定外压下，物质的固相与其液相达成平衡时的温度。(1)液体的凝固点H2O(s)H2O(l)融解凝固正常凝固点:101kPa下纯液体和其固相平衡时的温度。难挥发性非电解质稀溶液冰点降低的数值，与其蒸气压降低的数值成正比。(2)溶液的凝固点下降：kf:摩尔凝固点降低常数，是与溶剂有关，与溶质无关的常数，单位K∙kg∙mol-1。ΔTf＝kf∙mΔTf＝kf∙m＝kf∙nB/mA＝kf∙mB/(MB∙mA)利用此式可以测定溶质的摩尔质量。水、溶液和冰的蒸气压－温度图AA’—水线，BB’—溶液线，A’B’—冰线应用实例5渗透压与渗透现象原因：纯溶剂的移动a渗透现象b渗透压c渗透压的定量计算π＝cBRTπ：kPacB:mol∙L-1R＝8.314kPa∙L∙mol-1∙K-1π小π大稀溶液浓溶液理解①渗透方向②等渗溶液渗透能力相同的溶液③反渗透作用及应用（海水淡化、废水处理）溶剂溶液等渗液高渗液低渗液依数性使用范围:对于难挥发非电解质浓溶液或电解质溶液，这些现象同样存在，不再符合依数性的定量规律。难挥发非电解质稀溶液例如：比较下列溶液凝固点的大小：0.1mol·kg-1C12H22O11;0.1mol·kg-1CH3COOH;