大连理工大学无机化学课件完整版

无机化学基础教程无机化学主教材：无机化学基础教程无机化学基础教程§1.1气体定律第一章气体和溶液§1.2稀溶液的依数性无机化学基础教程1.1.1理想气体状态方程1.1.2气体的分压定律§1.1气体定律无机化学基础教程1.1.1理想气体状态方程pV=nRTR——摩尔气体常数在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K15.273mol1.0m1022.414Pa10132533无机化学基础教程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。无机化学基础教程例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=40.0L=4.0×10-2m3，T=(27+273.15)K=300.15Kp=10.1MPa=1.01×107Pa由pV=nRT得：RTpVnmol162K15.300Kmol8.314Jm100.4Pa1001.11-1-327无机化学基础教程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理想气体状态方程的应用：pVmRTMRTMmpVnRTpVpV=nRT无机化学基础教程=RTpMpVmRTM=m/VpRTM3.确定的气体密度无机化学基础教程组分气体：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。VRTnpBB1.1.2气体的分压定律无机化学基础教程VnRTp,,2211VRTnpVRTnpVRTnnVRTnVRTnp2121n=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无机化学基础教程分压的求解：xBB的摩尔分数VRTnpBBBBBxnnppVnRTppxpnnpBBB无机化学基础教程例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(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mol35.5kPakPa0.133200.1320.0pnnp33NH)NH(无机化学基础教程p(N2)=p－p(NH3)－p(O2)=(133.0－35.5－20.0)kPa=77.5kPapnnp)O()O(220.180133.0kPa20.0kPa1.200无机化学基础教程分体积：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。pRTnVBBpnRTpRTnpRTnV21BBBnnVV—称为B的体积分数ppBBVVxppBBBB,无机化学基础教程例1-3：某一煤气罐在27℃时气体的压力为600kPa，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)=0.60×600kPa=3.6×102kPap(H2)=0.10×600kPa=60kPappBB无机化学基础教程1.2.2稀溶液的依数性§1.2稀溶液的依数性1.2.1溶液的浓度无机化学基础教程1.2.1溶液的浓度1.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1BBLmol,单位：Vnc1ABBkgmol,单位：mnb1,BB单位：mmw1,BB单位：nnx11BBLmgLg,或单位：Vm无机化学基础教程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。O(g)HO(l)H22无机化学基础教程t/℃p*/kPat/℃p*/kPat/℃p*/kPa00.610650.8719101.2279202.3385304.2423407.37545012.33366019.91837031.16428047.37989070.1365100101.3247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。无机化学基础教程*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.水物质的蒸气压——温度关系图无机化学基础教程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。无机化学基础教程p*——纯溶剂的蒸气压p——溶液的蒸气压为。实验表明pp*（2）稀溶液的蒸气压下降无机化学基础教程1887年，法国化学家拉乌尔(F.M.Raoult)研究得出经验公式：*p=pAxA*式中：p/Pa—难挥发非电解质稀溶液的蒸气压；pA/Pa—纯溶剂A的蒸气压。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，*p=pA(1-xB)无机化学基础教程*p=pA(1-xB)溶液的蒸气压下降：∆p=pA–p*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：∆p=pA–pA(1-xB)=pAxB**则：*无机化学基础教程在稀溶液中：nA远大于nB，nA+nB≈nAABAABABBABBMbMmnnnnnnx∆p=pAxB=pAMAbB=kbB**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质量摩尔浓度成正比。拉乌尔定律的另一种表达形式。无机化学基础教程沸点：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273.15373.15Tb无机化学基础教程沸点升高：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,K·kg·mol-1bB—溶质B的质量摩尔浓度,mol·kg-1Tb—难挥发非电解质稀溶液的沸点升高。无机化学基础教程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溶剂Tb/Kkb/(K·kg·mol-1)溶剂Tb/Kkb/(K·kg·mol-1)水373.150.512苯353.252.53乙醇315.551.22四氯化碳349.874.95乙酸391.053.07三氯甲烷334.353.85乙醚307.852.02丙酮329.651.71**无机化学基础教程例1-4：将68.4g蔗糖C12H22O11溶于1.00kg水中，求该溶液的沸点。解：M(C12H22O11)=342gmol-1)OHC()OHC()OHC(112212112212112212Mmn)OH()OHC()OHC(2112212112212mnbmol200.0molg342g4.681--1kgmol200.0.0kg1.200mol0无机化学基础教程Tb=kbb(C12H22O11)=0.512Kkgmol-1×0.200molkg-1=0.102KTb=Tb+Tb(H2O)=0.102K+373.15K=373.25K无机化学基础教程根据：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：AbBbBmTmkMBBBABB/mMmmnb因为：A无机化学基础教程凝固点降低：溶液凝固点低于纯溶剂凝固点的性质，称为溶液凝固点下降。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0.6106kPa。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。无机化学基础教程101325温度T/Kp水溶液的凝固点下降图Tf273.15Tf610.6无机化学基础教程实验表明，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—溶剂的凝固点降低系数,K·kg·mol-1bB—溶质B的质量摩尔浓度,mol·kg-1Tf—非电解质稀溶液的凝固点降低。无机化学基础教程表1-4几种溶剂的凝固点和凝固点降低系数溶剂Tf/Kkf/(K·kg·mol-1)溶剂Tf/Kkf/(K·kg·mol-1)水273.151.86四氯化碳305.1532乙酸289.853.90乙醚156.951.8苯278.655.12萘353.56.9溶剂的凝固点降低系数kf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。无机化学基础教程例1-5：将0.749g某氨基酸溶于50.0ｇ水中，测得其凝固点为272.96K。试计算该氨基酸的摩尔质量。解：ABBABB/mMmmnb将：代入：Tf=kf·bBAfBfBmTmkMΔTf=273.15K-272.96K=0.19K整理得：1-1Bmol147g0g.5019K.0749g.0molkg86K.1M无机化学基础教程渗透：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.溶液的渗透压无机化学基础教程为使渗透现象不发生，必须在液面上施加一个额外压力（示意图）。为维持只允许溶剂分子通过的膜所隔开的两种溶液之间的渗透平衡而需要的额外压力，定义为渗透压（差）无机化学基础教程渗透压：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van’tHoff方程式中：—非电解质稀溶液的渗透压力，kPacB—B的物质的量浓度，mol·L-1R—摩尔气体常数，8.314J·mol-1·K-1T—热力学温度，K若水溶液的浓度很小，则cB≈bB，=bBRT无机化学基础教程RTVMmRTcΠBBB/ΠVRTmMBBvan’tHoff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。无机化学基础教程反渗透：如果在溶液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。无机化学基础教程稀溶液定律（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van’tHoff公式进行定量计算，可作定性比较。无机化学基础教程例题：将下列相同浓度(0.01mol·kg-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：