1、第一章 氣體 液體 溶液,一、氣體 1 理想氣體狀態(tài)方程 2 混合氣體分壓定律 3 實際氣體和 Van der Waals 方程 二、液體 1 氣體的液化 2 液體的氣化：蒸發(fā)、沸騰 3 蒸氣壓計算 三、溶液的濃度（自學）（考試要求） 1 質(zhì)量百分比濃度 2 質(zhì)量摩爾濃度 3 摩爾分數(shù)濃度 4 物質(zhì)的量濃度,一、氣體,1 理想氣體狀態(tài)方程 物質(zhì)的狀態(tài)： 固體 液體 氣體 分子間作用力，減弱 密度，降低 （有例外） （分子本身所占體積的比例）,等離子體(Plasma) 玻色-愛因斯坦凝結 (Bose-Einstein condensate states) （請見ftp上有關資料）,Figure:

2、 Gas-liquid-solid,理想氣體,假定： 分子不占有體積(忽略尺寸) 分子間作用力忽略不計 P V = n R T （理想氣體狀態(tài)方程）,壓力,體積,溫度,氣體常數(shù),摩爾數(shù),適用于：溫度較高或壓力較低時的稀薄氣體,氣體狀態(tài)方程 的運用,R 的取值 隨壓力單位的變化而不同 8.31 kPa dm3 mol-1 K-1 0.0821 atm dm3 mol-1 K-1 幾種變化情況： 波義耳(Boyle) 定律： PV = 衡量 （T, n 恒定） 查理-蓋呂薩克(Charles-GayLussac) 定律： V/T =衡量 （P, n 恒定） 阿伏加德羅(Avogadro) 定律：

3、V/n = 衡量 （T, P 恒定）,R 的其它數(shù)值,R 值 單位 0.08206 atm L mol-1 K-1 1.987 cal mol-1 K-1 8.314 J mol-1 K-1 8.314 m3 Pa mol-1 K-1 62.36 L torr mol-1 K-1,氣體方程的運用,求分子量（摩爾質(zhì)量）M PV = (m/M) RT (n = m/M) 求密度（r) r = m/V P(m/r) = nRT r = P(m/n)/(RT) M= m/n r = (PM)/(RT),例題：計算摩爾質(zhì)量,惰性氣體氙能和氟形成多種氟化物 XeFx。實驗測定在80 oC，15.6 kPa

4、 時，某氣態(tài)氟化氙試樣的密度為0.899（g dm-3)，試確定這種氟化氙的分子式。 解： 求出摩爾質(zhì)量，即可確定分子式。 設氟化氙摩爾質(zhì)量為M，密度為r（g dm-3)，質(zhì)量為m (g)，R 應選用 8.31（kPa dm3 mol-1 K-1）。,例題, PV = nRT = (m/M) RT M = (m/V)(RT/P) = r (RT/P) = (0.899 8.31 353)/15.6 = 169 (g mol-1) 已知 原子量 Xe 131, F 19, XeFx 131+19x =169 x = 2 這種氟化氙的分子式為：XeF2,2 混合氣體分壓定律,、一定， 氣體：nA,

5、 PA= nA(RT/V) 氣體 B ：nB, PB= nB(RT/V) 總 = PA + PB = (nA+ nB) (RT/V) PA /總 = nA/ (nA+ nB) = nA/ n總 PA = （nA/ n總）總,TV,PA,PB,nB,nA,理想氣體、的混合(A與B不反應),單獨,混合后,P總,混合氣體分體積定律,、P 一定， 氣體：nA, VA= nA(RT/P) 氣體 B ：nB, VB= nB(RT/P) V總 = VA + VB = (nA+ nB) (RT/P) VA /V總 = nA/ (nA+ nB) = nA/ n總 VA= (nA/ n總)V總 又 PA/總 =

6、nA/ n總 （T,V一定） VA= V總 (PA/總) （T,P一定）,TP,VA,VB,nA,理想氣體、的混合,單獨,nB,混合后,V總,P總= P,VA,VB,例1 A、B兩種氣體在一定溫度下，在一容器中混合，混合后下面表達式是否正確？,PAVA = nART P V = nART PVA = nART PAV = nART PA (VA +VB) = nART (PA+PB) VA = nART,否 否 是 是 是 是,P總V分 = P分V總 = n分RT,例2 在58C將某氣體通過一盛水容器，在100 kPa 下收集該氣體1.00 dm3。問：,1. 溫度不變，將壓力降為50.0 k

7、Pa 時，氣體的體積是多少？ 2. 溫度不變，將壓力增加到200 kPa 時，氣體的體積是多少？ 3. 壓力不變，將溫度升高到100 C 時，氣體的體積是多少？ 4. 壓力不變，將溫度降至 10 C 時，氣體的體積是多少？,解題思路 1. 該氣體與水蒸氣的混合氣體的總體積, n總不變，P1V1= P2V2 2. 壓力增加會引起水蒸氣的凝聚，但該氣體的摩爾數(shù)沒有變化， 可以用該氣體的分壓來計算總體積：P氣1V1 = n氣RT = P氣2V2 3. n總不變， V1/T1 = V2/T2 = 常數(shù) 溫度降低也會引起水蒸氣的凝聚，但該氣體的摩爾數(shù)沒有變化，可以用該氣體的分壓來計算總體積： P氣1V1

8、 /T1= n氣R = P氣2V2/T2,例2 在58C將某氣體通過一盛水容器，在100 kPa 下收集該氣體1.00 dm3。問：,1. 溫度不變，將壓力降為50.0 kPa 時，氣體的體積是多少？ 2. 溫度不變，將壓力增加到200 kPa 時，氣體的體積是多少？ 3. 壓力不變，將溫度升高到100 C 時，氣體的體積是多少？ 4. 壓力不變，將溫度降至 10 C 時，氣體的體積是多少？,解： 1. P1 V1 = P2 V2 100 1.00 = 50.0 V2 V2 = 2.00 (dm3) 2. 58 C時，P水 = 18.1 kPa, P氣體 = (100-18.1) kPa V2

9、 = (P氣1 V1)/P氣2 = (100-18.1) 1.00)/(200-18.1) = 0.450 (dm3) 3. V1/T1 = V2/T2 1.00/(273+58) = V2/(273+100) V2 = 1.13 (dm3) 4. P1V1/T1 = P2V2/T2 10 C時 P水= 1.23 kPa, P氣體= (100-1.23) kPa (100-1.23)V2 /(273+10) = (100-18.1) 1.00)/(273+58) V2 = 0.709 (dm3),3 實際氣體 與 Van der Waals 方程,理想氣體： PV = nRT 實際氣體: Z

10、= (PV)/(nRT) Z 稱為壓縮系數(shù) Z = 1 為理想氣體 分子間作用力： Z 1 （ V增大） 偏離理想氣體的程度，取決于： 1. 溫度： T 增加，趨向于理想氣體 2. 壓力： P 減小，趨向于理想氣體 3. 氣體的性質(zhì)： 沸點愈高與理想狀態(tài)偏差愈大,溫度愈升高，愈接近理想氣體,N2,不同氣體的比較（1摩爾, 300K ),氣體 Z-P 圖的討論,常壓常溫下，沸點低的氣體，接近理想氣體 起初增加壓力時，對于分子量較大的分子，分子間作用力增加占主導，使得 Z 1,Van der Waals 方程,( P + a n2/V2 ) (V- nb) = nRT 其中，a 、b 為 范德華常

11、數(shù) a 用于校正壓力，是與分子間作用力有 關的常數(shù)，分子間作用力與氣體濃度 的平方成正比 b 約等于氣體凝聚為液體時的摩爾體積,a和b, 似與分子間作用力及其分子的質(zhì)量有關。,習題 與 思考題,室溫下，將1.0 atm、10 dm3 的 H2 與1.0 atm、20 dm3 的 N2 在 40 dm3 容器中混合， 求： H2 、N2 的分壓、分體積、及摩爾比。 在20 C、 99 kPa 下，用排水取氣法收集 1.5 dm3 的 O2, 問：需多少克 KClO3 分解？ 2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2 (查水（20 C）的蒸氣壓為 2.34 kPa ),習題與思考題解答,解：

12、1）求分壓 T 一定，n 不變 （混合前后） P1V1 = P2V2 1.0 10 = 40 = 0.25 (atm) 1.0 20 = 40 = 0.5 (atm) 2）求分體積 VA= V總 (PA/總) = = 40 = 13 (dm3) = = 40 0.5 / 0.75 = 27 (dm3) 3）求摩爾比 = = 0.25 / 0.5 = 0.5,習題與思考題解答,2. 解 2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2 2/3 1 = RT = 99 2.34 = 96.7 (kPa) = = = 0.060 (mol) = 2/3 需 KClO3 = 2/3 =2/3 0.0595

13、 122.5 = 4.9 (克）,第一章 小結,一、理想氣體狀態(tài)方程 1 理想氣體的概念 2 PV = nRT 的運用、R 的取值 3 密度和摩爾質(zhì)量的計算 PV = (m/M) RT， r = (PM)/(RT) 二、Dolton 分壓定律（混合氣體） PA = (nA/ n總)總 (T,V 不變） VA= V總 (PA/總)（T, P一定） P總V分 = P分V總 = n分RT 三、臨界溫度(Tc), 臨界壓力(Pc), 氣液平衡 lg (p2 / p1 )= Hvap/2.303R (T2 T1)/T2 T1 （R與H的單位要一致） 四、質(zhì)量濃度和體積濃度等（M和r是換算的條件）,二 液

14、體,氣體的液化 問題：1）是否所有氣體都可以液化？ 2） 什么樣的條件下可以液化？ 例： 冬天帶眼鏡進屋時，鏡片會變得模糊。 家庭用液化氣，主要成分是丙烷、丁烷，加壓后變成液體儲于高壓鋼瓶里，打開時減壓即氣化。 但有時鋼瓶還很重卻不能點燃。是因為C5H12 或C6H14等級烷烴室溫時不能氣化。,溫度,壓力,氣體性質(zhì),Tc 以下，均可,臨界現(xiàn)象,Tb （沸點） 室溫， 在常溫常壓下為液體,?,臨界常數(shù)：,臨界溫度 Tc: 每種氣體液化時，各有一個特定溫度叫臨界溫度。 在Tc 以上，無論怎樣加大壓力，都不能使氣體液化。 臨界壓力 Pc: 臨界溫度時，使氣體液化所需的最低壓力叫臨界壓力。 臨界體積

15、Vc: 在Tc 和 Pc 條件下，1 mol 氣體所占的體積叫臨界體積。 均與分子間作用力及分子質(zhì)量有關。,2. 液體的氣化：蒸發(fā) 與 沸騰,蒸發(fā): 液體表面的氣化現(xiàn)象叫蒸發(fā)（evaporation)。,敞口容器,干涸,吸熱過程,分子的 動能： 紅色：大黑色：中藍色：低,氣體分子的動能分布 與 蒸發(fā)的關系,分子的份數(shù),分子的動能,蒸發(fā)所需分子的最低動能,蒸發(fā):,密閉容器,蒸發(fā) 冷凝 “動態(tài)平衡”,恒溫,分子的 動能： 紅色：大黑色：中藍色：低,飽和蒸氣壓：與液相處于動態(tài)平衡的這種氣體叫飽和蒸氣，它的壓力叫飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。,飽和蒸氣壓的特點：1. 溫度恒定時，為 定值； 2. 氣液共存時

16、，不受量的變化； 3. 不同的物質(zhì)有不同的數(shù)值。,沸騰:,帶活塞容器， 活塞壓力為 P,沸點與外界壓力有關。外界壓力等于101 kPa (1 atm)時的沸點為正常沸點，簡稱沸點。,當溫度升高到蒸氣壓與外界氣壓相等時，液體就沸騰，這個溫度就是沸點。,熱源,沸騰是在液體的表面和內(nèi)部同時氣化。,例：水的沸點為 100 C，但在高山上，由于大氣壓降低，沸點較低，飯就難于煮熟。 而高壓鍋內(nèi)氣壓可達到約10 atm，水的沸點約在180 C左右，飯就很容易煮爛。,“過熱”液體：溫度高于沸點的液體稱為過熱液體，易產(chǎn)生爆沸。 蒸餾時一定要加入沸石或攪拌，以引入小氣泡，產(chǎn)生氣化中心，避免爆沸。,蒸氣壓曲線:,曲

17、線為氣液共存平衡線； 曲線左側(cè)為液相區(qū)； 右側(cè)為氣相區(qū)。,蒸氣壓,溫度,正常沸點,水及二氧化碳的相圖：,左圖(a): A 正常沸點；B 凝固點；D 臨界點: 218 atm, 374C; 三相點：0.0098 C , 4.58 torr (6.10102 Pa)。,壓力,溫度,CO2常壓下能以液體存在嗎？,3. 蒸氣壓的計算,蒸氣壓的對數(shù)與 的直線關系:,lg p = A/T + B A = - (Hvap)/2.303R Hvap 為氣體的摩爾 蒸發(fā)熱, 103/K-1,3. 蒸氣壓的計算 （描述氣-液平衡）,克拉佩龍-克勞修斯Clapeyron-Clausius 方程:,lg p = - (Hvap)/2.303RT + B 溫度 T1 時，lg p1 = - (Hvap)/2.303RT1 + B 溫度 T2 時, lg p2 = - (Hvap)/2.303RT2 + B 兩式相減，得 lg p2 lg p1 = - (Hvap)/2.303R（1/T2 1/T1） 或 lg (p2 / p1 )= Hvap/2.303R (T2 T1)/T2T1 應用：1）計算液體的蒸發(fā)熱；2) 求蒸氣壓 要注意R 的單位與Hvap的單位一致。,三、溶液的濃度（自學）（考試要求）,1 質(zhì)量百分比濃度 2 質(zhì)量摩爾濃度 3 摩爾分數(shù)濃度 4 物質(zhì)的量濃度,第一章 小結,一、理想氣體