物質(zhì)的聚集狀態(tài)

工程化學(xué)CollegeChemistry主講：王順慧

緒論物質(zhì)世界形形色色、千變?nèi)f化，然而變化可測(cè)。這是因?yàn)槿祟愒趯?shí)踐中能夠觀察、研究、認(rèn)識(shí)、掌握和應(yīng)用物質(zhì)變化的規(guī)律，從而可以預(yù)見(jiàn)這些變化的結(jié)果，駕馭這些變化的發(fā)展，設(shè)計(jì)人們所需要的物質(zhì)變化，用以不斷地豐富人類的物質(zhì)文明和精神文明！各門學(xué)科正是從不同角度，以不同的方法研究物質(zhì)世界的復(fù)雜變化?；瘜W(xué)：研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律和變化過(guò)程中能量關(guān)系的學(xué)科。是培養(yǎng)新世紀(jì)大學(xué)生基本素質(zhì)的課程。化學(xué)與衣、食、住、行、能源、信息、材料、國(guó)防、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生、資源利用等都有密切的關(guān)系，化學(xué)是一門社會(huì)迫切需要的實(shí)用科學(xué)。

目的不僅僅在于使學(xué)生必須學(xué)習(xí)掌握一定的化學(xué)基本理論知識(shí)、技能，更重要的是讓學(xué)生必須具有“化學(xué)眼光”，即學(xué)會(huì)用化學(xué)的理論、觀點(diǎn)、方法，審視、思考、分析、解決實(shí)際問(wèn)題，具備化學(xué)能力、化學(xué)素質(zhì)?；瘜W(xué)有許多分支，主要有五大分支：無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)和高分子化學(xué)。大學(xué)化學(xué)——對(duì)化學(xué)做一整體的、全面的闡述和研討，是一門現(xiàn)代化學(xué)導(dǎo)論課程。涉及面寬而廣，將為后續(xù)課程、工作深造，轉(zhuǎn)崗擇業(yè)打下基礎(chǔ)。教學(xué)目標(biāo)：給學(xué)生以高素質(zhì)的化學(xué)通才教育。

打好基礎(chǔ)：明確概念---注意典型實(shí)例，掌握規(guī)律---熟悉基本計(jì)算，聯(lián)系實(shí)際---重視實(shí)驗(yàn)知識(shí)。培養(yǎng)智能，分析鉆研---理解，反復(fù)多練---練習(xí)，穩(wěn)步前進(jìn)---求實(shí)，及時(shí)總結(jié)---鞏固。學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)要求①旺盛、不衰之學(xué)習(xí)動(dòng)力——求知若渴；②主動(dòng)、嚴(yán)謹(jǐn)之學(xué)習(xí)精神——嚴(yán)肅認(rèn)真；③新型、良好之學(xué)習(xí)方法——適合自己、實(shí)用高效。推薦方法：聽(tīng)課+筆記，理解+記憶，重點(diǎn)+綜合。§1.1.1

理想氣體的狀態(tài)方程pV=nRT

{R}=8.3141.理想氣體的狀態(tài)方程1.理想氣體的狀態(tài)方程也可以寫為pVm=RT

因?yàn)?/p>

Vm=V/n例：計(jì)算25℃，101325Pa時(shí)空氣的密度。（空氣的分子量為29）解：真實(shí)氣體微觀模型：分子間有相互作用，分子本身有體積。2.理想氣體的模型

不可無(wú)限壓縮理想氣體微觀模型：分子間無(wú)相互作用，分子本身無(wú)體積?！痢痢痢痢痢痢痢痢量蔁o(wú)限壓縮××××理想氣體的狀態(tài)方程是理想氣體的宏觀外在表現(xiàn)理想氣體的微觀模型反映了理想氣體的微觀內(nèi)在本質(zhì)理想氣體是真實(shí)氣體在p→0情況下的極限狀態(tài)。真實(shí)氣體并不嚴(yán)格符合理想氣體狀態(tài)方程，也就是說(shuō)真實(shí)氣體在方程pV=nRT

中的R不為常數(shù)。真實(shí)氣體只在溫度不太低、壓力不太高的情況下近似符合理想氣體狀態(tài)方程?！?.1.2理想氣體混合物1.混合物組成表示：用物質(zhì)量的分?jǐn)?shù)表示:(x表示氣體，y表示液體）對(duì)于物質(zhì)B顯然量綱為12.理氣狀態(tài)方程對(duì)理氣混合物的應(yīng)用Mmix混合物的摩爾質(zhì)量§1.2理想氣體混合物3.道爾頓分壓定律pB=yBp=(nB/n)p=(nB/n)nRT/V

所以

pB=nBRT/V理想氣體混合物中某一組分的分壓力等于這個(gè)組分以同混合物相同的溫度和體積單獨(dú)存在時(shí)的壓力。§1.2理想氣體混合物4.阿馬加定律（分體積定律）理想氣體混合物的總體積等于等于各個(gè)組分以同混合物相同的溫度和壓力單獨(dú)存在時(shí)的分體積之和。例.空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為0.29，求101.325kPa、25℃時(shí)的1m3空氣中氧氣的摩爾分?jǐn)?shù)、分壓力、分體積，并求若想得到1摩爾純氧氣，至少需多少體積的空氣。（將空氣近似看成理想氣體）解：液體的飽和蒸氣壓同溫度有關(guān)，溫度不同，飽和蒸氣壓不同。當(dāng)液體的飽和蒸氣壓同外界壓力相等,液體即發(fā)生沸騰，此時(shí)的溫度即為沸點(diǎn)。當(dāng)外界壓力為101325Pa時(shí)的沸點(diǎn)稱為正常沸點(diǎn)。2.臨界參數(shù)

能夠使氣體液化的最高溫度稱為此氣體的臨界溫度。用TC或tC表示。臨界溫度是氣體的一個(gè)特性參數(shù)，不同的氣體具有不同的臨界溫度。如氧氣的臨界溫度為－118.57℃，氮?dú)獾呐R界溫度為－147.0℃。臨界溫度時(shí)的飽和蒸氣壓稱為臨界壓力，用pC表示。臨界溫度和臨界壓力下的摩爾體積為臨界摩爾體積Vm,C

。此時(shí)的狀態(tài)為臨界狀態(tài)。TC、pC、Vm,C統(tǒng)稱為臨界參數(shù)3.真實(shí)氣體的的p－Vm圖及氣體的液化臨界點(diǎn)T1T5T4TcT3T2pVm§1.1.4對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理及普遍化壓縮因子1.壓縮因子真實(shí)氣體pV=ZnRTZ—壓縮因子或

pVm=ZRTZ<1，Vm(真實(shí))<Vm

(理想)，氣體易壓縮Z>1，Vm(真實(shí))>Vm

(理想)，難壓縮真實(shí)氣體Z隨溫度、壓力的種類而變化對(duì)于理氣，Z=pVm(理氣)/RT=1ArgonCompressibility

T=273K

Z=pVm/RTattractiverepulsive0.00.51.01.52.02.502004006008001000pressure(atm)ZZ=pVm/RT

attractive

repulsive

2.對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理對(duì)比參數(shù)：Tr

=T/TC對(duì)比溫度pr=p/pC對(duì)比壓力Vr

=V/VC對(duì)比體積對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理——各種不同的氣體，只要兩個(gè)對(duì)比參數(shù)相同，則第三個(gè)也相同。不同氣體的對(duì)比參數(shù)相同時(shí)，壓縮因子也相同。

1.2溶液的通性溶液由溶質(zhì)和溶劑組成，由于溶質(zhì)性質(zhì)不同，所形成的溶液物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)各有所不同。但溶液又具有一些共同的性質(zhì)，即溶液的通性。在這里只討論有不同的難揮發(fā)性溶質(zhì)和溶劑組成的溶液的通性。與純?nèi)軇┫啾?，溶液的蒸氣壓下降，沸點(diǎn)升高，凝固點(diǎn)下降及溶液滲透壓等。按溶質(zhì)的不同分為非電解質(zhì)溶液和電解質(zhì)溶液分別討論。

1.2.1非電解質(zhì)溶液的通性稀溶液定律:根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，難揮發(fā)的非電解質(zhì)所形成的稀溶液的性質(zhì)（溶液的蒸汽壓下降、沸點(diǎn)上升、凝固點(diǎn)下降和溶液的滲透壓）與一定量溶劑中所溶解溶質(zhì)的物質(zhì)的量成正比,此定律叫做稀溶液定律，又稱依數(shù)性定律。

1.溶液的蒸氣壓下降蒸發(fā)：能量較大的分子克服液體分子間的引力從表面逸出，成為蒸氣分子的過(guò)程叫做蒸發(fā)（或氣化）。蒸發(fā)是吸熱過(guò)程。凝聚：蒸氣分子撞到液面，被液體分子所吸引而重新進(jìn)入液體中，這個(gè)過(guò)程叫做凝聚。凝聚是放熱過(guò)程。

（1）蒸氣壓蒸氣壓:當(dāng)凝聚的速率和蒸發(fā)的速率達(dá)到相等時(shí)，液體和它的蒸氣就處于平衡狀態(tài)，此時(shí)，蒸氣所具有的壓力叫做該溫度下液體的飽和蒸氣壓。簡(jiǎn)稱蒸氣壓。以水為例，在一定溫度下達(dá)到如下相平衡時(shí)：

H2O（l）H2O（g）H2O（g）所具有的壓力

P(H2O)即為該溫度下水的蒸氣壓。

373K時(shí)，P(H2O)=100KPa蒸發(fā)凝聚(2)蒸氣壓下降蒸氣壓下降：同一溫度下，純?nèi)軇┱魵鈮毫εc溶液的蒸氣壓力之差叫做溶液的蒸氣壓下降。用ΔP表示

。溶液的濃度越大，蒸氣壓下降的越顯著。拉烏爾根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出如下規(guī)律：在一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)的稀溶液蒸氣壓下降與溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)成正比，與溶質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)其數(shù)學(xué)表達(dá)式：ΔP=nB/n

pA=xB

pA

(3.1)ΔP：溶液的蒸氣壓下降PA:純?nèi)軇┑恼魵鈮簒B=nB/n:表示溶質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù)nB:表示溶質(zhì)B的物質(zhì)的量

n=nA+nB由上式看出：nB/n越大，ΔP越大，即溶液濃度越大，蒸氣壓下降越顯著。2、溶液的沸點(diǎn)上升和凝固點(diǎn)下降沸點(diǎn):當(dāng)某一液體的蒸氣壓力等于外界壓力時(shí)，液體就會(huì)沸騰,此時(shí)的溫度稱為該液體的沸點(diǎn)，以Tbp表示。當(dāng)外界壓力為100kPa時(shí)：H2O的沸點(diǎn)為100℃；凝固點(diǎn)（或熔點(diǎn)）：物質(zhì)的液相蒸氣壓力和固相蒸氣壓力相等時(shí)的溫度，以Tfp表示。溶液濃度越大，蒸氣壓下降的越多，沸點(diǎn)上升越高，凝固點(diǎn)下降的越顯著。T/K273.16

TfpTbp373(H2O,g)/PaTbpTfp水溶液的沸點(diǎn)上升和凝固點(diǎn)下降示意圖水溶液冰533蒸氣壓曲線難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液的沸點(diǎn)上升和凝固點(diǎn)下降與溶液的質(zhì)量摩爾濃度成正比：數(shù)學(xué)表示式：

ΔTbp=kbpm（3.2）

ΔTfp=kfp

m（3.3）kfp:凝固點(diǎn)下降常數(shù)（單位為K.kg.mol-1

）Kbp:溶劑的沸點(diǎn)上升常數(shù)（單位為K.kg.mol-1

）m:溶液的質(zhì)量摩爾濃度（1kg溶劑中所含溶劑的物質(zhì)的量（mol.kg-1）3、滲透壓滲透是通過(guò)半透膜才能實(shí)現(xiàn)的。半透膜：只能讓溶劑分子通過(guò)，而不允許溶質(zhì)分子通過(guò)的薄膜。滲透：溶劑通過(guò)半透膜進(jìn)入溶液或溶劑通過(guò)半透膜從稀溶液進(jìn)入濃溶液的現(xiàn)象。滲透壓：為維持被半透膜所隔開(kāi)的溶液與純?nèi)軇┲g的滲透平衡而需要的額外壓力。

圖3.2一個(gè)顯示滲透現(xiàn)象的裝置

Π=CRT=(n/V)RT

或

ΠV=nRT(3.4)R=8.314Pa.m3.

mol-1.K-1適用范圍：

難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液

如果溶液為難揮發(fā)的非電解質(zhì)稀溶液，其滲透壓可按下式計(jì)算：例3.1計(jì)算298.15K時(shí)，0.100mol·dm-3溶液的滲透壓.解:由于R=8.314Pa·m3·mol-1·K-1

=8.314J.mol-1·K-1C=0.100mol·dm-3=0.100103mol·m-3

所以

Π=CRT=0.100103mol·m-3

8.314Pa·m3·mol-1·K-1298K=248kPa溶液通性的應(yīng)用：做防凍劑、致冷劑、干燥劑和鹽浴。例如：干燥劑：CaCl2、P2O5

防凍劑：乙二醇，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的乙二醇水溶液的凝固點(diǎn)為-49℃。

致冷劑：冰+NaCl、冰+CaCl2Tfp(℃)：-22-55滲透作用的應(yīng)用等滲溶液，滲透與反滲透。滲透壓平衡與生命過(guò)程的密切關(guān)系：①

給患者輸液的濃度；（5%的葡萄糖；0.9%的氯化鈉生理鹽水)②植物的生長(zhǎng)；③人的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)。3.1.2電解質(zhì)溶液的通性電解質(zhì)溶液也具有：溶液的蒸汽壓下降,沸點(diǎn)上升,凝固點(diǎn)下降和溶液滲透壓的通性6.6%NaCl;4.3%NaOH10117%NaOH;25.5%NaCl105拉烏爾定律不適用于電解質(zhì)溶液,電解質(zhì)在溶劑中發(fā)生離解，溶液中溶質(zhì)粒子的實(shí)際數(shù)量應(yīng)為溶質(zhì)濃度的i倍?？捎靡罃?shù)性定律進(jìn)行估算。強(qiáng)電解質(zhì)溶液

△p=ixBpA

Tfp=ikfpm

Π=iCRT

Tbp=ikbpm

i=T’fp（電解質(zhì)溶液）

/Tfp（非電解質(zhì)溶液）電解質(zhì)溶液與同濃度的非電解質(zhì)溶液的凝固點(diǎn)下降的比值。AB型i2;A2B型或AB2型i2-3.溶液通性的定性比較各種溶液的通性可定性比較，分三種情況：（1）同濃度不同種物質(zhì)其沸點(diǎn)高低或滲透壓大小的順序?yàn)?A2B型或AB2型強(qiáng)電解質(zhì)溶液AB型強(qiáng)電解質(zhì)溶液弱電解質(zhì)溶液非電解質(zhì)溶液。而蒸氣壓或