基礎(chǔ)化學(xué)-第五章-物質(zhì)的聚集狀態(tài)cz2011.ppt

1、基礎(chǔ)化學(xué) Fundamental Chemistry （5）,5.1 物質(zhì)的聚集狀態(tài)概述,5.4 溶液,5.3 氣體,第五章 物質(zhì)的聚集狀態(tài),5.2 固體,物質(zhì)的常見聚集狀態(tài):,5.1 物質(zhì)的聚集狀態(tài)概述,固態(tài)、 液態(tài)、 氣態(tài),水的相圖,相圖是用來表示相平衡系統(tǒng)（氣、固、液）的組成與一些參數(shù)（如溫度T、壓力P）之間關(guān)系的一種圖。 相圖表達(dá)的是平衡態(tài)，嚴(yán)格說是相平衡圖。,面單相 線兩相共存 點(diǎn)三相共存,相，兩相共存線，特殊點(diǎn),（氣液固三相點(diǎn)/臨界點(diǎn)）,物質(zhì)的幾種特殊聚集狀態(tài):,超臨界流體: 將溫度、壓力均處于臨界點(diǎn)之上對應(yīng)的物質(zhì)狀態(tài)稱為。具有液體和氣體的優(yōu)點(diǎn)，密度大，粘度小，有溶解性強(qiáng)，擴(kuò)散性好

2、，易于控制等優(yōu)點(diǎn)。,可利用升溫、降壓手段（或兩者兼用）將超臨界體中所溶解的物質(zhì)分離出來，達(dá)到分離提純的目的。,應(yīng)用：超臨界流體萃取，超臨界流體色譜,超臨界CO2,等離子體: 在熱、輻射、放電等作用下，氣態(tài)原子獲得很高能量，被解離成陽離子和電子，稱為。整個(gè)體系正、負(fù)電荷數(shù)相等，可發(fā)生化學(xué)變化，或者產(chǎn)生高溫。,等離子體是宇宙中存在最廣泛的一種物態(tài)，目前觀測到的宇宙物質(zhì)中，99%都是等離子體。,太陽,雷電,極光,離子液體: 室溫下，完全由離子組成的液體，稱為。一般由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子組成，具有很強(qiáng)的溶解能力，且不會產(chǎn)生污染物蒸氣。,等離子體具有很高的電導(dǎo)率，與電磁場存在極強(qiáng)的耦合作用。,等離子體

3、燈、 電視,5.2 固體：,晶體：物質(zhì)的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（分子、原子或離子）在空間有規(guī)律地重復(fù)排列所組成的固態(tài)物質(zhì)。,非晶體 固體 單晶：單一的晶體多面體 晶體 多晶：許多單晶的合體，看不到規(guī)則外形的晶態(tài)質(zhì),按照內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的種類和質(zhì)點(diǎn)間作用力的實(shí)質(zhì)（化學(xué)鍵的鍵型）不同，晶體可分為四種基本類型。 1. 離子晶體:晶格上的結(jié)點(diǎn)是正、負(fù)離子。 2. 原子晶體:晶格上的結(jié)點(diǎn)是原子。 3. 分子晶體:晶格上的結(jié)點(diǎn)是極性分子或非極性分子。 4. 金屬晶體:晶格上的結(jié)點(diǎn)是金屬的原子或正離子。,晶體類型 例 占據(jù)結(jié)點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn) 質(zhì)點(diǎn)間作用力 金屬晶體 Na, Fe 金屬原子、 陽離子 金屬鍵 （不含自由電子） 離子晶體 N

4、aCl, CaF2 陰離子、陽離子 離子鍵 原子晶體 金剛石, Si, SiC 原子共價(jià)鍵 分子晶體N2, H2O, CO2 極性分子 范德華力 非極性分子,晶體類型：,5.3 氣體,5.3.1 理想氣體狀態(tài)方程,5.3.2 道爾頓(dalton)分壓定律,自然界中并不存在真正的理想氣體，它是實(shí)際氣體在p0 的一種極限情況。,氣體分子本身體積為零、分子之間沒有相互作用、分子間及與器壁間的碰撞不會造成動能損失的假想情況。,理想氣體的特點(diǎn),實(shí)際氣體，在壓力不太高、溫度不太低的情況下，較好的服從理想氣體狀態(tài)方程。,p: 氣體的壓力 (Pa) V: 氣體的體積 (m3) n: 氣體的物質(zhì)的量(mol)

5、 T: 氣體的熱力學(xué)溫度(K) R: 通用氣體常數(shù) (8.314 Jmol-1K-1),狀態(tài)方程中各物理量必須采用國際單位制,5.3.1 理想氣體狀態(tài)方程,M：氣體的摩爾質(zhì)量(kg/mol) ：氣體的密度 (kg/m3) m: 氣體的質(zhì)量(kg),理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用,計(jì)算p，V，T, n中的任意物理量 確定氣體的密度和摩爾質(zhì)量 由摩爾質(zhì)量計(jì)算氣體或易揮發(fā)液體蒸汽的密度； 也可由氣體密度計(jì)算摩爾質(zhì)量。 應(yīng)注意的問題： 狀態(tài)方程中各物理量必須采用國際單位制。 當(dāng)物質(zhì)處于相平衡時(shí)其氣態(tài)物質(zhì)不適用于理想氣體狀態(tài)方程 。,例：在溫度為400 K，壓力為203 kPa的條件下，體積為20.0 dm3的

6、二氧化碳?xì)怏w的物質(zhì)的量及質(zhì)量各是多少？,解： 根據(jù),得,例：為了行車的安全，可在汽車中裝備上空氣袋，防止碰撞時(shí)司機(jī)受到傷害。這種空氣袋是用氮?dú)獬涿浧饋淼?，所用的氮?dú)馐怯莎B氮化鈉與三氧化二鐵在火花的引發(fā)下反應(yīng)生成的?？偡磻?yīng)是：,6 NaN3 + Fe2O3(s) 3 Na2O(s) + 2 Fe(s) + 9 N2(g) 在25、748 mmHg下，要產(chǎn)生75.0 L的 N2，計(jì)算需要疊氮化鈉的質(zhì)量。,131 g,理想氣體混合物 幾種不同的氣體在同一種容器中混合時(shí)，相互間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，分子本身的體積和它們之間的相互作用力都可以略而不計(jì)，即為理想氣體混合物,總壓和分壓 總壓(pT)：相對分壓而言

7、，氣體混合物的總壓力 分壓(pB) ：組分氣體B在相同溫度下單獨(dú)占有與 氣體混合物相同體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力,氣體混合物,混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體的分壓之和： pT = pA + pB + ,V，T 不變,5.3.2 道爾頓分壓定律,只有理想氣體才嚴(yán)格遵從道爾頓分壓定律，實(shí)際氣體在低壓、高溫下才適用。,由道爾頓分壓定律：,在氣體混合物中,組分氣體的分壓大小與它在氣體混合物中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比,例：某容器中含有NH3、O2 、N2等氣體的混合物。取樣分析后，其中n(NH3) = 0.320 mol，n(O2) = 0.180 mol，n(N2) = 0.700 mol?；旌蠚怏w的總壓 p

8、 = 133.0kPa。試計(jì)算各組分氣體的分壓。,解： n = n(NH3) + n(O2) + n(N2) = 0.320 + 0.180 + 0.700 = 1.200 mol,p(N2) = p - p(NH3) - p(O2) = 133.0 - 35.5 - 20.0 = 77.5 kPa,p(總壓) = p (氣體) + p (水蒸氣),例：在17 ，99.30 kPa 下，用排水取氣法收集氮?dú)?50 ml。求在標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體經(jīng)干燥后的體積。（已知17 時(shí)水的飽和蒸汽壓為1.93 kPa),分壓定律的應(yīng)用,解：P = P(H2O) + P(N2) = 99.30 kPa P(H2O

9、) = 1.93kPa P(N2) = P - P(H2O) = 99.30 - 1.93 = 97.37 kPa 標(biāo)準(zhǔn)狀況：0，100 kPa, 即 P0 = 100 kPa, T0 = 273.15 K P(N2) = 97.37 kPa, T(N2) = 273.15 + 17 = 290.15 K V(N2) = 150 ml 根據(jù)理想氣體方程：,引申：氣體的分體積定律,組分氣體的分體積,組分氣體B單獨(dú)存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時(shí)所占有的體積,分體積定律,在溫度、壓力一定的情況下，混合氣體的總體積等于各組分氣體的分體積之和；組分氣體的分體積大小與它在氣體混合物中的摩爾分?jǐn)?shù)成正比

10、。,V = VA + VB + ,VB = xB V = (nB / n) V,5.4 溶液,由兩種或兩種以上不同物質(zhì)混合所形成的均勻、穩(wěn)定的體系稱為溶液。溶劑溶質(zhì) 三種狀態(tài)： 液態(tài)溶液、氣態(tài)溶液、固態(tài)溶液 溶液形成過程可能伴隨有能量、體積、顏色的變化，但是質(zhì)量不發(fā)生變化。,5.4.1 基本單元及溶液濃度,基本單元(basic cell) 體系中的基本組分,分子、原子、離子、電子及其它粒子，或這些粒子的 特定組合,注：若物質(zhì)A在反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的質(zhì)子數(shù)或得失電子數(shù)為ZA時(shí)，基本單元常選為,某一特定的過程或反應(yīng),例 計(jì)算158.03 g KMnO4中KMnO4及1/5KMnO4的物質(zhì)的量，已知M(KM

11、nO4) = 158.03 g/mol。 解： M(KMnO4) = 158.03 g/mol M(1/5KMnO4) = 1/5158.03 g/mol n(KMnO4) = 158.03158.03 = 1.0000 mol n(1/5KMnO4) = 158.031/5158.03 = 5.0000 mol,溶液濃度 (concentration),物質(zhì)的量濃度,質(zhì)量摩爾濃度 (molality),摩爾分?jǐn)?shù) (mole fraction),單位體積的溶液中所含溶質(zhì)基本單元 B 的物質(zhì)的量,單位：moldm-3,單位質(zhì)量的溶劑中所含溶質(zhì)基本單元B 的物質(zhì)的量,單位：molkg-1,組分B的

12、物質(zhì)的量占全部溶液的物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù),分析濃度 c 溶質(zhì)的總濃度 平衡濃度 各種存在形式的濃度 分析濃度等于各種存在形式的平衡濃度之和，即 c = HAc + Ac-,溶質(zhì)溶解時(shí)，經(jīng)常會發(fā)生解離現(xiàn)象。如將HAc溶于水時(shí)，部分HAc將發(fā)生解離生成 Ac-，即,HAc H+ + Ac-,HAc兩種存在形式 兩種濃度,5.4.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液及其配制,用以直接配制或標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì),對基準(zhǔn)物的要求,基準(zhǔn)物質(zhì)(norm substance),純度高 (99.9%以上) 組成(包括結(jié)晶水)與化學(xué)式相符 性質(zhì)穩(wěn)定: 不分解，不吸潮，不吸收CO2， 不被空氣氧化，不失結(jié)晶水等 最好有較大的摩爾質(zhì)量，以減小稱量的相對誤差,標(biāo)準(zhǔn)溶液：已知準(zhǔn)確濃度的溶液,常用的基準(zhǔn)物,標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制,間接(標(biāo)定)法,先粗配成近似所需濃度的溶液，再用基準(zhǔn)物（或者已知準(zhǔn)確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液）滴定已配溶液來確定其準(zhǔn)確濃度