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2第二章 化学基础知识
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--------------------------Page1------------------------------基本内容和重点要求无机化学§2-1气体第二章：化学基础知识§2-2液体和溶液Chapter2Basicknowledgeof§2-2固体chemistry了解气体及气体分子的运动，掌握气体分压定律、气体扩散定律；理解液体蒸发、液体的沸点；掌握难挥发非电介质稀溶液的依数性规则；了解晶体的种类。2.1.1理想气体的状态方程§2-1气体气体的最基本特征：具有可压缩性和扩散性。理想气体概念：2.1.1理想气体的状态方程?分子体积与气体体积相比可以忽略不计2.1.2实际气体状态方程?分子之间没有相互吸引力2.1.3混合气体的分压定律?分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失2.1.4气体扩散定律气体模型，高温低压下的实际气体接近于理想气体2.1.5气体分子的速率分步和能量分步?分子自身体积与气体体积相比可以忽略?分子间的作用力微不足道（1）理想气体的状态方程式2.经验定律波义尔定律：当n和T一定时，气体的V与p成反比1.在描述气体状态时，常用以下物理量：V?1/p(1)气体物质的量（n）——单位（mol）查理-盖吕萨克定律：n和p一定时，V与T成正比气体的体积（V）——指气体所在容器的体积，m3V?T(2)阿佛加德罗定律：p与T一定时，V和n成正比气体的压强（p）——气体分子无规则运动时，对器壁发V?n(3)生碰而产生了气体的压强，Pa以上三个经验定律的表达式合并得V?nT/p(4)气体的温度（T）——热力学温度，K1--------------------------Page2------------------------------3.应用实验测得比例系数为R，则V=nRT／P?计算p，V，T，n四个物理量之一。通常写成pV=nRT理想气体状态方程pV=nRT,用于温度不太低，压力不太高的真实气体。R----摩尔气体常数在STP下，p=101.325kPa,T=273.15K，n=1.0mol时,?计算气体的摩尔质量。mV=22.414L=22.414×10-3m3nmpVnRTM?33RpV101325Pa?22.414?10mmmRTnT1.0mol?273.15KpVRTMMpV3?1?1?1?18.314Pa??m?mol?K8.314J??mol?KM=Mrg?mol-1?计算气体的密度。2.1.2实际气体状态方程(1873,VanderWalls)mRTM?=m/V理想气体状态方程pV式仅在足够低的压力下?RTpM适合于真实气体。M?RTp产生偏差的主要原?M因是：11(T,P)①气体分子本身的体积?M22的影响；例2-2P11②分子间力的影响。单位：标准单位m：kg；M：kg/mol实际气体的压强实际气体的体积考虑到实际气体分子之间的相互作用，实际气体分子碰撞器壁V＝V-nb等于气体分子运动的自由空间时所产生的压力小于理想气体所产生的压力idealb是1mol气体分子自身的体积。pp实?p内p：理想气体的压强p：实际气体的压强实p内：理想气体与实际气体的压强之差因此理想气体状态方程修正为22n???an?p内???设比例系数为a则：?P?2?(V?nb)nRT范德华方程式(1873)V???V?器22壁n???n?a，b统称为vanderwaals常数。p内a??pp实?a??V???V?a是与分子引力有关的常数2--------------------------Page3------------------------------2.1.3气体分压定律(1801年Dalton)nRTnRT12混合气体：由两种或两种以上的、相互之间不发生反应的p1,p2,???VV气体混合在一起组成的体系。nRTnRTRT12??p???n?n??组分气体：气体混合物中每一种气体叫做组分气体。VV12V分压：组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体nRTn=n+n+????p积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。12VnRT分压的求解：BpB（表达式之一）VnBRTnRT内容：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。pBVpVpBnBnBp=p1+p2+???xBppxpBBpnn或p=?pB（表达式之二）xB?B的摩尔分数例:可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气。反应如下：分压定律的应用NHNO(s)??2HO(g)+N(g)4222如果在19℃、97.8kPa下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为4.16L，计算消耗掉的亚硝酸铵的质量。(该温度下水的饱和蒸汽压为p(H2O)=2.20kpa)解：pNp?pHO97.8??2.295.6kPa22pNV95.6?103?4.16?10
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Chapt03多组分体系热力学.ppt 60页
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第三章溶液—多组分体系热力学在溶液中的应用§3.0引言溶液组成表示法溶液组成表示法体积摩尔浓度质量摩尔浓度§3.1物质的偏摩尔量物质的偏摩尔量偏摩尔量偏摩尔量偏摩尔量集合公式偏摩尔量的测量（1）偏摩尔量的测量（2）偏摩尔量微商相关性§3.2化学势化学势普适热力学关系和化学势普适热力学关系和化学势2.化学势在相平衡中的应用化学势在相平衡中的应用3.化学势在化学平衡中的应用化学势与温度、压力的关系化学势与温度、压力的关系§3.3气体物质的化学势气体混合物中各组分化学势非理想气体化学势－－逸度逸度f和逸度系数?逸度f和逸度系数?逸度系数求法２逸度系数求法２路易斯－兰道尔（Lewis-Randoll）规则§3.4理想液态混合物理想液态混合物中各组分化学势理想液态混合物中各组分化学势理想液态混合物的通性1理想液态混合物的通性1理想液态混合物的性质22.理想稀溶液中的化学势§3.6稀溶液的依数性（Colligativeproperties）凝固点降低沸点升高渗透压*§3.10吉布斯－杜亥姆公式和杜亥姆－马居耳公式杜亥姆－马居耳公式1杜亥姆－马居耳公式2杜亥姆－马居耳公式3§3.11非理想溶液的化学势活度与活度因子§3.11活度与活度因子化学势的标准态活度的测定（略）§3.12渗透因子和超额函数超额函数超额函数2正规溶液和无热溶液§3.13分配定律－－溶质在互不相容液相中的分配*§3.14理想溶液和稀溶液的微观说明3)近似法压力较小时，认为?为一个不大的常数。指数展开，略去高次项实测压力：pid和f的集合平均值。混合理想气体中任意组分的化学势与分压之间关系：根据半透膜原理，平衡时非理想混合物气体中任意组分B化学势可求。若fB是混合物中任意组分B的逸度。混合非理想气体的逸度系数的求算方法，有路易斯－兰道尔（Lewis-Randoll）近似规则：小于100p?时，非理想混合气体中任意组分B有xB为B组分在混合气体中的物质的量分数，fB?为同温时纯组分在气压力等于混合气体总压时的逸度。物质B的化学势为理想液态混合物：任意组分在所有浓度范围内都符合拉乌尔定律的溶液。或分子运动论解释没有热效应和体积效应常见理想液态混合物：光学异构体；同位素混合物；立体异构体；相邻同系物等：各组分之间作用力相近，不同组分分子间互相取代时，没有能量变　化和空间变化。：一般溶液大都不具有理想液态混合物的性质。：理想液态混合物的规则简单，在某些浓度区间的某些性质象理想液态混合物。：理论意义和实际意义。1.拉乌尔定律拉乌尔定律（关于溶剂的定律）在溶剂中加入非挥发性溶质后，溶剂的蒸汽压降低“定温下（稀溶液中）溶剂的蒸汽压等于纯溶剂（A）的蒸汽压乘以溶液中溶剂的摩尔分数。”溶剂的蒸汽压降低值与纯溶剂（A）的蒸汽压之比等于溶质的摩尔分数。分子运动论解释：溶液中分子间相互作用：溶剂－溶剂；溶剂－溶质；溶质－溶质溶剂的物质的量，以气态时的摩尔质量为准。拉乌尔定律是溶液的最基本的经验定律之一，溶液其他性质都可以用溶剂蒸汽压降低来解释。T(a)B纯液体**BBgBpmm温度T时，纯液体B与气相平衡：同温下，混合物中有A、B时，服从拉乌尔定律，溶液中标准态化学势此公式适于任一组分通常条件下，p与p?相差不大，且液体体积受压力影响很小，有1)混合体积理想液态混合物中组分B的偏摩尔体积等于摩尔体积，混合后体积不变。由纯组分变成混合溶液时，溶液体积等于各纯组分体积之和；2)混合焓由纯组分变成混合溶液时，溶液体积等于各纯组分体积之和；故有混合过程中物质的摩尔焓没有变化。3)理想的混合熵若混合物中组分A的物质的量为nA，C的为nC，则4)混合吉布斯自由能等温下，5)理想液态混合物的拉乌尔定律和亨利定律相同（）T,p，理想液态混合物的气相和液相平衡假设溶液为理想液态混合物和气相为理想气体，则…亨利定律xB＝1时，…拉乌尔定律1.亨利定律（WiliamHenry’sLaw）关于溶质的定律“在一定的温度和平衡状态下，气体在液体中的溶解度（物质的量分数x）与该气体的平衡分压p成正比。”Kx为常数，数值决定于温度、压力及溶剂和溶质的性质。稀溶液中溶剂摩尔质量溶剂质量mB：kg溶剂中含溶质的摩尔数或亨利系数：kx、km、kc：p为该气体在液面上的分压力。对于混合气体总压不大时，亨　利定律适于每种气体。：溶质在气相和溶液中的分子状态应该相同＝&考虑缔合的情况。：大部分气体溶解度随温度而降低，升温或降低气体分压都利于　溶液更服从于亨利定律。§3.5稀溶液中的两个经验定律及稀溶液的化学势理想稀溶液：溶剂遵守拉乌尔定律，溶质遵守亨利定律的溶液。设溶剂A化学势为：…溶质B的化学势溶质的标准态：为T,p的函数，一定温度和压力下有定值。但不是纯B的化学势。可看作xB＝1时且服从于亨利定律的那个状态的化学势。溶剂的标准态
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第4章 多组分体系热力学.ppt 165页
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第4章 多组分体系热力学
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*pB=pB*xB=8.33×104×0.59Pa=4.915×104Pap=pA+pB=6.842×104PayA=pA/p=1.927×104/(6.842×104)=0.282yB=0.718答案：B。稀溶液蒸汽压下降。7．在相同温度和压力下，相同质量摩尔浓度的葡萄糖和食盐水溶液的渗透压是否相同?为什么?解：不相同。因为在水溶液中，Nacl会电离为Na+和C1-，而葡萄糖不能电离，故相同摩尔浓度的食盐溶液中所含溶质的粒子数较多，它的渗透压也较大。选择题1.在373.15K和101325Pa下水的化学势与水蒸气化学势的关系为(A)μ(水)＝μ(汽)(B)μ(水)＜μ(汽)(C)μ(水)＞μ(汽)(D)无法确定答案：A。两相平衡，化学势相等。答案：A。稀溶液的依数性包括沸点升高、凝固点下降、蒸气压下降和渗透压。2．将非挥发性溶质溶于溶剂中形成稀溶液时，将引起(A)沸点升高(B)熔点升高(C)蒸气压升高(D)都不对(A)溶剂本性(B)温度和压力3.影响沸点升高常数和凝固点降低常数值的主要因素是（C）溶质本性(D)温度和溶剂本性答案：A。由沸点升高常数可以看出。4.在等质量的水、苯、氯仿和四氯化碳中分别溶入100g非挥发性物质Ｂ，已知它们的沸点升高常数依次是0.52,2.6,3.85,5.02，溶液沸点升高最多的是(A)氯仿(B)苯(C)水(D)四氯化碳答案：D。由沸点升高公式可以看出。(A)等温等压(B)等熵等压5.定义偏摩尔量时规定的条件是(C)等温,溶液浓度不变(D)等温等压,溶液浓度不变答案：D6.在298K、下，两瓶含萘的苯溶液，第一瓶为2dm3(溶有0.5mol萘)，第二瓶为1dm3(溶有0.25mol萘)，若以μ1和μ2分别表示两瓶中萘的化学势，则(A)μ1=10μ2(B)μ1=2μ2(C)μ1=1/2μ2(D)μ1=μ2答案：D化学势仅与浓度有关,而与物质量的多少无关。7.今有298K，的N2[状态I]和323K，的N2[状态II]各一瓶，问哪瓶N2的化学势大？(A)μ(I)&μ(II)(B)μ(I)&μ(II)(C)μ(I)=μ(II)(D)不可比较答案:A。因为，，S＞0故温度升高Gibbs函数下降。9.两只各装有1kg水的烧杯，一只溶有0.01mol蔗糖，另一只溶有0.01molNaCl，按同样速度降温冷却，则：(A)溶有蔗糖的杯子先结冰(B)两杯同时结冰(C)溶有NaCl的杯子先结冰(D)视外压而定答案：A。因为NaCl完全解离，相当于溶质的浓度增大，故凝固点降低更多。10冬季建筑工地施工中，为保证施工质量，常在浇筑混凝土时加入盐类，作用是什么？为达到目的，下列最好的为哪个？(A)NaCl(B)CaCl2(C)NH4Cl(D)KClCaCl2可降到218K*混合物组成变化时，两组分偏摩尔体积也在改变，组成越接近某一纯组分时，该组分的偏摩尔体积越接近该纯组分的摩尔体积，并且两组分的偏摩尔体积的变化是有联系的。我们接下来介绍他们之间的联系**原因：溶液中溶剂的化学势小于纯的溶剂化学势导致*根据溶剂化学势计算公式可推导出。。。。**这个额外施加的压力就定义为渗透压?。范特霍夫渗透压公式cB:溶液中溶质的摩尔浓度适用于稀溶液*1.用渗透压测得胰凝乳朊酶原的平均摩尔质量为25.00kg?mol-1。今在298.2K时有含该溶质B的溶液，测得其渗透压为1539Pa。试问每0.1dm3溶液中含该溶质多少？开心一练解：测得30℃时某蔗糖水溶液的渗透压为252kPa，求:(1)蔗糖的bB;(2)溶液?Tf=?(Kf=1.86K·mol-1·kg);(3)在大气压力下，?Tb=?(Kb0.52K·mol-1·kg)解：H2O溶剂A;C12H22O11溶质B(1)cB=?/(RT)=252.0?103Pa/(8.3145J·mol-1·K-1?303.15K)=100.0mol·m-3bB=nB/mA=(nB/V)/(mA/V)≈cB/?A=0.100mol·kg-1(2)?Tf=KfbB=1.86K·mol-1·kg?0.100mol·kg-1=0.186K(3)?Tb=KbbB=0.52K·mol-1·kg?0.100mol·kg-1=0.052K稀溶液的依数性应用例如钢铁工件进行氧化热处理就是应用沸点升高原理。用每升含550～650gNaOH和100～150gNaNO2的处理液，其沸点高达410～420K。利用凝固点下降原理，将食盐和冰（或雪）混合，可以使温度降低到251K。氯化钙与冰（或雪）混合，可以使温度降低到218K。利用这一原理，可以自制冷冻剂。冬天在室外施工，建筑工人在砂浆中加入食盐或氯化钙；汽车驾驶员在散热水箱中加入乙二醇等等，也是利用这一原理，防止砂浆和散热水箱结冰。溶液凝固点下降在冶金工业中
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