大学无机化学吉林大学武汉大学南开大学版化学基础知识内蒙古民族大学课件省公开课金奖全国赛课一等奖微课获.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/10/3,#,第,2,章,化学基础知识,1/62,2,1,气体,2,1,1,理想气体状态方程,理想气体,分子体积与气体体积相比能够忽略不计,分子之间没有相互吸引力,分子之间及与器壁之间发生碰撞不造成动能损失,理想气体是一个人为气体模型，实际并不存在。,建立这种模型是为了将问题简化，形成一个标准。,尽管理想气体是一个人为模型，但它含有十分明,确实际背景。,研究结果表明，在高温、低压条件下，许多实际气,体很靠近于理想气体。,2/62,Boyle,定律：,当,n,和,T,一定时，气体,V,与,p,成反比,V,1/,p,（,1,）,Charles,GayLussac,定律：,n,和,p,一定时,，,V,与,T,成正比,V,T,（,2,）,Avogadro,定律：,p,与,T,一定时，,V,和,n,成正比,V,n,（,3,）,综合三个经验定律表示式合并得,V,nT/p,试验测得，其百分比系数是,R,，,则,V,nRT/p,或,pV,n R T,这就是,理想气体状态方程式,3/62,pV,n R T,R,:,摩尔气体常数,1 mol,理想气体气体，,0,，,1atm,时体积为,22.4 L,R,8.3145 Pa m,3,mol,-1,K,-1,8.3145 J mol,-1,K,-1,温度,T,(temperature),T,(t +273.15)K,压力,p,(pressure)1 atm,760 mmHg,101325 Pa,101 kPa,0.1 MPa,体积,V,(volume),1 m,3,10,3,L,10,3,dm,3,10,6,cm,3,物质量,(,n,)mol,4/62,解：依据题意可知,V,1,V,2,，,n,1,n,2,此时,解得,T,2,900 K,，即当温度到达,900 K,以上时，烧瓶会炸裂。,例,2-1,一玻璃烧瓶能够耐压,3.08 105 Pa,，在温度为,300 K,和压强为,1.0,3,10,5,Pa,时，使其充满气体。问在什么温度时，烧瓶将炸裂。,5/62,例,2,2,27,和,101 kPa,下，,1.0 dm,3,某气体质量为,0.65,g,，求它相对分子质量。,解：由理想气体状态方程,pV,nRT,得,n,pV/RT,即,m/M,pV/RT,6/62,2,1,2,实际气体状态方程,理想气体是在对于实际气体进行假定基础上抽象出模型，实际气体试验数据偏离理想气体状态方程，所以，必须对理想气体状态方程进行修正，才能够适合用于实际气体。,考虑到实际气体分子之间相互作用，实际气体分子碰撞器壁时所产生压力小于理想气体所产生压力。,所以,p,p,实,+,p,内,p,：理想气体压强,p,实,：实际气体压强,p,内,：理想气体压强,p,与实际气体压强,p,实,差,7/62,p,内,和内部分子密度成正比，也和碰撞器壁外层分子密度成正比，即,设其百分比系数为,a,，则上式可写成,p,内,n,p,内,a,n,V,(),2,则,p,p,实,+,a (),2,V,n,V,(),2,实际气体分子本身体积不能忽略，实际气体体积大于理想气体，气体分子本身体积与气体物质量相关，,设每摩尔气体分子体积为,b,dm,3,/mol,，对于,n,mol,实际气体则有：,V,V,实,nb,所以，,理想气体方程能够写为：,p,实,+,a,(,n,/,V,),2,V,实,nb,nRT,范德华方程,a,、,b,称为气体范德华常数,a,和,b,值越大，实际气体偏离理想气体程度越大。,8/62,2,1,3,混合气体分压定律,混合气体：由两种或两种以上，相互之间不发生反应气体混合在一起组成体系。,组分气体：混合气体中每一个气体,混合气体物质量为,n,，,各组分气体物质量 为,n,i,则,1.,道尔顿理想气体分压定律,对于双组分体系，,T,，,V,一定时,P,A,P,B,P,A,+P,B,n,A,n,B,n,A,+n,B,p,A,n,A,RT,/,V p,B,n,B,RT,/,V p,总,p,A,+p,B,9/62,对于多组分体系,p,i,n,i,RT/V,总,在温度和体积恒定时，,混和气体总压力等于各组分气体分压力之和，,某组分气体分压力等于该气体单独占有总体积时所表现压力。,p,p,i,n,i,RT/V,nRT,/,V,n,：混合气体总物质量,p,i,/p,n,i,/n,or,p,i,n,i,p/n,x,i,p,10/62,2.,分体积定律,(1880,E.H.Amage),p,，,T,一定时,p,，,V,A,p,，,V,B,p,，,V,A,+,V,B,pV,A,n,A,RT,pV,B,n,B,RT,V,总,V,A,+,V,B,在恒温恒压下，某组分分体积等于该组分产生与混合气体相同压力时所占据体积。,n,A,+,n,B,n,B,n,A,11/62,例,2,3,某温度下，将,2,10,5,Pa,O,2,3 dm,3,和,3 10,5,Pa,N,2,1 dm,3,充入,6 dm,3,真空容器中，求,混合气体各组分分压及总压。,解：,O,2,p,1,2 10,5,Pa,V,1,3 dm,3,p,2,?,V,2,6 dm,3,O,2,分压：,p,(O,2,),p,1,V,1,/,V,2,(2 10,5,3/6)Pa,1 10,5,Pa,同理,N,2,分压：,p,(N,2,),(310,5,1/6)Pa,0.5 10,5,Pa,混合气体总压力,p,(,总,),p,(O,2,)+,p,(N,2,),(110,5,+0.510,5,)Pa,1.5 10,5,Pa,12/62,例,2,4,制取氢气时，在,22,和,100.0 kPa,下，用排水集气法搜集到气体,1.26 dm,3,，在此温度下水蒸气压为,2.7 kPa,，求所得氢气质量。,解：由此法搜集到是氢气和水蒸气混合气体,则其中水蒸气分压,p,(H,2,O),2.7 kPa,那么,p,(H,2,),100 kPa,2.7 kPa,97.3 kPa,由,p,i,V,总,n,i,RT,n,i,p,i,V,总,/(,RT,),97.3 10,3,1.26 10,3,/(8.314 295)mol,0.05 mol,故所得氢气质量为,2 g mol 1,0.05 mol,0.1 g,13/62,2,1,4,气体扩散定律,气体扩散定律：同温同压下气态物质扩散速度与其密度平方根成反比,(Graham,，,1831),。,由理想气体状态方程推得,:Mr=m/V RT/P,同温同压下，气体扩散速度与其相对分子质量平方根成反比。,M,r,RT,p,u,i,：扩散速度,i,：表示密度,同温同压下，气体密度与其相对分子质量,M,成正比，所以：,14/62,2,1,5,气体分子速率分布和能量分布,1.,气体分子速率分布,:,单位速率间隔内分子数目。,N,：代表,间隔内,分子数目,u,:,代表,间隔内,分子运动速率,N,u,对于指定状态宏观体系，它各种分布所拥有微观状态数大小不一，其中必有一个分布所包含微观状态数最多或出现几率最大，称为最可几分布。在统计热力学中，我们研究体系平衡性质，总是引用最可几分布结果。,速率大分子少；速率小分子也少；速率居中分子较多。,15/62,气体分子速率分布,u,p,：最可几速率,气体分子中含有,u,p,这种速率分子数目最多，在分子总数中占有百分比最大。,16/62,不一样温度下气体分子运动速率分布曲线,T,2,T,1,温度升高时，气体分子运动速率普遍增大，含有较高速率分子分数提升，分布曲线右移。,17/62,气体分子能量分布,2.,气体分子能量分布,气体分子能量分,布近似计算公式,式中：,E,0,是某个特定能量数值，,N,为分子总数，,N,i,为能量大于,E,0,分子数。,f,E,0,=,N,i,/,N,表示能量大于,E,0,分子数占分子总数分数。从式中能够看出,E,0,越大，,f,E,0,越小。,该公式在讨论化学反应速率时十分主要。,18/62,从速率分布函数图象能够说明气体分子速,率分布规律。在气体中，含有很大速率或很小速率,分子数为少，而含有中等速率分子数很多。,当温度升高时，分布曲线向速率大方向移动，,分子速率趋向平均化。,除了温度原因外，分子本身质量也影响分子,速度。分子质量越大，分子速率越小，分布曲线就,会向速率小方向移动。,19/62,2-1-6,气体液化 临界常数,气体变成液体过程叫做液化或凝聚。,液化条件是降温或同时加压。,降温能够减小液体饱和蒸气压；加压能够减小气体分子间距离，有利于增大分子间作用力。,单纯采取降温方法能够使气体液化；假如单纯采取加压方法，气体则不能液化。,加压下使气体液化所需一定温度称为临界温度，用,T,C,表示。,在临界温度时，使气体液化所需最低压强，称为临界压强，用,P,C,表示。,20/62,而在临界温度和临界压强下，,1mol,气态物质所占,有体积，称为临界体积，用,V,C,表示。,Tc,Pc,Vc,同称为临界常数。,熔、沸点很低物质如,H,2,、,N,2,、,O,2,等这些非极性,分子，因为分子间作用力很小，其临界温度都很低，,难以液化。,强极性气体分子，如,H,2,O,、,NH,3,等，因含有较大,分子间作用力而比较轻易液化。,气态物质处于临界温度、临界压强和临界体积,状态下，称为临界状态。,临界状态是不稳定状态。这种状态下，气体和,液体之间性质差异将消失，二者之间界面将消失。,21/62,特点：较方便，试验室最惯用；但因为体积受温度,影响，使用时要指明温度。,2.,质量摩尔浓度,:,溶质,B,物质量除以溶剂,A,质,量，用符号,m,表示，,SI,单位是,mol/kg,。,特点：与温度无关，可用于沸点及凝固点计算。,c,B,n,B,V,SI,单位：,mol m,3,2,2,液体和溶液,2,2,1,溶液浓度表示方法,物质量浓度,:,溶质,B,物质量除以混合物体,积，即,1 m,3,溶液中所含溶质物质量，用,c,B,表示。,m,B,n,B,m,A,22/62,3.,质量分数,溶质,B,质量与混合物质量之比。,4.,摩尔分数,溶质和溶剂都用,mol,表示，溶质物质量占全,部溶液物质量分数，用,x,B,表示。,w,B,m,B,m,总,w,B,：,SI,单位为,1,n,B,x,B,n,总,对于多组分体系：,23/62,5.,质量摩尔浓度与摩尔分数之间关系,稀溶液中,x,溶剂,x,溶质,则,x,B,n,溶质,n,溶质,n,溶质,+,n,溶剂,n,溶剂,对于水溶液，当,n,溶剂,1000 g/(18 g/mol),55.6 mol,时，,n,溶质,m,溶质,（,质量摩尔浓度中溶质物质量）,即,x,溶质,n,溶质,/,n,溶剂,m,溶质,/55.6,令,k,1/55.6,，则,x,溶质,k,m,稀溶液中，溶质摩尔分数与其质量摩尔浓度成正比。,24/62,2,2,2,饱和蒸汽压,2-1,液体蒸发,（,1,）蒸发过程,当液体分子运动到靠近液体表面而且含有适当,运动方向和足够大动能时，它能够摆脱邻近分子,引力，逃逸到液面上方空间变为蒸气分子过程。,（,2,）饱和蒸气压,当液体蒸发速度与凝聚速度相等时，系统到达一,种动态平衡，液面上方单位空间里蒸气分子数目不,再增多，我们称这时蒸气为饱和蒸气。饱和蒸气所,产生压强叫做饱和蒸气压，简称蒸气压。,25/62,液体饱和蒸气压是液体主要性质，它仅与液体,本质和温度相关，与液体量以及液面上方空间,体积无关。,液体饱和蒸气压属于液相和气相之间相平衡：,液体 气体,到达平衡后，假如液体上方空间变大而蒸气压小,于,P,，则平衡右移，液体汽化，直到蒸气压等于,P,时，,重新实现平衡，假如液体上方空间变小而蒸气压大于,P,，则平衡左移。所以,液体饱和蒸气压与液面上方,空间体积无关。,蒸发,凝聚,26/62,在相同温度下，若液体分子之间引力强，液体分,子难以逃逸出液面，蒸气压就低；反之，蒸气压就,高。,溶液蒸气压低于纯溶剂,拉乌尔定律,(F.M.Raoult),在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液蒸气压等于纯溶剂蒸气压与溶剂摩尔分数乘积,p,p,A,0,X,A,27/62,2,2,2,饱和蒸汽压,1.,纯溶剂饱和蒸汽压,H,2,O(l)H,2,O(g),在一定温度下，液体与蒸气到达平衡时，水蒸气压力最大，称饱和蒸气压，用,p,表示,.,蒸发,凝聚,p,T,乙醚,乙醇,水,A.,同一液体，温度越高，蒸气压,越大。,B.,与物质本性相关：同一温度,下，易挥发液体蒸气压大。,C.,液体蒸气压与气相体积及,液相量无关。,28/62,此式为克劳修斯,-,克拉贝龙,（,Clansius-Clapeyron,）,方程,若已知某液体在某两个温度下蒸气压，则可利用此方程计算出此两个温度范围内蒸发烧,；,若已知某液体蒸发烧和某一温度下蒸气压，则可计算出另一个温度下蒸气压；,在已知外界大气压强前提下，也能够计算出液体沸点。,P,2,P,1,T,2,T,1,T,2,T,1,（）,2.30R,DH,vap,lg,=,29/62,2,2,3,非电解质稀溶液依数性,溶液性质与哪些原因相关？,导电性、酸碱性、氧化还原性,与物质本性相关。,蒸气压下降、凝固点、沸点、渗透压,只与溶质数,量相关，而与溶液本性无关，称为溶液依数性。,A A,-,水线,B B,溶液线,AB,冰线,水、溶液和冰,蒸气压温度图,A,A,，,B,B,，,30/62,3.1,溶液蒸汽压下降,（,lowering of the vapor pressure of the solvent,）,在液体中加入任何一个难挥发物质时，液体蒸汽压便下降，在同一温度下，纯溶剂蒸汽压与溶液蒸汽压之差，称为溶液蒸汽压下降（,p,）,同一温度下，因为溶质加入，使溶液中单位体积溶剂蒸发分子数目降低，逸出液面溶剂分子数目对应减小,所以在较低蒸汽压下建立平衡，即溶液蒸汽压比溶剂蒸汽压低。,31/62,在一定温度下，难挥发非电解质稀溶液蒸气压下降值,p,与溶质摩尔分数成正比,(F.M.Raoult,定律另一个表述,),。,适用范围,:,难挥发，,非电解质，稀溶液。,1,蒸气压下降,p,p,A,0,X,B,p,p,A,o,X,A,式中,P,：溶液蒸气压,P,0,A,：纯溶剂蒸气压,X,A,：溶剂摩尔分数,32/62,在稀溶液中,:,若以水为溶剂,:,则,1000g,水中,n,A,n,B,m,为溶质,B,质量摩尔浓度,蒸气压下降，正比于稀溶液中溶质质量摩尔浓度,m,33/62,水、溶液和冰,蒸气压温度图,A A,-,水线,B B,溶液线,AB ,冰线,A,A,，,B,B,，,从图中能够看出：溶液蒸气压下降，必定会引发溶液沸点升高、凝固点降低。,34/62,2,沸点升高,当液体蒸气压力等于外界压力时，液体沸腾，此时温度称为该液体沸点。而低于此温度下汽化，仅限于在液体表面上进行，称为蒸发。,因为同一,液体沸点受外界压强影响，,当外压为,101.3 k Pa,时，将液体沸点定为正常沸点。,(1),液体沸点,35/62,(2),影响沸点高低原因,与物质本性相关，在一定外压下，易挥发液体沸点低；,对于同一物质，沸点与外压相关，外压越大，沸点越高；,外压一定时，纯净物含有固定沸点。,36/62,(3),溶液沸点升高,难挥发性非电解质稀溶液沸点升高值与溶液中溶质质量摩尔浓度成正比。,K,b,:,溶剂沸点升高常数，只与溶剂种类相关，,与溶质无关,，对于不一样溶剂有着不一样,K,b,值，单位是,K,kg mol,-1,。,T,b,k,b,m,37/62,3,溶液凝固点,(Freezing point),一定外压下，物质固相与其液相达成平衡时温度。,(1),液体凝固点,H,2,O(l)H,2,O(g),蒸发,凝聚,正常凝固点,:101 kPa,下纯液体和其固相平衡时温度。,38/62,难挥发性非电解质稀溶液,凝固点（,冰点）降低数值，与其蒸气压降低数值成正比。,(2),溶液凝固点下降：,k,f,:,摩尔凝固点降低常数，也是与溶剂相关，与溶质无关常数，单位,K kg mol,-1,。,T,f,k,f,m,k,f,n,B,/m,A,k,f,m,B,/(M,B,m,A,),利用此式能够测定溶质摩尔质量。,T,f,k,f,m,39/62,3,渗透压,渗透现象和渗透压,40/62,1885,年,，,vant Hoff,把这些试验数据经过归纳、,比较，发觉稀溶液渗透压定律与理想气体定律相,似，可表述为,n RT,V,=,p,n,RT,V,mRT,cRT,=,p,式中,:,是,kP,a,，,T,用,K,，,V,是摩尔体积，,n/V,是物质量（摩尔）浓度，,R,用,8.31 kdm,-3,mol,-1,K,-1,41/62,小,大,稀溶液 浓溶液,理 解,渗透方向,等渗溶液,渗透能力相同溶液,反渗透作用,溶剂 溶液,42/62,依数性使用范围,:,难挥发非电解质稀溶液,对于难挥发非电解质浓溶液或电解质溶液，这些,现象一样存在，但不再符合依数性定量规律。,稀溶液依数性应用,测定分子摩尔质量,b.,制做防冻剂和制冷剂,配制等渗输液,d.“,反渗透技术,”,应用,43/62,例,2-5,在,26.6 g CHCl,3,中溶解,0.402 g,难挥发性非电解质溶质，所得溶液沸点升高了,0.432 K,，三氯甲烷沸点升高常数,K,b,=3.63 Kkg mol,-1,，求该溶质平均分子质量,M,r,。,解：由,T,b,k,b,m,解得,44/62,因为,所以,45/62,例,2,6,为预防汽车水箱在寒冬季节冻裂，需使水冰点下降到,253 K,，则在每,1000 g,水中应加入甘油多少克？,解：,T,f,(273-253)K,20 K,m,T,f,/,k,f,20 K/1.8 K,kg,mol,-1,10.75 mol,kg,-1,依据题意，,1000 g,水中应加,10.75 mol,甘油，甘油摩尔质量为,92 g/mol,。,所以加入甘油质量为,92 g/mol,10.75 mol,989 g,46/62,2-3,固 体,3-1,晶体与非晶体,（,1,）宏观特征,通常人们说“固体”可分为晶态和非晶态,两大类。晶态物质即晶体，是真正意义上固,体。,在宏观上晶体有别于橡胶、玻璃、琥珀、,树脂、沥青等非晶态物质（有时也称为无定形,物质）。,47/62,3-1,晶体与非晶体,（,2,）晶体本质特征是它“自范性”即：晶体能,够自发地展现一定规则且表现出多面体,外形。而非晶态物质则没有“自范性”。,晶体与非晶体不一样点是：,（,a,）,晶体有固定外形，非晶体没有。,（,b,）晶体有固定熔点，非晶体没有。,（,c,）晶体有各向异性，非晶体则是各向同性。,48/62,3-2,晶体外形 七大晶系,49/62,3-3,晶体内部结构,晶体外形是晶体内部结构反应，是组成晶体质点（离子、原子或分子）在空间有一定规律点上排列结果。,这些有规律点称为空间点阵，空间点阵中每一个点都叫做结点。,物质质点排列在结点上则组成晶体。,晶格是实际晶体所属点阵结构代表，实际晶体虽有千万种，但就其点阵形式而言，只有十四种，即下面十四种晶格。,50/62,3-3,晶体内部结构,（,1,）,十四种晶格,三斜,P,单斜,P,单斜,C,正交,P,正交,C,正交,I,正交,F,51/62,四方,P,四方,I,三方,R,六方,H,立方,P,立方,I,立方,F,52/62,十四种晶格,立方晶格有三种形式,（,1,）符号,P,表示不带心简单晶格,（,2,）符号,I,表示体心,（,3,）符号,F,表示面心,符号,C,表示底心,三方、六方和三斜都不带心，它们都只有 一个形式。,符号,R,和,H,分别表示三方和六方点阵,53/62,（,2,）晶胞,晶胞是晶体代表，是晶体中最小单位。晶胞并置起来，则得到晶体。,晶胞代表性表达在以下两个方面：一是代表晶体化学组成；二是代表晶体对称性，即与晶体含有相同对称元素,对称轴，对称面和对称中心,),。,晶胞是含有上述代表性体积最小、直角最多平行六面体。,54/62,NaCl,晶胞,CsCl,晶胞,ZnS,晶胞,55/62,（,2,）晶胞,晶胞中质点数目确实定（以立方晶胞为例）,位于体心质点数目为,n,1=n,位于面心上质点数目为,6,1/2=3,位于顶点上质点数目为,8,1/8=1,位于棱边上质点数目为,12,1/4=3,56/62,晶胞中质点数目确实定（以立方晶胞为例）,比如：在,CsCl,晶胞中位于体心质点是,1,个,Cs,+,，位于顶点质点是,8,个,Cl,-,，所以,Cs,+,：,Cl,-,=1,：,1,在,NaCl,晶胞中体心质点是,1,个,Na,+,，位于,十二条棱边上还有,12,个,Na,+,，,晶胞中,Na,+,数目为,1+,12,1/4=4,晶胞中,Cl,-,数目为,8,1/8+,6,1/2=4,。,Na,+,：,Cl,-,=4,：,4=1,：,1,。,所以,NaCl,晶胞成份就代表了,NaCl,晶体。,57/62,点阵，英文名称：（,lattice,）,为集中反应晶体结构周期性而引入一个概念。,按连结其中任意两点向量平移后能够复原一组,点。这一定义包含三层意思；,点阵在空间分布上是无限伸展，即点阵中所含有点数是无限；,连接点阵中任意两点可得一向量，将此向量按任意方向平移，若向量一端落在任一点时，它另一端必定落在点阵中另一点上；,每个点阵点都含有相同周围环境。,58/62,晶体结构最基本特点是,原子、离子,或,分子,在,空间排布上含有周期性。为了更加好地描述这种周期,性规律，将晶体中按一定周期重复出现最基本,部分,(,见“结构基元”,),抽象为一个几何点，不考虑周,期中所包含详细内容，集中反应周期重复方式，,如此抽象出来一组点，在三维空间中也必定展现,周期性重复，从而组成一个点阵。所以，晶体结构,是一个点阵结构。,需要尤其指出，晶体结构是详细，而点阵是,抽象。,59/62,素晶胞，符号,P,，是晶体微观空间中最小单,位，不可能再小。,素晶胞中原子集合相当于晶体,微观空间中原子作周期性平移最小集合，叫做,结构基元。复晶胞是素晶胞多倍体，分为：,体心晶胞（,2,倍体），符号,I,；,面心晶胞（,4,倍体），符号,F,；,底心晶胞（,2,倍体）三种。,60/62,2,3,固体,晶体类型,离子晶体,原子晶体,分子晶体,金属晶体,代表物质,NaCl,金刚石，,SiO,2,I,2,干冰，大多数有机物,金属，合金,粒子间作用力,离子键,共价键,分子间力，氢键,金属键,熔沸点,较高,很高,较低,较高,挥发性,低,无,高,低,硬度,较大而脆,大而脆,较小,多数较大,导电、导热性,热不良导体，熔融和溶于水可导电,非导电,(,热,),体,非导电(热)体，不绝对，有些有机物能够导电(合成金属),良导电,(,热,),体,溶解性,极性溶剂,不溶于普通溶剂,符合相同相容原理,不溶于普通溶剂,机械加工性,不良,不良,不良,良好延展性和机械加工性能,应用,电解质，耐火材料,半导体，硬质材料,溶剂，绝缘材料,机械制造,61/62,第二章 化学基础知识,P,2627,总结与思索题：,4,、,5,、,6,作业：,2,、,3,、,6,、,8,、,12,、,14,、,15,、,16,、,17,。,62/62,