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1、第1章物质存在状态第1页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18元素、同位素元素、同位素原子、分子、离子原子、分子、离子物质物质-化学研究化学研究“实物实物”，不包括物质的另一基本形态，不包括物质的另一基本形态-场场(以连续形式存在的物以连续形式存在的物质形态质形态)。组成组成-化学组成包括定性组成和定量组成。化学组成包括定性组成和定量组成。定性定性:含有哪些元素含有哪些元素;定量定量:各元素的质量百分比、原子个数比、化学式及分子式等。各元素的质量百分比、原子个数比、化学式及分子式等。结构结构-原子、分子和晶体结构以及说明物质结构的各种结构理论原子、分子和晶体结构以及说明物质结构
2、的各种结构理论。性质性质-物理性质和化学性质。物理性质诸如溶解性、物理性质和化学性质。物理性质诸如溶解性、热性质和某些谱学性质热性质和某些谱学性质等。等。变化变化-化学不仅研究化学变化，也研究与化学变化相关的物理变化。如热化化学不仅研究化学变化，也研究与化学变化相关的物理变化。如热化学、电化学和表面化学都是研究与化学过程相关的物理过程。学、电化学和表面化学都是研究与化学过程相关的物理过程。1.1化学基本术语化学基本术语-自学自学第2页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18物质的存在状态物质的存在状态通常有三态通常有三态:气态气态(g)、液态液态(l)和和固态固态(s).其它状态
3、：其它状态：等离子体等离子体(plasma)、玻色玻色-爱因斯坦凝结态爱因斯坦凝结态(Bose-Einsteincondensatestates)和和费米子凝聚态费米子凝聚态很不常见。很不常见。第3页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/181.2气体气体(Gas)*气体分子运动论气体分子运动论(GasKineticTheory)气体是由分子气体是由分子组成的，彼此成的，彼此间距离距离分子直径，分子分子直径，分子体体积与气体体与气体体积相比可忽略不相比可忽略不计；气体分子气体分子处于永恒的无于永恒的无规则运运动中；中；气体分子之气体分子之间相互作用可忽略，除相互碰撞相互作用可忽略，
4、除相互碰撞时；气体分子相互碰撞或气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是器壁的碰撞都是弹性碰撞。性碰撞。碰撞碰撞时总动能保持不能保持不变，没有能量，没有能量损失。失。分子的平均分子的平均动能与能与热力学温度成正比。力学温度成正比。基本假设基本假设(FundamentalAssumption)第4页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18假定：假定：分子不占有体积分子不占有体积分子间作用力忽略不计分子间作用力忽略不计PV=nRT压压力力体体积积温温度度气气体体常常数数摩摩尔尔数数适用于适用于：温度较高或压力较低时的稀薄气体温度较高或压力较低时的稀薄气体1.理想气体状态方程理想气体状态方程
5、-(PerfectGasEquation)第5页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18气体状态方程气体状态方程的的运用运用R的取值的取值：随压力单位的变化而不同随压力单位的变化而不同8.31kPadm3mol-1K-10.082atmdm3mol-1K-1几种变化情况几种变化情况：Boyle定律定律:PV=衡量衡量(T,n恒定恒定)Charles-Gay-Lussac定律：定律：V/T=衡量衡量(P,n恒定恒定)Avogadro定律：定律：V/n=衡量衡量(T,P恒定恒定)第6页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18具体应用具体应用:1).已知三个量，可求出第四
6、个量；已知三个量，可求出第四个量；2).测求气体的分子量测求气体的分子量M；3).已知气体的状态求其密度已知气体的状态求其密度；第7页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18例题：例题：计算摩尔质量计算摩尔质量(MoleMass)解解：求出摩尔质量，即可确定分子式。求出摩尔质量，即可确定分子式。设氟化氙摩尔质量为M，密度为(g dm-3)，质量为m(g)，R 应选用 8.31(kPa dm3 mol-1 K-1)。惰性气体惰性气体(NobelGas)氙(Xenon)能和氟(Fluorine)形成多种氟化物XeFx x。实验测定在80C，15.6 kPa 时，某气态氟化氙试样的密度
7、为0.899(gdm-3)，试确定这种氟化氙的分子式。第8页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18有关气体体积的化学计算有关气体体积的化学计算例例:为了行车的安全，可在汽车中装备上空气袋，防止碰撞时司机受到伤害。这种空气袋是用氮气充胀起来的，所用的氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁在火花的引发下反应生成的。总反应是：第9页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/186NaN3+Fe2O3(s)3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在25，748mmHg下，要产生75.0L的N2，计算需要叠氮化钠的质量。解：解：根据化学反应方程式所显示出的n(NaN3)与n(N2)的数
8、量关系，可以进一步确定在给定条件下，m(NaN3)与V(N2)的关系。第10页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/186NaN3+Fe2O3(s)3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)6mol9molMr(NaN3)=65.01,P=748mmHg=99.73kPaT=298Km(NaN3)=390.06gV(N2)=223.6Lm(NaN3)=？V(N2)=75.0Lm(NaN3)=131g第11页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18产生偏差的原因有两方面：产生偏差的原因有两方面：（1 1）气体分子体积的影响。）气体分子体积的影响。当压力升高时，气体体积
9、变小，在充有气体的容器中，自由空当压力升高时，气体体积变小，在充有气体的容器中，自由空间减小，由于忽略分子体积所产生的误差就要显现出来。间减小，由于忽略分子体积所产生的误差就要显现出来。*实在气体实在气体(RealGas)的状态方程的状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程仅适合于仅适合于足够低压力足够低压力下真实气体下真实气体（2 2）分子间相互作用的影响。）分子间相互作用的影响。当气体的体积缩小，压力增大时，分子间靠得较近，分子间力变得足当气体的体积缩小，压力增大时，分子间靠得较近，分子间力变得足够强，减弱了分子间对器壁的碰撞，相应产生的压力变小。不同种气够强，减弱了分子间对器壁的碰撞，相
10、应产生的压力变小。不同种气体，其分子间的作用力不同，由于分子间力的影响偏离理想气体的程体，其分子间的作用力不同，由于分子间力的影响偏离理想气体的程度有所不同。度有所不同。第12页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18vanderWaals方程方程a,b分别称为分别称为vanderwaals常量。常量。1，体积因素：，体积因素：V实在实在=(V理想理想 -nb)等于气体分子运动的自由空间。b为1mol气体分子自身体积的影响。2，压力因素，压力因素：分子间吸引力正比于(n/V)2，内压力p=a(n/V)2，p实在实在=p理想理想+a(n/V)2第13页，共44页，编辑于2022年，
11、星期日2022/9/18二二.混合气体混合气体分压定律分压定律(LawofPartialPressure)组分组分(Component)气体气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。分压分压(PartialPressure)：组分气体组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体时所产生的压力，叫做组分气体B的分压的分压第14页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18分压分压(Pi)：相同温度下，某组分气体与混合气体具有相同体积时的压力称为该组分气体的分压。P总总=P1+P2+
12、Pi1.混合气体的四个概念混合气体的四个概念分体积分体积(PartialVolume,Vi)：相同温度下，某组分气体与混合气体具有相同压力时的体积称为该组分气体的分体积。V总总=V1+V2+Vi体积分数体积分数(VolumeFraction,i)：i=Vi/V总摩尔分数摩尔分数(MolarFraction,i)：i=ni/n总 第15页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18a.定律定律：混合气体的总压力等于组分气体分压之和。P总总=P1+P2+P3+.+Pi某组分气体分压的大小和它在气体混合物中的体积分数体积分数或摩尔分数摩尔分数成正比。2.混合气体的混合气体的Dalton分压
13、定律分压定律b.适用范围适用范围：理想气体理想气体及T、P较低的实际混合气体；混合气体混合气体各组分间不发生化学反应。c.应用应用：第16页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18已知分压求总压或由总压和体积已知分压求总压或由总压和体积/摩尔分数求摩尔分数求分压。分压。例题：例题：某容器中含有某容器中含有NH3、O2、N2等气体的混合物。取样分析等气体的混合物。取样分析后，其中后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分。试计算各组分气体的分压。压。解：
14、解：n总总=nNH3+nO2+nN2=0.320mol+0.180mol+0.700mol=1.200mol第17页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18分压定律的应用分压定律的应用排水取气问题排水取气问题Hydrochloric acidZinc granule第18页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18例题例题:可用亚硝酸铵受热分解方法制取纯氮气。反应如:NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)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。解：解：T=(273+19)K=292K,P=97.
15、8kPa,V=4.16L 292 K 时，P(H2O)=2.20 kPa,Mr(NH4NO2)=64.04第19页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)64.04g 1molm(NH4NO2)=?0.164mol m(NH4NO2)=10.5g第20页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18*气体扩散定律气体扩散定律-Graham Law1.定律定律：T,P相同时，各种不同气体的扩散速度与气体的密度的平方根成反比。2.用途用途：测定气态物质的相对分子量；分离：同位素235U(0.72%)，238U(99.2%)扩散速度比
16、：扩散速度比：235UF6(g)/238UF6(g)=1.004第21页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18例题例题|x|120-x|NH3HCl120|第22页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18*液体是气体到固体的中间过渡态气体气体液体液体固体固体沸点沸点凝固点凝固点气化（蒸发）气化（蒸发）熔点熔点凝聚点凝聚点液化液化熔化熔化凝固凝固摩尔蒸发摩尔蒸发(气化气化)焓焓摩尔凝固热摩尔凝固热vapHm1.3液体液体(Liquid)-自学自学第23页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/181，液体的状态和性质2，蒸发（气化）与蒸气压蒸发蒸发:液体表
17、面的气化现象（evaporation)。敞口容器敞口容器干干涸涸吸热过程吸热过程分子的动能分子的动能红色：大红色：大黑色：中黑色：中蓝色：低蓝色：低第24页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18蒸气压蒸气压蒸发蒸发:密闭容器密闭容器蒸发蒸发冷凝冷凝“动态平衡动态平衡”恒温恒温分子的动能分子的动能红色：大红色：大黑色：中黑色：中蓝色：低蓝色：低饱和蒸气压：饱和蒸气压：与液相处于动态平衡的这与液相处于动态平衡的这种气体叫饱和蒸气，它的压力叫饱和蒸种气体叫饱和蒸气，它的压力叫饱和蒸气压，简称气压，简称蒸气压蒸气压。饱和蒸气压的特点饱和蒸气压的特点1.温度恒定时温度恒定时，为，为定值；
18、定值；2.气液共存时气液共存时，不，不受量的变化；受量的变化；3.不同的物质不同的物质有不同有不同的数值。的数值。第25页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18沸腾沸腾:带活塞容器，带活塞容器，活塞压力为活塞压力为P沸点与外界压力有沸点与外界压力有关。外界压力等于关。外界压力等于101kPa(1atm)时的沸点为时的沸点为正常正常沸点沸点，简称，简称沸点沸点。当温度升高到当温度升高到蒸气压与外界蒸气压与外界气压相等时，气压相等时，液体就液体就沸腾沸腾，这个温度就是这个温度就是沸点沸点。热源热源沸腾沸腾是在液体的表面和是在液体的表面和内部同时气化。内部同时气化。2，蒸发（气化）与
19、蒸气压，蒸发（气化）与蒸气压第26页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18例：例：水水水水的沸点为的沸点为100CC，但在，但在，但在，但在高山上高山上高山上高山上，由于大气压降，由于大气压降低，低，沸点较低沸点较低沸点较低沸点较低，饭就难于煮熟。，饭就难于煮熟。而而高压锅高压锅高压锅高压锅内气压可达到约内气压可达到约10atm10atm，水的沸点约在，水的沸点约在，水的沸点约在，水的沸点约在180CC左右，饭就很容易煮烂。左右，饭就很容易煮烂。左右，饭就很容易煮烂。左右，饭就很容易煮烂。“过热过热”液体：液体：温度高于沸点的液体称为过热液温度高于沸点的液体称为过热液体，体，易
20、产生易产生爆沸爆沸。蒸馏时蒸馏时一定要一定要加入加入沸石沸石或或搅拌搅拌，以引入小气泡，以引入小气泡，产生气化中心，避免爆沸产生气化中心，避免爆沸。第27页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18蒸气压曲线蒸气压曲线:曲线曲线为气液共存为气液共存平衡线；平衡线；曲线曲线左侧左侧为为液相液相区区；右侧右侧为为气相气相区区。蒸蒸蒸蒸气气气气压压压压正常沸点正常沸点正常沸点正常沸点2，蒸发（气化）与蒸气压，蒸发（气化）与蒸气压第28页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18一一.水水（自学）（自学）-参见参见现代化学导论现代化学导论*水一种重要的化学物质水一种重要的化学物
21、质水的一般物理性质和反常物理性质水的一般物理性质和反常物理性质水的结构水的结构(网络课堂网络课堂)水的化学性质水的化学性质水在自然界中的作用河水、海洋水在自然界中的作用河水、海洋水的净化水的净化1.41.4水和溶液水和溶液水和溶液水和溶液第29页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18二二.溶液（自学为主）溶液（自学为主）1.溶液的基本概念溶液的基本概念*：溶解度溶解度(Solubility)：表示物质在液体中的溶解能力表示物质在液体中的溶解能力溶解度与温度、溶质和溶剂有关溶解度与温度、溶质和溶剂有关“相似相溶相似相溶”原理原理饱和溶液饱和溶液(Saturatesolution)
22、溶解平衡溶解平衡2.溶解过程溶解过程-水合作用、水合离子水合作用、水合离子*3.水合物水合物-结晶水合物结晶水合物*4.溶解热溶解热-Hm=U+hHm*可溶可溶:S1g/100g微溶微溶:0.1S1g/100g难溶难溶:S-22 CCaCl2+H2O-55 C防冻液防冻液：非电解质如：非电解质如:乙二醇，甘油等乙二醇，甘油等例题例题：计算浓度为：计算浓度为1mol.L-1的氯化钠溶液的沸点和冰点。的氯化钠溶液的沸点和冰点。若使冰点达到若使冰点达到-22 C，则，则NaCl溶液的浓度应达多大？溶液的浓度应达多大？若用若用CaCl2代替代替NaCl呢？呢？第36页，共44页，编辑于2022年，星期
23、日2022/9/18渗透现象及解释渗透现象及解释渗透现象原因：半透膜两侧溶液浓度不同。渗透现象原因：半透膜两侧溶液浓度不同。渗透压：为了阻止渗透作用所需给溶液的额外压渗透压：为了阻止渗透作用所需给溶液的额外压力。力。定量描述定量描述-vantHoff公式：公式：渗透压只与温度和溶质的质点数有关，而与溶质渗透压只与温度和溶质的质点数有关，而与溶质分子的性质无关。分子的性质无关。有关计算有关计算测定渗透压，求某些生物大分子的分子量测定渗透压，求某些生物大分子的分子量渗透压渗透压(Osmoticpressure)第37页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18解解：由于溶液极稀，可近似
24、：由于溶液极稀，可近似m=c由公式：由公式：=mRT=15.52RT/M(R=取值？取值？)可得可得M=2.5x104答答：该蛋白质分子的平均分子量为：该蛋白质分子的平均分子量为2.5x104。例例题题：298.2K，测测得得0.1L的的1.552g某某蛋蛋白白质质分分子子的的渗渗透透压为压为1539Pa。求该蛋白质分子的平均分子量。求该蛋白质分子的平均分子量。渗透压的生物学意义：渗透压的生物学意义：生物体内传质过程的动力保证；生物体内传质过程的动力保证；维维持持生生物物体体内内的的等等渗渗关关系系。Ex.动动物物体体/植植物物体体的的脱脱水水与溶血现象。与溶血现象。第38页，共44页，编辑于
25、2022年，星期日2022/9/18稀溶液稀溶液(dilutesolution)的通性的通性-依数性依数性(colligativeproperties)依数性依数性稀溶液的某些物理特性如蒸气稀溶液的某些物理特性如蒸气压、沸点、凝固点，这些特性的变化只压、沸点、凝固点，这些特性的变化只与稀溶液中溶质的粒子数目有关，而与与稀溶液中溶质的粒子数目有关，而与溶质、溶剂本身的性质无关。溶质、溶剂本身的性质无关。小结：小结：稀溶液依数性的应用稀溶液依数性的应用第39页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18弱弱电解质电解质：水溶液中大部分以分子形式存在，只有少部分：水溶液中大部分以分子形式存
26、在，只有少部分电离，达电离平衡！电离，达电离平衡！电离度电离度：9.电解质溶液与强电解质溶液电解质溶液与强电解质溶液理论理论*强强电解质电解质：水溶液中完全电离，以离子形式存在。：水溶液中完全电离，以离子形式存在。活度活度 a：离子间由于相互作用而使其有效浓度降低。离子间由于相互作用而使其有效浓度降低。a=c 或或 a=m。：校正系数校正系数或或活度系数活度系数。*：与溶液中总体的与溶液中总体的离子强度离子强度I 有关，有关，lg =-A|Z+Z-|I*I：与溶液中总体离子的离子浓度及其电荷数有关。与溶液中总体离子的离子浓度及其电荷数有关。第40页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/
27、9/18三三.胶体溶液胶体溶液(Colloid)1.分散体系分散体系*分子分散体系分子分散体系胶态分散体系胶态分散体系粗分散体系：粗分散体系：2.溶胶溶胶溶胶的性质溶胶的性质光学性质光学性质丁达尔效应丁达尔效应：胶团对光的散射现象。：胶团对光的散射现象。溶胶的现象最显著，区别于真溶液的简单方法。溶胶的现象最显著，区别于真溶液的简单方法。动力性质动力性质布朗运动布朗运动：胶团粒子的不规则运动。：胶团粒子的不规则运动。电学性质电学性质电泳现象电泳现象：胶粒在外电场下定向移动。：胶粒在外电场下定向移动。第41页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18swf溶胶的组成：分散相溶胶的组成：
28、分散相(胶团胶团)+分散介质分散介质+稳定剂稳定剂胶团的结构：胶核胶团的结构：胶核胶粒胶粒胶团胶团(AgI)mnI-(n-x)K+x-xK+胶核胶核(电中性电中性)电位离子电位离子 反离子反离子 反离子反离子 吸附层扩散层胶粒胶粒(带电荷)胶团胶团(电中性)胶团示意图胶团示意图胶体的组成与结构胶体的组成与结构.溶胶的三个特征溶胶的三个特征第42页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18溶胶的凝沉溶胶的凝沉-关键：稳定性的去除。关键：稳定性的去除。加入电解质，如：明矾使水净化加入电解质，如：明矾使水净化(吸附、电荷吸附、电荷)。相反电性溶胶混合；相反电性溶胶混合；加热加热。溶胶的稳
29、定性和凝沉溶胶的稳定性和凝沉溶胶的稳定性溶胶的稳定性动力学稳定性：胶团的动力学稳定性：胶团的Brown运动运动聚集稳定性：胶粒的带电性使同种电荷具有排斥作用、溶剂化作用聚集稳定性：胶粒的带电性使同种电荷具有排斥作用、溶剂化作用热力学不稳定性：胶体粒子因很大的表面能易聚集成大颗粒。热力学不稳定性：胶体粒子因很大的表面能易聚集成大颗粒。第43页，共44页，编辑于2022年，星期日2022/9/18高分子溶液的概念高分子溶液的概念高分子溶液的性质高分子溶液的性质高分子溶液与溶胶的异同点高分子溶液与溶胶的异同点高分子溶液对溶胶的保护作用过量高分子溶液对溶胶的保护作用过量高分子溶液对溶胶的敏化作用少量高分子溶液对溶胶的敏化作用少量高分子溶液高分子溶液*第44页，共44页，编辑于2022年，星期日