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1、无机化学无机化学10.绪论化学科学化学科学大学化学与无机化学大学化学与无机化学无机化学科学新发展方向无机化学科学新发展方向无机化学课程要求及考核办法无机化学课程要求及考核办法2019/09/182 化学科学化学科学定义：定义：化学是在原子、分子或离子的层次上研究化学是在原子、分子或离子的层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学。根据研究领域的不同，可将化学划分为：根据研究领域的不同，可将化学划分为：无机化学、有机化学、分析化学、无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学五大基础学科。物理化学、高分子化学五大基础学科。2019/09/1
2、830.绪论 无机化学科学研究方向无机化学科学研究方向元素新应用（冶金，合金，稀土）；元素新应用（冶金，合金，稀土）；学科交叉（生物无机，物理无机，配位化学，核化学科交叉（生物无机，物理无机，配位化学，核化学，金属有机）；学，金属有机）；新型功能材料（高温陶瓷，晶体材料，氧化物纳米新型功能材料（高温陶瓷，晶体材料，氧化物纳米材料）；材料）；分子聚集体、团簇等结构，性能及理论的丰富分子聚集体、团簇等结构，性能及理论的丰富充满挑战和机遇！充满挑战和机遇！2019/09/1840.绪论 无机化学课程教学目的无机化学课程教学目的通过本课程学习，掌握化学反应的一些基本理通过本课程学习，掌握化学反应的一些
3、基本理论，包括：化学反应速率、化学平衡、溶液中论，包括：化学反应速率、化学平衡、溶液中的各种离子平衡；氧化还原反应；物质结构基的各种离子平衡；氧化还原反应；物质结构基本理论；过渡金属元素及化合物的基本知识。本理论；过渡金属元素及化合物的基本知识。2019/09/1850.绪论第第1 1章章物质的聚集状态物质的聚集状态2019/09/186 理想气体状态方程式理想气体状态方程式 Dalton分压定律分压定律 稀溶液的依数性稀溶液的依数性 强电解质溶液强电解质溶液1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式pkV1=(1)1662年，英国化学家波义耳提出定律：年，英国化学家波义耳提出定律：一定温度
4、下，一定量的气体的体积与其压力成反比。一定温度下，一定量的气体的体积与其压力成反比。数学表达式：数学表达式：kPV=2019/09/187(2)1787年，法国科学家查尔斯提出定律：年，法国科学家查尔斯提出定律：一定压力下，一定量气体的体积与其热力学温一定压力下，一定量气体的体积与其热力学温度成正比。度成正比。数学表达式：数学表达式：TkV=kTV=2019/09/1881.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式(3)1811年，意大利科学家阿伏伽德罗提出定律：年，意大利科学家阿伏伽德罗提出定律：相同温度相同压力下，相同体积的气体含有的相同温度相同压力下，相同体积的气体含有的气体分子数相同。
5、气体分子数相同。数学表达式：数学表达式：1molNA6.021023（273.15K、101.3kPa下，下，22.4L任何气体含有的分子数）任何气体含有的分子数）nkV=2019/09/1891.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式(4)克拉贝龙经验方程：（克拉贝龙经验方程：（p，V，T，n）nRTpV=R的数值：的数值：（T273.15K，p101325Pa，n1mol，V22.414*10-3m3）1133314.815.273110414.22101325=KmolJKmolmPanTpVRR的取值与单位有关的取值与单位有关2019/09/18101.1 理想气体状态方程式理想气体
6、状态方程式例例1 成年人每次呼吸大约成年人每次呼吸大约500mL空气，若其压力为空气，若其压力为100kPa，温度为温度为20，则其中含有多少，则其中含有多少O2分子？分子？molKKmolJmPaRTpVn0205.015.293314.8105.01011335=解：解：V500mL0.5*10-3m3；T20+273.15293.15K根据理想气体状态方程式：根据理想气体状态方程式：pVnRT，可知：，可知：molnOn32103.4%21)(=21312322106.2103.410022.6)()(=molmolOnNONA2019/09/18111.1 理想气体状态方程式理想气体状
7、态方程式例例2 丁烷（丁烷（C4H10)是一种易液化的气体燃料，计算在是一种易液化的气体燃料，计算在23，90.6kPa 下丁烷气体的密度。下丁烷气体的密度。1111314.215.296314.80.58106.90=LgKKmolJmolgPaRTpMVMnVm解：根据理想气体状态方程式：解：根据理想气体状态方程式：pVnRT，可得：，可得：M（C4H10)=58.0g mol-1RTpMVm=2019/09/18121.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式例例3.某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质量分数某气体化合物是氮的氧化物，其中含氮的质量分数w(N)为为30.5%；某一容器中
8、充有该氮氧化物的质量是某一容器中充有该氮氧化物的质量是4.107g，其体积为，其体积为0.50L，压力，压力为为202.65kPa，温度为，温度为0。试求：（。试求：（1）在标准状况下，该气体的密）在标准状况下，该气体的密度；（度；（2）该氧化物的相对分子质量）该氧化物的相对分子质量M和化学式。和化学式。LkPaLkPapVpV0.1325.10150.065.2021221=解解:(1)标准状况：标准状况：p1101.325kPa，T1273.15K；p2=202.65KPa,V2=0.50L根据：根据：p1V1=p2V2,可知：可知：该气体的密度：该气体的密度：111.40.1107.4=
9、LgLgVm2019/09/18131.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式（2）该气体的分子量）该气体的分子量M：1110.9250.065.20215.273314.8107.4=molgLkPaKKmolJgpVmRTM在该化合物分子中：在该化合物分子中：0.20.14%5.300.92)(=NN0.40.16%)5.301(0.92)(=ON所以该氮化物的分子式为所以该氮化物的分子式为N2O4。2019/09/18141.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式 分压强分压强(Pi)：在相同温度下，组分气体单独占有与混合：在相同温度下，组分气体单独占有与混合气体相同体积时所产生的压
10、强。气体相同体积时所产生的压强。分体积分体积(Vi)：在相同温度下，组分气体与混合气体具有：在相同温度下，组分气体与混合气体具有相同压强时所占有的体积。相同压强时所占有的体积。物质的量分数（摩尔分数，物质的量分数（摩尔分数，xi）iiiinnnnx=总2019/09/18151.2 Dalton分压定律分压定律总总Pxi=PnnPiii数学表达式：数学表达式：P总总=P1+P2+P3+Pi=Pi 总总PVVPii=Dalton分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体的分压之和。组分气体的分压之和。2019/09/18161.2 Dalton分压定
11、律分压定律例例4 某容器的容积为某容器的容积为2.0L，其中装有，其中装有O2、H2、Ar，各气体的物质，各气体的物质的量分别为：的量分别为：nO2=0.2mol n H2=0.5mol nAr=0.1mol，温度保持，温度保持在在300K，求混合气体总压与各组分气体的分压。，求混合气体总压与各组分气体的分压。解：解：PV=nRT P=nRT/V2.0 10-3m3PO2=V=249kPanO2RT0.2mol8.314J mol-1 K-1300K2.0 10-3m3PH2=nH2RTV=0.5mol8.314J mol-1 K-1300K=624kPa2.0 10-3m3PAr=nArRT
12、V=0.1mol8.314J mol-1 K-1300K=125kPaP总总=PO2+PH2+PAr=249kPa+624kPa+125kPa=998kPa2019/09/18171.2 Dalton分压定律分压定律 真实气体状态方程式真实气体与理想气体区别？真实气体与理想气体区别？nRTpVZ=nRTnbVVanp=+)(22范德华气体方程式：范德华气体方程式：2019/09/1818（1 1）溶液的蒸气压下降）溶液的蒸气压下降（2 2）溶液的沸点升高）溶液的沸点升高（3 3）溶液的凝固点下降）溶液的凝固点下降（4 4）渗透压）渗透压稀溶液（稀溶液（0.2molKg-1）2019/09/18
13、191.3 稀溶液依数性稀溶液依数性 纯溶剂的蒸气压纯溶剂的蒸气压液相液相气相气相蒸发蒸发凝聚（液化）凝聚（液化）)g(2)l(2OHOH定义：在一定温度下与液相处于平衡时蒸汽所具有定义：在一定温度下与液相处于平衡时蒸汽所具有的压力的压力 p(简称蒸汽压简称蒸汽压)。单位：。单位：Pa,kPa2019/09/18201.3 稀溶液依数性稀溶液依数性2019/09/18211.3 稀溶液依数性稀溶液依数性溶液的蒸汽压下降 Raoult定律221.3 稀溶液依数性稀溶液依数性稀溶液的蒸气压下降原因：同一温度下，由于溶质的加入，使溶液中单位体积同一温度下，由于溶质的加入，使溶液中单位体积溶剂蒸发的分
14、子数目降低，逸出液面的溶剂分子数溶剂蒸发的分子数目降低，逸出液面的溶剂分子数目相应减小目相应减小,因此在较低的蒸汽压下建立平衡，即溶因此在较低的蒸汽压下建立平衡，即溶液的蒸汽压比溶剂的蒸汽压低液的蒸汽压比溶剂的蒸汽压低.溶液溶液的蒸气压总是低于的蒸气压总是低于纯溶剂纯溶剂的蒸气压的蒸气压（p p0)，这就是溶液的蒸气压下降，这就是溶液的蒸气压下降。2019/09/18231.3 稀溶液依数性稀溶液依数性在液体中加入任何一种难挥发的物质时在液体中加入任何一种难挥发的物质时，液体的蒸汽压液体的蒸汽压便下降便下降，在同一温度下在同一温度下，纯溶剂蒸汽压与溶液蒸汽压之纯溶剂蒸汽压与溶液蒸汽压之差差，称
15、为溶液的蒸汽压下降称为溶液的蒸汽压下降（p）。2019/09/18241.3 稀溶液依数性稀溶液依数性根据根据Raoult定律计算溶液的蒸汽压下降定律计算溶液的蒸汽压下降p：xA+xB=1p=poxA=po(1-xB)=po-poxBpo-p=poxB令令p=po-p有有p=poxB p表示溶液的蒸汽压下降表示溶液的蒸汽压下降。p0。2019/09/18251.3 稀溶液依数性稀溶液依数性例例5 已知已知293K时水的饱和蒸汽压为时水的饱和蒸汽压为2.338 kPa，将将6.840 g蔗蔗糖糖(C12H22O11)溶于溶于100.0 g水中水中，计算蔗糖溶液的质量摩尔计算蔗糖溶液的质量摩尔浓度
16、和蒸汽压浓度和蒸汽压。2019/09/18261.3 稀溶液依数性稀溶液依数性p=p0 xA=2.338 kPa0.9964=2.330 kPa 1-11-Bkgmol0200.0g100.0kgg1000molg342.0g840.6=b4996.0)mol00200.049.55(mol49.55 molg0.342g/840.6molgg/18.020.100molgg/18.020.10011-1A=+=+=x2019/09/1826 液体的沸点定义：液体的沸点是液体的蒸汽压等于外界压强时的温度。液体的正常沸点 是指外压为101.3kPa时的沸点。2019/09/18271.3 稀溶液
17、依数性稀溶液依数性 溶液的沸点上升溶液的沸点上升溶液的沸点总是高于纯溶剂溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，这一现象称之为溶的沸点，这一现象称之为溶液的沸点升高。液的沸点升高。溶液沸点升高是由溶液的溶液沸点升高是由溶液的蒸汽压下降引起。蒸汽压下降引起。Tb=Tb-Tb0=KbmKb：溶剂的摩尔沸点上升常数，单位：溶剂的摩尔沸点上升常数，单位：K kg/molm:溶液的质量摩尔浓度，单位：溶液的质量摩尔浓度，单位：mol/kg2019/09/18281.3 稀溶液依数性稀溶液依数性溶液的凝固点降低溶液的凝固点降低凝固点是指物质的固凝固点是指物质的固、液两相蒸汽液两相蒸汽压相等时的温度压相等时的温度。
18、纯水的凝固点纯水的凝固点（273 K）又称为又称为冰点冰点，在此温度水和冰的蒸汽压在此温度水和冰的蒸汽压相等相等。2019/09/18291.3 稀溶液依数性稀溶液依数性溶液的凝固点下降溶液的凝固点下降溶液的凝固点降低是由溶液溶液的凝固点降低是由溶液的蒸汽压下降引起。的蒸汽压下降引起。Tf=Tf0-Tf=Kf mKf：溶剂的摩尔凝固点下降常数，单位：溶剂的摩尔凝固点下降常数，单位：K kg/molm:溶液的质量摩尔浓度，单位：溶液的质量摩尔浓度，单位：mol/kg2019/09/18301.3 稀溶液依数性稀溶液依数性常见溶剂的常见溶剂的T0bKb和和T0fKf值值溶剂Tb0/Kb/(K kg
19、 mol-1)Tf0/Kf/(K kg mol-1)水1000.5120.01.86乙酸1182.9317.03.90苯802.535.55.10乙醇78.41.22-117.31.99四氯化碳76.75.03-22.932.0乙醚34.72.02-116.21.8萘2185.8080.06.92019/09/18311.3 稀溶液依数性稀溶液依数性溶液凝固点降低的应用：测定溶质的相对分子溶液凝固点降低的应用：测定溶质的相对分子质量（特别是小分子）。质量（特别是小分子）。虽然理论上沸点升高和凝固点降低两种方法都可测量分虽然理论上沸点升高和凝固点降低两种方法都可测量分子量，可是后者不起破坏作用、
20、且子量，可是后者不起破坏作用、且Kf值较大，故常用。值较大，故常用。2019/09/18321.3 稀溶液依数性稀溶液依数性1-fABfBmolkg=TmmKM例例6 将将0.638 g尿素溶于尿素溶于250 g水中，测得此溶液的凝水中，测得此溶液的凝固点降低值为固点降低值为0.079 K，试求尿素的相对分子质量。，试求尿素的相对分子质量。解解：60r=M1-1-142molg60molkg060.0 K079.0g250g638.0molkgK86.1)HCON(=M2019/09/18331.3 稀溶液依数性稀溶液依数性凝固点下降的应用实例凝固点下降的应用实例i.冬天在汽车水箱中加甘油或乙
21、二醇降低水的凝固点，冬天在汽车水箱中加甘油或乙二醇降低水的凝固点，防止水箱炸裂；积雪路面洒盐防滑。防止水箱炸裂；积雪路面洒盐防滑。ii.盐和冰的混合物可做冷却剂：冰浴，冷冻食品的盐和冰的混合物可做冷却剂：冰浴，冷冻食品的运输。运输。30gNaCl100g水：水：250.6K42.5gCaCl2100g水：水：218K iii.测定分子的相对分子质量测定分子的相对分子质量2019/09/1834渗透现象和渗透压力渗透现象和渗透压力纯纯 水水在纯水中加入少许蔗糖在纯水中加入少许蔗糖扩散现象：在任何纯溶剂与溶液之间或两种浓度的扩散现象：在任何纯溶剂与溶液之间或两种浓度的溶液相互接触时都可发生。溶液相
22、互接触时都可发生。2019/09/18351.3 稀溶液依数性稀溶液依数性多孔性薄膜：水分子可自由通过，多孔性薄膜：水分子可自由通过，而蔗糖分子不能通过。半透膜而蔗糖分子不能通过。半透膜2019/09/18361.3 稀溶液依数性稀溶液依数性渗透定义渗透定义:溶剂分子通过半透膜进入到溶液中的过程溶剂分子通过半透膜进入到溶液中的过程，称为渗透称为渗透。渗透原因渗透原因：溶剂分子能通过半透膜，而溶质分子不能。溶剂分子能通过半透膜，而溶质分子不能。产生条件：产生条件：半透膜半透膜 膜两侧溶液浓度不等。膜两侧溶液浓度不等。渗透方向：溶剂分子从纯溶剂渗透方向：溶剂分子从纯溶剂溶液，溶液，或是从稀溶液或是
23、从稀溶液浓溶液。浓溶液。渗透现象会无止境地进行下去吗渗透现象会无止境地进行下去吗?2019/09/18371.3 稀溶液依数性稀溶液依数性渗透压渗透压定义：为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液定义：为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力。与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力。单位单位:Pa或或kPa。半透膜(a)纯溶剂溶液半透膜(b)纯溶剂溶液半透膜(c)纯溶剂溶液溶剂的净转移2019/09/18381.3 稀溶液依数性稀溶液依数性关系式：关系式：=cBRTcB 物质的量浓度物质的量浓度(mol L-1)R 气体常数气体常数 8.314 J K-1 mol-1
24、T 绝对温度绝对温度(273+t)若半透膜隔开的浓度不等的两个非电解质溶液，为了若半透膜隔开的浓度不等的两个非电解质溶液，为了防止渗透现象发生，必须在浓溶液液面上施加一超额压力，防止渗透现象发生，必须在浓溶液液面上施加一超额压力，此压力是两溶液渗透压力之差。此压力是两溶液渗透压力之差。与浓度及温度的关系与浓度及温度的关系2019/09/18391.3 稀溶液依数性稀溶液依数性医学上的等渗、高渗和低渗溶液是以血浆的渗透压力医学上的等渗、高渗和低渗溶液是以血浆的渗透压力为标准确定的。正常人血浆的渗透浓度：为标准确定的。正常人血浆的渗透浓度：303.7 mmol L-1临床上规定：临床上规定：等渗溶
25、液：等渗溶液：cos280 320 mmol L-1高渗溶液：高渗溶液：cos320 mmol L-1低渗溶液低渗溶液：cos280 mmol L-1渗透压力在医学上的意义渗透压力在医学上的意义临床给病人补液时，要特别注意补液的浓度和渗透压，否临床给病人补液时，要特别注意补液的浓度和渗透压，否则可能造成严重的医疗事故。因为细胞膜实质就是半透膜，则可能造成严重的医疗事故。因为细胞膜实质就是半透膜，通过红细胞在不同浓度的溶液中的变化说明这一点。通过红细胞在不同浓度的溶液中的变化说明这一点。2019/09/18401.3 稀溶液依数性稀溶液依数性红细胞既不胀大，也不缩小，红细胞既不胀大，也不缩小，形
26、态保持正常形态保持正常。实验实验1：将正常红细胞置入将正常红细胞置入0.15mol L-1NaCl溶液溶液2019/09/18411.3 稀溶液依数性稀溶液依数性实验实验2：将正常红细胞置入：将正常红细胞置入0.10mol L-1NaCl溶液溶液水大量进入红细胞，水大量进入红细胞，溶液中的溶液中的红细胞逐渐胀大，直至破裂，血红细胞逐渐胀大，直至破裂，血红蛋白释放出，使溶液变红，医红蛋白释放出，使溶液变红，医学上称为学上称为溶血现象。溶血现象。2019/09/18421.3 稀溶液依数性稀溶液依数性实验实验3:将正常红细胞置入将正常红细胞置入0.20mol L-1NaCl溶液溶液在在1.5%NaCl溶液中，红细胞溶液中，红细胞中的水分将进入高渗溶液，红中的水分将进入高渗溶液，红细胞逐渐皱缩，医学上称细胞逐渐皱缩，医学上称胞浆分离胞浆分离。2019/09/18431.3 稀溶液依数性稀溶液依数性 强电解质的表观电离度（强电解质的表观电离度（Arrhenius 电离理论）电离理论）fca=)(212BzcIB2019/09/18441.4 电解质溶液电解质溶液