北京大学：《普通化学》课程教学资源（讲义）第二章 气体、液体和溶液（2.1-2.7）

第二章气体、液体和溶液 21理想气体及相关定律 22实际气体和 van der was方程 23气体分子运动论简介 24相变与相平衡 25相图 26液体和液晶的基本性质 27溶液浓度与溶解度 2.8非电解质稀溶液和电解质溶液

第二章 气体、液体和溶液 气体、液体和溶液 2.1 理想气体及相关定律 理想气体及相关定律 2.2 实际气体和van der Waals方程 2.3 气体分子运动论简介 气体分子运动论简介 2.4 相变与相平衡 2.5 相图 2.6 液体和液晶的基本性质 液体和液晶的基本性质 2.7 溶液浓度与溶解度 溶液浓度与溶解度 2.8 非电解质稀溶液和电解质溶液 非电解质稀溶液和电解质溶液

2.1理想气体及相关定律 211理想气体的概念及理想气体状态方程 理想气体的概念:温度不太低,压力不太高的稀薄气体。 两点基本假设: (1)分子间距离很远,相互作用力可忽略不计; (2)分子自身的体积很小,与气体所占体积相比,可忽略不计。 显然,理想气体并不存在。但当气压趋近于零时,可无限接近理想气体。 理想气体状态方程( he ideal gas law) V= nRT 式中p:压力(压强,Pa或kPa);V:体积(dm3或cm3) n:气态物质的量(摩尔,mo;R:摩尔气体常数,或叫普适气体恒量

2.1 理想气体及相关定律 理想气体及相关定律 2.1.1 理想气体的概念及理想气体状态方程 理想气体的概念及理想气体状态方程 理想气体的概念：温度不太低，压力不太高的稀薄气体。 两点基本假设： (1) 分子间距离很远，相互作用力可忽略不计； (2) 分子自身的体积很小，与气体所占体积相比，可忽略不计。 显然，理想气体并不存在。但当气压趋近于零时，可无限接近理想气体。 理想气体状态方程 (The Ideal Gas Law) The Ideal Gas Law)： pV ＝ nRT 式中 p：压力 (压强，Pa或kPa); V：体积(dm3或cm3) n：气态物质的量 (摩尔，mol); R：摩尔气体常数，或叫普适气体恒量

The Gas Constant R P R 0.082057L atm molI K-1 T 8.3145 m3 pa mol-lK-I 8. 3145J mol-I K-I 相关单位换算 1 Pa=IN m 1bar=1×105Pa=100kPa latm=760mmHg=1010325×105Pa≈101kPa≈0.1Mpa 1 kPa.dm=1J=0.239 cal 1 cal= 4. 184 J

R = PV nT = 0.082057 = 0.082057 L atm mol-1 K-1 = 8.3145 m = 8.3145 m3 Pa mol-1 K-1 = 8.3145 J mol = 8.3145 J mol-1 K-1 The Gas Constant The Gas Constant R 相关单位换算： 相关单位换算： 1 Pa = 1 N Pa = 1 N⋅m-2 1 bar = 1 1 bar = 1×105 Pa = 100 Pa = 100 kPa 1 atm = 760 mmHg = 1.010325 = 760 mmHg = 1.010325×105 Pa ≈ 101 kPa ≈ 0.1 Mpa 1 kPa⋅dm3 = 1 J = 0.239 cal = 1 J = 0.239 cal 1 cal = 4.184 J 1 cal = 4.184 J

、B0定律(6 Robert boyle的J型玻璃管恒温气体压缩实验结果 p、 pr=constant 即:温度恒定时,一定量气体的压力和它的体积的乘积为常数。 英国化学家波义耳 (1627-1691) P2 △h 空气 图2.1用J型管测定恒温下的pV关系 Volume

英国化学家波义耳 (1627-1691) Boyle定律 (1662)： Robert Boyle Robert Boyle的J型玻璃管恒温气体压缩实验结果： 即：温度恒定时，一定量气体的压力和它的体积的乘积为常数。 p ∝ 1 V pV = constant

harles(1787)- Gay-Lussac(10)定律: 压力恒定时,一定量气体的体积与它的热力学温度成正比;或恒压时,一定 量气体的体积与温度的商值是恒量。即 T V=bT VV=(t+273)273 热力学温标概念的引出 000 C 40 B A A 二二 930-20-100000 200300 0100200300400500600 Temperature(C) Temperature(K)

Charles (1787) Charles (1787)－Gay-Lussac (1802)定律： 压力恒定时，一定量气体的体积与它的热力学温度成正比；或恒压时，一定 量气体的体积与温度的商值是恒量。即 V ∝ T V = b T Vt/V0=(t+273)/273 =(t+273)/273 热力学温标概念的引出

Clapeyron方程 19世纪,法国科学家 Clapeyron综合波义耳定律和 Charles定律,把描述气 体状态的3个参量,,归并于一个方程式。 基本方法是:将从,V,T到,V,T的过程分解为个步骤: (1)等温变化—从,,T到,,T1 (2)等压变化—再从,,到,,T2 然后分别利用上述定律,通过将二者结合起来,即可得到 DV/1=DW/2=恒量 到19世纪末,人们才普遍使用现行形式的理想气体状态方程式,也叫 Clapeyron方程 PV=nRT

Clapeyron Clapeyron方程 19世纪，法国科学家Clapeyron Clapeyron综合波义耳定律和Charles Charles定律，把描述气 体状态的3个参量p, V, T归并于一个方程式。 基本方法是：将从p1, V1, T1 到p2, V2, T2的过程分解为2个步骤： (1) 等温变化——从p1, V1, T1 到p2, V’, T1 (2) 等压变化——再从p2, V’, T1到p2, V2, T2 然后分别利用上述定律，通过V’将二者结合起来，即可得到 p1V1/T1 = p2V2/T2 = 恒量 到19世纪末，人们才普遍使用现行形式的理想气体状态方程式，也叫 Clapeyron Clapeyron方程 pV ＝ nRT

212气体实验定律 (1)气体化合体积定律( Gay-Lussac,1808) ◆在恒温恒压下,气体反应中各气体的体积互成简单整数比。 這尔顿原子论无法解释 导致引出分子的概念 Avogadro假说(181)与分子概念的提出 在相同的温度与相同的压力下,相同体积的气体所含分子 数目相等

2.1.2 气体实验定律 (1) 气体化合体积定律 气体化合体积定律 (Gay-Lussac, 1808) , 1808) ‹ 在恒温恒压下，气体反应中各气体的体积互成简单整数比。 在恒温恒压下，气体反应中各气体的体积互成简单整数比。 „ Avogadro Avogadro假说(1811)与分子概念的提出 与分子概念的提出 ‹ 在相同的温度与相同的压力下，相同体积的气体所含分子 在相同的温度与相同的压力下，相同体积的气体所含分子 数目相等。 道尔顿原子论无法解释 导致引出分子的概念

(2)分压的概念与道尔顿分压定律 Daltons Law of Partial Pressure(1807) 在温度与体积恒定时,混合气体的总压力等于组分气 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,所表现的压力。 英国化学家道尔顿 (1766-1844 =24am PHe=6.0 atm P,=8.4 atm 1.25 mol He Q 0.50 mol H2 o1.25 mol He 0. 50 mol H 1. 75 mol gas (a)50Lat20℃ (b)50Lat20℃C (c)5. L at 20C

(2) 分压的概念与道尔顿分压定律 分压的概念与道尔顿分压定律 Dalton’s Law of Partial Pressure (1807) s Law of Partial Pressure (1807) 英国化学家道尔顿 (1766-1844) 在温度与体积恒定时，混合气体的总压力等于组分气 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，所表现的压力

分压力与分体积的计算 Pot=Pa+pb+… P=P+P na RT/V n,rTv Vn= na rTlp和Vmt=Va+Vb+… n RT/ n o Rt/ptot ntot Mole fraction of A.x

分压力与分体积的计算 分压力与分体积的计算 ptot = p a + p b + … Va = n aRT/ptot 和 Vtot = Va + Vb + … Va Vtot n aRT/ptot ntotRT/ptot = = n a ntot p a ptot n aRT/ Vtot ntotRT/ Vtot = = n a ntot

H2(和另-压力计相连 Hz和Ar 压力计 钯制小管 Rams8y等人对道尔顿分压定律的实验验证 (Sir William Ramsay, 1852-1916, UK, The Nobel Prize in Chemistry 1904) in recognition of his services in the discovery of the inert gaseous elements in air, and his determination of their place in the periodic system

Ramsay等人对道尔顿分压定律的实验验证 等人对道尔顿分压定律的实验验证 (Sir William Ramsay, Sir William Ramsay, 1852-1916, UK, 1916, UK, The Nobel Prize in Chemistry 1904) The Nobel Prize in Chemistry 1904) "in recognition of his services in the discovery of the inert ga "in recognition of his services in the discovery of the inert gaseous elements in air, and seous elements in air, and his determination of their place in the periodic system" his determination of their place in the periodic system