第五章 物质的聚集状态
5.2 液体和溶液
5.1 气体
5.3 纯物质系统的相平衡和相图
5.4 等离子体
一、理想气体
5.1 气 体
（1）理想气体分子间无相互作用
（2）理想气体分子本身不占有体积，可视为质点。
1、理想气体模型的两个假设
实际气体若温度不太低（室温左右）、压强不太大（1atm左右），可近似为理想气体。
5.1.1 理想气体
2、理想气体状态方程
（1）波义耳定律: 在恒定的温度下，一定量气体的体积与所受压强成反比。
若T 恒定，则
5.1.1 理想气体
2、理想气体状态方程
（2）查理定律: 在恒定的压强下，一定量气体的体积与绝对温度成正比。
若 p 恒定，则
（3）阿伏加德罗定律: 在恒定的温度和压强下，如果气体的分子数相同，则气体的体积也相同。
若 T ，p 恒定，则
5.1.1 理想气体
2、理想气体状态方程
pV = nRT
方程变形，可求一定状态下给定气体的密度：
5.1.1 理想气体
3、摩尔气体常数 R
当压力的单位为Pa，体积的单位为m3，在标准状况下（101325 Pa ，273.15 K），实验测得1mol气体的体积为22.414×10-3 m3。据此，根据理想气体状态方程可求出R 。
5.1.1 理想气体
3、摩尔气体常数 R
对应不同的单位，R 有不同的数值：
若压强单位为kPa，体积单位为L，则R =？
1、分压定律
道尔顿（1766 ~1844）出生于英国的一个手工业家庭。他本人的职业一直是乡村小学教师。从21岁开始业余研究气象学。通过大量实验的观察和测定，分别于1801年提出了混合气体分压定律、1803年的原子论，并自行设计了一套原子符号。
5.1.2 分压定律和分容定律
道尔顿设计的原子符号
1、分压定律
混合气体中各组分气体的分压等于同温度下该气体单独占有总体积时的压强。
5.1.2 分压定律和分容定律
（2）混合气体的总压等于各组分气体的分压之和。
pA
pC
pB
对任一组分 i ,有
pi /p = ni /n = xi
xi 为组分 i 的摩尔分数
2、分容定律（分体积定律）
混合气体中各组分气体的分体积等于同温同压下该气体单独占有的体积。
5.1.2 分压定律和分容定律
（2）混合气体的总体积等于各组分气体的分体积之和。
VA
VC
VB
对任一组分 i ,有
Vi /V = ni /n = xi = pi /p
例：加热KClO3制备O2，生成的O2用排水法收集。在25℃，100kPa下，得到的气体体积为250mL。计算（1）O2的物质的量；（2）干燥O2的体积。
5.1.2 分压定律和分容定律
解：
（1）O2的物质的量：
（2）干燥O2的体积：
气体分子运动论的基本要点：
5.1.3 气体分子运动论
（1）气体由不停地作无规则运动的分子组成。分子本身占有的体积与气体总体积相比可以忽略。
1、气体分子运动论
（2）气体分子间相互作用力很小，可以忽略。分子可视为独立运动。
（3）气体分子间彼此碰撞是完全弹性的，只有碰撞器壁才产生压强。
（4）气体分子的平均平动能与气体的热力学温度成正比。
同温同压下，气体的扩散速率与该气体的密度（或分子量）的平方根成反比。
5.1.3 气体分子运动论
2、气体扩散定律
气体扩散模拟实验
浓氨水
浓盐酸
5.1.4 实际气体
1、实际气体与理想气体的偏差
CO2的 p ~V 图
动画1
动画5
动画4
动画3
动画2
CO2的压缩动画1
CO2的压缩动画2
CO2的压缩动画3
CO2的压缩动画4
CO2的压缩动画5
5.1.4 实际气体
2、理想气体状态方程的修正
（1）压缩因子
定义压缩因子 Z：
压缩因子
p /MPa
5.1.4 实际气体
2、理想气体状态方程的修正
（2）范德华方程
当n = 1mol，
与理想气体状态方程比较：
例： 40℃时，1mol CO2气体在1.20dm3的容器中，实验测定其压强为1.97MPa，试分别用理想气体状态方程和范德华方程计算CO2的压强。
解：
（1）用理想气体状态方程计算：
5.1.4 实际气体
（2）用范德华方程计算： 查表，得CO2的a , b 参数分别为：
5.2 液体和溶液
一、液体的蒸发和蒸气压
液体的饱和蒸气压与液体的量无关！
液体蒸发模拟实验
5.2 液体和溶液
几种液体的饱和蒸气压曲线
t /℃
p/kPa
液体的饱和蒸气压仅与温度和液体的种类有关，而与液体的量无关！
5.2.2 溶液的浓度
1，质量分数 (wB) ：溶液中溶质的质量与全部溶液的质量之比，无量纲。
2，物质的量分数 (xB) ：溶液中溶质的摩尔数与全部溶液的摩尔数之比，无量纲。
3，物质的量浓度 (cB) ：单位体积 (通常为1升) 溶液中含有溶质的摩尔数。单位：mol·L-1
4，质量摩尔浓度 (mB)：每1000克溶剂中含有溶质的摩尔数。单位：mol·kg-1
5.2.3 稀溶液的依数性
一，非电解质稀溶液的依数性：
1，蒸气压下降
稀溶液蒸气压下降实验
5.2.3 稀溶液的依数性
例： 将17.1克蔗糖（C12H22O11）溶于100克水中，求20 ℃时所得溶液的蒸气压。
解：
5.2.3 稀溶液的依数性
一，非电解质稀溶液的依数性：
2，稀溶液的沸点上升和凝固点下降
稀溶液的沸点上升：
稀溶液的凝固点下降：
5.2.3 稀溶液的依数性
一，非电解质稀溶液的依数性：
3，稀溶液的渗透压
或者：
利用渗透压数据可求物质的摩尔质量。
渗透压演示实验
5.2.3 稀溶液的依数性
例：20℃时将1.00g某蛋白质样品溶于100g水，测得渗透压为1.62kPa，试求蛋白质的摩尔质量。
反渗透与海水淡化
海水淡化 工厂
5.2.3 稀溶液的依数性
二，电解质稀溶液的依数性：
获首届诺贝尔化学奖的范特霍夫
授予化学的诺贝尔奖章反面图案
5.2.3 稀溶液的依数性
二，电解质稀溶液的依数性：
阿仑尼乌斯
1887年瑞典化学家阿仑尼乌斯提出了电离理论，解释了电解质溶液的“反常”依数性
5.2.3 稀溶液的依数性
二，电解质稀溶液的依数性：
5.3 纯物质系统的相平衡和相图
冷却曲线示意图
1图
2图
AB为气体降温，BC为气体冷凝，CD为液体降温，DE为液体凝固，EF为固体降温。
过冷液体
5.3 纯物质系统的相平衡和相图
CO2相图
H2O相图
三相点: tt=-56.6℃; pt=5170kPa
临界点: tc=31.01℃; pc=7383kPa
tt=0.01℃; pt=0.610kPa
tc=373.93℃; pc=22100kPa
5.4 等离子体
1、组成
是一种导电流体，其中含有大量带电粒子(包括正、负离子和电子)及中性粒子(分子、原子)
2、特征：
正电荷总数＝负电荷总数，整体呈电中性。
3、产生方法
等离子体与普通气体有何区别？
（1）气体放电法
（2）射线辐射法
（3）光电离法
4、等离子体的应用
等离子体具有很高的化学活性，在化学合成、表面处理、薄膜制备、精细化学品加工等领域取得重要的应用成果。
5.4 等离子体