,普通化学, 医学类
北京大学化学学院
新化学楼 S334
使用教材
,无机化学, 生物类 第二版
主要参考书：
华彤文等著,,普通化学原理, (第三版 ),北京大学出版社,
2005。
华彤文等著,,普通化学原理, (第二版 ),北京大学出版社,
1993
,普通化学原理, 教学组,,普通化学原理习题解答,,北京
大学出版社,1996
严宣申等著,,普通无机化学, (第二版 ),北京大学出版社,
1999。
Loretta Jones and Peter Atkins,Chemistry - Molecules,Matter,and
Change,(4th ed.),W,H,Freeman and Company,New York,2000.
Theodore L.Brown,H,Eugene LeMay,Jr,and Bruce E,Bursten,
Chemistry – The Central Science (8th ed.),Pearson Education North
Asia Limited and China Machine Press,Beijing,2003.。
P,A,Cox著，李亚栋等译,,无机化学精要速览,,科学出
版社,2002。
学习要求
1,学好‘无机化学’的几个重要环节：
(1) 预习 (结合教学提纲和教学进度表 )
(2) 笔记（ FTP）
(3) 复习及总结
(4) 做（ 写 ）习题及答疑
2,运用 FTP复习
(http//www.chem.pku.edu.cn)
（化学与分子工程学院网页） /教师
FTP/施祖进 /Shi Zujin
3,网上查书, 北大图书馆
http://www.lib.pku.edu.cn/ 检索 馆藏目录
网上资源,http://www.whfreeman.com/gchem/
http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/
4,成绩 (无机化学部分）
期末考试 60%，期中考试 30%、平时 10%。平
时成绩包括：
①课堂练习及平时测验；
②每章 作业 。必需完成所留作业，单双周对应单
双号；
③ 小论文 。查阅有关文献，每人完成一篇一种元
素的生理或生化作用。（文献指 英文期刊 ）
论文撰写格式
题目
作者姓名及单位
摘要
引言（前言）
正文
小结（结论）
参考文献
?化学是什么
?化学研究方法
化学 与 化学研究
Chemistry
Chem-is-try
化学是什么?
?研究物质的 形成, 结构 与 性质 和 变化 的科学
?核心与特征：合成新物质 (Synthesis)
?物质的组成与结构 (What have I got?)
?物质的性质与变化 (How did that
transformation happen?)
?为什么是这种结构，为何发生这种变化
(Why that change or structure,rather than
others?)
从化学的发展看化学
?1789，化学开始成为科学
200年前，化学的中心问题：,What is it？”
(分析物质的组成，至少在元素水平上 )
?1901-，最常问的问题：,How?”和,Why?”
(从宏观尺度理解物质的变化,Gibbs化学热力学 )
?“新化学”与 100年以前有何区别？ (the molecular vision)
合成,更精通和突出，以某种可控的方式 (in control);
分析,更深入和细致，,How little have I got of what?”;
化学反应机理,转化的原子路径，飞秒时间尺度 (How?);
理论,不仅限于解释和理解，预言性可与实验竞争 (Why?)
与物理、材料和生命科学的交叉与融合！
一般科学研究方法
(The Scientific Method)
? 基于观察提出问题，寻找趋势。 Ask questions (keep
asking) based on observations,Look for trends.
? 提出一个假设或理论，试图回答问题。 Formulate an
hypothesis,a theory which attempts to answer your questions.
? 检验假设。进行实验，收集数据和观察资料。 Test
hypothesis,Perform experiments and collect data and
observations.
? 分析结果，得出结论。 Analyze results and draw
conclusions.
? 结果给出答案，但常常产生新的问题。 Outcome
leads to answers and frequently,additional new questions.
物质与测量 (Matter and Measurement)
? 物质 Matter – 化学的对象
? 表征 Characterization --> 性质 properties
? 物理和化学 性质 Physical and chemical properties
? 为了描述和表征物质,测量 To describe and
characterize matter,chemists make
measurements.
? 测量,将待描述的和已知的进行 比较 Measurements -
comparison between something known and
something which needs to be described.
化学研究与分子设计
? 问题的提出 （ 课题选择 ）
结合社会实际，提出重大问题
? 现有知识的调查 （ 文献、资料、技术等 ）
? 研究方案、方法的确定
模型化法, 模型的提出 ? 实践 ? 修正
? 实验、总结、再实验，直至成功
分子设计, 实际应用 物质的性质
合成制备 物质的结构
普通无机化学与其它化学课程的关系
普
通
无
机
化
学
高等无机化学
有机化学
高分子化学
分析化学
物理化学
无机材料化学、生物无机化学等
有机金属化学、物理有机化学、
药物化学等
高分子化学、高分子物理、
高分子材料与工程等
生化分析、仪器分析、化学分析等
化学热力学、化学动力学、结构
化学等
生
命
化
学
,普通化学, 课程的主要内容
物 质 的
变化规律
物质的制
备与性质
物质的形
态与结构
气液固体
原子结构
分子结构
晶体结构
化学热力学
化学动力学
酸碱平衡
沉淀平衡
氧化还原
络合平衡
元素通论
s,ds区元素
p区元素
d区元素
f区元素
定性分析
参考进度表
周 次 星期二 星期四日期 讲课内容 (学时数 ) 日期 讲课内容 (学时数 )
1 9/6 绪论 (1) 气、液 (1) 9/8 气、液 (1) 方向 (1)
2 9/13 方向 (2) 9/15 方向 (1) 限度 (1)
3 9/20限度 (2) 9/22 限度 (1) 习题 (1)
4 9/27 酸碱 (2) 9/29 酸碱 (2 )
5 放假 9/1-9 放假
6 10/11 沉淀溶解 (2) 10/13 沉淀溶解 (1) 氧化还原 (1)
7 10/18 氧化还原 (2) 10/20 氧化还原 (2)
8 10/25 习题 (2) 10/27 考试 (2)
9 11/1 原子结构 (2) 11/3 原子结构 (2)
10 11/8 分子结构 (2) 11/10 分子结构 (2)
11 11/15分子结构 (2) 11/17 配合物 (2)
12 11/22配合物 (2) 11/24 习题 (2)
13 11/29 s区,ds区 (2) 12/1 s区,ds区 (1) p区 (1)
14 12/6 p区 (2) 12/8 p区 (2)
15 12/13 p区 (2) 12/15 d区 (2)
16 12/20 d区 (2) 12/21 d区 (2)
17 12/27 习题（ 2） 12/29 总结（ 2）
第一章 气体 液体 溶液
一、气体
1 理想气体状态方程
2 混合气体分压定律
二、液体
1 气体的液化
2 液体的气化：蒸发、沸腾
3 蒸气压计算
三、溶液的浓度（自学）（ 考试要求）
1 质量百分比浓度
2 质量摩尔浓度
3 摩尔分数浓度
4 物质的量浓度
§ 1 气体
一,理想气体状态方程
物质的状态：
固体 液体 气体 等离子体
（ Plasma）
分子间作用力,
减弱
密度,
降低（有例外）
（分子本身所占体积的比例）
理想气体
假定：
分子不占有体积
分子间作用力忽略不计
P V = n R T （气体状态方程）
T为热力学温度压力 体积 温度气体
常
数
摩
尔
数
适用于, 温度较高或压力较低时的稀薄气体
气体状态方程 de 运用
? R 的取值 随压力单位的变化而不同
8.31 kPa · dm3 · mol-1 · K-1
0.0821 atm · dm3 · mol-1 · K-1
? 几种变化情况,P V = n R T
Boyle 定律,PV = 衡量 （ T,n 恒定）
Charles-Gay-Lussac 定律,V/T =衡量 （ P,n 恒定）
Avogadro 定律,V/n = 衡量 （ T,P 恒定）
摩尔气体常数 R的单位与取值
P V R
atm dm3 (l) 8.21?10-2
mmHg cm3 (ml) 6.24?104
kPa dm3 (l) 8.31 kPa · dm3 · mol-1 · K-1
8.31?103 Pa · dm3 · mol-1 · K-1
8.31 J · mol-1 · K-1
气体方程的其它运用
求分子量（摩尔质量） M
PV = (m/M) RT (n = m/M)
求密度（ r)
r = m/V P(m/r) = nRT
r = P(m/n)/(RT) M= m/n
r = (PM)/(RT)
例题,计算摩尔质量
惰性气体氙能和氟形成多种氟化物 XeFx。
实验测定在 80 oC,15.6 kPa 时，某气态氟化
氙试样的密度为 0.899（ g · dm-3)，试确定这
种氟化氙的分子式。
解：
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 r（ g · dm-3)，
质量为 m (g),R 应选用 8.31
（ kPa · dm3 · mol-1 · K-1）。
∵ PV = nRT = (m/M) RT
∴ M = (m/V)(RT/P) = r (RT/P)
= (0.899 × 8.31 × 353)/15.6
= 169 (g ? mol-1)
已知 原子量 Xe 131,F 19,
XeFx
∴ 131+19x =169
x = 2
∴ 这种氟化氙的分子式为,XeF2
1．分压的概念
2．分体积的概念
3．应用
二,混合气体分压定律
1．分压的概念
分压力,混合气体中每一组分气体
单独 占有整个混合气体容积时所产生的
压力，成为该组分气体的分压力。
P总 = PA+ PB （ T,V恒定）
V
RTnP A
A = V
RTnP B
B =
同理
总
总 n
nPP B
B ?=
V
RT)nn( BA ?==
V
RTnP 总
总
总总 n
n
nn
n
P
P A
BA
AA =
?=
或
总
总 n
nPP A
A ?=
T,V
PA
PBnB
nA
P总
2．分体积的概念
所谓某气体的分体积是指和混
合气体具有 相同温度 （ T）和 相同压
力 （ P总 ）时该气体所占的体积。
BA VVV ?=总
（ T,P恒定）
总P
RTnV A
A =
总P
RTnV B
B =
总
总
总
总 V
VP
n
nPP AA
A ?=?=
总
总 P
PVV A
A ?=
总
总 P
PVV B
B ?=
或
T
P
VA
VB
nA
nB
V总
P总 = P
VA
VB
同理
总
总
总 P
RTnV =
例 1,A,B两种气体在一容器中混和,
下面表达式哪些是正确的？
1,PAVA=nART
2,PV=nART
3,PVA=nART
4,PAV=nART
5,PA(VA+VB)=nART
6,(PA+PB)VA=nART
?
?
?
?
?
?
P总 V分 = P分 V总 = n分 RT
例 2：室温下, 将 1.0atm,10dm3 H2 与
1.0atm 20dm3 N2在 40dm3 容器中混和,
求 H2,N2 的 分 压, 分体积及摩尔比 。
a t mP H 0.12 =
a t mP N 0.12 =
lV H 102 =
lV N 202 =
RTRT
VPn HH
H
100.122
2
?==
RTRT
VPn NN
N
200.122
2
?==
a tm
V
VPVP
V
RTnn
P
NNHHNH
4
3
40
200.1100.1
)()(
222222
=
???
=
?
=
?
=
总总
总
2:1
200.1
100.1:
22
22
22
=
?
?==
NN
HH
NH VP
VP
nn
混合前
混合后
a t mPnnP HH 25.043312
2
=?== 总
总
a t mPnnP NN 5.043322
2
=?== 总
总
lVnnV HH 3.1340312
2
=?== 总
总
lVnnV NN 7.2640322
2
=?== 总
总
三 实际气体 与 Van der Waals 方程
理想气体,PV = nRT
实际气体, Z = (PV)/(nRT)
Z 称为压缩系数 Z = 1 为理想气体
? 分子间作用力, Z < 1 （ 内聚力使 P 减小）
? 分子占有体积, Z > 1 （ V增大）
偏离理想气体的程度，取决于：
1,温度,T 增加，趋向于理想气体
2,压力,P 减小，趋向于理想气体
3,气体的性质,沸点愈高与理想状态偏差愈大
温度愈升高，愈接近理想气体
N2
不同气体的比较（ 1摩尔,300K )
气体 Z-P 图的讨论
? 常压常温下,沸点低的气体，接近理想气体
? 起初增加压力时, 对于分子量较大的分子，
分子间作用力增加占主导，使得 Z < 1
? 增加较大压力时, 分子的占有体积占主导，
使得 Z > 1
Van der Waals 方程
( P + a n2/V2 ) (V- nb) = nRT
其中,a, b 为 范德华常数
a 用于 校正压力,是与分子间作用力有
关的常数，分子间作用力与气体浓度
的平方成正比
b 约等于气体凝聚为液体时的摩尔 体积
a和 b,似与分子间作用力及其分子的质量有关。
气, 液之间的转化与平衡
1,气体的液化
2,液体的气化
3,蒸气压的计算
气体 液体
液化
气化
§ 2 液体
1,气体的液化
问题,1）是否所有气体都可以液化？
2） 什么样的条件下可以液化？
例,· 冬天带眼镜进屋时，镜片会变得模糊。
· 家庭用液化气，主要成分是丙烷、丁烷，
加压后变成液体储于高压钢瓶里，打开时减压
即气化。
但有时钢瓶还很重却不能点燃。是因为
C5H12 或 C6H14等高级烷烃室温时不能气化。
温度
压力 气
体
性
质
Tc 以下，均可
临界常数：
? 临界温度 Tc,每种气体液化时，各有一
个特定温度叫临界温度。 在 Tc 以上，无
论怎样加大压力，都不能使气体液化。
? 临界压力 Pc,临界温度时，使气体液化
所需的最低压力叫临界压力。
? 临界体积 Vc,在 Tc 和 Pc 条件下,1
mol 气体所占的体积叫临界体积。
均与分子间作用力及分子质量有关。
临界现象
Tb（沸点） <室温
Tc <室温，
室温下 加压 不能
液化
Tb <室温，
Tc >室温，
室温下加压 可 液
化
Tb >室温
Tc >室温，
在常温常压下 为
液体
2,液体的气化, 蒸发 与 沸腾
? 蒸发, 液体表面的气化现象叫蒸发（ evaporation)。
a
b
敞口容器
干
涸
吸热过程
分子的
动能：
红色：大
黑色：中
蓝色：低
气体分子的动能分布 与 蒸发的关系
分
子
的
份
数
分子的动能
蒸发所需分子
的最低动能
2,液体的气化, 蒸发 与 沸腾
? 蒸发, 密闭容器
蒸发 ? 冷凝
“动态平衡”
恒温
分子的
动能：
红色：大
黑色：中
蓝色：低
a
b
饱和蒸气压,与液相处于动态平衡
的这种气体叫饱和蒸气，它的压力
叫饱和蒸气压，简称 蒸气压 。
饱和蒸气压的特点：
1,温度恒定时,为
定值；
2,气液共存时,不
受量的变化；
3,不同的物质 有不
同的数值。
几种液体的平衡蒸气压（ mmHg）
T(℃ ) C2H5OH C6H6 H2O C6H5CH3
0 12 4.6 6.9
10 24 45 9.2 13
20 44 75 18 22
30 79 118 32 37
40 135 182 55 59
50 222 269 93 93
60 353 388 149 140
70 543 542 234 202
80 813 748 355 290
90 1187 1013 526 405
100 1690 1335 760 557
2,液体的气化, 蒸发 与 沸腾
? 蒸气压曲线,
曲线 为气液共存
平衡线；
曲线 左侧 为 液相
区；
右侧 为 气相 区。
蒸
气
压
温度
正常沸点
例：水 的沸点为 100 oC,但在 高山上,由于大
气压降低,沸点较低,饭就难于煮熟。
而 高压锅 内气压可达到约 10 atm，水的沸
点约在 180 oC 左右，饭就很容易煮烂。
“过热”液体,温度高于沸点的液体称为过热液
体，易产生 爆沸 。
蒸馏时 一定要 加入沸石或搅拌,以引入小气
泡，产生气化中心，避免爆沸。
2,液体的气化, 蒸发 与 沸腾
? 沸腾, 带活塞容器,活塞压力为 P
沸点与外界压
力有关。外界
压力等于 101
kPa (1 atm)时
的沸点为 正常
沸点,简称 沸
点 。
当温度升
高到蒸气
压与外界
气压相等
时，液体
就 沸腾,
这个温度
就是 沸点 。
热源
沸腾 是在液体的表
面和内部同时气化。
a
b
参见蒸汽压曲线
2,液体的气化, 蒸发 与 沸腾
? 水及二氧化碳的相图：
左图 (a),A正常沸点； B 凝固点； D 临界点, 218 atm,374° C;
三相点, 0.0098 ?C,4.58 torr (6.10× 102 Pa)。
压
力
温度
CO2常压下能以液体存在吗？
3,蒸气压的计算
? 蒸气压的对数与 的直线关系,
?Hvap为气体的摩尔
蒸发热
T
1 × 103/K-1
T
1
B
T
AP ?=lg
R
HA v a p
30.2
??=
BRTHP v a p ???= 30.2lg
3,蒸气压的计算
? Clapeyron-Clausius 方程,
应用,1） 计算液体的蒸发热； 2) 求蒸气压
要注意 R的单位与 ?Hvap的 单位一致 。
BRTHP v a p ???=
2
2 30.2lg
两式相减,)11(
30.2lglg 1212 TTR
HPP v a p ???=?
即
)(
30.2
lg
21
12
1
2
TT
TT
R
H
P
P v a p ??=
BRTHP v a p ???=
1
1 30.2lg
假设温度为 T1和 T2时，蒸气压分别为 P1和 P2
例 3 在 58oC 将某气体通过一盛水容器，在 100 kPa
下收集该气体 1.00 dm3。问,
1,温度 不变，将 压力 降低 为 50.0 kPa 时，气体的 体积 是多少？
2,温度 不变，将 压力 增加 到 200 kPa 时，气体的 体积 是多少？
3,压力 不变，将 温度 升高 到 100 oC 时，气体的 体积 是多少？
4,压力 不变，将 温度 降低 至 10 oC 时，气体的 体积 是多少？
解题思路
1,该气体与水蒸气的 混合气体 的 总体积,n总 不变,P1V1= P2V2
2,压力增加会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化，
可以用该气体的分压来计算总体积,P气 1V1 = n气 RT = P气 2V2
3,n总 不变,V1/T1 = V2/T2 = 常数
4,温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变
化，可以用该气体的分压来计算总体积：
P气 1V1 /T1= n气 R = P气 2V2/T2
例 3 在 58oC 将某气体通过一盛水容器，在 100 kPa
下收集该气体 1.00 dm3。问：
1,温度 不变，将 压力 降 为 50.0 kPa 时，气体的 体积 是多少？
2,温度 不变，将 压力 增加 到 200 kPa 时，气体的 体积 是多少？
3,压力 不变，将 温度 升高 到 100 oC 时，气体的 体积 是多少？
4,压力 不变，将 温度 降 至 10 oC 时，气体的 体积 是多少？
解,1,P1 V1 = P2 V2 100 × 1.00 = 50.0 V2 V2 = 2.00 (dm3)
2,58 oC时,P水 = 18.1 kPa,P气体 = (100-18.1) kPa
V2 = (P气 1× V1)/P气 2 = ((100-18.1) × 1.00)/(200-18.1) = 0.450 (dm3)
3,V1/T1 = V2/T2 1.00/(273+58) = V2/(273+100) V2 = 1.13 (dm3)
4,P1V1/T1 = P2V2/T2 10 oC时 P水 = 1.23 kPa,P气体 = (100-1.23) kPa
(100-1.23)V2 /(273+10) = ((100-18.1) × 1.00)/(273+58)
V2 = 0.709 (dm3)
例 4 已知异丙醇在 2.4oC时的蒸气压为 1.33 kPa，
在 39.5oC时蒸气压为 13.3 kPa。试求异丙醇的蒸发
热和沸点。
解 根据
)(
30.2
lg
21
12
1
2
TT
TT
R
H
P
P v a p ??=
)6.2757.312 6.2757.312(31.830.233.1 3.13lg ????= v a pH
? ?Hvap= 44.4 kJ ? mol-1
当液体蒸气压与外界气压相等，为 101 kPa时
的温度就是沸点 (T’)
?
)6.275 6.275(31.830.2 1044.433.1101lg '
'4
?
?
?
?=
T
T
? 异丙醇的沸点 T’=355 K （ ~82?C）
三, 溶液的浓度 （ 自学 ）
质量百分浓度
质量摩尔浓度
摩尔分数浓度
物质的量浓度
??
作业题, 1.1,1.3,1.7,1.10,1.12
第一章 小结
一、理想气体状态方程
1 理想气体的概念
2 PV = nRT 的运用,R 的取值
3 密度和摩尔质量的计算
PV = (m/M) RT,r = (PM)/(RT)
二,Dolton 分压定律（混合气体）
PA = (nA/ n总 )Ｐ 总 (T,V 不变）
VA= V总 (PA/Ｐ 总 )（ T,P一定）
P总 V分 = P分 V总 = n分 RT
三、临界温度 (Tc),临界压力 (Pc),气液平衡
lg (p2 / p1 )= ?Hvap/2.303R [(T2 – T1)/T2 · T1]
（ R与 ?H的单位要一致）
四、质量浓度和体积浓度等 （ M和 r是换算的条件）
北京大学化学学院
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,无机化学, 生物类 第二版
主要参考书：
华彤文等著,,普通化学原理, (第三版 ),北京大学出版社,
2005。
华彤文等著,,普通化学原理, (第二版 ),北京大学出版社,
1993
,普通化学原理, 教学组,,普通化学原理习题解答,,北京
大学出版社,1996
严宣申等著,,普通无机化学, (第二版 ),北京大学出版社,
1999。
Loretta Jones and Peter Atkins,Chemistry - Molecules,Matter,and
Change,(4th ed.),W,H,Freeman and Company,New York,2000.
Theodore L.Brown,H,Eugene LeMay,Jr,and Bruce E,Bursten,
Chemistry – The Central Science (8th ed.),Pearson Education North
Asia Limited and China Machine Press,Beijing,2003.。
P,A,Cox著，李亚栋等译,,无机化学精要速览,,科学出
版社,2002。
学习要求
1,学好‘无机化学’的几个重要环节：
(1) 预习 (结合教学提纲和教学进度表 )
(2) 笔记（ FTP）
(3) 复习及总结
(4) 做（ 写 ）习题及答疑
2,运用 FTP复习
(http//www.chem.pku.edu.cn)
（化学与分子工程学院网页） /教师
FTP/施祖进 /Shi Zujin
3,网上查书, 北大图书馆
http://www.lib.pku.edu.cn/ 检索 馆藏目录
网上资源,http://www.whfreeman.com/gchem/
http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/
4,成绩 (无机化学部分）
期末考试 60%，期中考试 30%、平时 10%。平
时成绩包括：
①课堂练习及平时测验；
②每章 作业 。必需完成所留作业，单双周对应单
双号；
③ 小论文 。查阅有关文献，每人完成一篇一种元
素的生理或生化作用。（文献指 英文期刊 ）
论文撰写格式
题目
作者姓名及单位
摘要
引言（前言）
正文
小结（结论）
参考文献
?化学是什么
?化学研究方法
化学 与 化学研究
Chemistry
Chem-is-try
化学是什么?
?研究物质的 形成, 结构 与 性质 和 变化 的科学
?核心与特征：合成新物质 (Synthesis)
?物质的组成与结构 (What have I got?)
?物质的性质与变化 (How did that
transformation happen?)
?为什么是这种结构，为何发生这种变化
(Why that change or structure,rather than
others?)
从化学的发展看化学
?1789，化学开始成为科学
200年前，化学的中心问题：,What is it？”
(分析物质的组成，至少在元素水平上 )
?1901-，最常问的问题：,How?”和,Why?”
(从宏观尺度理解物质的变化,Gibbs化学热力学 )
?“新化学”与 100年以前有何区别？ (the molecular vision)
合成,更精通和突出，以某种可控的方式 (in control);
分析,更深入和细致，,How little have I got of what?”;
化学反应机理,转化的原子路径，飞秒时间尺度 (How?);
理论,不仅限于解释和理解，预言性可与实验竞争 (Why?)
与物理、材料和生命科学的交叉与融合！
一般科学研究方法
(The Scientific Method)
? 基于观察提出问题，寻找趋势。 Ask questions (keep
asking) based on observations,Look for trends.
? 提出一个假设或理论，试图回答问题。 Formulate an
hypothesis,a theory which attempts to answer your questions.
? 检验假设。进行实验，收集数据和观察资料。 Test
hypothesis,Perform experiments and collect data and
observations.
? 分析结果，得出结论。 Analyze results and draw
conclusions.
? 结果给出答案，但常常产生新的问题。 Outcome
leads to answers and frequently,additional new questions.
物质与测量 (Matter and Measurement)
? 物质 Matter – 化学的对象
? 表征 Characterization --> 性质 properties
? 物理和化学 性质 Physical and chemical properties
? 为了描述和表征物质,测量 To describe and
characterize matter,chemists make
measurements.
? 测量,将待描述的和已知的进行 比较 Measurements -
comparison between something known and
something which needs to be described.
化学研究与分子设计
? 问题的提出 （ 课题选择 ）
结合社会实际，提出重大问题
? 现有知识的调查 （ 文献、资料、技术等 ）
? 研究方案、方法的确定
模型化法, 模型的提出 ? 实践 ? 修正
? 实验、总结、再实验，直至成功
分子设计, 实际应用 物质的性质
合成制备 物质的结构
普通无机化学与其它化学课程的关系
普
通
无
机
化
学
高等无机化学
有机化学
高分子化学
分析化学
物理化学
无机材料化学、生物无机化学等
有机金属化学、物理有机化学、
药物化学等
高分子化学、高分子物理、
高分子材料与工程等
生化分析、仪器分析、化学分析等
化学热力学、化学动力学、结构
化学等
生
命
化
学
,普通化学, 课程的主要内容
物 质 的
变化规律
物质的制
备与性质
物质的形
态与结构
气液固体
原子结构
分子结构
晶体结构
化学热力学
化学动力学
酸碱平衡
沉淀平衡
氧化还原
络合平衡
元素通论
s,ds区元素
p区元素
d区元素
f区元素
定性分析
参考进度表
周 次 星期二 星期四日期 讲课内容 (学时数 ) 日期 讲课内容 (学时数 )
1 9/6 绪论 (1) 气、液 (1) 9/8 气、液 (1) 方向 (1)
2 9/13 方向 (2) 9/15 方向 (1) 限度 (1)
3 9/20限度 (2) 9/22 限度 (1) 习题 (1)
4 9/27 酸碱 (2) 9/29 酸碱 (2 )
5 放假 9/1-9 放假
6 10/11 沉淀溶解 (2) 10/13 沉淀溶解 (1) 氧化还原 (1)
7 10/18 氧化还原 (2) 10/20 氧化还原 (2)
8 10/25 习题 (2) 10/27 考试 (2)
9 11/1 原子结构 (2) 11/3 原子结构 (2)
10 11/8 分子结构 (2) 11/10 分子结构 (2)
11 11/15分子结构 (2) 11/17 配合物 (2)
12 11/22配合物 (2) 11/24 习题 (2)
13 11/29 s区,ds区 (2) 12/1 s区,ds区 (1) p区 (1)
14 12/6 p区 (2) 12/8 p区 (2)
15 12/13 p区 (2) 12/15 d区 (2)
16 12/20 d区 (2) 12/21 d区 (2)
17 12/27 习题（ 2） 12/29 总结（ 2）
第一章 气体 液体 溶液
一、气体
1 理想气体状态方程
2 混合气体分压定律
二、液体
1 气体的液化
2 液体的气化：蒸发、沸腾
3 蒸气压计算
三、溶液的浓度（自学）（ 考试要求）
1 质量百分比浓度
2 质量摩尔浓度
3 摩尔分数浓度
4 物质的量浓度
§ 1 气体
一,理想气体状态方程
物质的状态：
固体 液体 气体 等离子体
（ Plasma）
分子间作用力,
减弱
密度,
降低（有例外）
（分子本身所占体积的比例）
理想气体
假定：
分子不占有体积
分子间作用力忽略不计
P V = n R T （气体状态方程）
T为热力学温度压力 体积 温度气体
常
数
摩
尔
数
适用于, 温度较高或压力较低时的稀薄气体
气体状态方程 de 运用
? R 的取值 随压力单位的变化而不同
8.31 kPa · dm3 · mol-1 · K-1
0.0821 atm · dm3 · mol-1 · K-1
? 几种变化情况,P V = n R T
Boyle 定律,PV = 衡量 （ T,n 恒定）
Charles-Gay-Lussac 定律,V/T =衡量 （ P,n 恒定）
Avogadro 定律,V/n = 衡量 （ T,P 恒定）
摩尔气体常数 R的单位与取值
P V R
atm dm3 (l) 8.21?10-2
mmHg cm3 (ml) 6.24?104
kPa dm3 (l) 8.31 kPa · dm3 · mol-1 · K-1
8.31?103 Pa · dm3 · mol-1 · K-1
8.31 J · mol-1 · K-1
气体方程的其它运用
求分子量（摩尔质量） M
PV = (m/M) RT (n = m/M)
求密度（ r)
r = m/V P(m/r) = nRT
r = P(m/n)/(RT) M= m/n
r = (PM)/(RT)
例题,计算摩尔质量
惰性气体氙能和氟形成多种氟化物 XeFx。
实验测定在 80 oC,15.6 kPa 时，某气态氟化
氙试样的密度为 0.899（ g · dm-3)，试确定这
种氟化氙的分子式。
解：
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 r（ g · dm-3)，
质量为 m (g),R 应选用 8.31
（ kPa · dm3 · mol-1 · K-1）。
∵ PV = nRT = (m/M) RT
∴ M = (m/V)(RT/P) = r (RT/P)
= (0.899 × 8.31 × 353)/15.6
= 169 (g ? mol-1)
已知 原子量 Xe 131,F 19,
XeFx
∴ 131+19x =169
x = 2
∴ 这种氟化氙的分子式为,XeF2
1．分压的概念
2．分体积的概念
3．应用
二,混合气体分压定律
1．分压的概念
分压力,混合气体中每一组分气体
单独 占有整个混合气体容积时所产生的
压力，成为该组分气体的分压力。
P总 = PA+ PB （ T,V恒定）
V
RTnP A
A = V
RTnP B
B =
同理
总
总 n
nPP B
B ?=
V
RT)nn( BA ?==
V
RTnP 总
总
总总 n
n
nn
n
P
P A
BA
AA =
?=
或
总
总 n
nPP A
A ?=
T,V
PA
PBnB
nA
P总
2．分体积的概念
所谓某气体的分体积是指和混
合气体具有 相同温度 （ T）和 相同压
力 （ P总 ）时该气体所占的体积。
BA VVV ?=总
（ T,P恒定）
总P
RTnV A
A =
总P
RTnV B
B =
总
总
总
总 V
VP
n
nPP AA
A ?=?=
总
总 P
PVV A
A ?=
总
总 P
PVV B
B ?=
或
T
P
VA
VB
nA
nB
V总
P总 = P
VA
VB
同理
总
总
总 P
RTnV =
例 1,A,B两种气体在一容器中混和,
下面表达式哪些是正确的？
1,PAVA=nART
2,PV=nART
3,PVA=nART
4,PAV=nART
5,PA(VA+VB)=nART
6,(PA+PB)VA=nART
?
?
?
?
?
?
P总 V分 = P分 V总 = n分 RT
例 2：室温下, 将 1.0atm,10dm3 H2 与
1.0atm 20dm3 N2在 40dm3 容器中混和,
求 H2,N2 的 分 压, 分体积及摩尔比 。
a t mP H 0.12 =
a t mP N 0.12 =
lV H 102 =
lV N 202 =
RTRT
VPn HH
H
100.122
2
?==
RTRT
VPn NN
N
200.122
2
?==
a tm
V
VPVP
V
RTnn
P
NNHHNH
4
3
40
200.1100.1
)()(
222222
=
???
=
?
=
?
=
总总
总
2:1
200.1
100.1:
22
22
22
=
?
?==
NN
HH
NH VP
VP
nn
混合前
混合后
a t mPnnP HH 25.043312
2
=?== 总
总
a t mPnnP NN 5.043322
2
=?== 总
总
lVnnV HH 3.1340312
2
=?== 总
总
lVnnV NN 7.2640322
2
=?== 总
总
三 实际气体 与 Van der Waals 方程
理想气体,PV = nRT
实际气体, Z = (PV)/(nRT)
Z 称为压缩系数 Z = 1 为理想气体
? 分子间作用力, Z < 1 （ 内聚力使 P 减小）
? 分子占有体积, Z > 1 （ V增大）
偏离理想气体的程度，取决于：
1,温度,T 增加，趋向于理想气体
2,压力,P 减小，趋向于理想气体
3,气体的性质,沸点愈高与理想状态偏差愈大
温度愈升高，愈接近理想气体
N2
不同气体的比较（ 1摩尔,300K )
气体 Z-P 图的讨论
? 常压常温下,沸点低的气体，接近理想气体
? 起初增加压力时, 对于分子量较大的分子，
分子间作用力增加占主导，使得 Z < 1
? 增加较大压力时, 分子的占有体积占主导，
使得 Z > 1
Van der Waals 方程
( P + a n2/V2 ) (V- nb) = nRT
其中,a, b 为 范德华常数
a 用于 校正压力,是与分子间作用力有
关的常数，分子间作用力与气体浓度
的平方成正比
b 约等于气体凝聚为液体时的摩尔 体积
a和 b,似与分子间作用力及其分子的质量有关。
气, 液之间的转化与平衡
1,气体的液化
2,液体的气化
3,蒸气压的计算
气体 液体
液化
气化
§ 2 液体
1,气体的液化
问题,1）是否所有气体都可以液化？
2） 什么样的条件下可以液化？
例,· 冬天带眼镜进屋时，镜片会变得模糊。
· 家庭用液化气，主要成分是丙烷、丁烷，
加压后变成液体储于高压钢瓶里，打开时减压
即气化。
但有时钢瓶还很重却不能点燃。是因为
C5H12 或 C6H14等高级烷烃室温时不能气化。
温度
压力 气
体
性
质
Tc 以下，均可
临界常数：
? 临界温度 Tc,每种气体液化时，各有一
个特定温度叫临界温度。 在 Tc 以上，无
论怎样加大压力，都不能使气体液化。
? 临界压力 Pc,临界温度时，使气体液化
所需的最低压力叫临界压力。
? 临界体积 Vc,在 Tc 和 Pc 条件下,1
mol 气体所占的体积叫临界体积。
均与分子间作用力及分子质量有关。
临界现象
Tb（沸点） <室温
Tc <室温，
室温下 加压 不能
液化
Tb <室温，
Tc >室温，
室温下加压 可 液
化
Tb >室温
Tc >室温，
在常温常压下 为
液体
2,液体的气化, 蒸发 与 沸腾
? 蒸发, 液体表面的气化现象叫蒸发（ evaporation)。
a
b
敞口容器
干
涸
吸热过程
分子的
动能：
红色：大
黑色：中
蓝色：低
气体分子的动能分布 与 蒸发的关系
分
子
的
份
数
分子的动能
蒸发所需分子
的最低动能
2,液体的气化, 蒸发 与 沸腾
? 蒸发, 密闭容器
蒸发 ? 冷凝
“动态平衡”
恒温
分子的
动能：
红色：大
黑色：中
蓝色：低
a
b
饱和蒸气压,与液相处于动态平衡
的这种气体叫饱和蒸气，它的压力
叫饱和蒸气压，简称 蒸气压 。
饱和蒸气压的特点：
1,温度恒定时,为
定值；
2,气液共存时,不
受量的变化；
3,不同的物质 有不
同的数值。
几种液体的平衡蒸气压（ mmHg）
T(℃ ) C2H5OH C6H6 H2O C6H5CH3
0 12 4.6 6.9
10 24 45 9.2 13
20 44 75 18 22
30 79 118 32 37
40 135 182 55 59
50 222 269 93 93
60 353 388 149 140
70 543 542 234 202
80 813 748 355 290
90 1187 1013 526 405
100 1690 1335 760 557
2,液体的气化, 蒸发 与 沸腾
? 蒸气压曲线,
曲线 为气液共存
平衡线；
曲线 左侧 为 液相
区；
右侧 为 气相 区。
蒸
气
压
温度
正常沸点
例：水 的沸点为 100 oC,但在 高山上,由于大
气压降低,沸点较低,饭就难于煮熟。
而 高压锅 内气压可达到约 10 atm，水的沸
点约在 180 oC 左右，饭就很容易煮烂。
“过热”液体,温度高于沸点的液体称为过热液
体，易产生 爆沸 。
蒸馏时 一定要 加入沸石或搅拌,以引入小气
泡，产生气化中心，避免爆沸。
2,液体的气化, 蒸发 与 沸腾
? 沸腾, 带活塞容器,活塞压力为 P
沸点与外界压
力有关。外界
压力等于 101
kPa (1 atm)时
的沸点为 正常
沸点,简称 沸
点 。
当温度升
高到蒸气
压与外界
气压相等
时，液体
就 沸腾,
这个温度
就是 沸点 。
热源
沸腾 是在液体的表
面和内部同时气化。
a
b
参见蒸汽压曲线
2,液体的气化, 蒸发 与 沸腾
? 水及二氧化碳的相图：
左图 (a),A正常沸点； B 凝固点； D 临界点, 218 atm,374° C;
三相点, 0.0098 ?C,4.58 torr (6.10× 102 Pa)。
压
力
温度
CO2常压下能以液体存在吗？
3,蒸气压的计算
? 蒸气压的对数与 的直线关系,
?Hvap为气体的摩尔
蒸发热
T
1 × 103/K-1
T
1
B
T
AP ?=lg
R
HA v a p
30.2
??=
BRTHP v a p ???= 30.2lg
3,蒸气压的计算
? Clapeyron-Clausius 方程,
应用,1） 计算液体的蒸发热； 2) 求蒸气压
要注意 R的单位与 ?Hvap的 单位一致 。
BRTHP v a p ???=
2
2 30.2lg
两式相减,)11(
30.2lglg 1212 TTR
HPP v a p ???=?
即
)(
30.2
lg
21
12
1
2
TT
TT
R
H
P
P v a p ??=
BRTHP v a p ???=
1
1 30.2lg
假设温度为 T1和 T2时，蒸气压分别为 P1和 P2
例 3 在 58oC 将某气体通过一盛水容器，在 100 kPa
下收集该气体 1.00 dm3。问,
1,温度 不变，将 压力 降低 为 50.0 kPa 时，气体的 体积 是多少？
2,温度 不变，将 压力 增加 到 200 kPa 时，气体的 体积 是多少？
3,压力 不变，将 温度 升高 到 100 oC 时，气体的 体积 是多少？
4,压力 不变，将 温度 降低 至 10 oC 时，气体的 体积 是多少？
解题思路
1,该气体与水蒸气的 混合气体 的 总体积,n总 不变,P1V1= P2V2
2,压力增加会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化，
可以用该气体的分压来计算总体积,P气 1V1 = n气 RT = P气 2V2
3,n总 不变,V1/T1 = V2/T2 = 常数
4,温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变
化，可以用该气体的分压来计算总体积：
P气 1V1 /T1= n气 R = P气 2V2/T2
例 3 在 58oC 将某气体通过一盛水容器，在 100 kPa
下收集该气体 1.00 dm3。问：
1,温度 不变，将 压力 降 为 50.0 kPa 时，气体的 体积 是多少？
2,温度 不变，将 压力 增加 到 200 kPa 时，气体的 体积 是多少？
3,压力 不变，将 温度 升高 到 100 oC 时，气体的 体积 是多少？
4,压力 不变，将 温度 降 至 10 oC 时，气体的 体积 是多少？
解,1,P1 V1 = P2 V2 100 × 1.00 = 50.0 V2 V2 = 2.00 (dm3)
2,58 oC时,P水 = 18.1 kPa,P气体 = (100-18.1) kPa
V2 = (P气 1× V1)/P气 2 = ((100-18.1) × 1.00)/(200-18.1) = 0.450 (dm3)
3,V1/T1 = V2/T2 1.00/(273+58) = V2/(273+100) V2 = 1.13 (dm3)
4,P1V1/T1 = P2V2/T2 10 oC时 P水 = 1.23 kPa,P气体 = (100-1.23) kPa
(100-1.23)V2 /(273+10) = ((100-18.1) × 1.00)/(273+58)
V2 = 0.709 (dm3)
例 4 已知异丙醇在 2.4oC时的蒸气压为 1.33 kPa，
在 39.5oC时蒸气压为 13.3 kPa。试求异丙醇的蒸发
热和沸点。
解 根据
)(
30.2
lg
21
12
1
2
TT
TT
R
H
P
P v a p ??=
)6.2757.312 6.2757.312(31.830.233.1 3.13lg ????= v a pH
? ?Hvap= 44.4 kJ ? mol-1
当液体蒸气压与外界气压相等，为 101 kPa时
的温度就是沸点 (T’)
?
)6.275 6.275(31.830.2 1044.433.1101lg '
'4
?
?
?
?=
T
T
? 异丙醇的沸点 T’=355 K （ ~82?C）
三, 溶液的浓度 （ 自学 ）
质量百分浓度
质量摩尔浓度
摩尔分数浓度
物质的量浓度
??
作业题, 1.1,1.3,1.7,1.10,1.12
第一章 小结
一、理想气体状态方程
1 理想气体的概念
2 PV = nRT 的运用,R 的取值
3 密度和摩尔质量的计算
PV = (m/M) RT,r = (PM)/(RT)
二,Dolton 分压定律（混合气体）
PA = (nA/ n总 )Ｐ 总 (T,V 不变）
VA= V总 (PA/Ｐ 总 )（ T,P一定）
P总 V分 = P分 V总 = n分 RT
三、临界温度 (Tc),临界压力 (Pc),气液平衡
lg (p2 / p1 )= ?Hvap/2.303R [(T2 – T1)/T2 · T1]
（ R与 ?H的单位要一致）
四、质量浓度和体积浓度等 （ M和 r是换算的条件）
