4.1水分子的结构和冰 水分子的极性和氢键 wg 第4章奇妙的水分子和水资源一 上街工限 水的性质 几种常见物质的热容(J/gK) 。度好的溶剂：极性， 氯健©巴 Ammonia,NH 4.70 ·水的蒸发热大： Liquid water,H,O 4.184 40.67kJmo1-1(101.3kPa) Ethylene glycol,C,HO 2.42 水的等压热容：9 Iee,H2O 2.01 75.30Jmo11《-1 Water vapor,H2O 2.0 0.90 。水的沸点：100℃ Aluminum,Al Iron,Fe 0.451 密度反常：4℃为最大© Silver,Ag 0.24 个 Gold,Au 0.13 冰浮在水面上 攀 1g冰，水，术藤汽的体积随温度的变化 1
1 第4章 奇妙的水分子和水资源 上海交通大学化学化工学院 大学化学教研室 第 4章奇妙的水分子和水资源 水分子的极性和氢键 4.1水分子的结构和冰 第 4章奇妙的水分子和水资源 水的性质 • 良好的溶剂：极性，氢键 • 水的蒸发热大： 40.67 kJ·mol-1(101.3kPa) • 水的等压热容： 75.30 J·mol-1·K-1 • 水的沸点：100℃ • 密度反常：4℃为最大 第 4章奇妙的水分子和水资源 几种常见物质的热容(J/g·K) Gold, Au 0.13 Silver, Ag 0.24 Iron, Fe 0.451 Aluminum, Al 0.90 Water vapor, H 2.0 2O Ice , H 2.01 2O Ethylene glycol, C 2.42 2H6O2 Liquid water , H 4.184 2O Ammonia, NH 4.70 3 第 4章奇妙的水分子和水资源 冰是六角形晶体 第 4章奇妙的水分子和水资源 冰浮在水面上 1g冰，水，水蒸汽的体积随温度的变化
4.2液态水的行为 (2)内聚力和附着力 4.2.1液体的性质 (1)粘度：与液体流动性有关。 内聚力是同种物质中相同分子间的相互作用力， 受分子间作用力影响，还受分子大小和形状 附膏力是不同种物质中不同分子间的相互作用力。 形响.受温度形响 油：分子缠统 (3)表面张力 露珠的形成 落在物体表面的水滴是否能润湿物体的表面取 液体内部分子所受的力可以 决于两种力的竟争，内聚力和附着力 彼此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子的 如果内聚力大于附着力，液浦就以圆球形状存在于物 拉力小（因为气相密度低），所 体材料的表面；叫不润湿，露殊的形成就是这样。 以表面分子受到被拉入体相的作 ·如果内聚力小于附着力，液滴就能润湿物体材料的表 用力，这个力叫表面张力。 面：叫能润湿，水在干净玻璃上就是这样， 荷叶表面有脂类物质与水的作用力比水分子间氢健 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势。 小，故不润湿，形成水殊。 g 玻璃 玻璃 10 4.2.2毛细现象 细玻璃管中的毛细现象 溶液及其性质 物质的三态 玻痛与水分子之间的附着力向上提拉， 1。气态：无序、热运动剧烈 形成凹面； 2。液态：短程有序，长程无序 水分子与水分子之间的内聚力俵面张力 向下)，要减小面积，凹面变平， 3。固态：对于晶体，有序 内秉力<附着力时，液面提升； 不断长高，直到重力可以抵抗提升力 凹面附加合力向上：水面的回形针 2
2 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.2液态水的行为 4.2.1液体的性质 （1）粘度：与液体流动性有关。 • 受分子间作用力影响，还受分子大小和形状 影响.受温度影响 • 油:分子缠绕 油 第 4章奇妙的水分子和水资源 （2）内聚力和附着力 内聚力是同种物质中相同分子间的相互作用力。 附着力是不同种物质中不同分子间的相互作用力。 第 4章奇妙的水分子和水资源 （3）表面张力 液体内部分子所受的力可以 彼此抵销，但表面分子受到体相 分子的拉力大，受到气相分子的 拉力小（因为气相密度低），所 以表面分子受到被拉入体相的作 用力，这个力叫表面张力。 这种作用力使表面有自动收缩到最小的趋势。 第 4章奇妙的水分子和水资源 露珠的形成 • 落在物体表面的水滴是否能润湿物体的表面取 决于两种力的竞争，内聚力和附着力 •如果内聚力大于附着力，液滴就以圆球形状存在于物 体材料的表面；叫不润湿,露珠的形成就是这样. •如果内聚力小于附着力，液滴就能润湿物体材料的表 面;叫能润湿,水在干净玻璃上就是这样. •荷叶表面有脂类物质与水的作用力比水分子间氢键 小，故不润湿，形成水珠。 第 4章奇妙的水分子和水资源 细玻璃管中的毛细现象 • 玻璃与水分子之间的附着力向上提拉， 形成凹面; • 水分子与水分子之间的内聚力(表面张力 向下)，要减小面积,凹面变平, • 内聚力<附着力时,液面提升; • 不断长高,直到重力可以抵抗提升力. • 凹面附加合力向上:水面的回形针 4.2.2毛细现象 第 4章奇妙的水分子和水资源 溶液及其性质 1。气态：无序、热运动剧烈 2。液态：短程有序，长程无序 3。固态：对于晶体，有序 物质的三态
4.3水的相变 4.3.1熔化和凝固 4.3.2蒸发和凝聚 ·温度降低，液体分子平均动能下降，当其比 ·位于液体表面的分子就能茨得足够能量克服分子问 其他分子对他的吸引力小的时候，分子间滑 力的束缚跑到液面以外的空间成为气态分子，这一 过程就叫蒸发或气化， 动停止，失去流动性，这种现象就叫凝固， ·冷凝或凝聚是与蒸发相反的一个过程，气体分子撞 ·发生凝固的温度就是该物质的凝固，点 击液体的表面，演分子不是反禅回气态而是附着在 黑。温度升高，固体变成了液体，这一过程叫熔 液体的表面 化或融解。 ·这个温度就是该物质的熔，点。 。 物体熔，点的高低主要取决于物质内部微粒之 间的相互作用力一范德瓦尔斯力、氨健。 43.3液体的蒸气压 影响平衡蒸气压大小的因素 ,蒸气压：某温度下，液体表面气体分子形成的压强 只与体系本身的性质和温度有关； 平衡蒸气压：封闭客器中，莱温度下，冷凝的速度等 不同的液体，由于互相作用力的不同，蒸 于挥发的速度时液体袁面气体分子形成的压强是蒸 气压的大小不同。是液体挥发性的表征； 气压的一个情况. 同一体系，温度不同，蒸气压的大小不同， 华 温度升高，蒸气压变大。 ·以后提到的蒸气压都是指 平衡蒸气压 4.3.4相对湿度 不同物质、不同温度的蒸气压（平衡蒸气压） 中群 Ap/105Pa 1.5 嘉瓷中的羲瓷整全领兼花来的十空 对湿度为100%. 10-------------------- 架餐棉干斋隐新麦梵的案肆 度查表)的相对比值， 0.5 RH =(P/P)x100% 273 323 373 TK 3
3 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.3.1 熔化和凝固 • 温度降低，液体分子平均动能下降，当其比 其他分子对他的吸引力小的时候，分子间滑 动停止，失去流动性，这种现象就叫凝固， • 发生凝固的温度就是该物质的凝固点 • 温度升高，固体变成了液体，这一过程叫熔 化或融解。 • 这个温度就是该物质的熔点。 • 物体熔点的高低主要取决于物质内部微粒之 间的相互作用力--范德瓦尔斯力、氢键。 4.3水的相变 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.3.2蒸发和凝聚 • 位于液体表面的分子就能获得足够能量克服分子间 力的束缚跑到液面以外的空间成为气态分子，这一 过程就叫蒸发或气化. • 冷凝或凝聚是与蒸发相反的一个过程，气体分子撞 击液体的表面，该分子不是反弹回气态而是附着在 液体的表面 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.3.3液体的蒸气压 • 平衡蒸气压:封闭容器中，某温度下,冷凝的速度等 于挥发的速度时液体表面气体分子形成的压强.是蒸 气压的一个情况. •蒸气压:某温度下,液体表面气体分子形成的压强 注意 •以后提到的蒸气压都是指 平衡蒸气压 第 4章奇妙的水分子和水资源 影响平衡蒸气压大小的因素 • 只与体系本身的性质和温度有关； • 不同的液体，由于互相作用力的不同，蒸 气压的大小不同。是液体挥发性的表征； • 同一体系，温度不同，蒸气压的大小不同， 温度升高，蒸气压变大。 第 4章奇妙的水分子和水资源 不同物质、不同温度的蒸气压(平衡蒸气压) 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.3.4相对湿度 • 敞开容器中，要达到挥发和凝聚平衡，则应该 是该液体的蒸汽在整个气相混合物中的分压等 于该液体的平衡(饱和)蒸气压。 • 当空气中的水蒸气的分压等于水的平衡(饱和) 蒸气压，我们就说空气被水饱和了，空气的相 对湿度为100%。 • 相对湿度定义为一定温度下实际测得的空气中 水的分压与水的平衡(饱和)蒸气压(Peq:根据温 度查表)的相对比值。 ( / ) 100% RH P P = eq ×
举例 4.3.5沸点 例4-1：已知某一天空气的相对湿度为57%，温度为25℃，请问 此时空气中水的分压为多少？ 当液体被加热到某一某温度时，液体的蒸气压等于外压： 查p98表，水在25℃时的德和蒸汽为3.167Pa,40℃时的德和燕汽为 液体的蒸发气化突然加剧，这时液面下生成许多水蒸汽 7.38kPa. 的小气泡，小气泡的尺寸逐渐长大直至上升到液面，继 RH=(P1Pm)×100%=(P13.167)×100%=57% 而冲出液面爆裂，这就叫沸感，发生冰腾的温度叫沸点 (bp). P水-l.805kPa 25℃空气中水的分压为1.805kPa 蒸发与气化的区别：表面与整体内部； RH=(P1Pm)×100%=(P17.376×100%=57% 液体气化时的特点：过程中温度不变，整个过程均为T 4p10'Pa P水4.204kPa 40C空气中水的分压为4.204kPa 朱=P水 想一想 几eP空 乘拿为什么闷（缺氧）？为什么夏天的雨天叫桑拿天？ 沸腾与蒸发的区别 分子间力与沸点之间的关系 液体分子之间的内聚力（分子间作用力） 沸腾-水内部蒸发 对液体的沸点和液体的蒸气压有很大的 从水表面进入空气 影响。 。 分子间作用力以色散力为主，分子间的色 蒸发--水表面 散力随着其分子量的增加而增加，因此 同种类型的分子，分子量越大分子间作 用力越强，沸，点越高。 i 4.3.6升华和固态物质的蒸气压 直接由固态变为气态的过程叫做升华 气态分子也会撞击固体的表面并在其表面停留 H:Te 下来，这种从气态直接凝固成为固态的过程叫 H 做凝华. ◆5aH ·固态物质的平衡蒸气压：密闭容器里，当升华 PH 和凝华速度相等时的蒸气压 CH Feriod 4
4 第 4章奇妙的水分子和水资源 举例 • 例4-1：已知某一天空气的相对湿度为57%，温度为25°C，请问 此时空气中水的分压为多少？ • 查p98表,水在25°C时的饱和蒸汽为3.167kPa,40°C时的饱和蒸汽为 7.38kPa. ( / ) 100% =( / 7.376) 100%=57% RH P P P =× × eq ( / ) 100% =( / 3.167) 100%=57% RH P P P =× × eq 25°C空气中水的分压为 1.805kPa •桑拿为什么闷(缺氧)? 为什么夏天的雨天叫桑拿天? 想一想 P水=4.204kPa P 水=1.805kPa 40°C空气中水的分压为 4.204kPa n p n p = 水 水 空 空 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.3.5沸点 当液体被加热到某一某温度时，液体的蒸气压等于外压, 液体的蒸发气化突然加剧，这时液面下生成许多水蒸汽 的小气泡，小气泡的尺寸逐渐长大直至上升到液面，继 而冲出液面爆裂，这就叫沸腾，发生沸腾的温度叫沸点 (bp）． • 蒸发与气化的区别:表面与整体内部； • 液体气化时的特点：过程中温度不变，整个过程均为Tb 第 4章奇妙的水分子和水资源 沸腾---水内部蒸发 从水表面进入空气 蒸发---水表面 • 沸腾与蒸发的区别 第 4章奇妙的水分子和水资源 分子间力与沸点之间的关系 • 液体分子之间的内聚力（分子间作用力） 对液体的沸点和液体的蒸气压有很大的 影响。 • 分子间作用力以色散力为主,分子间的色 散力随着其分子量的增加而增加，因此 同种类型的分子，分子量越大分子间作 用力越强,沸点越高. 第 4章奇妙的水分子和水资源 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.3.6升华和固态物质的蒸气压 • 直接由固态变为气态的过程叫做升华 • 气态分子也会撞击固体的表面并在其表面停留 下来，这种从气态直接凝固成为固态的过程叫 做凝华. •固态物质的平衡蒸气压:密闭容器里,当升华 和凝华速度相等时的蒸气压
4.3.7水的相图 高压锅 超临界现象 超临界流体的特点： 液 ·不具备可压缩性（液体） 2.18 ,临界点 态 ·会充满整个容器（气体） 1.00 格点 沸点 0.00603 三相点 高原 气 态 我 相鱼 0.000.01 100.0374 气 温度/ 1.0 升饰 度/℃ 4.4.1溶液 4.4水溶液 溶流的礼成 ·和溶液的物理状态一致的在溶液中含量较多的 重量百分比浓度： 那个组分叫溶剂(Solvent).；在溶液中含量较 少的那个组分叫溶质(Solute)。 溶质的质量 r%= 溶质的质量+溶剂的质量 -×100% ·常用于表示溶液组成的方法有：质量分数、体 积分数、摩尔浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数 ·体积摩尔浓度： 和摩尔百分数 第上草 C=溶质的摩尔数 mol dm3) 溶液的体积 p咖（百万分之一10），pb(什亿分之一10) ·质量摩尔浓度： 三 溶质的摩尔数(mole1kg) 每g溶剂 溶液 4.4.2溶剂化作用和溶解度 ·真溶液—109m,均相： 1.溶剂化作用 ·胶体 一1~100*109m,均相： 溶液中的离子会与极性溶荆分子（例如水）间产 ·悬浊液—>10-7m,多相，重力下沉。 生离子一偶极之间的作用力，这一过程就叫做 溶荆化， 溶液中解离的离子分散在溶剂中就被溶剂化了 5
5 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.3.7水的相图 高压锅 高原 第 4章奇妙的水分子和水资源 超临界 现象 超临界流体的特点: • 不具备可压缩性(液体) • 会充满整个容器(气体) 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.4水溶液 • 和溶液的物理状态一致的在溶液中含量较多的 那个组分叫溶剂(Solvent)；在溶液中含量较 少的那个组分叫溶质(Solute)。 • 常用于表示溶液组成的方法有：质量分数、体 积分数、摩尔浓度、质量摩尔浓度、摩尔分数 和摩尔百分数 ppm(百万分之一10-6),ppb(十亿分之一10-9) 4.4.1溶液 第 4章奇妙的水分子和水资源 溶液的浓度 • 重量百分比浓度： • 体积摩尔浓度； • 质量摩尔浓度： % × 100 % + = 溶质的质量 溶剂的质量 溶质的质量 w （ ） 溶液的体积 溶质的摩尔数 3 C = mol / dm （ ） 每 溶剂 溶质的摩尔数 mole kg kg m = / 第 4章奇妙的水分子和水资源 溶液 • 真溶液——10-9 m，均相； • 胶体——1~100*10-9 m，均相； • 悬浊液——>10-7 m，多相，重力下沉。 第 4章奇妙的水分子和水资源 4.4.2 溶剂化作用和溶解度 1．溶剂化作用 溶液中的离子会与极性溶剂分子（例如水）间产 生离子--偶极之间的作用力，这一过程就叫做 溶剂化， 溶液中解离的离子分散在溶剂中就被溶剂化了