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第一章 气体、液体和溶液

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第一章物质的聚集状态

第一章物质的聚集状态

1.3 溶液
一种物质以分子或离子的状态均匀地分布在另 一种物质中形成均匀的分散系统，称为溶液。
溶液的特点：
溶质、溶剂的相对性
不同物质在形成溶液时，往往有热量、 体积的变化和颜色的变化
1.3.1 溶液浓度表示法
物质B的摩尔分数 x B
nB nB xB n nB
∑nB是溶液中各组分的物质的量总和，且
cB RT {0.1 8.314 298}kPa 248kPa
这相对于25m高水柱所产生的静压力。而一般植物 细胞液的渗透压大约可达2000kPa。
利用渗透压测量高分子化合物的分子量有其独特 的优点。
1.4 胶体
一种或几种物质分散在另一种物质中所形 成的系统称为分散系统，简称分散系。 分散系中被分散的物 质称为分散相。 分散相所处的介质 称为分散介质。
前提：溶质是不挥发的，气相仅为溶剂的， 不生成固溶体
蒸汽压下降 由拉乌尔定律可知，当向溶剂中加入非挥发 性溶质时，溶液中溶剂的蒸汽压低于纯溶剂的 蒸汽压。即：
p* p A p A nB nB WB M A A * xB * pA pA nA nB nA WA M B p A WB M A * p A WA M B WB M A p* A MB WA p A
1.3.2 拉乌尔定律与亨利定律
设由组分A，B，C……组成 液态混合物或溶液，T一定时， 达到气、液两相平衡。
pA,pB,pC
平衡时，液态混合物或溶 T一定 y , y , y (平衡) 液中各组分的摩尔分数分别 为xA，xB，xC……气相混合 x ,x ,x 物中各组分的摩尔分数分别 为yA，yB，yC……。一般xA≠ yA, xB≠ yB, xC≠ yC ……。 稀溶液的气、液平衡

第1章 气体和溶液练习题及答案资料讲解

第1章 气体和溶液练习题及答案资料讲解

第1章气体和溶液练习题及答案第1章气体、溶液和胶体练习题一、选择题1．用来描述气体状态的四个物理量分别是（用符号表示）（）A. n,V,p,TB. n,R,p,VC. n,V,R,TD. n,R,T,p2．现有两溶液：A为0.1 mol·kg-1氯化钠溶液；B为0.1 mol·kg-1氯化镁溶液（）A. A比B沸点高B. B比A凝固点高C. A比B沸点低D. A和B沸点和凝固点相等3．稀溶液在蒸发过程中（）A.沸点保持不变B.沸点不断升高直至溶液达到饱和C.凝固点保持不变D.凝固点不断升高直至溶液达到饱和4．与纯液体的饱和蒸汽压有关的是（）A. 容器大小B. 温度高低C. 液体多少D. 不确定5．质量摩尔浓度是指在（）A.1kg溶液中含有溶质的物质的量B. 1kg溶剂中含有溶质的物质的量C. 0.1kg溶剂中含有溶质的物质的量D.1L溶液中含有溶质的物质的量6．在质量摩尔浓度为1.00mol·kg-1的水溶液中，溶质的摩尔分数为（）A.1.00B. 0.055C. 0.0177D. 0.1807．下列有关稀溶液依数性的叙述中，不正确的是（）A. 是指溶液的蒸气压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压B. 稀溶液定律只适用于难挥发非电解质的稀溶液C. 稀溶液依数性与溶液中溶质的颗粒数目有关D. 稀溶液依数性与溶质的本性有关8．质量摩尔浓度均为0.050 mol·kg-1的NaCl溶液，H2SO4溶液，HAc溶液，C6H1206(葡萄糖)溶液，蒸气压最高的是（）A. NaCl溶液B. H2SO4溶液C. HAc溶液D. C6 H1206溶液9．糖水的凝固点（）A.等于0℃B. 低于0℃C. 高于0℃D.无法判断10．在总压力100kPa的混合气体中，H2、He、N2、CO2的质量都是1.0g，其中分压最小的是（）A. H2B. HeC. N2D. CO2二、填空题1.理想气体状态方程的表达式为。

简明无机化学第一章 气体和稀溶液课件

简明无机化学第一章 气体和稀溶液课件
则 n mol 分子的体积 V分 = n b dm3
而理想气体的体积 V =（m － n b） dm3
如图实际气体的体积 V实 = m dm3
V = （m － n b）dm3 V分 = n b dm3
一般关系式为 V = V实 － nb
（2）
p = p实 + （a n ）2 （1）
V
V = V实 － nb
则 R = 8.314 J•mol－1•K－1
从式
R=
pV nT
和
R = 8.314 J•mol－1•K－1
看出 pV 乘积的物理学单位 为 焦耳 （J）
p
Pa N•m－2
V
m3
所以 pV 的单位为 N•m－2•m 3
= N•m
=J
从物理学单位上看 pV 是一种功。
pV R = nT
若压力用 Pa
混合气体的总压为 3 105 Pa
亦有
p总 = pN2 + pO2
道尔顿（Dalton）进行了大量 实验，提出了混合气体的分压定律 —— 混合气体的总压等于各组分 气体的分压之和
p总 = pi i
此即道尔顿分压定律的数学表达式。
理想气体混合时，由于分子间无 相互作用，故碰撞器壁产生的压力， 与独立存在时是相同的。亦即在混合 气体中，组分气体是各自独立的。
由两种或两种以上的气体混合在 一起，组成的体系，称为混合气体。
组成混合气体的每种气体，都 称为该混合气体的组分气体。
显然，空气是混合气体，其中 的 O2，N2，CO2 等，均为空气这 种混合气体的组分气体。
2. 组分气体的摩尔分数
组分气体 i 的物质的量用 ni 表 示，混合气体的物质的量用 n 表示，

无机化学第一章+气体及稀溶液

无机化学第一章+气体及稀溶液

单位
符号
长度 (l) 质量 (m) 时间 (t) 开尔文温度 (T) 物质的量 (n) 电流 (I) 光强度 (Iv)米m千克kg秒
s
开尔文
K
摩尔
mol
安培
A
坎德拉
cd
在化学中，前面六种单位是常用单位。
开尔文温度、华氏温度和摄氏温度的相互转换
• 摄氏温度 → 开尔文温度:
T (K ) t (o C) 273.15
2. 质量摩尔浓度
bB
=
溶质B的物质的量（mol） 溶剂的质量（kg）
单位: mol/kg
3. 摩尔分数
xB

nB n总
物质B的摩尔分数xB：混合物中物质B的 物质的量与混合物的总物质的量之比。
xi x j xk .... 1 混合物中各物质的摩尔分
数之和等于 1。
4. 质量百分比浓度：即100克溶液中所含溶质的克数， 用符号（wB/w）％表示。
中文称号 吉 兆 千 毫 微 钠 皮
国际称号 G M k m n p
此外还必须认识一些常用的非国际单位制单位
第二节 理想气体状态方程及其应用
一、理想气体
理想气体符合理想气体状态方程。
二、理想气体状态方程 pV = nRT R ---- 摩尔气体常数
在标准状况下（p = 101.325kPa, T = 273.15K）
解： 292K 时，p (H2O) = 2.20 kPa Mr (NH4NO2) = 64.04
n(N2)

pV RT
=
(97.8 2.20)kPa 4.16L 8.314J K-1 mol-1 292K

0.164

第一章 气体、溶液和胶体

第一章 气体、溶液和胶体

第一章气体、溶液和胶体⏹§1.1 气体⏹§1.2 液体⏹§1.3 分散系⏹§1.4 溶液⏹§1.5 胶体溶液⏹§1.6 高分子溶液和凝胶⏹§1.7 表面活性物质和乳浊液1、Dalton分压定律2、稀溶液的依数性3、胶体的结构、性质依数性的计算、胶团结构的书写、胶体的性质1、气体的基本特征：（1）无限膨胀性：所谓无限膨胀性就是，不管容器的形状大小如何，即使极少量的气体也能够均匀地充满整个容器。

（2）无限掺混性：无限掺混性是指不论几种气体都可以依照任何比例混合成均匀的混溶体(起化学变化者除外)。

高温低压下气体的p 、V 、T 之间的关系。

即：P ：气体压力，单位用kPa(或Pa)。

V ：气体体积，单位取dm 3(或写为L ，l) n ：气体物质的量mol 。

T ：绝对温度，单位是K ，它与t °C 的关系为:T=273.15+t °CR ：理想气体常数P V = n R T （1-1）此式称为理想气体状态方程。

普通化学普通化学Dalton分压定律适用范围：Dalton分压定律可适用于任何混合气体，包括与固、液共存的蒸气。

对于液面上的蒸气部分，道尔顿分压定律也适用。

例如，用排水集气法收集气体，所收集的气体含有水蒸气，因此容器内的压力是气体分压与水的饱和蒸气压之和。

而水的饱和蒸气压只与温度有关。

那么所收集气体的分压为：p气＝p总－p水如图：普通化学【例1.3】 一容器中有4.4 g CO 2，14 g N 2和12.8 g O 2，气体的总压为202.6 kPa ，求各组分的分压。

【解】混合气体中各组分气体的物质的量m ol m olg g n N 5.028141)(2=⋅=-m ol m olg g n CO 1.0444.41)(2=⋅=-m ol m ol g g n O 4.0328.121)(2=⋅=-k Pa k Pa m olm ol m ol m ol p CO 26.206.2024.05.01.01.0)(2=⨯++=()kPa kPa molmol mol mol p kPa kPa molmol mol mol p O N 04.816.2024.05.01.04.03.1016.2024.05.01.05.022)(=⨯++==⨯++=，总＝总总p i x p n i n i p =由道尔顿分压定律T 一定，速率和能量特别小和特别大的分子所占的比例都是很小的，温度升高时，速率的分布曲线变得较宽而平坦，高峰向右移，曲线下面所包围的面积表示的是分子的总数，对一定的体系它是常数. 氮的速率分布曲线麦克斯韦－玻尔兹曼分布定律:普通化学水有三种存在状态，即水蒸气（气态）、水（液态）、冰（固态）。

无机及分析化学第一章 气体和溶液

无机及分析化学第一章 气体和溶液

颗粒能透过滤纸和半透膜， 蔗糖、氯
<1 扩散快，单相，稳定
化钠溶液
一、 溶液浓度的表示方法
1.摩尔分数 (物质的量分数)
溶质(B)的物质的量占溶液物质的量的分数。 XB = nB/nA+nB XA+XB = 1
2. 质量摩尔浓度
溶液中溶质B的物质的量（ nB）与溶剂A的质量（mA） 之比
bB
nB mA
（1） p总 p(C) p(D)
（2） pi p总 i
i
ni n总
分体积：组分气体在保持混合气体的 温 度、压力下，单独存 在时所占有的体积。
pi p总
= ni n总
= Vi V总
i
例 25℃时，装有0.3 MPa O2的体积为1 dm3的容器 与装有0.06 MPa N2的体积为2 dm3的容器用旋塞连 接。旋塞打开，待两气体混合后，计算：
一、胶体的性质
1、光学性质（丁达尔现象）
粒子粒径大于照射光的波长时，粒子表面反射光； 粒径略小于波长时，发生散射成乳光。
2.动力学性质(布朗运动)
3.溶胶的电学性质
电泳：在外电场作用下， 胶粒向电极移动的现象。
电渗：在外电场作用下，限制胶粒不能移 动，而液体介质发生定向移动的现象。
胶粒带电的原因 ：
前言
化学反应中常涉及到的两个问题:
(1)化学反应进行的方 向、程度以及反应过 程中的能量变化关系
可能性
(2)化学反应进行的快 慢即化学反应的速率 问题
现实性
化学热力学 化学动力学
化学热力学 化学动力学
化学热力学初步 化学反应平衡
化学反应速率
1.1 气体
1.理想气体状态方程 pV=nRT

第一章 气体和溶液


溶液的蒸气压降低的原因：
溶质是难挥发非电解质，因此溶液的蒸气压实际上 是溶液中溶剂的蒸气压。
pA*
p
水
糖水
蒸气压与溶液的浓度有没有定量规律？ 1887年，法国著名物理学家拉乌尔根据大量的实验 结果，总结出一个经验定律，这就是拉乌尔定律。
拉乌尔(Raoult)定律 在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压(p) 等于纯溶剂的蒸气压(pA*)乘以溶剂在溶液中的摩尔分 数(xA)。即： p = p A * · xA
第一章 气体和溶液
基本要求 掌握理想气体状态方程及其应用；掌握道尔
顿分压定律的应用和计算；熟悉溶液浓度的表示方法；
理解稀溶液的依数性及应用；熟悉胶体的结构、性质、
稳定性等；掌握胶粒聚沉的方法和电解质对溶胶聚沉作 用的影响规律。 学习重点 理想气体状态方程；分压定律；溶液浓度的
表示方法；稀溶液的依数性；胶体的性质与结构；影响
∵ xA + xB = 1 ∴ p = pA*（1－xB） 溶液的蒸气压下降值Δp为 Δp = pA*－p
= pA*－pA*（1－xB）
Δp = pA*xB 因此拉乌尔定律也可以这样说：
拉乌尔(Raoult)定律:
在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下
降（Δ p）与溶质的摩尔分数(xB)成正比,而与溶质的本
理想气体：忽略分子的大小和分子间的作用 力 理想气体状态方程：pV= nRT
式中：p为压力 (Pa)， V为体积（m3）， n为物质的量（mol）， R为摩尔气体常数, T为热力学温度（K）。
气体状态方程式的另一些形式：
物质的量（n）与质量（m）、摩尔质量（M）的关系
m pV RT M pM RT

无机及分析化学——第一章 气体和溶液


依数性来源于分散微粒间距离远，作用力小。
通常所说的“依数性”，包括四个方 面： • 蒸气压下降 (The lowering of the vapor pressure)
• 沸点升高 (The elevation of the boiling point)
• 凝固点降低 (The depression of the freezing point) • 渗透压 (The phenomenon of osmotic pressure)
c)粗分散系：
1000 nm (> 10-6 m), 例如：泥浆水(悬浊液）、牛奶、豆 浆等。肉眼或在显微镜下可观察到微粒，静置易沉淀，是一种 不稳定的体系。
相与界面
相（phase）：体系中物理性质和化学性质完全相同的部分。 相界面（简称界面，interface）：将相与相分隔开来的部分。 相与相之间在指定的条件下具有明确的界面，在界面两边体 系的性质会有突跃变化。处于界面上的原子或分子的受力情况 与相内部的不同，往往存在剩余引力，具有界面能。一般来说， 体系中存在的界面越多，能量就越高，体系也越不稳定。
体来说，只要温度不是太低（高温,高于273K），压力不
是太高（低压 , 低于数百 kPa ），都可以近似用理想气体 状态方程作有关p、V、T、n 的计算。
2. 理想气体状态方程
理想气体的温度（T）、压力（p）、体积(V)和物质的 量（n）之间, 具有如下的方程式关系： pV = nRT 在SI制中，p—Pa，V—m3，T—K，n—mol。 标准状况（p=101.325 kPa，T=273.15 K）下，1 mol 气 体的标准摩尔体积为 22.414×10-3 m3 ，摩尔气体常数 R 的 单位及数值为: pV 1.01325 105 Pa 22.414 103 m3

无机化学第一章


实际气体
高温（>273 K, 0 C） 低压（<几百个kPa）
o
理想气体
1.1.2道尔顿（Dalton） 1.1.2道尔顿（Dalton）分压定律 道尔顿
（一）道尔顿分压定律的要点 （二）道尔顿分压定律的实际应用 （实验室的排气集气） 实验室的排气集气）
道尔顿分压定律的要点
同一温度下 1. 同一温度下，混合气体的总压力等于各组 分气体分压之和。 分气体分压之和。
例6 在291K和101.325KPa下，将2.7L被水蒸气饱和的空气通过 和 下 被水蒸气饱和的空气通过 装有CaCl2的干燥管，测得干燥空气的质量为 的干燥管，测得干燥空气的质量为3.21g，求291K时 装有 ， 时 水的饱和蒸气压。 水的饱和蒸气压。
［解］
∵
V(干燥空气)
pV =
m RT M mRT 3.21 × 8.315 × 291 = = Mp 29 × 101.325
= 2.643 L T不变 又∵ pV = nRT 而这时 n、T不变 ∴ p1V1=p2V2
p( 水蒸气) =
=
p2=p1–p(水蒸气 水蒸气) 水蒸气
101.32 × ( 2.7 − 2.643) 2.7
p1 × (V2 − V1 ) V2
= 2.14 kPa
§1-2
溶
液
分散系 (自学 自学) 自学
［解］
P(H ) = P–P(H O) = 101.325 - 3.17 = 98.155kPa ∵ pV = nRT ∴ n(H ) = p(H )V/RT
2 2 2 2
= 98.155×0.25/8.315×298 × × = 9.90×10-3 mol × 又∵ pV = nRT 而这时 n、T不变 不变 ∴ p1V1 = p2V2

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同。
7．扩散速率约为甲烷 3 倍的气体是（ ）。 A．H2 B．He C．N2 D．CO2 【答案】A 【解析】根据气体的扩散定律，气体的扩散速率与相对分子质量的平方根成反比：
8．下列各组气体中，在相同温度下两种气体扩散速率最接近整数倍的是（ ）。 A．H2 和 He B．He 和 N2 C．He 和 O2 D．H2 和 O2 【答案】D 【解析】气体的扩散速率与相对分子质量的平方根成反比，由此可得：
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9．水在 96.5℃时沸腾，这说明外界大气压（ ）。 A．等于一个标准大气压 B．略高于一个标准大气压 C．低于一个标准大气压 D．远远高于一个标准大气压 【答案】C 【解析】沸点是指纯液体的饱和蒸气压达到外界大气压时的温度。水的正常沸点为 100℃，此时水的饱和蒸气压等于标准大气压。若水在 96.5℃沸腾，说明此时水的饱和蒸 气压小于标准大气压，即外界大气压小于标准大气压。
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第 1 章 气体、液体和溶液的性质
一、选择题 1．在 100℃时，98.7kPa 压力下，硫蒸气的密度为 0.5977g·L－1，已知 S 的原子量是 32.066，则硫的分子式是（ ）。 A．S8 B．S6 C．S4 D．S2 【答案】D 【解析】硫蒸气的密度为 0.5977g·L－1，即体积为 1L 时，质量为 0.5977g，且温度及 压力已知，根据理想气体状态方程：
A．100kPa B．200kPa C．300kPa D．400kPa 【答案】B
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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。

气体分压等于总压乘气体摩尔分数或体积分数
pV Z=
nRT
气体分子的内聚力
其中，常数a 用于校正压力，常数b 用于修正体积，称为van der Waals 常数。

常数b 大致等于气体在液态时的摩尔体积，而常数a 值随沸点升高而增大。

(分析得知，内聚力可表示为an 2/V 2)。

nRT nb V V an p =−+))((22
))((2RT b V V a p =−+(n = 1 mol 时)
几种常见气体的van der Waals 常数
a和b, 似与分子间作用力及其分子的质量有关。




理想气体方程和van der Waals方程的比较
温度 K
273 压力计算值 /kPa p理 1722 2583 3444 2340 3515 4690 误差% 13 20 27 5 8 11 pvdw 1560 2239 2836 2218 3231 4181 误差% 2.6 4.1 5.0 0.4 0.3 1.1
1molCO2的体积 cm3
实测压力 kPa
1320 880 660
1520 2150 2702 2227 3243 4229
373
1320 880 660


● 范德华方程是最早提出的实际气体的状态方程。

人们 根据实际经验又总结归纳出上百个状态方程，它们的 准确性都优于范德华方程，但形式都比较复杂，并且 实用范围也较小，这些经验方程虽无理论根据，但在 化工生产上非常有用，是从事化工设计必不可少的依 据。




物质的三种聚集状态
水的三态变化


相变与相平衡
相（物相）的概念 体系中的均匀部分叫物相，简称相。

物质的存在状态 气态、液态、固态、等离子体（物质的第四态）、波色-爱因 斯坦冷凝体（物质的第五态，1995）、费米冷凝体（物质的第 六态，2003） 相变、相平衡和相图 固体熔化、液体气化、气体液化以及液体凝固等物态变化， 在化学上统称为相变。

相变时两相之间的动态平衡叫相平衡。

温度与压力对于相变影响的关系图叫做相图。




C点只能到大约 2.03×108Pa)， 之后出现多种晶 型的冰，相图变 得复杂
固－液平衡线， 因为：ΔH>0，ΔV<0 所以：OC的斜率为负
A点只能到水的临界点 (647K，2.2×107Pa)
OD为不稳 定的气－ 液平衡线 气－固平衡线， 因为：ΔH>0，ΔV>0 所以：OB的斜率为正
气－液平衡线， 因为：ΔH>0，ΔV>0 所以：OA的斜率为正
O点是冰、水、水蒸气三 相共存的平衡点。

此时Φ ＝1，f＝0，T=0.0089oC, 压力为610.6Pa.
水的相图


1.4 液体
1.4.1 气体的液化 ⋅ 临界现象 决定物质存在相态的两大因素
(1) 分子的热运动，使气体有扩散膨胀的倾向； (2) 分子间的相互吸引，使气体有凝聚的倾向。

二者的强弱依温度和压力而定。

降温→减少热运动；加压→增加吸引力。


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： 1，冬天带眼镜进屋时，镜片会变得模糊。

(温度) 2，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。

（压力） 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。

（气体性质）


临界温度Tc：每种气体都有一个特定温度，在此温度以上，不论 怎样加大压力都不能使气体液化，气体的液化必须 在此临界温度之下才能发生。


临界压力pc： 在临界温度使气体液化所需的最低压力。


临界体积Vc：在Tc和Pc条件下，1mol气体所占的体积。




几种物质的临界数据
物 质 He 永久 气体 H2 N2 O2 CH4 CO2 可凝 聚气 体 C3H3 Cl2 NH3 C4H10 C5H12 液 体 C6H14 C6H6 C7H16 H 2O Tb/K 4.2 20.4 77.3 90.2 111.7 194.7 231.1 239.1 239.7 272.7 309.3 341.9 353.3 371.6 373.1 Tc/K 5.2 33.0 126.3 154.8 190.6 304.2 369.8 417.2 405.6 425.2 469.7 507.4 562.1 540.2 647.4 pc/1×105Pa 2.29 12.94 33.98 50.79 46.04 73.79 42.49 77.1 112.7 38.2 33.78 29.7 48.97 27.35 221.1 Vc/(cm3⋅mol−1) 57.8 65.5 90.1 76.4 99 94.0 203 124 72.5 255 304 370 259 432 55.4


永久气体：沸点和临界温度都低于室温的气体。

可凝聚气体：沸点低于室温而临界温度高于室温的气体。

液体：沸点和临界温度都高于室温。


思考题：理想气体能否液化？


2.006
0.00268
373
101.3
100
1.6750.0028335347.380 1.2990.030033319.9600.8680.003193137.4400.3690.00341293
2.320-0.2150.003662730.60lg(p H2O /kPa)T /K p H20/kPa t/°C 1/1−K T
水的蒸气压－温度曲线lg p H2O对1/T的直线关系
lg p= A/T+ B
不同液体的蒸气压与温度的关系
(e) (d) (c) (b) (a)
ln p = + B A T
液体表层分子四周受力不均匀，来自内部的净力使表面存在一种缩小的趋势，这种垂直于液体表面单位长度、沿表面切线方向的力叫做表面
思考题：什么是超亲水材料和超疏水材料？
什么是超双疏材料？
溶解前后分子间作用力的变化
saturated
溶解前后分子间作用力的变化。