1、1.1 理想氣體狀態(tài)方程,第一章 氣 體,1.4 真實(shí)氣體,*1.3 氣體分子運(yùn)動(dòng)理論,1.2 氣體混合物,第一篇 化學(xué)反應(yīng)原理,1.1.1 理想氣體狀態(tài)方程,1.1.2 理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用,1.1 理想氣體狀態(tài)方程,物質(zhì)通常的聚集狀態(tài)： 氣、液、固三種，此外還有液晶、等離子體、流變相等。各自有其特點(diǎn)，可在一定條件下相互轉(zhuǎn)化，氣體最簡(jiǎn)單。,1.1.1 理想氣體狀態(tài)方程,氣體的最基本特征： 具有可壓縮性和擴(kuò)散性,一、理想氣體和真實(shí)氣體,符合下面兩條假定的氣體，叫做理想氣體：,（1） 氣體分子的自身體積可以忽略，分子可看成有質(zhì)量的幾何點(diǎn)。,（2） 分子間的作用力可以忽略，分子與分子之間、分子與

2、器壁之間的碰撞，可認(rèn)為是完全彈性碰撞 無(wú)動(dòng)能損失。,在低壓高溫下，真實(shí)氣體氣體分子自身的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣體占有的體積；分子間的平均距離相當(dāng)大，分子間作用力比較小。,低壓下高溫的真實(shí)氣體很接近理想氣體。,故理想氣體的這種假定是有實(shí)際意義的。,Boyle 定律 n，T 一定時(shí) V 1/p,Charles 定律 n，p 一定時(shí) V T,Avogadro 定律 p，T 一定時(shí) V n,二、理想氣體狀態(tài)方程,以 R 做比例系數(shù)，比例式,得 pV = nRT,此式即為理想氣體狀態(tài)方程。,則變成等式,則 R = 8.314 Jmol1K1,若壓力 p 的單位為 Pa，體積 V 的單位為 m3，溫度 T 的單位

3、為 K，物質(zhì)的量 n 的單位為 mol ，,R 稱為摩爾氣體常數(shù)。,R - 其值和單位隨P、V的單位而異，但一般取值為 R = 8.314 kPa L mol-1 K-1 = 8.314 Pa m3 mol-1 K-1 = 8.314 J mol-1 K-1,問(wèn)題：R取值受哪些因素影響？分別取何值？,1. 計(jì)算p，V，T，n 中的任意物理量,2. 確定氣體的摩爾質(zhì)量,M = Mr gmol-1,1.1.2 理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用,用于溫度不太低，壓力不太高的實(shí)際氣體。,pV = nRT,Mr 分子量, =, = m / V,3. 確定氣體的密度,密度（）的單位：,當(dāng) PkPa、Mg/mol、T

4、K RJK-1mol-1 = Pa m3 K-1mol-1 = kPa L K-1mol-1 則 g/L,1.2.1 分壓定律,1.2 氣體混合物,*1.2.2 分體積定律,組分氣體：理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。 分壓：組分氣體B在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體B的分壓。,1.2.1 分壓定律,規(guī)律：各組分氣體分別遵循理想氣體狀態(tài)方程。 即 PBV = nBRT,分壓定律：混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和。 p = p1 + p2 + 或 p = pB,n =n1+ n2+,分壓的求解：,x B 組分B的摩爾分?jǐn)?shù),結(jié)論：某組分氣體的分壓等

5、于混合氣體的總壓和該組分氣體的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。,例題：某容器中含有NH3、O2 、N2等氣體的混合物。取樣分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol?；旌蠚怏w的總壓p=133.0kPa。試計(jì)算各組分氣體的分壓。,解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2),=1.200mol,= 0.320mol+0.180mol+0.700mol,p(N2)= p - p(NH3) - p(O2) = (133.0 - 35.5 - 20.0)kPa = 77.5kPa,答：（略）,分壓定律的應(yīng)用,例題：用金屬鋅與鹽酸反應(yīng)制取氫氣。在25下,用排

6、水集氣法收集氫氣，集氣瓶中氣體壓力為98.70kPa（25時(shí),水的飽和蒸氣壓為3.17kPa），體積為2.50L，計(jì)算反應(yīng)中消耗鋅的質(zhì)量。,解： T =(273+25)K = 298K p= 98.70kPa V=2.50L 298K時(shí)，p(H2O)=3.17kPa Mr (Zn)=65.39,n(H2) =,=0.0964mol,Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g) 65.39g 1mol m(Zn)=? 0.0964mol,m(Zn) =,= 6.30g,答：（略）,分體積： 混合氣體中某一組分B的分體積VB是該組份單獨(dú)存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時(shí)所占有的體積。,*

7、1.2.2 分體積定律,規(guī)律：各組分氣體分別遵循理想氣體狀態(tài)方程。 即： PVB = nBRT,分體積定律：混合氣體的總體積等于混合氣體中各組分氣體的分體積之和。 V = V1 + V2 + 或 V = VB,稱為組分B的體積分?jǐn)?shù),結(jié)論：某組分氣體的分體積等于混合氣體的總體積和該組分氣體的體積分?jǐn)?shù)(摩爾分?jǐn)?shù))的乘積。,例題：天然氣是多組分的混合物，其組成為：CH4，C2H6，C3H8和C4H10。若該混合氣體的溫度為25。總壓力為150.0kPa，n總=100.0mol。 n(CH4):n(C2H6):n(C3H8):n(C4H10) = 47.0 : 2.0 : 0.80 : 0.20。 計(jì)

8、算各組分的分體積和體積分?jǐn)?shù)。,解：以CH4的分體積、體積分?jǐn)?shù)為例。,解法一：思路，,需先求出n(CH4),n(CH4) = x(CH4)n總,解法二：,答：（略）,理想氣體狀態(tài)方程僅在溫度不太低、壓力不太高的情況下適合于真實(shí)氣體。否則必須對(duì)體積和壓力進(jìn)行校正。,產(chǎn)生偏差的主要原因是： 氣體分子本身的體積的影響； (分子本身有大小、占有體積，有時(shí)不能忽略) 分子間力的影響。 （分子間存在相互吸引力，對(duì)器壁壓力減?。?真實(shí)氣體與理想氣體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，存在偏差。,1.4 真實(shí)氣體,a、b稱為范德華常量，對(duì)常見氣體的計(jì)算可查教材附表。,范德華（Van der Waals） 方程,（V-nb）項(xiàng)是對(duì)體

9、積的修正。由于氣體分子是有體積的（其它分子不能進(jìn)入的空間），要扣除這一空間才是分子運(yùn)動(dòng)的自由空間，即理想氣體的體積。設(shè)1mol氣體分子本身占有的體積為b，則 V理想 = V - nb, P+a(n/V)2項(xiàng)是對(duì)壓力的修正。當(dāng)某一分子運(yùn)動(dòng)到器壁附近（發(fā)生碰撞），由于分子間的吸引作用而削弱了分子對(duì)器壁的碰撞作用，使實(shí)測(cè)壓力比按理想氣體推測(cè)出的壓力要小，故應(yīng)在實(shí)測(cè)壓力的基礎(chǔ)上加上由于分子間力而減小的壓力才等于理想氣體的壓力。,問(wèn)題是如何定量確定分子間引力對(duì)壓力的影響！,由于氣體分子對(duì)器壁的碰撞是彈性的，碰撞產(chǎn)生的壓力與氣體的濃度 n/V (或單位體積中氣體分子數(shù)多少)成正比；同樣，分子間的吸引作用導(dǎo)

10、致壓力的減小也與 n/V 成正比。所以壓力校正項(xiàng)為 a(n/V)2。則 P理想 = P實(shí)際 + a(n/V)2,例題：分別按理想氣體狀態(tài)方程和范德華方程計(jì)算1.50mol SO2在30攝氏度占有20.0L體積時(shí)的壓力，并比較兩者的相對(duì)誤差dr。如果體積減少為2.00L，其相對(duì)誤差又如何？,解：已知：T =303K，V=20.0L，n=1.50mol， a=0.6803Pa m6 mol-2=0.6803 103kPa L2 mol-2 b=0.563610-4m3 mol-1 =0.05636 L mol-1,習(xí)題第6題：在實(shí)驗(yàn)室中用排水集氣法制取的氫氣。在23下, 100.5kPa壓力下，收

11、集了370.0ml氣體（23時(shí),水的飽和蒸氣壓為2.800kPa ）。試求： 23時(shí)該氣體中氫氣的分壓；氫氣的物質(zhì)的量；若在收集氫氣之前，集氣瓶中已充有氮?dú)?0.0ml，其溫度也是23,壓力為100.5kPa；收集氫氣之后，氣體的總體積為390.0ml。計(jì)算此時(shí)收集的氫氣的分壓，與相比，氫氣的物質(zhì)的量是否發(fā)生變化？,分析：用排水集氣法制取的氣體，是含有飽和水蒸氣的混合氣體，壓力是包含飽和水蒸氣壓力的總壓。 若在收集氫氣之前，集氣瓶中已充有氮?dú)?0.0ml，此時(shí)的氮?dú)庖彩呛魵獾幕旌蠚怏w。,解：已知P總 = 100.5kPa，V總=370.0ml=0.37L，T=(273.15 + 23) =

12、 296.15K , 23 時(shí) P(H2O) = 2.800kPa，水的飽和蒸汽壓僅與溫度有關(guān)。, P(H2) = P總- P(H2O) = 100.5 - 2.800 = 97.7(kPa),根據(jù)PiV總 = niRT 得 n(H2) = P(H2) V總/RT = 97.7kPa0.37L /(8.314Jmol-1K-1296.15K =0.0147mol（注意單位的統(tǒng)一）,收集氫氣前P(N2) = P總- P(H2O) = 97.7(kPa)，收集氫氣后，混合氣體升至0.39L，此時(shí) P(N2) = P(N2) V總/ V總 = 97.70.2 / 0.39 = 5.01(kPa),P

13、(H2) = P總 - P(H2O) - P(N2) = 100.5 2.80 5.01(kPa) = 92.69(kPa) P(H2) V總 = n(H2)RT 得 n(H2) = P(H2) V總/RT = 92.690.37 /(8.314296.15 =0.0147(mol) 故 收集的氫氣的物質(zhì)的量不發(fā)生變化。,其它解，如收集氫氣前后n(N2) 不變 自己試試！,習(xí)題第7題：當(dāng)NO2被冷卻到室溫時(shí)，發(fā)生聚合反應(yīng)： 2NO2(g) N2O4(g) 若在高溫下將15.2g NO2充入10.0L的容器中，然后使其冷卻到25。測(cè)得總壓為0.500atm。試計(jì)算NO2(g)和N2O4(g)的摩

14、爾分?jǐn)?shù)和總壓。,分析：從高溫下只有充入10.0L容器中的15.2g NO2人手，利用反應(yīng)式中NO2(g)和N2O4(g)的定量關(guān)系及總壓求未知量。,解：已知：m(NO2) =15.2g， M(NO2) = 46.0gmol-1 n(NO2) = m(NO2) / M(NO2) = 15.2 /46.0 = 0.33(mol) 設(shè)生成N2O4 xmol，則剩下 n(NO2) =0.33-2x,解：已知：m(NO2) =15.2g， M(NO2) = 46.0gmol-1 n(NO2) = m(NO2) / M(NO2) = 15.2 /46.0 = 0.33(mol) 設(shè)生成N2O4 xmol，

15、則剩下 n(NO2) =0.33-2x NO2和N2O4總物質(zhì)的量 n = n(NO2)+n(N2O4)=0.33-x 由 PV=nRT 可知 0.5101.32510.0=(0.33-x) 8.314298.15 x = 0.126(mol) n = n(NO2)+n(N2O4)=0.204(mol) 即 n(N2O4)= 0.126mol n(NO2) =0.078mol X(N2O4) = 0.62 X(NO2) = 0.38 由Pi=PXi 得 P(N2O4)=0.31atm P(NO2) = 0.19atm,課堂練習(xí)：,1.化學(xué)變化有新物質(zhì)產(chǎn)生，而物理變化無(wú)新物質(zhì)產(chǎn)生。,答案：,2.

16、化學(xué)變化是由于構(gòu)成分子的原子外層電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而引起的、原子核不變的一類變化。,答案：,3.把理想氣體看作是一種假設(shè)的說(shuō)法,實(shí)際上它并不存在。因此導(dǎo)出的理想氣體狀態(tài)方程式，在實(shí)用上有一定的局限性 。,答案：,4.氣體的壓力是由于氣體中的分子對(duì)容器器壁碰撞的結(jié)果。如果分子間有引力，碰撞的頻率將比沒(méi)有引力的碰撞頻率小一些 。,答案：,5.與理想氣體相比，真實(shí)氣體的相互作用力偏小 。,答案：,6.總壓100Kpa的某氣體含A與B兩種氣體，A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.20，則B的分壓為80KPa。,答案：,7.理想氣體狀態(tài)方程僅在足夠低的壓力和較高的溫度下才適合于真實(shí)氣體。,答案：,8.理想氣體的假想情況之一是認(rèn)定氣體分子本身的體積很小。,答案：,9.理想氣體混合物中，某組分的體積分?jǐn)?shù)等于其摩爾分?jǐn)?shù)。,答案：,10.應(yīng)用道爾頓分壓定律計(jì)算分壓和總壓時(shí),它適用于 A.理想氣體 B.低溫下的實(shí)際氣體 C.高壓下的實(shí)際氣體 D.高溫低壓下的氣體,答案：D,11.某氣體AB，在高溫下建立下列平衡AB(g)=A(g)B(g)。若把1.00mol此氣體在T =300K，P =101 kPa下放在某密閉容器中，加熱到600K時(shí)，有25.0%解離。此時(shí)體系的內(nèi)部壓力(kPa)為 A、253 B、101 C、50.5 D、126,答案：A,12.一敞口燒