3-2气体(理想气体)

2020/1/231《化学基础》2020/1/232第三章物质的聚集状态主要内容饱和蒸汽压和温度——相图或公式气体——温度、压力、体积和量的关系溶液——稀溶液、非电解质溶液、电解质溶液胶体——物质表面有特性学习目标掌握气体、溶液、胶体等不同聚集状态物质的性质能够利用不同聚集状态物质性质指导生产和生活学会查阅资料，加强相互合作，锻炼文字、语言表达能力。2020/1/234学习内容物质的相态——相和相图；饱和蒸汽压和温度气体——理想气体、混合气体、实际气体溶液——稀溶液依数性；非电解质溶液气液平衡；电解质的电解胶体——胶体的特殊性质；物质的表面特征2020/1/235气体——理想气体【问题3-4】生活中常见到炎热的夏天汽车在高速公路行驶时间长容易爆胎，自行车在夏天太阳下容易爆胎；氢气球一旦脱离束缚会升空等等，请说明这些现象的原因。问题分析请同学们阐述自己的观点：2020/1/2362020/1/237一、理想气体压力、体积和温度1、压力：垂直作用于物体单位面积上的力。P国际单位：Pa换算关系：1atm=760mmHg=101325Pa2、体积：物质所占据的体积。V国际单位：m3换算关系：1m3=1000L=106mL3、温度：物质分子热运动的平均强度。T国际单位：k换算关系：Ｔ＝(273.15+t/℃)低压气体的经验定律1、在温度不变的条件下，一定量气体的体积与压力成反比。1KpV2211VpVp•2、在压力不变的条件下，一定量气体的体积与热力学温度成反比。TKV21212TTVV•3、在温度、压力都不变的条件下，一定量气体的体积与物质的量成正比。nVnKVm3综合低压气体的规律推导得理想气体状态方程：nRTPVRTPM式中的R=11314.8kmolJ该气柜在300Ｋ时可装8.08×10３Kg的氢气．例题1、某厂氢气柜的设计容积为2.00×103m3，设计允许压力为5.00×103Pa。设氢气为理想气体，问气柜在300Ｋ时最多可装多少千克Ｈ２?已知：331000.2mVKT300PaP31000.5求：?m解：molKKmolJmPaRTPVn61113331001.4300314.81000.21000.5KgmolKgmolnMm3361008.8/10016.21001.4答：例题２、求在273.15K、压力为230KPa时某钢瓶中所装CO2气体的密度。KT2.273已知：求：解：答：kPap230Kg/mol044.0)CO(2M?3113/46.42.273314.8/044.010230mKgKKmolJmolkgPaRTPM该钢瓶中二氧化碳的密度为4.46Kg/mol.练习题１、体积为0.2m３的钢瓶盛有CO２0.89Ｋg，当温度为０℃时，问钢瓶内气体的压力是多少。32.0mV已知：求：解：答：Kgm89.0KT15.273?pKPaPamKKmolJmolkgkgVRTMmp2301030.22.015.273314.8/044.089.05311该钢瓶内气体的压力为230KPa。练习题2、一个由乙烯和苯合成乙苯的装置，每小时需用500Kg乙烯气体，现拟设计一个乙烯气柜，其储存量可供装置１小时的用量，气柜中乙烯的温度为303K，压力为141KPa，求该气柜的容积．KPaP141已知：求：解：答：Kgm500KT141?V31104.3191000141303314.8/028.0500mPaKKmolJmolkgkgPRTMmV该气柜的容积为319.04m3。低压气体的特点和理想气体的模型1、低压气体特点分子之间距离较大，分子之间作用力较小。2、理想气体的模型分子间没有相互作用，分子本身没有体积。学习效果检验1、真实气体在什么情况下可近似看作理想气体（）A、高温高压B、低温低压C、高温低压D、低温高压•2、将一定量的理想气体在等温条件下压缩到原来体积的一半，则压力变为原来的（）A、2倍B、1/2倍C、不变D、不可估计•3、密度的国际单位是（）A、Kg/mlB、g/mlC、Kg/m3D、g/m3CAC•4、在压力不变的条件下，将20℃的某理想气体的温度升高到40℃，则体积变化到原来的（）A、2倍B、0.5倍C、1.067倍D、0.93倍•5、利用理想气体状态方程式计算，摩尔质量的单位应采取（）A、Kg/molB、g/molC、Kg/kmolD、g/kmolCA理想混合气体【问题3-5】生产实践中遇到的气体往往不是单一的气体，而是由多种气体组成的气体混合物，例如空气、工业生产中产生的尾气等。若在一体积为V的容器中，放入一定量的N2气和一定量的O2气，那么容器中气体的总压力是多少？容器中N2、O2各自的压力为多少？各自的压力能否用来计算？理想混合气体一、混合气体的组成摩尔分数：BynnyBB特点：1、无量纲或量纲为1的量。2、数值小于1。3、所有组分的摩尔分数之和为1。例如：1mol氢气与3mol氮气混合，则25.0311)(2Hy75.0313)(2Ny1)()(22NyHy二、分压定律21PPP1、分压定律实验气体1T、V、P1、n1气体2T、V、P2、n2混合气体T、V、P、n结论：在压力很低的条件下2、分压定律表达式RTnVP11RTnVP22RTnVPBPPPPBByRTnVPBB3、分压定律应用例如：1mol氢气与3mol氮气混合，总压为101325Pa时，氢气和氮气的分压分别是多少？PaPaNP75.7599310132575.0)(2PaPaPaNPPHP25.2533175.75993101325)()(22三、分体积定律BBVV1、分体积气体1P、T、V1、n1气体2P、T、V2、n2混合气体P、T、V、n2、分体积的表达式VVyBBRTnPVBBRTnPV11RTnPV22RTnVP3、分体积的应用1mol氢气与3mol氮气混合，总压为101325Pa、温度为0℃时，氢气和氮气的分体积分别是多少？例如：311220168.01013252.273314.875.0)()(mPaKKmolJmolPRTNnNV311220056.01013252.273314.825.0)()(mPaKKmolJmolPRTHnHV四、气体混合物的摩尔质量BBBmixMyMRTPMmix例题：若简单认为空气中含21%（体积分数）氧气和79%氮气，把空气看作理想气体，则在0℃,101325Pa时空气的密度是多少？解：molgmolgmolgNMNyOMOyMyMBBBmix/84.28/2879.0/3221.0)()()()(222233/29.12.273314.81084.28101325mKgRTPMmix练习：1、如果PA、VA分别表示混合气体中A的分压、分体积，则下列各式不成立的是（）RTnVPAA)1(RTnPVAA)2(RTnVPAAA)3(2、理想气体混合物的组成对下列哪个量没有影响（）（1）密度（2）摩尔质量（3）摩尔体积3、某温度下，A和B的混合气体总压强为101325Pa，总体积为10m3，若该混合气体中A的摩尔分数为0.3，则A组分的分压力和分体积下列正确的是（）（1）0.3×101325Pa，3m3（2）0.3×101325Pa，7m3（3）0.7×101325Pa，3m3313例题1、在300K时，将101.3KPa、2.00×10-3m3的氧气与50.56KPa、2.00×10-3m3的氮气混合，混合后温度为300K，总体积为4.00×10-3m3，求总压力为多少？解：方法一molKKmolJmPaRTPVNn0405.0300314.81000.2100056.50)(11332molKKmolJmPaRTPVOn0812.0300314.81000.210003.101)(11332molmolmolNnOnn1217.00405.00812.0)()(22PamKKmolJmolVnRTP04.758861000.4300314.81217.0331方法二：molRTPVNn0405.0300314.81000.2100056.50)(32molRTPVOn0812.0300314.81000.210003.101)(32PaVRTOnOP26.506321000.4300314.80812.0)()(322PaVRTNnNP78.252531000.4300314.80405.0)()(322PaNPOPP04.7588678.2525326.50632)()(22例题2、水煤气的体积百分数分别为H250%,CO38%,N26.0%,CO25.0%,CH41.0%.在25℃，101.3KPa下，（1）求各组分的摩尔分数和分压；（2）计算水煤气的平均摩尔质量和在该条件下的密度。解：（1）因为组分的摩尔分数与体积分数相等，所以有5.0)(2Hy38.0)(COy06.0)(2Ny05.0)(2COy01.0)(4CHykPakPaPHyHP65.503.10150.0)()(22kPakPaPCOyCOP49.383.10138.0)()(kPakPaPNyNP078.63.10106.0)()(22kPakPaPCOyCOP065.53.10105.0)()(22kPakPaPCHyCHP013.13.10101.0)()(44（2）)()()()()()()()(44222CHMCHyCOMCOyNMNyCOMCOyBBBCOMCOyHMHyMyM)()()()(22molg/68.151601.04405.02806.02838.025.033/641.015.298314.81068.1510003.101mkgRTPM例题2、水煤气的体积百分数分别为H250%,CO38%,N26.0%,CO25.0%,CH41.0%.在25℃，101.3KPa下，（1）求各组分的摩尔分数和分压；（2）计算水煤气的平均摩尔质量和在该条件下的密度。2020/1/2330内容总结1、学会利用理想气体状态方程进行计算；2、学会用分压定律和分体积定律对理想混合气体进行计算；3、理解理想气体的模型。2020/1/2331课后任务作业：1、23℃，100kPa时3.24×10-4kg某理想气体的体积为2.8×10-4m3，试求该气体在100kPa，100℃时的相对密度。2.水煤气的体积百分数分别为H2，50%；CO，38%；N2，6.0%；CO2，5.0%；CH4，1.0%。在25℃，100kPa下，（1）求各组分的摩尔分数及分压；（2）计算水煤气的平均摩尔质量和在该条件下的相对密度。2020/1/2332课后任务作业：3.根据环保标准，空气中汞含量不得超过0.01mg/m3。如果在实验室不小心打破了水银温度计，计算298K时，汞蒸气是否超标；如果实验室通风良好，汞蒸气的分压只有其饱和蒸气压的10%，问是否超标。已知汞在298K的蒸气压为0.24Pa。2020/1/2333课后任务下次课要解决的问题：【问题3-6】按照理想气体状态方程式计算40℃时CO2的摩尔体积，与实际测得的实际体积比较。【问题3-7】请查阅我国“西气东输”的管道压力时采用什么方法计算的。【问题3-8】请了解超临界萃取的应用有哪些？