理想气体(化学课件)

气体气体的最基本特征：具有可压缩性和扩散性(没有固定的形状和体积)1.1理想气体和理想气体状态方程气体(1)理想气体理想气体分子之间没有相互吸引和排斥;分子本身的体积相对于气体所占有体积可以忽略;分子之间及分子与器壁之间发生弹性碰撞.理想气体的基本假设：气体理想气体是一种经过科学抽象的假想气体，在自然界中并不存在。但是，在工程上的许多情况下，气体的性质接近于理想气体。理想气体在自然界并不存在，但常温下，压力不超过5MPa的O2、N2、H2、CO等实际气体及其混合物都可以近似为理想气体。另外，大气或燃气中少量的分压力很低的水蒸气也可作为理想气体处理。气体(2)理想气体的性质波义尔定律：当n和T一定时，气体的V与p成反比V∝1/p(1)RobertBoyle(英)1627-1691波义耳定律被称为人类历史上第一个被发现的“定律”。恩格斯认为“波义耳把化学确立为科学”。气体(2)理想气体的性质波义尔定律：当n和T一定时，气体的V与p成反比V∝1/p(1)查理-盖吕萨克定律：n和p一定时，V与T成正比V∝T(2)阿佛加德罗定律：p与T一定时，V和n成正比V∝n(3)以上三个经验定律的表达式合并得V∝nT/p(4)pV=nRT(5)理想气体状态方程R=8.314J/molK，p、V、n、T取国际单位JLGay-Lussac(法)1778-1850AAvogadro(意)1776-1856气体nRTpVp：气体的压力，单位是Pa（帕斯卡）V：气体体积，单位是m3T：热力学温度，单位是K（开尔文）n：气体物质的量，单位是mol（摩尔）R：气体常数11KmolJ3145.8R气体T/Kp/atmv/3m/kgv测/3m/kg误差（%）30010.849920.849250.02300100.0849920.084770.263001000.00849920.008450.582001000.0056660.004623.189010.254980.247582.99本例说明：温度不太低(200K)，压力不太高(50MPa)，实际气体接近理想气体。低温高压时，应用理想气体假设有较大误差。实验：某气体体积与理论体积的比较气体温度不太低，压力不太高的真实气体，作为理想气体：pV=nRT(1)计算p，V，T，n四个物理量之一1.2理想气体状态方程的应用气体例1：在25oC,体积120L的氢气钢瓶内，压力为90个大气压。求：(1)钢瓶内氢气的质量。(2)若钢瓶总质量60kg，则氢气所占质量分数为多少？解：T=273+25=298Kp=90101325=9.12106PaV=120L=0.12m3pV=nRTn=pV/RT==442molm（H2)=4422=884g=0.884kg氢气的质量分数：0.884/60=1.47wt%9.121060.128.314298气体(2)气体密度的计算=RTpMr=m/V(1)m=nMr(2)RTpVn(3)将2、3式代入1式：a.在相同的温度和压力下气体密度与分子量成正比b.气体密度与压力成正比，与温度成反比.空气的平均分子量为28.9g/mol则常温常压下空气的密度为1013250.02898.314298=1.18kg/m3=1.18g/L气体(3)有关气体体积的计算为了行车的安全，需要在汽车中装备安全气囊，防止碰撞时司机、乘客受到严重伤害。这种气囊是用氮气充胀起来的，所用的氮气由叠氮化钠与三氧化二铁在火花的引发下反应生成的。6NaN3+Fe2O3(s)=3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)气体例2：在25℃、748mmHg下，要产生75.0L的N2，计算需要多少克叠氮化钠。解：6NaN3+Fe2O3(s)=3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)69mol在25℃、748mmHg下，9mol氮气的体积？kPa7.99325.101760748p224Lm224.0107.99298314.89V33pnRT气体例：在25℃、748mmHg下，要产生75.0L的N2，计算需要多少克叠氮化钠。解：6NaN3+Fe2O3(s)=3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)6mol9mol224L390g75Lxg75224390xx=131g气体(1)理想混合气体由相互不发生反应的理想气体组成混合气体，即为理想混合气体。每一组元的性质如同它们单独存在一样，因此整个混合气体也具有理想气体的性质。混合气体的性质取决于各组元分的性质与份额。气体混合物中每一种气体叫做组元(组分)气体。1.3气体分压定律气体(2)分压在相同温度下组元气体i占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组元气体i的分压。VRTnpii气体(3)道尔顿分压定律在一体积为V的容器中，充有温度为T的k种互不反应的理想气体，气体的总压力为pt。混合气体总的物质的量为：k1ii21nnnnnk各组元的物质的量分别为：。、、、knnn21气体道尔顿分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。pt=p1+p2++pk或pt=piVnRTpt,,2211VRTnpVRTnpVRTnnVRTnVRTnp2121tn=n1+n2++nkJohnDalton(英)1766-1844气体分压的求解：xi组元i的摩尔分数VRTnpiititiiiitipxpnnpxnnppVnRTpt气体组元的摩尔分数=体积分数气体例1:某容器中含有NH3、O2、N2气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=0.320+0.180+0.700=1.200molp(N2)=p-p(NH3)-p(O2)=133.0-35.5-20.0=77.5kPakPa0.20kPa0.13320.1180.0OOt22pnnpkPa5.35kPa0.13320.1320.0NHNHt33pnnp气体(4)分压定律的应用气体例2:在实验室可以用盐酸与锌粒反应制备氢气。反应如下：2HCl(aq)+Zn(s)=ZnCl2(aq)+H2(g)如果在19℃、97.8kPa下，以排水集气法在水面上收集到的气体体积为4.16L，计算消耗掉的金属锌的质量。(原子量Zn=65.4)解：T=273+19=292Kp=97.8kPaV=4.16L292K时，p(H2O)=2.20kPamol164.0292314.8104.1610)20.28.97()(H-332nmol164.0)(H(Zn)2nnm(Zn)=0.16465.4=10.7g气体(5)知识补充─湿度绝对湿度水蒸气在大气中的含量多少，表达了大气的干湿程度，简称湿度。单位体积空气中所含水蒸气的质量称为绝对湿度。例如，20℃空气中的水蒸气达到饱和时，每立方米的空气中含有的水蒸气质量为：32g/m317.18.02983148.13392)OH(RTpVMm气体相对湿度(RH)大气中水蒸气的实际分压与、和同温度下水的饱和蒸气压的百分比值称为相对湿度。对于人居环境，相对湿度应介于30%~80%。最宜人的室内温湿度是：冬天温度为18至25℃，相对湿度为30%至80%；夏天温度为23至28℃，相对湿度为30%至60%。在装有空调的室内，室温为19至24℃，湿度为40%至50%。%100*OHOH22´ppRH气体例3：空气中水的蒸气压力为1.10kPa。在不同气温条件下，相对湿度各是多少？(1)10℃；(2)20℃；(3)30℃;(4)37℃。解：水的饱和蒸气压：10℃1.23kPa20℃2.34kPa30℃4.25kPa37℃6.28kPaRH89.4%47.0%25.6%17.5%RH潮湿适宜略干燥干燥