第一章气体(2010)

§1.1理想气体状态方程第一章气体§1.3真实气体§1.2气体混合物第一篇化学反应原理§1.4气体液化1.1.1理想气体状态方程1.1.2理想气体状态方程的应用§1.1理想气体状态方程1.气体的基本特征：(1)扩散性和易被压缩性(2)无固定的形状和体积(3)不同气体可以任意比例均匀混合(4)分子间距离大，分子间作用力小(5)密度小1.1.1理想气体状态方程2.理想气体状态方程的发现Boyle’slaw:Atconstanttemperature,andforagivensampleofgas,thevolumeisinverselyproportionaltothepressure:Charles’slaw:Thevolumeofagivensampleofgasatconstantpressureisproportionaltoitsabsolutetemperature:1/pvTvconstantTpV∝∝Avogadro’sprinciple:Thevolumeofasampleofgasatagiventemperatureandpressureisproportionaltotheamountofgasmoleculesinthesample:3.理想气体的状态方程(stateequationofidealgas)：p(Pa);V(m3);T(K);n(mol),R(J•mol-1•K-1)nRTpVnv∝4.摩尔气体常数R在标准状态下(S.T.P)，即T=273.15K，p=101325Pa，当n=1mol时，气体的标准摩尔体积Vm=22.414×10-3m3，此时摩尔气体常数)Kmol8.314(J273.15K1molm1022.414101325PanTpVR11335.本方程的适用范围(1)理想气体：分子之间没有吸引力分子只有位置，不占体积分子之间和分子与器壁之间的碰撞不损耗能量(2)低压，高温下的真实气体，此时分子间的作用小，而平均距离大。1.计算p，V，T，n中的任意物理量2.确定气体的摩尔质量Mmn1.1.2理想气体状态方程的应用pVmRTMRTMmpVnRTpVpV=nRT=RTpMpVmRTM=m/VpRTM3.确定的气体密度1.2.1分压定律§1.2气体混合物组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。1.2.1分压定律pO2pN2pO2+N2分压：Thepartialpressureofagasinamixtureisthepressureitwouldexertifitaloneoccupiedthecontainer.组分气体B在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组分气体B的分压。VRTnpBB分压定律：1801年，J.Dalton通过实验发现：混合气体的总压等于混合气体中各组分分压之和。即：p=p1+p2+p3+······=pBp为混合气体的总压，p1、p2、p3、······为各组分气体的分压T，VT，V+···T，V混合前:plV=n1RT，p2V=n2RT，···混合后:pV=nRT=(n1+n2+···+ni)RT=n1RT+n2RT+···+niRT=plV+p2V+···+piV=(pl+p2+···+pi)Vp=p1+p2+p3+······=pBn1,p1n2,p2n1+n2+···+nip分压的求解：xBB的摩尔分数VRTnpBBBBBxnnppVnRTppxpnnpBBB此式为道尔顿分压定律的另一表达形式，表明混合气体中某组分气体的分压等于该组分的摩尔分数与总压的乘积。分压定律的应用例题：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25℃下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25℃时，水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L。计算反应中消耗锌的质量。解：T=(273+25)K=298Kp=98.70kPaV=2.50L298K时，p(H2O)=3.17kPaMr(Zn)=65.39Zn(s)+2HClZnCl2+H2(g)65.39g1molm(Zn)=?0.0964mol-1-1(98.703.17)kPa2.50L8.314JKmol298Kn(H2)=65.39g0.0964mol1molm(Zn)==6.30g=0.0964mol选择题某温度下，一容器中含有2.0molO2，3.0molN2及1.0molAr。如果混合气体的总压为akPa，则p(O2)=()kPa。（A）a/3（B）a/6（C）a/4（D）a/2填空题:恒定温度下，将1.0L204kPa的氮气与2.0L303kPa的氧气充入容器为3.0L真空容器中则p(N2)=kPa,p(O2)=kPa,容器的总压力p总=kPa。理想气体状态方程仅在足够低的压力下适合于真实气体。产生偏差的主要原因是：①气体分子本身的体积的影响；②分子间力的影响。真实气体与理想气体的偏差§1.3真实气体nRTnb))(VVna(p22a,b称为vanderWaals常量。Theconstantarepresentstheeffectofattractions,andtheconstantbisameasureofthevolumetakenupbythegasmoleculesthemselves;itiszeroinanidealgas,inwhichthepointlikemoleculeshavezerovolume.vanderWaals方程分子间吸引力正比于(n/V)2内压力p′=a(n/V)2p理想=p实际+a(n/V)2V-nb为气体分子运动的自由空间，V理想=V-nbb为1mol气体分子自身体积的影响。表1-1某些气体的vanderWaals常量气体10a(Pam6mol-2)104b(m3mol-1)He0.034570.2370H20.24760.2661Ar1.3630.3219O21.3780.3183N21.4080.3913CH42.2830.4278CO23.6400.4267HCl3.7160.4081NH34.2250.3707NO25.3540.4424H2O5.5360.3049C2H65.5620.6380SO26.8030.5636C2H5OH12.180.8407a/(10-1Pam6mol-2)b/(10-4m3mol-1)气体例题：分别按理想气体状态方程和vanderWaals方程计算1.50molSO2在30℃有20.0L体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少至2.00L，其相对误差又如何？VnRTp1解：已知：T=303K，V=20.0L，n=1.50mol，a=0.6803Pa·m6·mol-2，b=0.563610-4m3·mol-1189kPa20.0L303KmolK8.314J1.50mol11222VannbVnRTp1.61%100%186186189ppp221186kPa3.8kPa189.7kPa232111(20.0L)LkPa100.6803(1.50mol)1.50molmol0.05636L20.0L303KmolK8.314J1.50mol′′V=2.00Lp1=1.89×103kPap2=1.59×103kPa′′′p1－p2(1.89－1.59)×103p21.59×103=×100%=18.9%§1.4气体的液化?只要增加气体压力,使分子间距变小,气体最终就会变为液体吗CriticaltemperatureVm气该压力下的气体摩尔体积Vm液该压力下的液体摩尔体积C点为临界状态，此时的温度为临界温度液化石油气钢瓶中主要就是液化的丙烷，打开钢瓶的阀门，液态丙烷气化成气体释放出来。