无机化学宋天佑版化学基础知识.pptx

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1、第2章 化学基础知识2-1-1 理想气体状态方程2-1-2 气体混合物2-1-3 真实气体2-1-4 气体分子动理论2023-4-2812-1 气体气体2-1 气体2-1-1 理想气体状态方程及应用2023-4-282 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体积可以忽略（具有的体积相对于气体所占体积可以忽略（具有质量的几何点）。质量的几何点）。 实际气体在低压实际气体在低压(101.325kPa)和高温和高温(0)的条件下，接近理想气体。的条件下，接近理想气体。等压变化(盖吕萨克定律）: 恒压条件下，气体的体积与其温度成

2、正比。VT等温变化（玻意耳定律）： 恒温条件下，气体的体积与压强成反比。 PV = C由此： 一定量气体P，V，T之间有如下关系 PV/T = C2023-4-2832023-4-284理想气体状态方程理想气体状态方程 PV = nRT 在在STP下，下，P = 101325 Pa, T = 273.15 K n = 1.0 mol时时, Vm= 22.41410-3 m3 R = 8.314 Pa m3 K-1 mol-1 另一单位制：另一单位制：atm, L, mol, K R=0.08206 atmL K-1 mol-1单位换算单位换算1atm=101.325kPa=760mmHg 1m

3、l=1cm3=10-3L=10-3dm3=10-6m3 1m=102cm=103mm=106um=109nm=1012pm n=m/M =m/V C=n/V阿佛加得罗定律： 相同温度和压力下，相同体积的不同气体均含有相同数目的分子。标准条件(standard condition,或标准状况）101.325kPa和273.15K（即0）-STP 标准条件下1mol气体: 粒子数NA=6.021023mol-1 体积 Vm=22.414110-3m32023-4-2852023-4-286理想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用 推导出气体密度推导出气体密度与与P，V，T之间的关系。之间的关系

4、。(设气体设气体质量为质量为m,摩尔质量为摩尔质量为M） = m/V, n = m/M 代入代入PV = nRT注意单位的使用注意单位的使用,R用用8.314, P、V、T、n均为国际单位均为国际单位,也可以也可以P以以kPa,V以以L做单位做单位,此时考虑此时考虑n=m/M PV=mRT/M PM= RT(密度的单位是密度的单位是 g/L) 2023-4-287解：依据解：依据 PV=nRT,由题意知，由题意知，P、V恒定，恒定，容器内物质的量减小为原来的四分之三容器内物质的量减小为原来的四分之三. n1RT1 =n2RT2 n1/n2=T2/T1 4/3= T2/288 T2=384K例例

5、1.一敞口烧瓶中盛有空气，欲使其量减一敞口烧瓶中盛有空气，欲使其量减少四分之一，需把温度从少四分之一，需把温度从288K提高到多提高到多少？少？2023-4-288例例2.实验室用金属钠与氢气在高温下反应制备实验室用金属钠与氢气在高温下反应制备NaH。反应装置中的空气需用无水无氧的氮气。反应装置中的空气需用无水无氧的氮气置换。氮气由氮气钢瓶提供，该钢瓶体积为置换。氮气由氮气钢瓶提供，该钢瓶体积为50 L，温度，温度25 C，压力为，压力为15.2 MPa. 请计算钢瓶中气体的物质的量和质量；请计算钢瓶中气体的物质的量和质量； 若将反应装置用氮气置换若将反应装置用氮气置换5次后，钢瓶压力下次后，

6、钢瓶压力下降为降为13.8 MPa.计算在计算在25 C 、0.1 MPa下，平均下，平均每次消耗氮气的体积。每次消耗氮气的体积。2023-4-289(1)解：依据 PV=nRT,15.21065010-3=n8.314298n=307 mol m=30728= 8589 g(2)解:置换5次后,钢瓶压力降低为13.8MPa,此时钢瓶内的气体物质的量 n= 278.5 mol 即排出的N2=28.5 mol每次排出的气体体积由PV=nRT得到.例例2.Page42.Page42023-4-2810组分气体：理想气体混合物中每一种气体组分气体：理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。叫做组分气体

7、。各组分气体的相对含量可用分体积各组分气体的相对含量可用分体积V Vi i、分分压压P Pi i或摩尔分数或摩尔分数x xi i等表示。等表示。1.1.分压定律分压定律气体的最基本特征：气体的最基本特征：可压缩性和扩散性可压缩性和扩散性2-1-2 气体混合物气体混合物2023-4-2811 分体积、体积分数、摩尔分数（补充）分体积、体积分数、摩尔分数（补充）分体积：指分体积：指相同温度相同温度下，组分气体具有和混下，组分气体具有和混合气体合气体相同压力相同压力时所占体积。时所占体积。O O2 2N N2 2O O2 2+N+N2 2+ +V V1 1、P P、T TV V2 2、P P、T T

8、V V1 1+V+V2 2、P P、T T混合气体总体积混合气体总体积V V总总= =各组分气体的分体积各组分气体的分体积V Vi i之和之和 V V总总= =V V1 1+V+V2 2+V+V3 3+V+V4 4V Vi i2023-4-2812总总总总摩摩尔尔分分数数：体体积积分分数数：nnVViiii 总总总总总总总总总总证证明明：VVRTPVRTPVnnVVnniiiiiii |2023-4-2813分压定律：分压定律： 分压：一定温度下，混合气体中的某种气分压：一定温度下，混合气体中的某种气体单独占有混合气体的体积时所呈现的压强。体单独占有混合气体的体积时所呈现的压强。O O2 2N

9、 N2 2O O2 2+N+N2 2+ +T T、 V V、P P总总= =P P1 1+P+P2 2混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。P = PP = P1 1 + P+ P2 2 + + 或或 P = P = P Pi i T T、V V、P P1 1T T、 V V、P P2 22023-4-2814,2211VRTnpVRTnpVRTnnVRTnVRTnp2121P Pi iV=nV=ni iRT PRT P总总V=nV=n总总RTRT总总总总总总PPnnPPiiiii 分压定律分压定律注意：在注意：在PV=nRTPV=nR

10、T公式中，不能同时代入分体积和公式中，不能同时代入分体积和分压。分压。2023-4-2815例：潜水员携带的水下呼吸器中充有氧气和氦例：潜水员携带的水下呼吸器中充有氧气和氦气的混合气体。将气的混合气体。将25 C，0.10 MPa的的46 L O2和和12 L He充入体积为充入体积为5.0 L的储罐中。请计算该温的储罐中。请计算该温度下储罐中两种气体的分压和混合气体的总压。度下储罐中两种气体的分压和混合气体的总压。2023-4-2816 气液两相平衡时液相表面蒸气的分压即为该气液两相平衡时液相表面蒸气的分压即为该液体的饱和蒸气压。液体的饱和蒸气压。温度一定，水的分压（饱温度一定，水的分压（饱

11、和蒸气压）为定值。和蒸气压）为定值。2023-4-2817例例.温度为温度为18 C，室内气压计指示为室内气压计指示为753.8 mmHg，某同学在实验室用排水法收集到某同学在实验室用排水法收集到0.567 L 氢气。用氢气。用分子筛可以除去气体中的水分，得到干氢气。请分子筛可以除去气体中的水分，得到干氢气。请计算同样条件下干氢气的体积和物质的量。（已计算同样条件下干氢气的体积和物质的量。（已知：知：PH2O(18 C) = 15.477 mmHg)气压计指示的空气压强气压计指示的空气压强,是氢气和水蒸汽的压强和是氢气和水蒸汽的压强和PT;排水收集的为湿润氢气排水收集的为湿润氢气,其体积其体积

12、VT=0.567L。湿润氢气的分压湿润氢气的分压PH2应从气压计读数中扣除此温应从气压计读数中扣除此温度下水蒸汽的饱和蒸汽压度下水蒸汽的饱和蒸汽压.欲求的是去掉水蒸汽后欲求的是去掉水蒸汽后氢气的体积，即分体积氢气的体积，即分体积VH2. PH2 VT=PTVH22023-4-2818P PCOCO2 2O O2 2H H2 2理想气体理想气体 PV PVm m=RT=RT PV PVm m2-1-3 真实气体真实气体2023-4-2819实际气体与理想气体产生偏差：实际气体与理想气体产生偏差：应考虑气体分子本身的体积，在方程应考虑气体分子本身的体积，在方程中扣除；中扣除；应考虑内层分子与外层分

13、子间、外层应考虑内层分子与外层分子间、外层分子与器壁间的作用力。分子与器壁间的作用力。2023-4-2820nRT)nbV)(Vnap(22 实际气体状态方程实际气体状态方程- -范德华方程范德华方程a a、b b均为范德华常数，由实验确定。均为范德华常数，由实验确定。a a与分子间引力有关与分子间引力有关; ;b b与分子自身体积有关。与分子自身体积有关。2023-4-2821对理想气体：对理想气体：PV=nRTPV=nRTP P：气体分子对容器壁产生的压力气体分子对容器壁产生的压力V V：气体分子自由活动的空间，即容器的体积。气体分子自由活动的空间，即容器的体积。实际气体需修正实际气体需修

14、正P P、V VV=(V-nb) nbV=(V-nb) nb是是n n摩尔气体自身的体积摩尔气体自身的体积nRTnbVVanPVannbVnRTPnbVnRTPi )(2222内内压压力力）2023-4-2822 例例. .分别按理想气体状态方程式和范德华方程分别按理想气体状态方程式和范德华方程式计算式计算1.50 1.50 mol SOmol SO2 2在在303303K,K,占有占有20.0 20.0 dmdm3 3体积体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少为少为2.00 2.00 dmdm3 3，其相对误差又如何？其相对误差又如何？ 解

15、：已知解：已知T=303 KT=303 K，V=20.0 dmV=20.0 dm3 3，n=1.50 moln=1.50 mol， a=a=0.6803 Pa 0.6803 Pa m m6 6 mol mol-2-2， b=0.5636 b=0.5636 1010-4-4m m3 3 mol mol-1-1189kPa20.0dm303KmolK8.314J1.5molVnRTP3111 2023-4-282318.9%18.9%100%100%10101.591.5910101.59)1.59)(1.89(1.89P PP PP PkPakPa10101.591.59P P kPakPa10

16、101.891.89P P 2.00dm2.00dmV V 1.61%1.61%100%100%186186186186189189P PP PP P186kPa186kPa3.8kPa3.8kPa189.7kPa189.7kPa ) )(20.0dm(20.0dmdmdmkPakPa10100.68030.6803(1.5mol)(1.5mol) 1.50mol1.50molmolmol0.05636dm0.05636dm20.0dm20.0dm303K303KmolmolK K8.314J8.314J1.50mol1.50mol V VanannbnbV VnRTnRTP P3 33 3 2 2 2 2 1 13 3 2 23 3 1 13 32 22 21 12 23 33 33 32 21 13 33 31 11 12 22 22 2 2023-4-282023-4-282424 PFu 碰撞力与碰撞速度的乘积 Fmv uv N/V Pmv2(N/V) 其中v是具有统计平均意义的方均根速度v rms,同时考虑碰撞的方向因素, PV=Nmv2/3与理想气体状态方程对比: Nmv2