Chapter 02 气体

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1、第二章气体气、液和固体,是物质的三种存在状态(三态).气体:研究得最早,比较简单,比较透彻.(空气).经常有气体参加反应研究反应机理,经常接触气体液体:最复杂固体:为中等§1气体的状态方程一理想气体1.描述气体状态的物理量1物理量单位压强P帕斯卡Pa(N·m-2)体积V立方米m3温度T开尔文K物质的量n摩尔mol描述气体状态的物理量22.理想气体的基本假定1°忽略气体分子的自身体积,将分子看成是有质量的几何点(质点).2°碰撞,包括分子与分子、分子与器壁之间的碰撞,是完全弹性碰撞——无动能损耗.分子

2、间作用力被忽略.在高温和低压下,实际气体接近理想气体.故这种假定是有实际意义的.3.气体压力的产生气体的压力,是指气体分子对器壁的作用力.它是分子对器壁碰撞的结果.3质量为m,速度为v的分子碰撞器壁,无动能损失,则以速度-v弹回,动量的改变量为:-mv-mv=-2mv动量改变量=器壁对分子作用力F’的冲量:F’t=-2mv,F’=-2mv/t分子对器壁的作用力则为:F=2mv/t这个力量和分子的运动方向一致,即是碰撞造成的压力.由于分子极多,这种压力是连续的,好比雨中,雨点对雨伞的作用:44.理想气

3、体的经验公式Byele定律:n,T一定时,V1/P(为正比于)Gay-Lussac定律:n,P一定时,VTAvogadro定律:P,T一定时,Vn综合上三式:以R做比例系数,则有:即:VP=nRT此式即为理想气体状态方程,其中:R=8.314J·mol-1·K-15PV乘积的物理量单位:P:Pa,N·m-2V:m3所以PV单位为:N·m-2·m3=N·m=J即PV的单位是功的单位.二实际气体的状态方程从理想气体的基本假设,退回到实际气体.1.实际气体的压强P实理想气体的P是忽略了分子间的吸力

4、,由分子自由碰撞器壁的结果.实际气体的压强是碰壁分子受内层分子引力,不能自由碰撞器壁的结果,所以:P实

5、.5dm3的容器中,充满实际气体,由于分子自身体积的存在,分子不能随意运动,且不可无限压缩.若分子体积为V分=Bdm3,则V实=5dm3,而V=V实-V分V=(5-B)dm3V实=5dm3V=(5-B)dm3V分=Bdm38设每摩尔气体分子的体积为bdm3·mol-1,则有:V=V实-nb(2)3.实际气体的状态方程理想气体状态方程:PV=nRT,将(1)和(2)式子代入其中,得:这个方程是荷兰科学家VanderWaals(范德华)提出的,称范德华方程.只是实际气体状态方程中的一种形式.a,b称为气

6、体的范德华常数.显然,不同的气体范德华常数不同,反映出其与理想气体的偏差程度不同.当n=1时,有:9§2混合气体的分压定律一基本概念1.混合气体与组分气体由两种或两种以上的气体混合在一起,组成的体系,称为混合气体,组成混合气体的每种气体,都称为该混合气体的组分气体.显然,空气是混合气体,其中的O2,N2,CO2等,均为空气的组分气体.2.混合气体的摩尔分数组分气体的物质的量用ni表示,混合气体的物质的量用n表示,则:i组分气体的摩尔分数用xi表示,则:10例如:由3molH2和1molN2组成的混合

7、气体,其中:3.总体积与分压混合气体所占有的体积称为总体积,用V总表示.当某组分气体单独存在,且占有总体积时,其具有的压强,称为该组分气体的分压,用Pi表示.且有关系式:PiV总=niRT4.总压和分体积混合气体所具有的压强,称为总压,用P总表示.当某组分气体单独存在,且具有总压时,其所占有的体积,称为该组分气体的分体积,用Vi表示.关系式为:P总Vi=niRT115.体积分数Vi/V总称为该组分气体的体积分数.二分压定律——分压与总压的关系+N2O2N2+O22dm32dm32dm32105P

8、a2105Pa?将上面的N2和O2混合,测得混合气体的P总为4105Pa.按分压的定义,PN2=2105Pa,PO2=2105Pa,可见:P总=PN2+PO212又:+N2O2N2+O21dm32dm34dm38105Pa2105Pa?测得混合气体的总压为3105Pa由pi定义,PN2=2105Pa,PO2=1105Pa亦有:P总=PN2+PO2道尔顿(Dolton)进行了大量实验,提出了混合气体的分压定律:混合气体的总压等于各组分气体的分压之和.