高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座-第1讲-气体.doc

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1、高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第1讲气体【竞赛要求】气体。理想气体标准状态。理想气体状态方程。气体密度。分压定律。气体相对分子质量测定原理。【知识梳理】一、气体气体、液体和固体是物质存在的三种状态。气体的研究对化学学科的发展起过重大作用。气体与液体、固体相比较，具有两个明显特点。1、扩散性当把一定量的气体充入真空容器时，它会迅速充满整个容器空间，而且均匀分布，少量气体可以充满很大的容器，不同种的气体可以以任意比例均匀混合。2、可压缩性当对气体加压时，气体体积缩小，原来占有体积较大的气体，可以压缩到体积较小的容器中。二、理想气体如果有这样一种气体：它的分子只有位置而无体积，且

2、分子之间没有作用力，这种气体称之为理想气体。当然它在实际中是不存在的。实际气体分子本身占有一定的体积，分子之间也有吸引力。但在低压和高温条件下，气体分子本身所占的体积和分子间的吸引力均可以忽略，此时的实际气体即可看作理想气体。三、理想气体定律1、理想气体状态方程将在高温低压下得到的波义耳定律、查理定理和阿佛加德罗定律合并，便可组成一个方程：pV=nRT（1-1）这就是理想气体状态方程。式中p是气体压力，V是气体体积，n是气体物质的量，T是气体的绝对温度（热力学温度，即摄氏度数+273），R是气体通用常数。在国际单位制中，它们的关系如下表：表1-1R的单位和值pVnTR国际

3、单位制Pam3molK8.314或kPadm3molK8.314（1-1）式也可以变换成下列形式：pV=RT（1-2）p=·=则：=（1-3）式中m为气体的质量，M为气体的摩尔质量，为气体的密度。对于一定量（n一定）的同一气体在不同条件下，则有：=（1-4）如果在某些特定条件下，将（1-1）、（1-2）和（1-3）式同时应用于两种不同的气体时，又可以得出一些特殊的应用。如将（1-1）式n=，在等温、等压、等容时应用于各种气体，则可以说明阿佛加德罗定律。因为物质的量相等的气体，含有相等的分子数。若将（1-2）式=在等温、等压和等容时应用于两种气体，则得出：=（1-5）如果将

4、（1-3）式=，在等温等压下应用于两种气体，则有：=（1-6）若令=D，D为第一种气体对第二种气体得相对密度，则有：D=或M1=DM2（1-7）已知M=2g·mol，=29g·mol则M1=2D或M1=29DD为某气体相对H2的密度，D为某气体相对空气的密度。2、气体分压定律和分体积定律（1）气体分压定律当研究对象不是纯气体，而是多组分的混合气体时，由于气体具有均匀扩散而占有容器全部空间的特点，无论是对混合气，还是混合气中的每一组分，均可按照理想气体状态方程式进行计算。当一个体积为V的容器，盛有A、B、C三种气体，其物质的量分别为nA、nB、nC，每种气体具有的分压分别是

5、pA、pB、pC，则混合气的总物质的量为：n=nA+nB+nC（1-8）混合气的总压为：p=pA+pB+pC（1-9）在一定温度下，混合气体的总压力等于各组分气体的分压力之和。这就是道尔顿分压定律。计算混合气各组分的分压有两种方法。①根据理想气态方程计算在一定体积的容器中的混合气体pV=nRT，混合气中各组分的分压，就是该组分单独占据总体积时所产生的压力，其分压数值也可以根据理想气态方程式求出：pAV=nART（1-10）pBV=nBRT（1-11）pCV=nCRT（1-12）②根据摩尔分数计算：摩尔分数（XA）为混合气中某组分A的物质的量与混合气的总的物质的量之比：XA

6、=（1-13）混合气体中某组分的分压等于总压与摩尔分数的乘积：pA=pXA（1-14）（2）气体分体积定律在相同的温度和压强下，混合气的总体积（V）等于组成混合气的各组分的分体积之和：V=VA+VB+VC（1-15）这个定律叫气体分体积定律。根据混合物中各组分的摩尔分数等于体积分数，可以计算出混合气中各组分的分体积：据=得VA=V（1-16）四、实际气体状态方程理想气体定律是从实验中总结出来的，并得到了理论上的解释。但应用实际气体时，它只有一定的适用范围（高温低压），超出这个范围就有偏差，必须加以修正。对于实际气体的实验值与理想值的偏差，我们常用压缩系数Z来表示：Z=其中

7、p、、T都是实验值。若气体完全理想，则Z=1，否则Z＞1或Z＜1。出现这种偏差，是由于实际气体分子本身的体积不容忽视，那么实测体积总是大于理想状态体积（即V=V–b）；实际上分子之间也不可能没有吸引力（内聚力P），这种吸引力使气体对器壁碰撞产生的压力减小，使实测压力要比理想状态压力小（即p=p+p），所以Z＜1。实际上以上两种因素同时存在，前者起主导作用时，Z＞1，后者起主导作用时，Z＜1，若两种因素恰好相当，则Z=1（CO2在40℃和52MPa时）。将以上修正项代入理想气体状态方程，即得：(p+p)(–b)=RTp既与容器内