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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 2012/10/20 Sat 1 2-1 气体 2-1 气体 2-1-1 理想气体状态方程及应用 2012/10/20 Sat 2 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体积可以忽略（具有 质量的几何点）。 实际气体在低压(101.325kPa)和高温( 0)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：
2、 一定量气体P，V，T之间有如下关系 PV/T = C 2012/10/20 Sat 3 2012/10/20 Sat 4 理想气体状态方程 PV = nRT 在STP下，P = 101325 Pa, T = 273.15 K n = 1.0 mol时, Vm= 22.41410-3 m3 R = 8.314 Pam3K-1mol-1 另一单位制：atm, L, mol, K R=0.08206 atmLK-1mol-1 单位换算1atm=101.325kPa=760mmHg 1ml=1cm3=10-3L=10-3dm3=10-6m3 1m=102cm=103mm=106um=109nm=10
3、12pm 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=22.414110-3m3 2012/10/20 Sat 5 2012/10/20 Sat 6 理想气体状态方程的应用 推导出气体密度与P，V，T之间的关系。(设气体 质量为m,摩尔质量为M） = m/V, n = m/M 代入PV = nRT 注意单位的使用,R用8.314, P
4、、V、T、n均为国际单位, 也可以P以kPa,V以L做单位,此时考虑n=m/M PV=mRT/M PM= RT(密度的单位是 g/L) 2012/10/20 Sat 7 解：依据 PV=nRT,由题意知，P、V恒定， 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1.一敞口烧瓶中盛有空气，欲使其量减 少四分之一，需把温度从288K提高到多 少？ 2012/10/20 Sat 8 例2.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 置换。氮气由氮气钢瓶提供，该钢瓶体积为50 L
5、，温度25 C，压力为15.2 MPa. 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5次后，钢瓶压力下 降为13.8 MPa.计算在25 C 、0.1 MPa下，平均 每次消耗氮气的体积。 2012/10/20 Sat 9 (1)解：依据 PV=nRT, 15.21065010-3=n8.314298 n=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2.Page4 2012/10/20 Sat 1
6、0 组分气体：理想气体混合物中每一种气体 叫做组分气体。 各组分气体的相对含量可用分体积Vi、分 压Pi或摩尔分数xi等表示。 1.分压定律 气体的最基本特征：可压缩性和扩散性 2-1-2 气体混合物 2012/10/20 Sat 11 分体积、体积分数、摩尔分数（补充） 分体积：指相同温度下，组分气体具有和混 合气体相同压力时所占体积。 O2 N2 O2+N2+ V1、P、T V2、P、T V1+V2、P、T 混合气体总体积V总=各组分气体的分体积Vi之和 V总=V1+V2+V3+V4Vi 2012/10/20 Sat 12 | 2012/10/20 Sat 13 分压定律： 分压：一定温度
7、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。 O2 N2O2+N2 + T、 V、P总=P1+P2 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之 和。 P = P1 + P2 + 或 P = Pi T、V、P1T、 V、P2 2012/10/20 Sat 14 PiV=niRT P总V=n总RT 分压定律 注意：在PV=nRT公式中，不能同时代入分体积和 分压。 2012/10/20 Sat 15 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25 C，0.10 MPa的46 L O2和 12 L He充入体积为5.0 L的储罐中。请计算该温 度下储罐中两种气体
8、的分压和混合气体的总 压。 2012/10/20 Sat 16 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。温度一定，水的分压（饱 和蒸气压）为定值。 2012/10/20 Sat 17 例.温度为18 C，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0.567 L 氢气。 用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。（ 已知：PH2O(18 C) = 15.477 mmHg) 气压计指示的空气压强,是氢气和水蒸汽的压强和 PT;排水收集的为湿润氢气,其体积VT=0.567L。 湿润氢气的分压PH2应从气压计读数中扣
9、除此温度 下水蒸汽的饱和蒸汽压.欲求的是去掉水蒸汽后氢 气的体积，即分体积VH2. PH2 VT=PTVH2 2012/10/20 Sat 18 P CO2 O2 H2 理想气体 PVm=RT PVm 2-1-3 真实气体 2012/10/20 Sat 19 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 中扣除； 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。 2012/10/20 Sat 20 实际气体状态方程-范德华方程 a、b均为范德华常数，由实验确定。 a与分子间引力有关; b与分子自身体积有关。 2012/10/20 Sat 21 对理想气体：PV=nRT
10、 P：气体分子对容器壁产生的压力 V：气体分子自由活动的空间，即容器的体积。 实际气体需修正P、V V=(V-nb) nb是n摩尔气体自身的体积 2012/10/20 Sat 22 例.分别按理想气体状态方程式和范德华方程 式计算1.50 mol SO2在303K,占有20.0 dm3体积时 的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少 为2.00 dm3，其相对误差又如何？ 解：已知T=303 K，V=20.0 dm3，n=1.50 mol， a=0.6803 Pa m6 mol-2， b=0.563610-4m3 mol-1 2012/10/20 Sat 23 2012/10/20 Sat
11、24 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: Nmv2/3=nRT NAmv2/3=RT Mv2/3=RT 2-1-4 气体分子动理论 2012/10/20 Sat 25 方均根速度: Mv2/3=RT vrms=(3RT/M)1/2 有关气体分子运动速度还包括最概然速度 vmp,平均速度vav,三者数值不同但十分接近,相 对关系如下 :Vrms:Vav:Vmp=1.000:0.921:0.816 气体分子的速度分布和扩散定律 2012/1
12、0/20 Sat 26 2-2-1 溶液浓度及表示方法 2-2 液体和溶液 1.质量摩尔浓度mB mB= 溶质B的物质的量(mol) 溶剂的质量（kg) 2.物质的量浓度CB 3.质量分数w 4.摩尔分数 w = 溶 质 的 质 量 溶 液 的 质 量 xB= nB n总 Xi=1 2012/10/20 Sat 28 2-2-2 非电解质稀溶液的依数性 蒸气压下降拉乌尔定律 沸点升高 凝固点下降 渗透压 如果将将蔗糖溶解在水中 形成溶液，其蒸气压有何 变化？ 蒸气压下降：与纯溶剂相 比，难挥发物质的溶液的 蒸气压低于纯溶剂的蒸气 压。 难挥发物质的稀溶液蒸气 压会下降的原因: 溶剂的部分表面被
13、溶质 占据，单位时间，逸出液 面的溶剂分子数减少，即 蒸发速率减小，使系统在 较低的蒸气浓度或压力下 达到平衡。即溶液的蒸气 压必低于纯溶剂的蒸气 压。 一、蒸气压下降拉乌尔定律 拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发非电 解质稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压 与溶剂摩尔分数的乘积。 拉乌尔定律适用于非电解质稀溶液 p=Km 拉乌尔定律的另一表达式 m为溶质B的质量摩尔浓度（mol/kg)，K为 溶剂的蒸气压下降常数。 非挥发性溶质的稀溶液溶液的蒸气压只与 单位体积内溶质的粒子数目有关，而与溶质 分子的组成和性质无关。 若溶质（B）、溶剂（A）都有挥发性，且 两者没有相互作用，可组成理想溶液，也可
14、以利用拉乌尔定律.这时可分别考虑，然后加 合： PA=PA0 xA ; PB=PB0 xB ;溶液蒸气压P=PA+PB 例：苯与甲苯 b s l g a c o 2.21107Pa 101325 610.5 273.16K 373.15K 647K 冰点 (1)三相点(纯水在其饱和 蒸气压下的凝固点） Tt=273.16K, Pt=610.5Pa (2)水的冰点（一大气压下 被空气饱和的水和冰的平 衡点）Tf=273.15K (3)水的沸点Tb=373.15K (4)水的临界点Tc, Pc Tc=647K,Pc=2.21107Pa 水的相图 和三相点(triple point) 沸点升高（液体
15、饱和蒸气压=外压） 1.0110 5 水 溶液 Tb 373 T T/K 溶液沸点上升 蒸气压 p/Pa 难挥发非电解质稀溶液的沸点纯溶剂沸点解 释？ Tb=Kbm Tb: 沸点上升值； m：溶质的质量摩尔浓度(mol/kg)； Kb：溶剂的摩尔沸点上升常数。 凝固点下降 凝固点：固态纯溶剂与液态溶液平衡时的温度 即固体纯溶剂的蒸气压=溶液中溶剂的蒸气压 时的温度。若P固 P液，固体熔化；反之，凝 固. 温度/ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -10 -15 -20 -25 冰的蒸气压 /Pa 611 562 517 476 437 402 369 260 165 103 63 水的蒸气压 /Pa 611 568 527 490 455 422 391 冰蒸汽压下降的程度超过水蒸汽压
