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1、第二章 气体,主要内容： 1，低压下气体的两个经验定律 2，理想气体状态方程 3，混合理想气体 4，气体分子运动论 5，实际气体的状态方程,低压气体的经验定律：Boyle定律,气体基本特征： 可压缩性和扩散性 Boyle定律 在一定温度下，一定质量气体的体积与压力成反比 V 1/p 或 pV = 常数 等温线,Robert Boyle (16271691 ),英国物理学家、化学家 英国皇家学会 会长 从事分子物理、光和电现象、流体力学、声学、热学、力学多方面的研究，成果累累。 1661年名著怀疑的化学家。 生理学：研究空气对生物的作用，发现肺内血液颜色和摄取空气有关，发现毛细血管等。,低压气体
2、的经验定律,Charles and Gay-lussac定律绝对温标 等压线,Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850),Joseph Louis Gay-Lussac and Jean-Baptistse Biot in their balloon on 24 August 1804 (7000 meters) 盖 吕萨克创造了当时世界上乘气球升空的最高记录。两次探测的空气样品证明，在高空领域，地磁强度恒定不变，空气的成分也基本相同，只有氧气的含量随着高度而减少。,理想气体状态方程,物理模型：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有体积完全可以忽
3、略。 理想气体：符合理想气体状态方程式的气体。 pV = nRT ，limp0 pVm= RT 理想气体状态方程应用： 计算p，V，T，n 之一 气体摩尔质量 气体密度,混合理想气体,组分气体 理想气体混合物中每一种气体 分压 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 Dalton分压定律 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 = pB,John Dalton (1766-1844),英国化学家 创立原子学说 解释化学的基本定律: 质量守恒定律 定比定律 倍比定律 化合量定律,混合理想气体,Amagat分体积定律 混合气体
4、中某一组分B的分体积 VB 是该组份单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。,例 将高温下 15.2 g 的 NO2 充入 10.0dm3 烧瓶，将此烧瓶冷却到 25oC，测得烧瓶中气体的总压力为 50.65 kPa，试求算 NO2 和 N2O4 的分压。,例 某日白天的温度 32 oC，气压为 98.37 kPa，空气湿度为 80；晚间温度为 20 oC，气压为99.30 kPa，求算晚间将从空气中凝结出百分之几的露水？（水的饱和蒸汽压 32 oC时为 4.80 kPa， 20o C时为 2.33 kPa ）,气体分子运动论,基本假设和基本公式 气体由大量结构完全相同的分子组成
5、，分子间距在低压条件下远大于分子本身，分子体积忽略不计； 气体分子总是向各方向混乱而快速地运动。气体压力是气体分子与容器壁不断碰撞的结果，为完全弹性碰撞； 气体分子之间不断碰撞，也是完全弹性碰撞。 u2 ux2 uy2 uz2 P分子碰撞后动量碰撞前动量 m(-ux)- mux2 mux,1，气体分子运动论中的基本公式压力公式。“均方速度”为分子速度平方的平均值。2，p公式说明气体的压力是大量分子对器壁无规则混乱碰撞所产生的平均结果。,气体分子的平均平动能只与温度有关，而与m或等无关。平动能越大，温度越高。,均方根速度：温度越高，气体 M 越小，ur 越大,N2速度分布,麦克斯韦玻尔兹曼速度分
6、布公式,最可几速度,平均速度,均方根速度,最可几速度、平均速度、均方根速度,三种速率的比较,三种速率统计值有不同的应用：,在讨论速率分布时，要用到最可几速率； 在计算分子运动的平均距离时，要用到平均速率； 在计算分子的平均平动动能时，要用到方均根速率。,气体分子的能量分布,气体运动论的若干应用,气体与器壁的碰撞 隙流 当器壁上有破裂的地方 如有圆形的小孔，则容 器内的气体凡碰到小孔 处，该气体就会泄漏出 来的现象,分子的隙流面,气体运动论的若干应用,格雷厄姆(Graham)定律：隙流速度与分子的摩尔质量的平方根成反比 富集因子,例 将铀形成UF6用气体扩散法分离同位素235U和238U，求算要
7、用多少步的扩散方能将235U从0.7%富集到7.0%？ 解：,235U由0.7%富集到7.0%需要扩散多少步。,一步扩散后：,n步扩散后：,n=552,气体运动论的若干应用分子间的相互碰撞频率,两个分子的一次碰撞过程,运动着的A分子和B分子，两者质心的投影落在直径为 的圆截面之内，都有可能发生碰撞。,称为有效碰撞直径，数值上等于A分子和B分子的半径之和。,虚线圆的面积称为碰撞截面(collision cross section),数值上等于 。,A与B分子互碰频率,将A和B分子看作硬球，根据气体分子运动论，它们以一定角度相碰。,互碰频率：,相对速度：,例 将1.0g O2和1.0g H2于30
8、0K时在1dm3体积中混合，试求算每秒每单位体积内H2与O2的碰撞频率。已知dO2=0.292nm，dH2=0.234nm。 解：,实际气体的状态方程范德华(Van der Waals)方程,理想气体状态方程式仅 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： 气体分子本身体积； 分子间力。,对理想气体状态方程的修正,考虑分子本身占有体积： 考虑分子间引力： 范德华实际气体状态方程:,成功：对理想气体模型进行了简单而且物理意义明确的修正，解释了偏差的原因。 不足：与大部分实际气体状态方程误差较大。,某些气体的Van der Waals 常量,例 按理想气体状态方程式和van der waals方程式计算1.50 mol SO2在30oC占有20.0 L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 L，其相对误差又如何？,解：T =303K，V=20.0L，n=1.50mol， a=0.6803Pa m6 mol-2， b=0.563610-4m3 mol-1,课后学习,P30. 思考题 P30. 习题（下周四交） 2.1 2.6 2.11 2.14 2.17 2.21,
