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1、第一章 气体 一基本要求1了解低压下气体的几个经验定律；2掌握理想气体的微观模型，能熟练使用理想气体的状态方程；3掌握理想气体混合物组成的几种表示方法，注意 Dalton 分压定律和Amagat 分体积定律的使用前提；4了解真实气体图的一般形状，了解临界状态的特点及超临界流体mpV的应用；5了解 van der Waals 气体方程中两个修正项的意义，并能作简单计算。二把握学习要点的建议本章是为今后用到气体时作铺垫的，几个经验定律在先行课中已有介绍，这里仅是复习一下而已。重要的是要理解理想气体的微观模型，掌握理想气体的状态方程。因为了解了理想气体的微观模型，就可以知道在什么情况下，可以把实际气
2、体作为理想气体处理而不致带来太大的误差。通过例题和习题，能熟练地使用理想气体的状态方程，掌握和物质的量几个物理量之间的, ,p V Tn运算。物理量的运算既要进行数字运算，也要进行单位运算，一开始就要规范解题方法，为今后能准确、规范地解物理化学习题打下基础。掌握 Dalton 分压定律和 Amagat 分体积定律的使用前提，以免今后在不符合这种前提下使用而导致计算错误。在教师使用与“物理化学核心教程”配套的多媒体讲课软件讲课时，要认真听讲，注意在 Power Point 动画中真实气体的图，掌握实际气体在什么mpV条件下才能液化，临界点是什么含义等，为以后学习相平衡打下基础。三思考题参考答案1
3、如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球的壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理。2在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等？答：不一定相等。根据理想气体状态方程，若物质的量相同，则温度才会 相等。3 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一根玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左边球的温度为 273 K，右边球的温度为 293 K 时，汞滴处在中间达成平衡。试问：(1) 若将左边球的温度升高 10 K，中间汞滴向哪边移动？(2) 若将两个
4、球的温度同时都升高 10 K，中间汞滴向哪边移动？答：（1）左边球的温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。（2）两个球的温度同时都升高 10 K，汞滴仍向右边移动。因为左边球的起始温度低，升高 10 K 所占的比例比右边的大，283/273 大于 303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边的比右边的大。4在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的 0.7左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。请估计会发生什么现象？答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩
5、出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是，在灌开水时不要灌得太快，且要将保温瓶灌满。5当某个纯的物质的气、液两相处于平衡时，不断升高平衡温度，这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化？答：升高平衡温度，纯物质的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当气体的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时，这时的温度就是临界温度。6Dalton 分压定律的适用条件是什么？Amagat 分体积定律的使用前提是什么？
6、答：这两个定律原则上只适用于理想气体。Dalton 分压定律要在混合气体的温度和体积不变的前提下，某个组分的分压等于在该温度和体积下单独存在时的压力。Amagat 分体积定律要在混合气体的温度和总压不变的前提下，某个组分的分体积等于在该温度和压力下单独存在时所占有的体积。7有一种气体的状态方程为 （b 为大于零的常数） ，试分mpVRTbp析这种气体与理想气体有何不同？将这种气体进行真空膨胀，气体的温度会不会下降？答：将气体的状态方程改写为 ，与理想气体的状态方程相m()p VbRT比，这个状态方程只校正了体积项，未校正压力项。说明这种气体分子自身的体积不能忽略，而分子之间的相互作用力仍可以忽
7、略不计。所以，将这种气体进行真空膨胀时，气体的温度不会下降，这一点与理想气体相同。8如何定义气体的临界温度和临界压力？答：在真实气体的图上，当气-液两相共存的线段缩成一个点时，称mpV这点为临界点。这时的温度为临界温度，这时的压力为临界压力。在临界温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化。9van der Waals 气体的内压力与体积成反比，这样说是否正确？答：不正确。根据 van der Waals 气体的方程式，m2 mapVbRTV其中被称为是内压力，而是常数，所以内压力应该与气体体积的平方成反2 ma Va比。10当各种物质都处于临界点时，它们有哪些共同特性？答：在临界点时，物质的气
8、-液界面消失，液体和气体的摩尔体积相等，成为一种既不同于液相、又不同于气相的特殊流体，称为超流体。高于临界点温度时，无论用多大压力都无法使气体液化，这时的气体就是超临界流体。四概念题参考答案 1在温度、容积恒定的容器中，含有 A 和 B 两种理想气体，这时 A 的分压和分体积分别是和。若在容器中再加入一定量的理想气体 C，问和ApAVAp的变化为 ( )AV(A) 和都变大 (B) 和都变小ApAVApAV(C) 不变，变小 (D) 变小，不变 ApAVApAV答：(C)。这种情况符合 Dalton 分压定律，而不符合 Amagat 分体积定律。2在温度、容积都恒定的容器中，含有 A 和 B
9、两种理想气体，它们的TV物质的量、分压和分体积分别为和，容器中的总压为。试AAA,npVBBB,np Vp判断下列公式中哪个是正确的？ ( )(A) (B) AAp Vn RTBAB()pVnnRT(C) (D) AAAp Vn RTBBBp Vn RT答：(A)。题目所给的等温、等容的条件是 Dalton 分压定律的适用条件，所以只有(A)的计算式是正确的。其余的之间的关系不匹配。, , ,n p V T3 已知氢气的临界温度和临界压力分别为。633.3 K , 1.297 10 PaCCTp有一氢气钢瓶，在 298 K 时瓶内压力为，这时氢气的状态为 698.0 10 Pa（ ）(A) 液
10、态 (B) 气态(C)气-液两相平衡 (D) 无法确定答：(B)。仍处在气态。因为温度和压力都高于临界值，所以是处在超临界 区域，这时仍为气相，或称为超临界流体。在这样高的温度下，无论加多大压 力，都不能使氢气液化。4在一个绝热的真空容器中，灌满 373 K 和压力为 101.325 kPa 的纯水，不留一点空隙，这时水的饱和蒸汽压 （ ）（A）等于零 （B）大于 101.325 kPa（C）小于 101.325 kPa （D）等于 101.325 kPa答：（D） 。饱和蒸气压是物质的本性，与是否留有空间无关，只要温度定了，其饱和蒸气压就有定值，查化学数据表就能得到，与水所处的环境没有关系。
11、5真实气体在如下哪个条件下，可以近似作为理想气体处理？（ ）（A）高温、高压 （B）低温、低压（C）高温、低压 （D）低温、高压答：（C） 。这时分子之间的距离很大，体积很大，分子间的作用力和分子自身所占的体积都可以忽略不计。6在 298 K 时，地面上有一个直径为 1 m 的充了空气的球，其中压力为100 kPa。将球带至高空，温度降为 253 K，球的直径胀大到 3m，此时球内的压力为 （ ）（A）33.3 kPa （B）9.43 kPa（C）3.14 kPa （D）28.3 kPa答：（C） 。升高过程中，球内气体的物质的量没有改变，利用理想气体的状态方程，可以计算在高空中球内的压力。1
12、 12212pVp VnRTRT31 1 21 2 2 12100kPa253K3.14 kPa298KpVTrpV Tr7使真实气体液化的必要条件是 （ ）（A）压力大于 （B）温度低于CpCT（C）体积等于 （D）同时升高温度和压力m,CV答：（B） 。是能使气体液化的最高温度，若高于临界温度，无论加多大CT压力都无法使气体液化。8在一个恒温、容积为 2 的真空容器中，依次充入温度相同、始态为3dm100 kPa，2 的（g）和 200 kPa，1的，设两者形成理想气体混3dm2N3dmrA (g)合物，则容器中的总压力为 （ ）（A）100 kPa （B）150 kPa（C）200 kP
13、a （D）300 kPa答：（C） 。等温条件下，200 kPa，1气体等于 100 kPa，2气体，总3dm3dm压为=100 kPa+100 kPa=200 kPa 。ABppp9在 298 K 时，往容积都等于并预先抽空的容器 A、B 中，分别灌32 dm入 100 g 和 200 g 水，当达到平衡时，两容器中的压力分别为和，两者的ApBp关系为 （ ）（A） （B）ABpp（C）= （D）无法确定ApBp答：（C） 。饱和蒸气压是物质的特性，只与温度有关。在这样的容器中，水不可能全部蒸发为气体，在气-液两相共存时，只要温度相同，它们的饱和蒸气压也应该相等。10在 273 K，101.
14、325 kPa 时，的蒸气可以近似看作为理想气体。4CCl (l)已知的摩尔质量为 154的，则在该条件下，气体的密度4CCl (l)1g mol4CCl (l)为 （ ）（A） （B）36.87 g dm34.52 g dm（C） （D）36.42 g dm33.44 g dm答：（A） 。通常将 273 K，101.325 kPa 称为标准状态，在该状态下，1 mol 任意物质的气体的体积等于。根据密度的定义，322.4 dm3 3154 g6.87 g dm22.4 dmm V11在某体积恒定的容器中，装有一定量温度为 300 K 的气体，现在保持压力不变，要将气体赶出 1/6，需要将容器加热到的温度为 （ ）（A）350 K （B）250 K（C）300 K （D）360 K答：（D） 。保持 V，p 不变，215 6nn216360 K5TT12实际气体的压力（p）和体积（V）与理想相比，分别会发生的偏差为（ ）（A）p，V 都发
