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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
2、压气体的经验定律 Charles and Gay-lussac定律绝对温标 等压线 0-273t/V/m3p1p2 p3Joseph 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
3、斥， 分子本身的体积相对于气体所占有体积完全 可以忽略。 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
4、 Amagat分体积定律 混合气体中某一组分 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
5、和基本公式 气体由大量结构完全相同的分子组成，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 mux1，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
6、小，ur 越大N2速度分布N2分子的麦克斯韦速度分布图f(u)105/sm-12001501005000100020003000273K1273K 2273Ku/ms-1麦克斯韦玻尔兹曼速度分布公式 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T2T1 T1T2f(ET)Er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
7、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。A
8、B分子间的碰撞和有效直径虚线圆的面积称 为碰撞截面(collision cross section),数值上等于 。妈妈新开了个淘宝店，欢迎前来捧场 妈妈的淘宝点开了快半年了，主要卖的是毛绒玩具、坐垫、抱枕之类的 ，但生意一直不是很好，感觉妈妈还是很用心的，花了不少功夫，但是就是 没有人气，所以我也来出自己的一份力，帮忙宣传一下。并且妈妈总是去五亭龙挑最好的玩具整理、发货，质量绝对有保证。另外我家就在扬州五亭龙玩具城旁边，货源丰富，质量可靠，价格便宜 。欢迎大家来逛逛【扬州五亭龙玩具总动员】 个人小广告：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
9、：相对速度： 例 将1.0g O2和1.0g H2于300K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
