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1、第 1 章 氣 體 31. 了解大氣的組成及氣體的性質。 2. 知道氣體壓力的定義及測定方法。 3. 描述氣體性質的三大定律。 4. 清楚理想氣體方程式的來源及應用。 5. 區分理想氣體與真實氣體。 6. 認識混合氣體之分壓與總壓。定義：地球上空所覆蓋的氣體稱為大氣，其厚度約一千公里，靠近地表的部分俗稱空氣大氣 組成：氮氣約占 78，而氧氣約占 21分層：可分為對流層、平流層、中氣層、游離層及外氣層等五層氣體具有擴散、膨脹及可壓縮的通性氣體較容易量測的性質有體積、溫度及壓力壓力（P）為單位面積（A）所承受的力（F），即大氣壓力 PF A1 atm76 cmHg760 mmHg760 torr1
2、.013105 N/m21.013105 Pa1.013103 hPa閉口式壓力計：此時氣體壓力即等於左右兩管高度差，即氣體壓力（Pgas）h當容器內氣體壓力等於大氣壓力時，兩端高度相等，則：PgasPatm開口式壓力計 當容器內氣體的壓力小於大氣壓力時，開口端的水銀柱高度低於氣體端，則：PgasPatmh當容器內氣體壓力大於大氣壓時，開口端的水銀柱高度會高於氣體端，則：PgasPatmh將氣體粒子視為質點，即粒子具有質量但不占有體積氣體粒子間的作用力為零氣體粒子彼此與器壁之間為彈性碰撞氣體粒子的平均速率與絕對溫度有關，溫度愈高，平均速率愈大氣體粒子碰撞容器壁產生壓力：器壁所受壓力大小取決於單
3、位時間撞擊器壁的次數及單位面積上碰撞力的大小第第 1 章章氣氣 體體年度96979899100 101 102題數2314332氣體的性質 與大氣壓力氣體的通性氣體粒子的 運動模型氣體壓力計大氣與氣體的性質1-1氣體粒子模型的假設4 高中基礎化學(三)學習講義氣體粒子在容器內彼此碰撞，造成某些粒子速率較快，某些粒子速率較慢，因此同一溫度，氣體粒子的速率並非完全相同溫度可改變速率分布曲線。低溫時，速率分布曲線較為狹窄，平均速率較小；溫度增高時，曲線較為寬廣，但整個曲線往高速率方向偏移，使得平均速率變大波以耳定律：定溫時，壓力漸大，密閉端的氣體體積漸小，但兩者乘積接近定值，即V 或 P 或 P1V
4、1P2V21 P1 V氣體化合體積定律：1808 年法國科學家給呂薩克發現氣體間的反應，或有氣體生成時，在同溫同壓下各氣體間的體積恆成簡單整數比亞佛加厥定律 亞佛加厥假說：1811 年亞佛加厥首先提出，同溫同壓下，相同體積的氣體含有相同個數的粒子莫耳體積：物質一莫耳的體積稱為莫耳體積。氣體 1 莫耳在 0及 1 大氣壓下的體積約為 22.4 公升。若在室溫 25、1 大氣壓下，氣體的莫耳體積約為 24.5 公升攝氏溫標（）：將水銀溫度計的水銀球浸在 1大氣壓下的冰水和沸水中，分別得到兩個刻度，將其訂為零度和一百度，再將兩點的距離平分為 100 個等距溫度定義 華氏溫標（）：歐美常用於播報氣溫高
5、低的華氏溫標是以冰的熔點及水的沸點分別當作 32 度和 212 度，再加以等距均分刻度而成克氏溫標（K）：克氏溫標則為絕對溫標，絕對零度（0 K）為理論上的最低溫度查理定律 溫度數值換算：T（K）t（）273.15t2（）t1（） 329 5查理定律：定壓時，定量氣體的體積 （V） 和絕對溫度 （T） 成正比VV0（1t）（273.15t）1 273.15V0 273.15氣體定律1-2氣體粒子的速率第 1 章 氣 體 5（）TV0273.15波以耳定律：V （n、T 為定值）1 P公式推導 查理定律：VT（n、P 為定值）亞佛加厥定律：Vn（P、T 為定值）V Tn VR或1 PnT PPV
6、nRT，其中 R 通常稱為理想氣體常數理想氣體常數（R）的數值：R0.082 atmLmol1K18.31 Jmol1K1可用來測量氣體或揮發性液體的分子量（M）PMDRT，其中 D 為氣體或蒸氣的密度理想氣體的條件：氣體粒子本身所占的體積為零，彼此間為彈性碰撞，且粒子間並無吸引力，因此 PVnRT 又稱為理想氣體方程式真實氣體的粒子本身占有體積，且粒子間具吸引力，故真實氣體的行為與理想氣體會有差距狀態：當溫度高而壓力小時，氣體的行為較能遵循理想氣體方程式氣體種類：氫氣、氦氣、氖氣、氬氣、氮氣、氧氣等氣體因粒子間的引力小、難液化，在常溫常壓下較接近理想氣體擴散（diffusion）：定溫定壓下
7、，氣體擴散速率（）與分子量平方根（）成反比，稱為格雷姆擴M散定律：1 2逸散（effusion）：所謂逸散是氣體經由針孔進入真空或低壓的現象。格雷姆的實驗結果也顯示，在定溫定壓時，氣體逸散速率也與氣體分子量的平方根成反比，同樣適用來表示1 2理想氣體1-3理想氣體方程式理想氣體與真實氣體的比較應用及衍生式真實氣體真實氣體趨近於理想氣體的條件氣體的擴散與逸散6 高中基礎化學(三)學習講義分壓與總壓：若混合氣體置於容器中彼此間不發生作用，則混合氣體對器壁所產生的壓力稱為總壓，而各成分氣體單獨存在於同一容器中所產生的壓力稱為分壓內容：定溫下，彼此間不發生作用的混合氣體，在容器中的總壓力（Pt）等於各
8、成分氣體的分壓（Pi）和PtP1P2P3道耳頓分壓定律 莫耳分率：某一種氣體的莫耳數占所有氣體總莫耳數的比例，可以表示如下：Xinint相關公式：PiXiPt氣體混合若發生化學反應：混合後之總壓力並非道耳頓分壓定律之直接結果，需由化學計量處理後，得知最後存在氣體之總壓氣體壓力的校正：實驗室常以排水集氣法收集難溶於水的氣體，以此種方法收集的氣體，還包含飽和水蒸氣。因此必須扣除飽和水蒸氣的壓力，才是真正該氣體的壓力當內外液面等高PgPaPH2O mmHg液面高度（內外）壓力校正情況 PgPaPH2O mmHgh1 10 13.6液面高度（內外）PgPaPH2O mmHgh2 10 13.6道耳頓分
9、壓定律氣體的分壓1-4道耳頓分壓定律的應用第 1 章 氣 體 7大氣與氣體的性質大氣與氣體的性質學學習習概概念念 1. 定義：地球上空所覆蓋的氣體稱為大氣，其厚度約一千公里，靠近地表的部分俗稱空氣。2. 組成：氣體種類氮氣氧氣氬氣二氧化碳其他乾燥空氣中含量78.0820.950.930.033不足 0.0033. 分層：(1) 對流層：013 km，所有氣候變化及生物活動皆在此範圍。(2) 平流層：1350 km，其中 2030 km 處因含臭氧較多，因此又稱臭氧層，大氣中約有 90的臭氧集中在這個區域，此層具有吸收紫外光的功能，可保護地表上的生物減少遭受紫外光的侵害。(3) 中氣層（光化層）
10、：5085 km，含 O2、O3及氮的氧化物，會進行O2光分解，最低溫約90 。(4) 游離層（增溫層）：85550 km，原子產生游離現象，可用於反射長波長之無線電波，溫度相當高。(5) 外氣層：5501000 km，以氫、氦為主，為外太空的起點。大氣大氣（南一版 p.7）18 高中基礎化學(三)學習講義範例 大氣結構及性質大氣結構及性質 基礎題下列有關各大氣分層的敘述，哪些正確？(A)引起光化作用最明顯的大氣層在中氣層，且此區域已無氣候現象 (B)溫室效應主要發生在對流層中 (C)大氣層中含有大量臭氧的區域在對流層中，它可吸收紫外線，因此地球表面生物可免於受其高能量的傷害 (D)大氣中，其
11、垂直結構厚度最小者為對流層，但其所含的水蒸氣含量最多 (E)在平流層中，溫度隨距地面愈高，則溫度愈低答案 解析(C)臭氧主要存在於平流層中；(E)在平流層中，離地面高度愈高，其溫度愈高。類題 根據氣溫分布的特性，地球大氣圈可分為對流層、平流層、中氣層及增溫層。下列有關這四個分層的敘述，何者正確？(A)陽光首先照射到地球大氣圈的最外層，因而在此產生對流層 (B)陽光中的紫外線穿透地球大氣圈抵達地面後，其量絲毫不減 (C)對流層中的水氣與二氧化碳，均具有替地球保溫的作用 (D)水循環主要發生在對流層與平流層之交界面上【90.學測】： 。答答學學習習概概念念 1. 氣體的通性：(1) 氣體具有擴散、
12、膨脹及可壓縮的通性，主要歸因於氣體粒子間的距離遠大於粒子本身的大小。因此每個氣體粒子好像不受其他粒子約束般快速自由運動，結果不同種類的氣體便表現出極類似的行為。說明：將氣體置入一固定容器時，氣體粒子從高濃度區域向低濃度區域移動至整個容器，而達到均勻混合，此過程稱為擴散；因此，氣體的體積可視為容器體積。 溴水揮發後溴蒸氣粒子在密閉容器的擴散現象(2) 氣體較容易量測的性質有體積、溫度及壓力。依據我們為籃球充氣的經驗，洩氣的籃球經充氣後即可變硬，且充氣愈多，籃球變得愈硬，籃球變硬的原因是因為籃球內部的氣體粒子數增加，碰撞器壁的頻率增加，而使壓力增加而變硬。（(A)對流層與外氣層不同；(B)紫外線會
13、在平流層被臭氧吸收；(D)水循環發生於對流 層的底部。）氣體的性質與大氣壓力氣體的性質與大氣壓力（南一版 p.9）21 籃球因氣體粒子碰撞 壁上的頻率增加而壓 力變大，籃球變硬第 1 章 氣 體 92. 大氣壓力：(1) 壓力（pressure，縮寫為 P）為單位面積（area，縮寫為 A）所承受的力（force，縮寫為 F），可以表示如下：PF A(2) 大氣施於海平面的壓力，稱為大氣壓力，即在 1 平方公尺的面積上所承受的力（F）為氣體質量（m）乘以重力加速度（g）（9.8 公尺秒2）。說明：因空氣柱內的氣體密度不均，空氣存在的高度亦無法確定。因此不易準確的算出此長方柱內空氣的總重量，也就
14、無法算出 1 大氣壓力。(3) 十七世紀，科學家托里切利所設計的氣壓計可用來測量大氣壓力。說明：將水銀灌滿一端封口的細長管子，再將開口處插至水銀槽中，緩慢調整使其直立於水銀槽（如右圖），管中部分水銀會流至槽內，直至管中高於槽中水銀面的水銀柱壓力等於外部的大氣壓力為止。(4) 我們將一標準大氣壓訂在溫度為 0 ，緯度 45 度海平面上的氣壓，簡稱為 1 大氣壓（1 atm），它的數值為 760 mm Hg。為紀念托里切利，我們將毫米汞柱稱為托（torr），即 1 atm76 cmHg760 mmHg760 torr1.013105 Nm21.013105 Pa1.013103 hPa 標準國際單
15、位 SI 制將帕斯卡（簡稱為帕 Pa）訂為壓力的單位，即 1 Pa1 Nm2。說明：由 P ，而 Fmg，F APm gA而 m體積密度底面積高度密度AhdPhdg（水銀密度13.6 gcm313.6103 kgm3）故 1 atm0.76 m13.6103 kgm39.8 ms21.013105 kgms21.013105 kgms2m21.013105 Nm2氣壓計：管中上方的真空稱為托里切利真空，高於水銀 面的水銀柱高度即為大氣壓力10 高中基礎化學(三)學習講義3. 氣體壓力計：實驗室中常用水銀壓力計測量氣體壓力，水銀壓力計可分為閉口式和開口式兩種。(1) 閉口式壓力計：常用來測量壓力較小的氣體。當下圖(A)左側的容器為真空時，兩邊水銀高度相等，若於左側容器中加入一些氣體（下圖(B)），氣體的壓力會使左側水銀柱下降，而右側水銀柱升高。由於水銀上方幾近真空，此時氣體壓力即等於左右兩管高度差，即氣體壓力（Pgas）h mmHg。(A) (B) 閉口式水銀壓力計：(A)氣體壓力為 0；(B)氣體壓力：Pgash20 mmHg(2) 開口式壓力計：將裝入水銀的 U 型管一端連接於待測氣體的容器上，另一開口處與大氣相通：當容器內氣體壓力等於大氣壓力時，兩端高度相等（如下圖(A)）。1當容器內氣體壓力小於大氣壓力時，開口端
