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1、气气 体体第第1 1章章 气体气体气气 体体气体的最基本特征：具有可压缩性和扩散性具有可压缩性和扩散性(没有固定的形状和体积没有固定的形状和体积)1.1 理想气体和理想气体状态方程理想气体和理想气体状态方程气气 体体(1) 理想气理想气体体 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥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有体积可以忽略分子本身的体积相对于气体所占有体积可以忽略; 分子之间及分子与器壁之间发生弹性碰撞分子之间及分子与器壁之间发生弹性碰撞. 理想气体的基本假设：理想气体的基本假设：气气 体体理想气体是一种经过科学抽象的假想气体，理想气体是一种经过科学抽象的假想气
2、体，在自然界中并不存在。但是，在工程上的许在自然界中并不存在。但是，在工程上的许多情况下，气体的性质接近于理想气体。多情况下，气体的性质接近于理想气体。 理理想想气气体体在在自自然然界界并并不不存存在在，但但常常温温下下，压压力力不不超超过过5MPa的的O2、N2、H2、CO等等实实际际气气体体及及其其混混合合物物都都可可以以近近似似为为理理想想气气体体。另另外外，大大气气或或燃燃气气中中少少量量的的分分压压力力很很低低的的水水蒸蒸气也可作为理想气体处理。气也可作为理想气体处理。 气气 体体(2) 理想气体的性质理想气体的性质波义尔定律：当波义尔定律：当n和和T一定时，气体的一定时，气体的V与
3、与p成反比成反比 V 1/1/p (1)Robert Boyle(英英)1627-1691波义耳定律被称为人类历史上第一个被发现的第一个被发现的“定律定律”。 恩格斯认为“波义耳把化学确立为科学 ”。气气 体体(2) 理想气体的性质理想气体的性质波义尔定律：当波义尔定律：当n和和T一定时，气体的一定时，气体的V与与p成反比成反比 V 1/1/p (1)查理查理-盖吕萨克定律：盖吕萨克定律： n和和p一定时一定时，V与与T成正比成正比 V T (2)阿佛加德罗定律：阿佛加德罗定律：p与与T一定时，一定时，V和和n成正比成正比 V n (3)以上三个经验定律的表达式合并得以上三个经验定律的表达式合
4、并得V nT/p (4) pV=nRT (5) 理想气体状态方程理想气体状态方程R=8.314J/mol K，p p、V、n、T取国际单位取国际单位 J L Gay-Lussac(法)1778-1850 A Avogadro(意)1776-1856 气气 体体p：气体的压力，单位是：气体的压力，单位是Pa（帕斯卡）（帕斯卡）V：气体体积，单位是：气体体积，单位是m3T：热力学温度，单位是：热力学温度，单位是K（开尔文）（开尔文）n：气体物质的量，单位是：气体物质的量，单位是mol（摩尔）（摩尔）R：气体常数：气体常数气气 体体本例说明： 温度不太低(200K)，压力不太高(50MPa)， 实际
5、气体接近理想气体。 低温高压时，应用理想气体假设有较大误差。 实验：某气体体积与理论体积的比较实验：某气体体积与理论体积的比较气气 体体温度不太低，压力不太高的真实气体，作为理想气体：温度不太低，压力不太高的真实气体，作为理想气体：pV = nRT(1) 计算计算p，V，T，n 四个物理量之一四个物理量之一 1.2 理想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用气气 体体例例1：在：在25oC, 体积体积120L的氢气钢瓶内，压力为的氢气钢瓶内，压力为90个大气个大气压。求：压。求：(1) 钢瓶内氢气的质量。钢瓶内氢气的质量。(2) 若钢瓶总质量若钢瓶总质量60kg，则氢气所占，则氢气所占质量分
6、数质量分数为多少？为多少？解：解：T = 273+25 = 298K p = 90 101325 = 9.12 106 Pa V = 120L = 0.12 m3 pV = nRT n= pV/RT = = 442 molm（H2) = 442 2 = 884 g = 0.884kg氢气的质量分数：氢气的质量分数：0.884/60 = 1.47wt%9.12 106 0.128.314 298气气 体体(2) 气体密度的计算气体密度的计算 = = m / V (1)m = n Mr (2)(3)将将2、3式代入式代入1式：式：a. 在相同的温度和压力下在相同的温度和压力下 气体密度与分子量成正
7、比气体密度与分子量成正比b. 气体密度与压力成正比，气体密度与压力成正比， 与温度成反比与温度成反比.空气的平均分子量为空气的平均分子量为 28.9g/mol 则常温常压下空气的密度为则常温常压下空气的密度为 101325 0.0289 8.314 298= 1.18kg/m3 = 1.18g/L气气 体体(3) 有关气体体积的计算有关气体体积的计算为为了了行行车车的的安安全全，需需要要在在汽汽车车中中装装备备安安全全气气囊囊，防防止止碰碰撞撞时时司司机机、乘客受到严重伤害。乘客受到严重伤害。这这种种气气囊囊是是用用氮氮气气充充胀胀起起来来的的，所所用用的的氮氮气气由由叠叠氮氮化化钠钠与与三三
8、氧氧化化二二铁铁在在火火花花的的引引发发下下反反应生成的。应生成的。6NaN3 + Fe2O3(s) = 3Na2O(s) + 2Fe(s) + 9N2(g)气气 体体例例2：在：在25、748mmHg下，要产生下，要产生75.0L的的N2，计算需，计算需要多少克叠氮化钠。要多少克叠氮化钠。解：解： 6NaN3+Fe2O3(s) = 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g) 6 9 mol在在25、748mmHg下，下，9mol氮气的体积？氮气的体积？气气 体体例：在例：在25、748mmHg下，要产生下，要产生75.0L的的N2，计算需，计算需要多少克叠氮化钠。要多少克叠氮化钠。解：解：
9、 6NaN3+Fe2O3(s) = 3Na2O(s) + 2Fe(s) + 9N2(g) 6 mol 9 mol 224 L390 g75 Lx gx = 131 g气气 体体(1) 理想混合气体理想混合气体 由相互不发生反应的理想气体组成混合气体，由相互不发生反应的理想气体组成混合气体，即为理想混合气体。即为理想混合气体。 每一组元的性质如同它们单独存在一样，因此整每一组元的性质如同它们单独存在一样，因此整个混合气体也具有理想气体的性质。个混合气体也具有理想气体的性质。 混合气体的性质取决于各组元分的性质与份额。混合气体的性质取决于各组元分的性质与份额。 气体混合物中每一种气体叫做组元气体混
10、合物中每一种气体叫做组元(组分组分)气体。气体。1.3 气体分压定律气体分压定律气气 体体(2) 分压分压 在相同温度下组元气体在相同温度下组元气体 i 占有与混合气体相同体积占有与混合气体相同体积时所产生的压力，叫做组元气体时所产生的压力，叫做组元气体 i 的分压。的分压。气气 体体(3) 道尔顿分压定律道尔顿分压定律在在一一体体积积为为V的的容容器器中中，充充有有温温度度为为T的的k种种互互不不反反应应的理想气体，气体的总压力为的理想气体，气体的总压力为pt。混合气体总的物质的量为混合气体总的物质的量为：各组元的物质的量分别为各组元的物质的量分别为：气气 体体道尔顿道尔顿 分压定律：分压定
11、律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。 pt = p1 + p2 + + pk 或或 pt = pi n =n1+ n2+nk John Dalton(英)1766-1844 气气 体体分压的求解：分压的求解：x i 组元组元 i 的摩尔分数的摩尔分数气体组元气体组元 的摩尔分数的摩尔分数 = 体积分数体积分数气气 体体例例1: 某某容容器器中中含含有有NH3、O2 、N2气气体体的的混混合合物物。取取样样分分析析后后，其其中中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混混合合气气体
12、体的总压的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。试计算各组分气体的分压。解：解：n= n(NH3) + n(O2) + n(N2) =0.320 + 0.180 + 0.700 =1.200 mol p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) = 133.0-35.5-20.0 =77.5 kPa气气 体体(4) 分压定律的应用分压定律的应用气气 体体例例2: 在实验室可以用盐酸与锌粒反应制备氢气。反应如下：在实验室可以用盐酸与锌粒反应制备氢气。反应如下： 2HCl(aq) + Zn(s) = ZnCl2(aq) + H2(g)如果在如果在19、97.8kPa下，以排水集气法
13、在水面上收集到的气体下，以排水集气法在水面上收集到的气体体积为体积为4.16L，计算消耗掉的金属锌的质量。计算消耗掉的金属锌的质量。(原子量原子量Zn = 65.4)解：解：T= 273+19 =292K p = 97.8 kPa V=4.16L292K 时，时，p(H2O)=2.20 kPam(Zn) = 0.164 65.4 = 10.7 g气气 体体(5) 知识补充知识补充湿度湿度绝对湿度绝对湿度 水蒸气在大气中的含量多少，表达了大气的干湿程度，简称湿度。 单位体积空气中所含水蒸气的质量称为绝对湿度。例如，20空气中的水蒸气达到饱和时，每立方米的空气中含有的水蒸气质量为：气气 体体相对湿
14、度相对湿度(RH) 大气中水蒸气的实际分压与、和同温度下水的饱和蒸气压的百分比值称为相对湿度。对于人居环境，相对湿度应介于30%80%。最宜人的室内温湿度是：冬天温度为18至25，相对湿度为30%至80%；夏天温度为23至28，相对湿度为30%至60%。在装有空调的室内，室温为19至24，湿度为40%至50%。%100*OHOH22=pp RH气气 体体例例3：空气中水的蒸气压力为：空气中水的蒸气压力为 1.10 kPa。在不同气。在不同气温条件下，相对湿度各是多少？温条件下，相对湿度各是多少？(1) 10；(2) 20 ；(3) 30; (4) 37 。解：解：水的饱和蒸气压：10 1.23kPa 20 2.34kPa 30 4.25kPa37 6.28kPa RH89.4% 47.0% 25.6% 17.5% RH潮湿潮湿 适宜适宜 略干燥略干燥 干燥干燥
