气体液体溶液精品课件

1、气体液体溶液第1页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四 分子间作用力，减弱 密度，降低 （有例外，分子本身所占体积的比例）等离子体(Plasma)玻色-爱因斯坦凝结(Bose-Einstein condensate states)物质的状态：固体液体气体第2页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四压力体积温度气体常数摩尔数适用于：温度较高或压力较低时的稀薄气体一、气体理想气体：分子不占有体积(忽略尺寸)，分子间作用力忽略不计。1 理想气体状态方程PV = nRT （理想气体状态方程）几种变化情况：波义耳(Boyle) 定律：PV = 衡量 （T, n 恒定）查

2、理-盖吕萨克定律：V/T =衡量 （P, n 恒定）阿伏加德罗(Avogadro) 定律：V/n = 衡量 （T, P 恒定）第3页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四气体状态方程 的运用R 的取值 随压力单位的变化而不同 8.314 kPa dm3 mol-1 K-1 8.314 J mol-1 K-1 8.314 m3 Pa mol-1 K-1 0.08206 atm dm3 mol-1 K-1 0.08206 atm L mol-1 K-1 1.987 cal mol-1 K-1 62.36 L torr mol-1 K-1第4页，共38页，2022年，5月20日，7点

3、49分，星期四气体方程的运用求分子量（摩尔质量）M PV = (m/M) RT (n = m/M)求密度（r) r = m/V P(m/r) = nRT r = P(m/n)/(RT) M= m/n r = (PM)/(RT)第5页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四例题：计算摩尔质量 惰性气体氙能和氟形成多种氟化物 XeFx。实验测定在80 oC，15.6 kPa 时，某气态氟化氙试样的密度为0.899（g dm-3)，试确定这种氟化氙的分子式。解： 求出摩尔质量，即可确定分子式。 设氟化氙摩尔质量为M，密度为r（g dm-3)，质量为m (g)，R 应选用 8.31（kP

4、a dm3 mol-1 K-1）。第6页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四例题 PV = nRT = (m/M) RT M = (m/V)(RT/P) = r (RT/P) = (0.899 8.31 353)/15.6 = 169 (g mol-1)已知 原子量 Xe 131, F 19, XeFx 131+19x =169 x = 2 这种氟化氙的分子式为：XeF2第7页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四2 混合气体分压定律、一定， 气体：nA, PA= nA(RT/V) 气体 B ：nB, PB= nB(RT/V) 总 = PA + PB = (n

5、A+ nB) (RT/V) PA /总 = nA/ (nA+ nB) = nA/ n总 PA = （nA/ n总）总 TVPAPBnBnA理想气体、的混合(A与B不反应)单独混合后P总第8页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四混合气体分体积定律、P 一定， 气体：nA, VA= nA(RT/P) 气体 B ：nB, VB= nB(RT/P) V总 = VA + VB = (nA+ nB) (RT/P) VA /V总 = nA/ (nA+ nB) = nA/ n总 VA= (nA/ n总)V总 又 PA/总 = nA/ n总 （T,V一定） VA= V总 (PA/总) （T,P

6、一定）TPVAVBnA理想气体、的混合单独 nB混合后 V总P总= PVAVB第9页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四体积分数摩尔分数体积分数与摩尔分数的关系道尔顿（Dalton)分压定律第10页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四例1 A、B两种气体在一定温度下，在一容器中混合，混合后下面表达式是否正确？PAVA = nARTP V = nARTPVA = nARTPAV = nARTPA (VA +VB) = nART(PA+PB) VA = nART否 否是是是是P总V分 = P分V总 = n分RT第11页，共38页，2022年，5月20日，7点49

7、分，星期四例2 在58C将某气体通过一盛水容器，在100 kPa 下收集该气体1.00 dm3。问：1. 温度不变，将压力降为50.0 kPa 时，气体的体积是多少？2. 温度不变，将压力增加到200 kPa 时，气体的体积是多少？3. 压力不变，将温度升高到100 C 时，气体的体积是多少？4. 压力不变，将温度降至 10 C 时，气体的体积是多少？解题思路1. 该气体与水蒸气的混合气体的总体积, n总不变，P1V1= P2V2 2. 压力增加会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化， 可以用该气体的分压来计算总体积：P气1V1 = n气RT = P气2V2 3. n总不变， V1/T1

8、 = V2/T2 = 常数温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但该气体的摩尔数没有变化，可以用该气体的分压来计算总体积： P气1V1 /T1= n气R = P气2V2/T2第12页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四例2 在58C将某气体通过一盛水容器，在100 kPa 下收集该气体1.00 dm3。问：1. 温度不变，将压力降为50.0 kPa 时，气体的体积是多少？2. 温度不变，将压力增加到200 kPa 时，气体的体积是多少？3. 压力不变，将温度升高到100 C 时，气体的体积是多少？4. 压力不变，将温度降至 10 C 时，气体的体积是多少？解：1. P1 V1 = P

9、2 V2 100 1.00 = 50.0 V2 V2 = 2.00 (dm3)2. 58 C时，P水 = 18.1 kPa, P气体 = (100-18.1) kPa V2 = (P气1 V1)/P气2 = (100-18.1) 1.00)/(200-18.1) = 0.450 (dm3)3. V1/T1 = V2/T2 1.00/(273+58) = V2/(273+100) V2 = 1.13 (dm3)4. P1V1/T1 = P2V2/T2 10 C时 P水= 1.23 kPa, P气体= (100-1.23) kPa (100-1.23)V2 /(273+10) = (100-18.

10、1) 1.00)/(273+58) V2 = 0.709 (dm3)第13页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四3 实际气体 与 Van der Waals 方程 理想气体： PV = nRT 实际气体: Z = (PV)/(nRT) Z 称为压缩系数 Z = 1 为理想气体分子间作用力： Z 1 （ V增大） 偏离理想气体的程度，取决于： 1. 温度： T 增加，趋向于理想气体 2. 压力： P 减小，趋向于理想气体 3. 气体的性质： 沸点愈高与理想状态偏差愈大第14页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四温度愈升高，愈接近理想气体 N2第15页，共38页

11、，2022年，5月20日，7点49分，星期四不同气体的比较（1摩尔, 300K )第16页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四气体 Z-P 图的讨论常压常温下，沸点低的气体，接近理想气体起初增加压力时，对于分子量较大的分子，分子间作用力增加占主导，使得 Z 1第17页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四Van der Waals 方程 ( P + a n2/V2 ) (V- nb) = nRT其中，a 、b 为 范德华常数 a 用于校正压力，是与分子间作用力有 关的常数，分子间作用力与气体浓度 的平方成正比 b 约等于气体凝聚为液体时的摩尔体积第18页，共3

12、8页，2022年，5月20日，7点49分，星期四a和b, 似与分子间作用力及其分子的质量有关。第19页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四Graham气体扩散定律扩散在同温同压下，气体的扩散速度与气体密度的平方根成反比。Vi(1/i)1/2 ，较重气体的扩散速度较慢。 VA/VB=(B/A)1/2=(MB/MA)1/2U为扩散速度；d为密度；M为分子量；1、2为不同气体第20页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四习题 与 思考题室温下，将1.0 atm、10 dm3 的 H2 与1.0 atm、20 dm3 的 N2 在 40 dm3 容器中混合，求： H2

13、 、N2 的分压、分体积、及摩尔比。在20 C、 99 kPa 下，用排水取气法收集 1.5 dm3 的 O2, 问：需多少克 KClO3 分解？ 2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2 (查水（20 C）的蒸气压为 2.34 kPa )第21页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四习题与思考题解答解： 1）求分压 T 一定，n 不变 （混合前后） P1V1 = P2V2 1.0 10 = 40 = 0.25 (atm) 1.0 20 = 40 = 0.5 (atm) 2）求分体积 VA= V总 (PA/总) = = 40 = 13 (dm3) = = 40 0.5 /

14、0.75 = 27 (dm3) 3）求摩尔比 = = 0.25 / 0.5 = 0.5第22页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四习题与思考题解答2. 解 2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2 2/3 1 = RT = 99 2.34 = 96.7 (kPa) = = = 0.060 (mol) = 2/3 需 KClO3 = 2/3 =2/3 0.0595 122.5 = 4.9 (克）第23页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四二 液体气体的液化问题：1）是否所有气体都可以液化？ 2） 什么样的条件下可以液化？例： 冬天带眼镜进屋时，镜片会变得模

15、糊。 家庭用液化气，主要成分是丙烷、丁烷，加压后变成液体储于高压钢瓶里，打开开关（减压）后即气化。 但有时钢瓶还很重却不能点燃。是因为C5H12 或C6H14等级烷烃室温时不能气化所致。温度压力气体性质Tc 以下，均可第24页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四临界现象Tb （沸点） 室温 Tc 室温， 室温下加压不能液化Tb 室温， 室温下加压可液化Tb 室温 Tc 室温， 在常温常压下为液体?第25页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四 临界常数：临界温度 Tc: 每种气体液化时，各有一个特定温度叫临界温度。 在Tc 以上，无论怎样加大压力，都不能使气体

16、液化。临界压力 Pc: 临界温度时，使气体液化所需的最低压力叫临界压力。临界体积 Vc: 在Tc 和 Pc 条件下，1 mol 气体所占的体积叫临界体积。 均与分子间作用力及分子质量有关。第26页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四2. 液体的气化：蒸发 与 沸腾蒸发: 液体表面的气化现象叫蒸发（evaporation)。敞口容器干涸吸热过程分子的 动能：红色：大黑色：中蓝色：低第27页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四气体分子的动能分布 与 蒸发的关系分子的份数分子的动能蒸发所需分子的最低动能第28页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四

17、2. 液体的气化：蒸发 与 沸腾蒸发 冷凝 “动态平衡”恒温分子的 动能：红色：大黑色：中蓝色：低饱和蒸气压：与液相处于动态平衡的这种气体叫饱和蒸气，它的压力叫饱和蒸气压，简称蒸气压。饱和蒸气压的特点：1. 温度恒定时，为 定值； 2. 气液共存时，不受量的变化； 3. 不同的物质有不同的数值。蒸发： 密闭容器第29页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四沸腾:带活塞容器， 活塞压力为 P沸点与外界压力有关。外界压力等于101 kPa (1 atm)时的沸点为正常沸点，简称沸点。 当温度升高到蒸气压与外界气压相等时，液体就沸腾，这个温度就是沸点。热源沸腾是在液体的表面和内部同时

18、气化。2. 液体的气化：蒸发 与 沸腾第30页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四例：水的沸点为 100 C，但在高山上，由于大气压降低，沸点较低，饭就难于煮熟。 而高压锅内气压可达到约10 atm，水的沸点约在180 C左右，饭就很容易煮烂。“过热”液体：温度高于沸点的液体称为过热液体，易产生爆沸。 蒸馏时一定要加入沸石或搅拌，以引入小气泡，产生气化中心，避免爆沸。第31页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四蒸气压曲线:曲线为气液共存平衡线；曲线左侧为液相区；右侧为气相区。 蒸气压温度正常沸点2. 液体的气化：蒸发 与 沸腾第32页，共38页，2022年，

19、5月20日，7点49分，星期四水及二氧化碳的相图：左图(a): A 正常沸点；B 凝固点；D 临界点: 218 atm, 374C; 三相点：0.0098 C , 4.58 torr (6.10102 Pa)。 压力温度CO2常压下能以液体存在吗？2. 液体的气化：蒸发 与 沸腾第33页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四3. 蒸气压的计算蒸气压的对数与 的直线关系:lg p = A/T + BA = - (Hvap)/2.303RHvap 为气体的摩尔 蒸发热 103/K-1第34页，共38页，2022年，5月20日，7点49分，星期四3. 蒸气压的计算 （描述气-液平衡）克拉佩龙-克劳修斯Clapeyron-Clausius 方程: lg p = - (Hvap)/2.303RT + B温度 T1 时，lg p1 = - (Hvap)/2.303RT1 + B温