无机化学第2章 气体

第2章气体

2.1

理想气体状态方程式

2.2

气体混合物

2.3

真实气体

2.1.1理想气体状态方程式

2.1.2理想气体状态方程式的应用

2.1理想气体状态方程式2.1理想气体状态方程式

2.1.1理想气体状态方程式2.1理想气体状态方程式

气体的最基本特征：可压缩性和扩散性主要表现:

◆没有固定的体积和形状

◆是最容易被压缩的一种聚集状态

◆互不反应的气体能以任意比例相互混合

◆气体的密度比液体和固体小很多●17～18世纪，一定量气体的体积V、压力p和热力学温度T之间符合：●1811年，Avogadro提出：同温同压下同体积气体含有相同数目的分子。●1860年后，用多种方法测定了物质的量为1mol时，其所含的分子数为：

NA=6.022×1023mol-1Avogadro常数2.1理想气体状态方程式综合考虑p、V、T、n之间的关系，得出理想气体状态方程式：

pV=nRT

R----

气体常数在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol时,Vm=22.414L=22.414×10-3m32.1理想气体状态方程式2.1理想气体状态方程式人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为理想气体。理想气体：

◆分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略

◆气体分子之间没有相互吸引和排斥作用低压高温下的气体均可看成是理想气体。

2.1.2理想气体状态方程式的应用2.1理想气体状态方程式1.计算p，V，T，n四个物理量之一应用范围：温度不太低，压力不太高的真实气体。pV=nRT例1.在实验室中，要用无水无氧的N2置换

2Na+H2→2NaH

的反应装置。氮气钢瓶V=50.0L,T=25℃，p=15.2MPa计算钢瓶中N2的物质的量n和质量m；若将实验装置用N2置换了5次后，钢瓶压力下降至13.8MPa,计算在25℃，0.100MPa下，平均每次耗用N2的体积。解：(a)根据pV=nRTM(N2)=28.02.1理想气体状态方程式(b)已知p2=13.8MPa,V=50.0L,T=298K

设消耗的N2的物质的量为n2在298K，0.100MPa下，每次置换耗用N2的体积V为：2.1理想气体状态方程式

2.气体摩尔质量的计算2.1理想气体状态方程式M=Mr(gmol-1)

3.气体密度的计算2.1理想气体状态方程式

==m/V例2.

Ar气可由液态空气蒸馏而得到。若Ar的质量为

0.799g，温度为298.15K时，其压力为111.46kPa，体积为0.4448L，计算Ar的摩尔质量、相对原子质量以及标准状态下的密度。解：已知m=0.799g,T=298.15K,p=111.46kPa,V=0.4448LMAr=39.95标准状态下：2.1理想气体状态方程式根据理想气体状态方程，可以从摩尔质量求得一定条件下的气体密度，也可以由测定气体密度来计算摩尔质量，进而求得相对分子质量或相对原子质量，这是测定摩尔质量的常用方法。

现代测定摩尔质量的最理想的仪器是质谱仪。2.1理想气体状态方程式

2.2气体混合物2.2气体混合物

2.2.1分压定律

2.2.2分压定律的应用*2.2.3分体积定律

2.2.1道尔顿（J.Dalton)分压定律

1.组分气体

理想气体混合物(在同一容器中，相互间不发生化学反应，分子本身的体积和它们相互间的作用力可略而不计的几种不同气体形成的混合物）中每一种气体叫做组分气体。

2.2气体混合物

2.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，叫做组分气体B的分压。2.2气体混合物（同T、V）2.2气体混合物3.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

n=n1+n2+

2.2气体混合物4.分压的求解x

BB的摩尔分数

混合气体中某组分气体的分压等于该组分的摩尔分数与总压的乘积。例3.

某容器中含有NH3、O2

、N2等气体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=0.320+0.180+0.700=1.200mol

p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa2.2气体混合物例4：某学生在实验室中用金属锌与盐酸反应制取氢气。用排水集气法收集所得到的氢气。温度为18℃时，室内气压计为753.8mmHg，湿氢气体积为0.567L。用分子筛除去水分，得到干氢气。计算同样温度、压力下干氢气的体积以及氢气的物质的量。

解：排水集气法收集气体时，通常将所收集气体中的水蒸气看作饱和蒸气。由化学手册中查出18℃下，p(H2O)=15.477mmHg。在湿氢气中，氢的分压为：p1(H2)=(753.8－15.477)mmHg=738.3mmHg==98.43kPa干氢气的p2(H2)=753.8mmHg=100.5kPa，体积为V2(H2)

V2(H2)===0.555Ln(H2)===2.31×10-2mol2.2气体混合物

2.2.3分体积定律1.分体积

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。（同T、P）

V=V1+V2+2.分体积定律

混合气体体积等于各组分气体的体积之和。称为B的体积分数组分B的体积分数等于其摩尔分数混合气体中组分B的分压等于该组分的体积分数与总压的乘积.

氧是人类维持生命的必需气体，缺氧生命就会死亡，过剩的氧会使人致病，只有在氧气的分压维持21kPa才能使人体维持正常代谢过程。在潜水员自身携带的水下呼吸器中充有氧气和氦气(He在血液中溶解度很小，N2的溶解度大，可使人得气栓病)。例5：某潜水员潜至海水30m处作业，海水的密度为1.03gcm-3，温度为20℃。在这种条件下，若维持O2、He混合气中p(O2)=21kPa,氧气的体积分数为多少？以1.000L混合气体为基准，计算氧气的分体积和氦的质量。（重力加速度取9.807m/s2）解：

T=273+20=293K海水深30m处的压力是由30m高的海水和海面的大气共同产生。海面上的空气压力为760mmHg，则

P=ghw+=9.807m/s2

1.03103kgcm-330m+101kPa=303103kgcm-3s-2+101kPa=303kPa+101kPa=404kPa若混合气体体积为1.000L时，

2.3真实气体2.3真实气体2.3.1真实气体与理想气体的偏差2.3.2Vander

Waals

方程2.3真实气体2.3.1真实气体与理想气体的偏差

理想气体状态方程式仅在足够低压力下适合于真实气体。

产生偏差的主要原因是:①气体分子本身的体积的影响②分子间力的影响2.3真实气体2.3.2Vander

Waals

方程

a,b分别是对气体压力和体积校正中的相关常量,称为Vander

waals常量。每种气体的a、b均有各自的特定值。考虑分子间作用力考虑分子自身体积某些气体的Vander

Waals

常量例：分别按理想气体状态方程式和Vander

waals方程式计算（1）1.0molNO2