初赛第2讲气体

初赛第2讲气体内容要求：2.气体相对分子质量测定1.理想气体标准状况，理想气体状态方程，气体常量R，分压定律。3.气体溶解度（亨利定律）物质的状态特殊条件下：等离子体（宇宙空间）玻色-爱因斯坦凝聚态

(1995)费米子凝聚态(2003)与温度和压力条件有关分子间的距离不同分子间的作用力不同固态

液态

气态等离子体等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。物质由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的原子核和围绕它的、带负电的电子构成。当被加热到足够高的温度或其他原因，外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，电子离开原子核，这个过程就叫做“电离”。这时，物质就变成了由带正电的原子或原子团和带负电的电子组成的、一团均匀的“浆糊”，因此人们戏称它为“电浆”，这些离子浆中正负电荷总量相等，因此它是近似电中性的，所以就叫等离子体。等离子体广泛存在于宇宙空间中。一、气体1.气体的基本特征：扩散性和可压缩性2.理想气体（1）两点基本假设：a.气体分子的体积等于零b.气体分子间的作用力等于零。这是一种理想状态下假设存在的气体。（2）高温低压条件下的实际气体接近理想气体

低压条件下气体分子间距离很大，占据的空间也很大，气体分子本身大小可以忽略不计；高温条件下气体分子本身的动能很大，比分子间作用力大得多，分子间作用力可以忽略不计。二、理想气体状态方程1．波义耳定律当温度不变时，一定量的气体的体积与气体所受的压力成反比。即：V∝1P２．查理和盖-吕萨克定律当压力不变时，一定量的气体的体积与温度（T）成正比。即：V∝T3．阿伏加德罗定律在同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同的分子数。即：V∝ｎ

4．理想气体状态方程式把上述三个定律归纳整理，可得：V∝nTP上式可改写为：PV=nRT此即为理想气体状态方程。式中p是气体压力，V是气体体积，n是气体物质的量，T是气体的绝对温度（热力学温度，即摄氏度数+273），R是气体通用常数。国际单位制中R的单位和值8.314Pa·m3mol·KJmol·K或8.314KPa·dm3mol·K三、理想气体状态方程的应用1．根据密度求相对分子质量PV=nRTPV=mMRTPρRTM=式中m为气体的质量，M为气体的摩尔质量，ρ为气体的密度。在一定温度和压强下，只要测出某气体的密度，就可以确定它的相对分子质量。2．根据相对密度求相对分子质量PV=nRTPV=mMRTPρRTM==ρ1M1M2ρ2则：M1=DrM2令：=Drρ1ρ2例1：在273K时测得CH3F蒸气在不同压力下的值及ρ/p值如下表，求CH3F的相对分子质量。如果将直线内推到p=0时，则CH3F这一实际气体已接近理想气体，所以从图上所得的(ρ/p)=1.50×10-2是符合理想气体状态方程的。若将(ρ/p)之值代入理想气体状态方程M=ρRT/P，即可求得CH3F的精确相对分子质量。=1.50×10-2g·dm-3·kPa-1×8.314kPa·dm3·mol-1·K-1×273K=34.05g·mol-1故CH3F的相对分子质量为34.05。按相对原子质量计算：Mr(CH3F)=12.011+3×1.0079+18.9984=34.033两者结果非常接近。M=()p=0RTPρ三、气体分压定律和分体积定律1．气体分压定律当研究对象不是纯气体，而是多组分的混合气体时，由于气体具有均匀扩散而占有容器全部空间的特点，无论是对混合气，还是混合气中的每一组分，均可按照理想气体状态方程进行计算。当一个体积为V的容器，盛有A、B、C三种气体，其物质的量分别为nA、nB、nC，每种气体具有的分压分别是pA、pB、pC。P总V=n总RT。根据气体的特性有：pAV=nART，pBV=nBRT，pCV=nCRT(pA+pB+pC)V=(nA+nB+nC)RT=n总RT=P总V所以：p总=pA+pB+pC在一定温度下，混合气体的总压力等于各组分气体的分压力之和。这就是道尔顿分压定律。pi=nin总p总=XiP总注：Pi为某组分气体的分压，Xi为某组分气体的摩尔分数气体分压的另一种计算方法：2．气体分体积定律在相同的温度和压强下，混合气的总体积（V总）等于组成混合气的各组分的分体积之和。V总=VA+VB+VC，这个定律叫气体分体积定律。气体分体积定律的前提是假设组分气体的压强等于总压。根据混合物中各组分的摩尔分数等于体积分数，可以计算出混合气中各组分的分体积：ViV总V总Vi=nin总V总==XiV总注：Vi为某组分气体的分体积，Xi为某组分气体的体积分数或摩尔分数。四、气体溶解度——亨利定律固体或液体溶质的溶解度受压力的影响很小。气体溶质的溶解度受压力影响很大。对于溶解度很小，又不与水发生化学反应的气体：在温度不变时，气体的溶解度和它的分压在一定范围内成正比，这个定律叫亨利（Henry）定律。其数学表达式是：Cg=Kg·pg式中pg为液面上该气体的分压，Cg为某气体在液体中的溶解度（其单位可用g·L-1、L(气)·L(水)-1、mol·L-1表示），Kg称为亨利常数。例1：300K、3.30×105Pa时，一气筒含有480g的氧气，若此筒被加热到373K，然后启开阀门（温度保持373K）一直到气体压强降低到1.01×105Pa时，问共放出多少重的氧气？分析：因为pV=nRT，所以,由此式求出气筒的体积。然后再根据气态方程式求出压强降到1.01×105Pa，气筒内剩余氧气的质量m(O2)。最后算出放出氧气的质量。PV=mMRT解：m(放)=480g-128g=352gV=P1MmRT1=3.30×105×32.0g·mol-1480g×8.314Pa·m3·mol-1·K-1×300K=0.123m3m(O2)=RT2P2VM=8.314Pa·m3·mol-1·K-1×373K1.01×105Pa×0.123m3×32.0g·mol-1=128g例2:设有一真空的箱子，在288K时，1.01×105Pa的压力下，称量为153.679g，假若在同温同压下，充满氯气后为156.844g；充满氧气后为155.108g，求氯气的相对分子质量。分析：

M(O2)=32.00g·mol-1，若将pV=nRT式先用于氧气，求出箱子的体积V，再将pV=nRT式用于氯气，求出M(Cl2)，这当然是可行的。但运算繁杂，既费时又易出错。由题意可知，这实际上是在等温、等压和等容条件下，pV=nRT式的两次应用。所以可以直接用式，则简便得多。=m1M1m2M2M(O2)=155.108g－153.679g=1.429gM(Cl2)=156.844g－153.679g=3.165g解:故氯气的相对分子质量为70.87。=70.87g·mol-1M(Cl2)=m(O2)m(Cl2)·M(O2)=1.429g3.165g×32.0g·mol-1例4：在298K，101000Pa时，用排水集气法收集氢气，收集到355mL。已知298K时水的饱和蒸气压为3200Pa，计算：（1）氢气的分压是多少？（2）收集的氢气的物质的量为多少？（3）这些氢气干燥后的体积是多少（干燥后气体温度，压强视为不变）？解:（1）P(H2)=P(总)－P(H2O)

=101000Pa－3200Pa=97800Pa=8.314Pa·m3·mol-1·K-1×298K97800Pa×3.35×10-6m3=0.0140moln(H2)=RTP(H2)V（2）（3）V(H2)=V(总)×P(总)P(H2)=355mL×101000Pa97800Pa=344mL例5：在20℃和101kPa下，每升水最多能溶解氧气0.0434g，氢气0.0016g，氮气0.0190g，试计算：（1）在20℃时202kPa下，氧、氢、氮气在水中的溶解度（以mL·L-1表示）。（2）设有一混合气体，各组分气体的体积分数是氧气25%、氢气40%、氮气35%。总压力为505kPa。试问在20℃时，该混合气体的饱和水溶液中含氧气、氢气、氮气的质量分数各为多少？分析：①根据亨利定律，求出202kPa下各组分气体的溶解度。②再根据气态方程pV=nRT公式就可将这些理想气体质量换算为体积。③根据分压定律，分别求出O2、H2、N2分压，从而求出它们在每升水中的溶解度。（1）在202kPa下各组分气体的溶解度为：O2：(2×0.0434)g·L-1=0.0868g·L-1H2：(2×0.0016)g·L-1=0.0032g·L-1N2：(2×0.0190)g·L-1=0.0380g·L-1解：应用pV=nRT公式，将这些气体质量换算成体积：通过计算可得:V(O2)=32.70mLC(O2)为:32.70mL·L-1V(H2)=19.29mLC(H2)为:19.29mL·L-1V(N2)=16.36mLC(N2)为:16.36mL·L-1（2）根据分压定律：p(O2)=(505×25%)kPa=126kPap(H2)=(505×40%)kPa=202kPap(N2)=(505×35%)kPa=177kPa

各组分气体在每升水中的溶解度为：O2：(126/101×0.0434)g·L-1=0.05425g·L-1H2：(202/101×0.0016)g·L-1=0.0032g·L-1