第02章气体优秀课件.ppt

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1、第02章气体第1页，本讲稿共23页 没有固定的体积和形状 是最易被压缩的聚集状态 不同种的气体能以任何比例均匀混合 密度比液体和固体小得多2.1 理想气体定律理想气体定律返回气体的基气体的基本特性本特性扩散性扩散性可压缩性可压缩性?：理想气体：适用于：温度较高或压力较低时的稀薄气体。气体分子本身没有体积，分子间没有相互作用的气体。第2页，本讲稿共23页1、理想气体理想气体：分子不占体积，分子间无相互作用力。分子不占体积，分子间无相互作用力。2、状态方程状态方程：3、其它变形其它变形：一、理想气体状态方程式中式中-气体密度气体密度 p-气体压力气体压力 V-体积体积 T-热力学温度（热力学温度（

2、T=t+273.15）n-物质的量物质的量 R-气体常数气体常数 m-气体质量气体质量 M-摩尔质量摩尔质量 克拉贝龙方程克拉贝龙方程 状态：状态：p,V,T,n第3页，本讲稿共23页二、二、公式推导公式推导Boyle 波义尔波义尔 定律定律 (等等T)V p注注意意量量纲纲当当 n1 mol,p V T RkPa 22.414 dm3/mol 273.15 K 8.314 kPadm3mol1K1bar 0.0831 bardm3mol1K1Pa 8.314 Pam3mol1K1(对一定量气体而言，对一定量气体而言，n 一定一定)根据根据Charles-Gay Lussac定律定律(等等p)

3、V TAvogadro 定律定律 (等等T、p)V n 1/pV=定值定值V与与T 成正比成正比第4页，本讲稿共23页三、例题三、例题例2.1：淡蓝色氧气钢瓶体积一般为50 dm3，在室温20 oC，当它的压力为1.5 MPa 时，估算钢瓶中所剩氧气的质量。解：在解：在 pV=nRT 式中式中 p、V、T 都有已知，即可求算都有已知，即可求算nn=pV/RT=1500 kPa50dm3/(8.31kPadm3mol-1 K-1293K)=31 mol 氧气摩尔质量为氧气摩尔质量为32 g mol-1，故所剩氧气的质量为故所剩氧气的质量为 31 mol32 g mol-1=9.9 102 g=0

4、.99 kg第5页，本讲稿共23页例2.3：稀有气体氙能和氟形成多种氟化氙XeFx。实验测定在80 oC,15.6 kPa 时,某气态氟化氙的密度为0.899 g dm-3。试确定这种氟化氙的分子式。解：求出摩尔质量即可求出分子式解：求出摩尔质量即可求出分子式 设氟化氙的摩尔质量为设氟化氙的摩尔质量为M，密度为密度为(g dm-3)，质量为，质量为m(g)，pV=nRT=(m/M)RT M=(m/V)(RT/p)=(RT/p)=0.899 g dm-3 8.31kPadm3mol-1 K-1353K/15.6kPa=169 g mol-1-1 已知原子量已知原子量:Xe 131Xe 131；F

5、 19 F 19 131+19x=169 x=2这种氟化氙的分子式为这种氟化氙的分子式为 XeF2第6页，本讲稿共23页一、分体积、体积分数、摩尔分数2.3 气体分压定律气体分压定律对两组分混合对两组分混合气体气体 V总总 n总总RT/p=(n1+n2+ni)RT/p=niRT/pV总总=V1+V2?T，p+n1RT/p n2RT/p ni RT/pV1 V2.Vi （分体积定律分体积定律、阿莱格定律）、阿莱格定律）分分体体积积：同同温温下下，组组分分气气体体具具有有和和混混合合气气体体相相同同压压力力时时所所占占的体积。的体积。考虑分体积时，分气体的压力应为总压。考虑分体积时，分气体的压力应

6、为总压。T，pT，pV1 n1V2 n2nT =n1+n2 V总总=?V总总=(n1+n2)RT/p=n1RT/p n2RT/p=V1 V2pV总总=n总总RT=(n1+n2)RTT，p第7页，本讲稿共23页体积分数：该组分气体的分体积 与 总体积 之比。xi xi i 为摩尔分数为摩尔分数（体积分数）体积分数）摩尔分数：该组分气体的“物质的量”与 混合气体的总“物质的量”之比。第8页，本讲稿共23页二、分压定律（Daltons Law of Partial Pressure）1 1、表述表述：混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。混合气体的总压力等于各组分气体的分压之和。分压分压是指组分

7、气体单独占有混合气体容积时所产生的压力。是指组分气体单独占有混合气体容积时所产生的压力。2、数学形式：只有不相互反应的理想气体才严格遵守分压和分体积定律只有不相互反应的理想气体才严格遵守分压和分体积定律,低压下混合气体近似适用。低压下混合气体近似适用。排水法收集的气体中：排水法收集的气体中：p总总=p气气+p水蒸汽水蒸汽 ，p气气=p总总-p水蒸汽水蒸汽第9页，本讲稿共23页由理想气体状态方程：分压由理想气体状态方程：分压则有总压则有总压（1）式式/（2）式得）式得：（1 1）（2 2）xi 为摩尔分数为摩尔分数对含对含A、B两组分两组分的混合气体的混合气体第10页，本讲稿共23页Ramsay

8、 气体分压力的测定气体分压力的测定第11页，本讲稿共23页例例 在在 100kPa 和和 20 oC 时，从水面上收集时，从水面上收集28.4 cm3 的氢气，的氢气，干燥后氢气的体积是多少？已知在干燥后氢气的体积是多少？已知在 20 oC 水的饱和蒸气压水的饱和蒸气压 pH2O=2.33 kPa解：解：这这 28.4 cm3 的湿氢气是的湿氢气是 H2 和和H2O 在在100kPa 和和 20 oC 条件下的总体积，条件下的总体积，即即V总总=28.4 cm3，又已知水汽的分压又已知水汽的分压 pH2O=2.33 kPa，那么氢气分压那么氢气分压 pH2=100-2.33=97.7 kPa，

9、干燥干燥H2的体积就是的体积就是H2 在在100kPa 和和 20 oC 条件下的分体积（条件下的分体积（VH2），），第12页，本讲稿共23页2.4 气体扩散定律气体扩散定律 1、扩散、扩散:一种气体自发地同另一种气体相混合一种气体自发地同另一种气体相混合，且可以渗透且可以渗透2、现象现象 密度较大的气体扩散速度较慢，反之较快。密度较大的气体扩散速度较慢，反之较快。3、定律定律（1828年，英国化学家格雷姆年，英国化学家格雷姆Graham）在在同同温温同同压压下下，各各种种不不同同气气体体的的扩扩散散速速率率（v）与与气气体体的的密密度度()的的平平方方根根成成反反比比（与与分分子子量量的的

10、平平方方根根成成反反比比）,而而气气体体密密度又与摩尔质量（度又与摩尔质量（M）成正比成正比4、数学式、数学式或或即即又因又因第13页，本讲稿共23页5、应用、应用|x|120-x|NH3HCl 120|(1)分子量的测定(2)同位素的分离第14页，本讲稿共23页2.6 分子的速率分布和能量分布分子的速率分布曲线分子的速率分布曲线速率速率 c 处单位速率间处单位速率间隔内的分子份额隔内的分子份额第15页，本讲稿共23页能量能量E处单位处单位能量间隔内的能量间隔内的分子份额分子份额分子的能量分布曲线分子的能量分布曲线(kJ/mol)500oC第16页，本讲稿共23页1实例：2.7 实际气体和Va

11、n der Waals方程 1 mol 乙炔气乙炔气 20 oC 0.101 MPa V24.1 dm3 pV2.42 MPadm3 20 oC 8.42 MPa V0.114 dm3 pV0.96 MPadm32影响偏差大小的因素：气体本身的性质气体本身的性质(如沸点如沸点)，温度，压力等。，温度，压力等。凡沸点低的气体在高温、低压时的偏差小。凡沸点低的气体在高温、低压时的偏差小。如：如：沸点沸点 常温常压时偏差常温常压时偏差 O2 183 oC 0.1%H2 253 oC 0.1%SO2 10 oC 2.4%第17页，本讲稿共23页实际上两种因素同时存在：当分子的吸引力因素起主要作用时，Z

12、 1。若两个因素恰好相抵消，则 Z=1，但并非理想气体。3压缩系数ZZ f吸0 p测 p理想1 V分子0 V测 V理想 1产生偏差的原因理想气体忽略了分子自身的理想气体忽略了分子自身的体积体积理想气体忽略了分子间相互的理想气体忽略了分子间相互的引力引力?第18页，本讲稿共23页4Van der Waals方程（修正）a,b 称为称为van der Waals常数常数a 用于校正压力，随沸点升高而增大，内聚力可表示为用于校正压力，随沸点升高而增大，内聚力可表示为an2/V2。b 用于修正体积，约等于气体在液态时的摩尔体积。用于修正体积，约等于气体在液态时的摩尔体积。第19页，本讲稿共23页范德华

13、方程是最早提出的实际气体的状态方程。人们根据范德华方程是最早提出的实际气体的状态方程。人们根据实际经验又总结归纳出上百个状态方程，它们的准确性都优于实际经验又总结归纳出上百个状态方程，它们的准确性都优于范德华方程，但形式都比较复杂，并且实用范围也较小，这些范德华方程，但形式都比较复杂，并且实用范围也较小，这些经验方程虽无理论根据，但在化工生产上非常有用，是从事化经验方程虽无理论根据，但在化工生产上非常有用，是从事化工设计必不可少的依据。工设计必不可少的依据。第20页，本讲稿共23页1.理想气体：理想气体：气体分子本身没有体积，分子间没有气体分子本身没有体积，分子间没有相互作用的气体。相互作用的气体。适用于适用于：温度较高压力较低时：温度较高压力较低时的稀薄气体。的稀薄气体。2.理想气体状态方程式：理想气体状态方程式：pV=nRT3.Dalton分压定律分压定律：混合气体的总压等于混合气：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。体中各组分气体分压之和。4.Van der Waals 方程：方程：返回&小结小结上页退出第21页，本讲稿共23页2.12.42.112.142.16 本本章章作作业业第22页，本讲稿共23页Thank you!第23页，本讲稿共23页