无机化学气体

第二章，第二章2g as，气体，本章的教学内容，2.1气体的性质2.2以上气体状态方程2.3气体混合物和分压定律2.4气体分子运动论*2.5实际气体*2.6气体临界现象，自然界的各种物质在常温大气压力条件下主要是气体(gaseousstate)，物质的状态，构成物质的粒子主要是原子、分子或离子。在不同的温度和压力下，这些粒子之间的距离、粒子之间的相互作用、粒子的运动条件等各不相同，因此物质在宏观上出现了不同的聚集状态。现代科学研究表明，在一定的条件下，物质的存在形式有等离子体和液体形式的液晶状态(liquidcrystal)。超导状态、超流状态(如液态氦)、超高温(如金属氢状态)和中子星状态。物质处于什么状态与外部温度、压力等条件有关。液体就像气体，是流体。液体分子间的平均距离比气体分子间的距离小得多，而接近固体时，压缩性也比气体小得多，类似固体。因此液体没有固定的形状，但有一定的体积，不能装满整个容器。液体结构处于局部或接近的秩序、整体或远程无序状态。液体(Liquid)，气体加热或发射到10000 以上时，原子可以电离到电子、离子和自由基中，整个气体成为由带正电荷的离子和带负电荷的电子组成的集合体，正离子和正电相同，这种物质状态也称为等离子体，是物质的第四种状态。等离子体(plasma)、气体、等离子体、液晶(liquidcrystal)，一些物质在特定条件下表示液体流动性，也是类似晶体光学特性的液晶。热塑性液晶屏：某些物质加热后在一定温度范围内形成的液晶称为热塑性液晶屏。溶致液晶：有些物质溶于适当的溶剂，在一定浓度范围内形成的液晶称为溶致液晶。2.1气体的特性(thepropertyofgas)，气体的基本物理特性为1)扩散性；2)可压缩性。2.2以上气体状态方程，2.2.1气体定律，玻意耳定律，在一定温度下，一定量气体的体积与压力成反比。在特定压力下，一定量气体的体积与温度成正比的查尔斯定律。数学表达式为，2.2.2以上气体状态方程，以上气体状态方程：r-摩尔气体常数。注意：可以忽略单位、理想气体、气体所持有的体积的分子本身的体积；气体分子之间没有相互吸引和排斥。已知理想气体的理想气体，有与气体状态方程一致的气体。低压高温的气体可以被认为是理想的气体。理想气体的基本假设前提：1，p，v，t，n的随机物理量，2.2.3以上气体状态方程的应用，理想气体状态方程：pV=nRT，p，v，t，n的四个物理量中有三个已知，适用范围：理想气体和温度不太低，压力不太高的实际气体。2，计算气体密度，PV=nrt，n=，=，m，=，m，v，=，m-气体的摩尔质量，范例1，标准条件下有多少此时气体的密度是多少？解决方案：在标准状态下，如果温度t为273.15K，压力p为101.3kPa，则理想气体状态方程式pV=nRT，0.00400L下的AsH3气体量为：n=，2.3气体混合物和分压定律，2.3.1以上气体的混合，在更温和的条件下，理想气体状态方程不仅适用于单气体，还适用于混合气体。物质的量对摩尔分数，摩尔分数是物质的量比。在混合物中，b物质的摩尔分数被定义为b的物质量与混合物质量的比率，在符号xB，即：表达式中：nb-b的物质量。n总计-混合物中每种物质的物质量总和。如果设置由2.3.2道尔顿分压定律(Daltonslawofpartialpressures)、a、b两种气体组成的气体，则气体a的摩尔分数为：式：nB是气体b的物质量；NA为气体a的物质量。xA=，nA，nA nB，分压和分压的规律，理想气体混合物(在同一容器中彼此没有化学反应，分子本身的体积和其相互作用力稍有不同的多种气体形成的混合物)，每个气体称为成分气体。I)分量气体，iii)道尔顿分压定律：或：p总和=pB，在温度和体积恒定的情况下，混合气体的总压力等于每个组气体分压的总和。p总计=P1 p2 P3，示例2，0 ，在体积为15.0L的圆柱体中，包含6.00g的氧气和9.00g的甲烷的圆柱体中，两种气体的摩尔分数和分压分别是多少？汽缸的总压力是多少？x(CH4)=1-x(O2)=1-0.25=0.75，分压定律的应用，范例3，学生在实验室中用金属锌和盐酸反应制造氢气。结果氢气是用排水气体收集方法从水中收集的。温度为18 时，室内气压计为753.8mmHg，湿氢体积为0.567L。利用分子筛去除水分，获得干氢。计算相同温度，压力下干氢的体积，氢的物质量。在盐酸、氢和水蒸气的混合气体、锌粒子、水、解决方案：在化学手册中找到的，p(H2O)=15.477mmHg。湿氢(氢和水蒸气的混合气体)中氢的分压为P1(h1) p=1.01325 x 105 pa=760 mmhg，分体积和分体积定律(thelawofpartialvolume)，B，恒温(t)和静压(p)下的nA(mol)的a 从、a、a、na、va、nb、VB、na、va、nb、VB和子体积法则中得出。混合气体的一种成分气体的分量等于该气体在总压力条件下的单个单独体积。也就是说，气体b的体积分数等于气体b的摩尔分数。氧气不足是维持人类生命所必需的气体，生命就会死亡，过多的氧气引起疾病，氧气的分压必须维持21kPa，人体才能维持正常的代谢过程。潜水员直接携带的水下呼吸器中充满了氧气和氦气(He在血液中的溶解度小，N2的溶解度大，可能引起消防栓)。解法：水深30米的压力是由30米高的海水和海洋的大气相加而产生的。如果海上的气压为760mmHg，则30米深的海水的压力为：例4，某潜水员在潜在的海水30米处工作，海水的密度为1.03 GCM-3，温度为20 。在此条件下，如果在O2，He混合物中保持p(O2)=21kPa，那么氧的体积分数是多少？基于1.000L混合气体计算氧气的分散度。(重力加速度为9.807m/S2)，=1.03103 KGM-39.807m/s 230m 101 kpa=3.03105 KGM-1s-2 101 kpa=303 kpa 101 kpa=401 kpa，气体分子运动论的要点，(1)气体由许多分子组成，这些分子不停地随机运动。(这里的“分子”概念是指构成气体的最小粒子，它们可以是分子，也可以是惰性气体等原子)。(2)气体分子的磁体积对其容器的总体积可以不以为然。(3)气体分子之间的吸引力和斥力是可以忽略的。，(4)气体分子的能量在碰撞过程中相互传递，气体分子的平均动能不随时间变化，除非气体系统的温度发生变化。或者气体分子之间的碰撞完全是弹性碰撞。(5)气体分子的平均动能()与热力学温度成正比，在任意确定的温度下，所有气体分子具有相同的平均动能。气体分子运动论的要点(续)，2.4.2分子的速度分布(themolleculvelocityspread)，vmp，0，理想气体方程式pV=与nRT结合完成，例如，N=nNA，其中NA是a螺栓保护常数：M是一个气体分子的质量，因为mNA=M，M是气体的摩尔质量：表达式中的：r-摩尔气体常数t-。根据物理学对质量为m，运动速度为v的物体的定义，动能为：对于分子组，平均动能为：统计物理推导出气体分子平均动能与温度的关系。换句话说，单个原子分子的平均动能为：其中k是玻尔兹曼常量，值等于摩尔气体常量r除以阿波加得。k的物理意义是分子气体常数。因此：自下而上显示所有气体的分子在给定温度下具有相同的平均动能。这样，在相同温度下，由较轻分子(例如H2)组成的气体与由较重分子(例如N2)组成的气体具有相同的平均动能。因此，在相同温度下，较轻的气体分子较重的气体分子具有较高的平方平均速度(vrms)。2.5.1实际气体和理想气体的偏差，理想气体状态方程仅在足够低的压力下适用于实际气体。偏差的主要原因为：气体分子本身体积的影响；分子间力的影响。2.5.2范德华气体状态方程，1873年荷兰物理学家范德华第一次改进了理想气体状态方程，范德华气体状态方程：p:测量的压力；v:容器的体积；n:气体中的物质量；t:气体温度；a，b:气体压力和体积的修正常数，即范德瓦尔斯常数。表1某些气体的VanderWaals常量，解决方案：已知T=(273 30)K=303K，V=20.0L，n=1.50mol，a=0.6803Pam6mol-2体积减小到2.00L时，相对误差是多少？如果通过理想气体状态方程计算出的SO2的压力为P1，每个气体存在一定的温度，温度高于此温度，那么无论对气体施加多大的压力都不能液化。这是气体的临界温度。*2.6气体临界现象、临界温度临界温度(Tc)、临界压力紧急情况(pc)、临界温度下气体液化所需的最小压力、PC、气体、摩尔体积(L/mol)、液化温度(oc)、he H2 neidealgasarrn 2 O2 CoCl 2 NH3、22 . 4322 . 4322 . 4322 . 4222 . 41422 . 39722 . 39722达顿出生在英国坎伯兰市贫穷的农村，在11岁之前接受了正规教育，几乎完全自学了科学知识。15岁到外地谋生，便当老师自学。27岁时发表了第一本科学书气象观察与研究，35岁时提出了道尔顿气体分压定律，并提出了在37岁科学史上占有重要位置的原子论。正如恩格斯指出的，化学的新时代是从原子论开始的，因此道尔顿应该是现代化学之父。原子论在18