初赛第2讲气体

1、初赛第2讲 气体内容要求：内容要求：2 2. .气体相对分子质量测定气体相对分子质量测定1 1. .理想气体标准状况，理想气体状态方程，理想气体标准状况，理想气体状态方程，气体常量气体常量R R，分压定律。，分压定律。3 3. .气体溶解度（亨利定律）气体溶解度（亨利定律）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与温度和压力条件有关分子间的距离不同分子间的距离不同分子间的作用力不同分子间的作用力不同固态固态 液态液态 气态气态等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第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

2、成，分子由原子构成，原子由四态。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。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，脱原子核的束缚成为自由电子，电子离开原子核，这个过程就叫做这个过程就叫做“电离电离”。这时，物质就变成了由。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、一团均匀的团均匀的“浆糊浆糊”，因此人们戏称它为，因此人们戏称它为“电浆电浆”，这，这些离子浆中

3、正负电荷总量相等，因此它是近似电中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。性的，所以就叫等离子体。等离子体广泛存在于宇宙空间中。等离子体广泛存在于宇宙空间中。1 1. .气体的基本特征：气体的基本特征：扩散性和可压缩性扩散性和可压缩性2 2. .理想气体理想气体（1）两点基本假设：）两点基本假设： a.气体分子的体积等于零气体分子的体积等于零 b.气体分子间的作用力等于零。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。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）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

4、间距离很大，占据的空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；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。子间作用力大得多，分子间作用力可以忽略不计。1波义耳定律波义耳定律当温度不变时，一定量的气体的体积与气体所当温度不变时，一定量的气体的体积与气体所受的压力成反比。受的压力成反比。即：即：V1P查理和盖查理和盖-吕萨克定律吕萨克定律当压力不变时，一定量的气体的体积与温度（当压力不变时，一定量的气体的体积与温度（T）成正比。成正比。即：即：V

5、T3阿伏加德罗定律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在同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同的分子数。同的分子数。即：即：V 4理想气体状态方程式理想气体状态方程式把上述三个定律归纳整理，可得：把上述三个定律归纳整理，可得： VnTP上式可改写为：上式可改写为：PV=nRT此即为此即为理想气体状态方程理想气体状态方程。式中。式中p是气体压力，是气体压力，V是气体体积，是气体体积，n是气体物质的量，是气体物质的量，T是气体的绝对温是气体的绝对温度（热力学温度，即摄氏度数度（热力学温度，即摄氏度数+273），），R是气体通用是气体通用常数。常数。国际单位制中国际单位制中R的单

6、位和值的单位和值8.314Pam3molKJmolK或或8.314KPadm3molK1根据密度求相对分子质量根据密度求相对分子质量PV=nRTPV=mMRTPRTM=式中式中m为气体的质量，为气体的质量，M为气体的摩尔质量，为气体的摩尔质量，为为气体的密度。在一定温度和压强下，只要测出某气体气体的密度。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。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根据相对密度求相对分子质量PV=nRTPV=mMRTPRTM=1M1M22则：则：M1=DrM2令：令：=Dr12例例1：在在273 K时测得时测得CH3F蒸气

7、在不同压力下的值及蒸气在不同压力下的值及/p值如下表，求值如下表，求CH3F的相对分子质量。的相对分子质量。如果将直线内推到如果将直线内推到p = 0时，则时，则CH3F这一实际气这一实际气体已接近理想气体，所以体已接近理想气体，所以从图上所得的从图上所得的(/p) = 1.5010-2是符合理想气体是符合理想气体状态方程的。若将状态方程的。若将(/p) 之之值代入理想气体状态方程值代入理想气体状态方程M=RT/P，即可求得，即可求得CH3F的精确相对分子质量的精确相对分子质量。= 1.5010-2gdm-3kPa-18.314kPadm3mol-1K-1273K = 34.05 gmol-1

8、故故CH3F的相对分子质量为的相对分子质量为34.05。按相对原子质量计算：按相对原子质量计算：Mr(CH3F)=12.011+31.0079+18.9984=34.033两者结果非常接近。两者结果非常接近。M = ( )p=0RTP1气体分压定律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，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。态方程进行计算。当一个体

9、积为当一个体积为V的容器，盛有的容器，盛有A、B、C三种气体，其物三种气体，其物质的量分别为质的量分别为nA、nB、nC，每种气体具有的分压分别是，每种气体具有的分压分别是pA、pB、pC。P总总V=n总总RT。根据气体的特性有：根据气体的特性有：pAV=nART，pBV=nBRT，pCV=nCRT(pA+pB+pC)V=(nA+nB+nC)RT=n总总RT=P总总V所以：所以：p总总=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。这就是分压力之和。这就是道尔顿分压定律道尔顿分压定律。pi=nin总总p总总=XiP总总注

10、：注：Pi为某组分气体的分压，为某组分气体的分压，Xi为某组分气体的摩尔分数为某组分气体的摩尔分数气体分压的另一种计算方法：气体分压的另一种计算方法：2气体分体积定律气体分体积定律在相同的温度和压强下，混合气的总体积（在相同的温度和压强下，混合气的总体积（V总总）等于组成混合气的各组分的分体积之和。等于组成混合气的各组分的分体积之和。V总总=VA+VB+VC，这个定律叫这个定律叫气体分体积定律气体分体积定律。气体分体积定律的前提是假设组分气体的压强等气体分体积定律的前提是假设组分气体的压强等于总压。于总压。根据混合物中各组分的摩尔分数等于体积分数，根据混合物中各组分的摩尔分数等于体积分数，可以

11、计算出混合气中各组分的分体积：可以计算出混合气中各组分的分体积：ViV总总V总总Vi=nin总总V总总=XiV总总注：注：Vi为某组分气体的分体积，为某组分气体的分体积，Xi为某组分气体的体积分数为某组分气体的体积分数 或摩尔分数。或摩尔分数。固体或液体溶质的溶解度受压力的影响很小。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。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，这个定律叫定范围内成正比，这

12、个定律叫亨利（亨利（Henry）定律）定律。其数学表达式是：其数学表达式是：Cg=Kgpg式中式中pg为液面上该气体的分压，为液面上该气体的分压，Cg为某气体在为某气体在液体中的溶解度（其单位可用液体中的溶解度（其单位可用gL-1、L(气气)L(水水)-1、molL-1表示），表示），Kg称为亨利常数。称为亨利常数。例例1：300K、3.30105 5 Pa Pa时，一气筒含有时，一气筒含有480g的氧气，若此的氧气，若此筒被加热到筒被加热到373K，然后启开阀门（温度保持，然后启开阀门（温度保持373K）一直到气）一直到气体压强降低到体压强降低到1.01105 5 Pa Pa时，问共放出多少

13、重的氧气？时，问共放出多少重的氧气？分析：分析： 因为因为pV=nRT，所以，所以 ,由此式求出气筒的体积。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然后再根据气态方程式求出压强降到1.01105 Pa，气筒，气筒内剩余氧气的质量内剩余氧气的质量m(O2)。最后算出放出氧气的质量。最后算出放出氧气的质量。PV=mMRT解：解：m(放放)=480g-128g=352gV=P1MmRT1=3.3010532.0gmol-1480g8.314Pam3mol-1K-1300K=0.123m3m(O2)=RT2P2VM=8.314Pam3mol-1K-1373K1.01105Pa0.123

14、m332.0gmol-1=128g例例2:设有一真空的箱子，在设有一真空的箱子，在288 K时，时，1.01105 Pa的压力下，的压力下，称量为称量为153.679 g，假若在同温同压下，充满氯气后为，假若在同温同压下，充满氯气后为156.844 g；充满氧气后为充满氧气后为155.108 g，求氯气的相对分子质量。，求氯气的相对分子质量。分析：分析： M(O2)=32.00gmol-1，若将，若将pV=nRT 式先用于氧气式先用于氧气 ，求出，求出箱子的体积箱子的体积V，再将，再将 pV=nRT式用于氯气，求出式用于氯气，求出M(Cl2)，这当，这当然是可行的。但运算繁杂，既费时又易出错。

15、由题意可知，这然是可行的。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，实际上是在等温、等压和等容条件下，pV=nRT式的两次应用。式的两次应用。所以可以直接用所以可以直接用 式，则简便得多。式，则简便得多。=m1M1m2M2M(O2)= 155.108g153.679g=1.429gM(Cl2)=156.844g153.679g=3.165g解解: :故氯气的相对分子质量为故氯气的相对分子质量为70.87。=70.87gmol-1M(Cl2)=m(O2)m(Cl2)M(O2)=1.429g3.165g32.0gmol-1例例4 4：在在298K，101000 P

16、a时，用排水集气法收集氢时，用排水集气法收集氢气，收集到气，收集到355 mL。已知。已知298K时水的饱和蒸气压为时水的饱和蒸气压为3200 Pa，计算：，计算：（1 1）氢气的分压是多少？）氢气的分压是多少？（2）收集的氢气的物质的量为多少？）收集的氢气的物质的量为多少？（3 3）这些氢气干燥后的体积是多少（干燥后气体温）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）度，压强视为不变）？解解: : （1）P(H2)=P(总总)P(H2O) =101000Pa3200Pa=97800Pa=8.314Pam3mol-1K-1298K97800Pa3.3510-6m3=0.0140m

17、oln(H2)=RTP(H2)V（2）（3）V(H2)=V(总总)P(总总)P(H2)=355mL101000Pa97800Pa=344mL例例5：在在20和和101kPa下，每升水最多能溶解氧气下，每升水最多能溶解氧气0.0434 g，氢气，氢气0.0016 g，氮气，氮气0.0190 g，试计算：，试计算：（1）在）在20时时202kPa下，氧、氢、氮气在水中的溶下，氧、氢、氮气在水中的溶解度（以解度（以mLL-1表示）。表示）。（2）设有一混合气体，各组分气体的体积分数是氧）设有一混合气体，各组分气体的体积分数是氧气气25%、氢气、氢气40%、氮气、氮气35 %。总压力为。总压力为505

18、kPa。试问在试问在20时，该混合气体的饱和水溶液中含氧气、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？氢气、氮气的质量分数各为多少？分析：分析：根据亨利定律，求出根据亨利定律，求出202kPa下各组分气体的溶解度。下各组分气体的溶解度。再根据气态方程再根据气态方程pV=nRT公式就可将这些理想气体质量换公式就可将这些理想气体质量换算为体积。算为体积。根据分压定律，分别求出根据分压定律，分别求出O2、H2、N2分压，从而求出它们分压，从而求出它们在每升水中的溶解度。在每升水中的溶解度。（1）在）在202 k Pa下各组分气体的溶解度为：下各组分气体的溶解度为： O2：(20.0434)gL-1 = 0.0868 gL-1 H2：(20.0016)gL-1 = 0.0032 gL-1 N2：(20