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1、第2章 化學(xué)基礎(chǔ)知識2-1-1 理想氣體狀態(tài)方程2-1-2 氣體混合物2-1-3 真實(shí)氣體2-1-4 氣體分子動(dòng)理論2022/10/2412-1 氣體氣體2-1 氣體2-1-1 理想氣體狀態(tài)方程及應(yīng)用2022/10/242 理想氣體理想氣體：分子之間沒有相互吸引和排斥，分子本身分子之間沒有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對于氣體所占體積可以忽略（具有的體積相對于氣體所占體積可以忽略（具有質(zhì)量的幾何點(diǎn)）。質(zhì)量的幾何點(diǎn)）。實(shí)際氣體在低壓實(shí)際氣體在低壓(101.325kPa)和高溫和高溫(0)的條件下，接近理想氣體。的條件下，接近理想氣體。等壓變化(蓋呂薩克定律）:恒壓條件下，氣體的體積與其溫度成正

2、比。VT等溫變化（玻意耳定律）：恒溫條件下，氣體的體積與壓強(qiáng)成反比。PV=C由此：一定量氣體P，V，T之間有如下關(guān)系 PV/T=C2022/10/2432022/10/244理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 PV=nRT 在在STP下，下，P=101325 Pa,T=273.15 K n=1.0 mol時(shí)時(shí),Vm=22.41410-3 m3 R=8.314 Pa m3 K-1 mol-1 另一單位制：另一單位制：atm,L,mol,K R=0.08206 atmL K-1 mol-1單位換算單位換算1atm=101.325kPa=760mmHg 1ml=1cm3=10-3L=10-3dm3=1

3、0-6m3 1m=102cm=103mm=106um=109nm=1012pm n=m/M =m/V C=n/V阿佛加得羅定律：相同溫度和壓力下，相同體積的不同氣體均含有相同數(shù)目的分子。標(biāo)準(zhǔn)條件(standard condition,或標(biāo)準(zhǔn)狀況）101.325kPa和273.15K（即0）-STP 標(biāo)準(zhǔn)條件下1mol氣體:粒子數(shù)NA=6.021023mol-1 體積 Vm=22.414110-3m32022/10/2452022/10/246理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用 推導(dǎo)出氣體密度推導(dǎo)出氣體密度與與P，V，T之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。(設(shè)氣體設(shè)氣體質(zhì)量為質(zhì)量為m,摩爾質(zhì)量為摩

4、爾質(zhì)量為M）=m/V,n=m/M 代入代入PV=nRT注意單位的使用注意單位的使用,R用用8.314,P、V、T、n均為國際單位均為國際單位,也可以也可以P以以kPa,V以以L做單位做單位,此時(shí)考慮此時(shí)考慮n=m/M PV=mRT/M PM=RT(密度的單位是密度的單位是 g/L)2022/10/247解：依據(jù)解：依據(jù) PV=nRT,由題意知，由題意知，P、V恒定，恒定，容器內(nèi)物質(zhì)的量減小為原來的四分之三容器內(nèi)物質(zhì)的量減小為原來的四分之三.n1RT1=n2RT2 n1/n2=T2/T1 4/3=T2/288 T2=384K例例1.一一敞敞口口燒燒瓶瓶中中盛盛有有空空氣氣，欲欲使使其其量量減減少

5、少四四分分之之一一，需需把把溫溫度度從從288K提提高高到到多多少？少？2022/10/248例例2.實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室室用用金金屬屬鈉鈉與與氫氫氣氣在在高高溫溫下下反反應(yīng)應(yīng)制制備備NaH。反反應(yīng)應(yīng)裝裝置置中中的的空空氣氣需需用用無無水水無無氧氧的的氮氮?dú)鈿庵弥脫Q換。氮氮?dú)鈿庥捎傻獨(dú)鈿怃撲撈科刻崽峁┕撛撲撲撈科矿w體積積為為50 L，溫度，溫度25 C，壓力為，壓力為15.2 MPa.請計(jì)算鋼瓶中氣體的物質(zhì)的量和質(zhì)量；請計(jì)算鋼瓶中氣體的物質(zhì)的量和質(zhì)量；若若將將反反應(yīng)應(yīng)裝裝置置用用氮氮?dú)鈿庵弥脫Q換5次次后后，鋼鋼瓶瓶壓壓力力下下降降為為13.8 MPa.計(jì)計(jì)算算在在25 C、0.1 MPa下下，平平

6、均均每次消耗氮?dú)獾捏w積。每次消耗氮?dú)獾捏w積。2022/10/249(1)解：依據(jù) PV=nRT,15.21065010-3=n8.314298n=307 mol m=30728=8589 g(2)解:置換5次后,鋼瓶壓力降低為13.8MPa,此時(shí)鋼瓶內(nèi)的氣體物質(zhì)的量 n=278.5 mol 即排出的N2=28.5 mol每次排出的氣體體積由PV=nRT得到.例例2.Page42.Page42022/10/2410組分氣體：理想氣體混合物中每一種氣體組分氣體：理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。叫做組分氣體。各組分氣體的相對含量可用分體積各組分氣體的相對含量可用分體積V Vi i、分分壓壓P

7、 Pi i或摩爾分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)x xi i等表示。等表示。1.1.分壓定律分壓定律氣體的最基本特征：氣體的最基本特征：可壓縮性和擴(kuò)散性可壓縮性和擴(kuò)散性2-1-2 氣體混合物氣體混合物2022/10/2411 分體積、體積分?jǐn)?shù)、摩爾分?jǐn)?shù)（補(bǔ)充）分體積、體積分?jǐn)?shù)、摩爾分?jǐn)?shù)（補(bǔ)充）分體積：指分體積：指相同溫度相同溫度下，組分氣體具有和混下，組分氣體具有和混合氣體合氣體相同壓力相同壓力時(shí)所占體積。時(shí)所占體積。O O2 2N N2 2O O2 2+N+N2 2+V V1 1、P P、T TV V2 2、P P、T TV V1 1+V+V2 2、P P、T T混合氣體總體積混合氣體總體積V V總總=各組分

8、氣體的分體積各組分氣體的分體積V Vi i之和之和 V V總總=V V1 1+V+V2 2+V+V3 3+V+V4 4V Vi i2022/10/2412|2022/10/2413分壓定律：分壓定律：分壓：一定溫度下，混合氣體中的某種氣分壓：一定溫度下，混合氣體中的某種氣體單獨(dú)占有混合氣體的體積時(shí)所呈現(xiàn)的壓強(qiáng)。體單獨(dú)占有混合氣體的體積時(shí)所呈現(xiàn)的壓強(qiáng)。O O2 2N N2 2O O2 2+N+N2 2+T T、V V、P P總總=P P1 1+P+P2 2混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和?；旌蠚怏w的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和。P=PP=P1 1+P+P2 2+或或 P=P

9、=P Pi i T T、V V、P P1 1T T、V V、P P2 22022/10/2414P Pi iV=nV=ni iRT PRT P總總V=nV=n總總RTRT分壓定律分壓定律注意：在注意：在PV=nRTPV=nRT公式中，不能同時(shí)代入分體積和公式中，不能同時(shí)代入分體積和分壓。分壓。2022/10/2415例：潛水員攜帶的水下呼吸器中充有氧氣和氦例：潛水員攜帶的水下呼吸器中充有氧氣和氦氣的混合氣體。將氣的混合氣體。將25 C，0.10 MPa的的46 L O2和和12 L He充入體積為充入體積為5.0 L的儲罐中。請計(jì)算該溫的儲罐中。請計(jì)算該溫度下儲罐中兩種氣體的分壓和混合氣體的總

10、壓。度下儲罐中兩種氣體的分壓和混合氣體的總壓。2022/10/2416 氣氣液液兩兩相相平平衡衡時(shí)時(shí)液液相相表表面面蒸蒸氣氣的的分分壓壓即即為為該該液液體體的的飽飽和和蒸蒸氣氣壓壓。溫溫度度一一定定，水水的的分分壓壓（飽飽和蒸氣壓）為定值。和蒸氣壓）為定值。2022/10/2417例例.溫度為溫度為18 C，室內(nèi)氣壓計(jì)指示為室內(nèi)氣壓計(jì)指示為753.8 mmHg，某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用排水法收集到，某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用排水法收集到0.567 L 氫氣。氫氣。用分子篩可以除去氣體中的水分，得到干氫氣。用分子篩可以除去氣體中的水分，得到干氫氣。請計(jì)算同樣條件下干氫氣的體積和物質(zhì)的量。請計(jì)算同樣條件下干氫氣的體

11、積和物質(zhì)的量。（已知：（已知：PH2O(18 C)=15.477 mmHg)氣壓計(jì)指示的空氣壓強(qiáng)氣壓計(jì)指示的空氣壓強(qiáng),是氫氣和水蒸汽的壓強(qiáng)和是氫氣和水蒸汽的壓強(qiáng)和PT;排水收集的為濕潤氫氣排水收集的為濕潤氫氣,其體積其體積VT=0.567L。濕濕潤潤氫氫氣氣的的分分壓壓PH2應(yīng)應(yīng)從從氣氣壓壓計(jì)計(jì)讀讀數(shù)數(shù)中中扣扣除除此此溫溫度度下下水水蒸蒸汽汽的的飽飽和和蒸蒸汽汽壓壓.欲欲求求的的是是去去掉掉水水蒸蒸汽汽后后氫氫氣的體積，即分體積氣的體積，即分體積VH2.PH2 VT=PTVH22022/10/2418P PCOCO2 2O O2 2H H2 2理想氣體理想氣體 PV PVm m=RT=RT P

12、V PVm m2-1-3 真實(shí)氣體真實(shí)氣體2022/10/2419實(shí)際氣體與理想氣體產(chǎn)生偏差：實(shí)際氣體與理想氣體產(chǎn)生偏差：應(yīng)考慮氣體分子本身的體積，在方程應(yīng)考慮氣體分子本身的體積，在方程中扣除；中扣除；應(yīng)考慮內(nèi)層分子與外層分子間、外層應(yīng)考慮內(nèi)層分子與外層分子間、外層分子與器壁間的作用力。分子與器壁間的作用力。2022/10/2420實(shí)際氣體狀態(tài)方程實(shí)際氣體狀態(tài)方程-范德華方程范德華方程a a、b b均為范德華常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。均為范德華常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。a a與分子間引力有關(guān)與分子間引力有關(guān);b b與分子自身體積有關(guān)。與分子自身體積有關(guān)。2022/10/2421對理想氣體：對理想氣體：PV=n

13、RTPV=nRTP P：氣體分子對容器壁產(chǎn)生的壓力氣體分子對容器壁產(chǎn)生的壓力V V：氣體分子自由活動(dòng)的空間，即容器的體積。氣體分子自由活動(dòng)的空間，即容器的體積。實(shí)際氣體需修正實(shí)際氣體需修正P P、V VV=(V-nb)nbV=(V-nb)nb是是n n摩爾氣體自身的體積摩爾氣體自身的體積2022/10/2422 例例.分別按理想氣體狀態(tài)方程式和范德華方程分別按理想氣體狀態(tài)方程式和范德華方程式計(jì)算式計(jì)算1.50 1.50 mol SOmol SO2 2在在303303K,K,占有占有20.0 20.0 dmdm3 3體積時(shí)體積時(shí)的壓力，并比較兩者的相對誤差。如果體積減少的壓力，并比較兩者的相對誤

14、差。如果體積減少為為2.00 2.00 dmdm3 3，其相對誤差又如何？其相對誤差又如何？解：已知解：已知T=303 KT=303 K，V=20.0 dmV=20.0 dm3 3，n=1.50 moln=1.50 mol，a=a=0.6803 Pa 0.6803 Pa m m6 6 mol mol-2-2，b=0.5636 b=0.5636 1010-4-4m m3 3 mol mol-1-12022/10/24232022/10/242022/10/242424 PFu 碰撞力與碰撞速度的乘積 Fmv uv N/V Pmv2(N/V)其中v是具有統(tǒng)計(jì)平均意義的方均根速度v rms,同時(shí)考慮

15、碰撞的方向因素,PV=Nmv2/3與理想氣體狀態(tài)方程對比:Nmv2/3=nRT NAmv2/3=RT Mv2/3=RT2-1-4 氣體分子動(dòng)理論氣體分子動(dòng)理論2022/10/242022/10/242525方均根速度方均根速度:Mv2/3=RT vrms=(3RT/M)1/2有關(guān)氣體分子運(yùn)動(dòng)速度還包括有關(guān)氣體分子運(yùn)動(dòng)速度還包括最概然速度最概然速度 vmp,平均速度平均速度vav,三者數(shù)值不同但十分接近三者數(shù)值不同但十分接近,相相對關(guān)系如下對關(guān)系如下:Vrms:Vav:Vmp=1.000:0.921:0.816氣體分子的速度分布和擴(kuò)散定律氣體分子的速度分布和擴(kuò)散定律2022/10/242022/

16、10/2426262-2-1 溶液濃度及表示方法溶液濃度及表示方法2-2 液體和溶液液體和溶液1.1.質(zhì)量摩爾濃度質(zhì)量摩爾濃度m mB Bm mB B=溶溶質(zhì)質(zhì)B B的的物物質(zhì)質(zhì)的的量量(m mo ol l)溶溶劑劑的的質(zhì)質(zhì)量量（k kg g)2.2.物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度C CB B3.3.質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)w w4.4.摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)w w=溶溶 質(zhì)質(zhì) 的的 質(zhì)質(zhì) 量量溶溶 液液 的的 質(zhì)質(zhì) 量量x xB B=n nB Bn n總總 X Xi i=1 12022/10/242022/10/2428282-2-2 非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性蒸氣壓下降蒸氣壓下降拉烏爾定律拉烏爾定律沸點(diǎn)升高沸點(diǎn)升高凝固點(diǎn)下降凝固點(diǎn)下降滲透壓滲透壓如果將將蔗糖溶解在水中如果將將蔗糖溶解在水中形成溶液，其蒸氣壓有何形成溶液，其蒸氣壓有何變化？變化？蒸氣壓下降：與純?nèi)軇┫嗾魵鈮合陆担号c純?nèi)軇┫啾?，難揮發(fā)物質(zhì)的溶液的比，難揮發(fā)物質(zhì)的溶液的蒸氣壓低于純?nèi)軇┑恼魵庹魵鈮旱陀诩內(nèi)軇┑恼魵鈮?。壓。難揮發(fā)物質(zhì)的稀溶液蒸氣難揮發(fā)物質(zhì)的稀溶液蒸氣壓會下降的原因壓會下降的原因:溶溶劑劑的的部部分分表表面面被