安慶師大《無機化學》-物質(zhì)的狀態(tài)

1、第二章：物質(zhì)的狀態(tài),化學化工學院張傳磊,§1-1 氣體 § 1-2 液體 § 1-3 固體,了解氣體及氣體分子的運動，掌握理想氣體狀態(tài)方程、氣體分壓定律。了解氣體分子的速率分布和能量分布,基本內(nèi)容和重點要求,§1-1 氣體,1.1.1 氣體的狀態(tài)方程1.1.2 混合氣體的分壓定律1.1.3 氣體擴散定律1.1.4 氣體分子的速率分布和能量分布,1.1.1 氣

2、體的狀態(tài)方程,分子體積與氣體體積相比可以忽略不計分子之間沒有相互吸引力分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰撞不造成動能損失,是一種人為的氣體模型，實際中并不存在高溫、低壓下的實際氣體接近于理想氣體,氣體的最基本特征：具有可壓縮性和擴散性。,理想氣體 概念：,（1）理想氣體的狀態(tài)方程式,1. 在描述氣體狀態(tài)時，常用以下物理量： 氣體物質(zhì)的量（n）—— 單位（mol） 氣體的體積（V）—— 指氣體所在容器的體積，m3

3、 氣體的壓強（p）—— 氣體分子無規(guī)則運動時，對器壁發(fā)生碰撞而產(chǎn)生了氣體的壓強，Pa 氣體的溫度（T）——熱力學溫度，K,波義爾定律：當 n 和 T 一定時，氣體的V與p成反比 V ? 1/p (1)查理-蓋?呂薩克定律： n 和 p 一定時，V與T成正比

4、 V ? T (2)阿佛加德羅定律：p 與 T 一定時，V 和 n 成正比 V ? n (3)以上三個經(jīng)驗定律的表達式合并得

5、 V ? nT/p (4),2. 經(jīng)驗定律,實驗測得比例系數(shù)為 R，則 V = nRT／ p通常寫成 pV = nRT 理想氣體狀態(tài)方程,R---- 摩爾氣體常數(shù)在STP下，p = 101.325kPa, T = 273.15K，n = 1.0 mol時, Vm= 22.414 L = 22.414×10-3

6、 m3,3. 應(yīng)用,計算 p，V，T，n 四個物理量之一。,pV = nRT, 用于溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。,計算氣體的摩爾質(zhì)量。,M = Mr g?mol-1,計算氣體的密度。,? = m / V,(T, P),例1-1 一玻璃瓶可以耐壓3.04×105Pa，在溫度300K和壓強為1.013×105Pa時，使其充滿氣體。問在什么溫度時，燒瓶將炸裂。,當溫度達到900K以上時，燒瓶會炸裂,解：,(2) 實

7、際氣體狀態(tài)方程 (自學),理想氣體狀態(tài)方程式僅在足夠低的壓力下適合于真實氣體。,產(chǎn)生偏差的主要原因是：①氣體分子本身的體積的影響；②分子間力的影響。,因此狀態(tài)方程修正為,b 是1mol氣體分子自身的體積。,分子間吸引力正比于(n/V)2，即P內(nèi) = a(n/V)2, 則 pideal = preal+a(n/V)2 a是與分子引力有關(guān)的常數(shù),Videal＝ V-nb 等于氣體分子運動的自由空間,a，b 統(tǒng)稱為va

8、n der waals常數(shù)。,范德華方程式 (1873),1.1.2 混合氣體分壓定律 (1801年Dalton),組分氣體：組成混合氣體中每一種氣體都叫做該混 合氣體的組分氣體。,（表達式之一）,應(yīng)有關(guān)系式 pi V總 = ni R T,我們通過下面實驗來研究分壓與總壓的關(guān)系,p總,測得混合氣體的 p總 為 4 ? 105 Pa。,按分壓的定義

9、,1 dm3 2 dm3 4 dm3 8?105 Pa 2?105 Pa p總,再考察一個實驗,測得混合氣體的總壓為 3 ? 105 Pa,由分壓的定義,道爾頓（Dalton）進行了大量實驗，提出了混合氣體的分壓定律 —— 混合氣體的總壓等于各組分氣體的分壓之和,此即道爾頓分壓定律的數(shù)學表達式。,n = n1+ n2+

10、 ????,對于整個混合氣體體系,即,xi----組分氣體i的摩爾分數(shù),即組分氣體的分壓等于總壓與該組分氣體的摩爾分數(shù)之積。,故 pi = p總 ? xi,（表達式之二）,分壓定律的應(yīng)用,例1-2 用金屬鋅與鹽酸反應(yīng)制取氫氣。在25℃ 下，用排水集氣法收集氫氣，集氣瓶中 氣體壓力為98.70kPa (25℃時，水的飽和 蒸汽壓為3.17

11、kPa)，體積為2.50L，計算 反應(yīng)中消耗鋅的質(zhì)量。,解：T = (273+25) K = 298 K,p = 98.70 kPa V = 2.50 L,298K時，p(H2O) = 3.17 kPa,排水收集氣體時，水蒸汽總是含有的，因此在處理問題是需要考慮到實時溫度下水的飽和蒸汽壓！??！,n(H2) =,,(98.70-3.17)kPa×2.50L,8.314 J k-1 mol-1 

12、5; 298K,= 0.0964 mol,Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g),65.38g 1molm(Zn) = ? 0.0964mol,m(Zn) =,,65.38g×0.0964mol,1 mol,

13、= 6.30 g,,1.1.3 氣體擴散定律 (1831, Graham),同溫同壓下某種氣態(tài)物質(zhì)的擴散速度與其密度的平方根成反比，這就是格雷姆氣體擴散定律。,或,由于氣體密度 ? 與其相對分子質(zhì)量 Mr 成正比,例 1-3 使 NH3 和 HCl 兩種氣體分別從一根長 100 cm 的玻璃管的兩端自由擴散。,解：設(shè) t 時間后發(fā)生反應(yīng)，玻璃管中產(chǎn)生白煙的位置距 NH3 端 x cm，則距 HC

14、l 端（ 100 － x ）cm。,x = 59.5,1.1.4 氣體分子的速率分布和能量分布,1. 氣體分子的速率分布,處于同一體系的為數(shù)眾多的氣體分子，相互碰撞，運動速率不一樣，且不斷改變。,但其速率分布卻有一定規(guī)律。,麥克斯韋速率分布曲線,,,u,,,u1,u2,則縱坐標表示單位速率間隔中分子的數(shù)目占分子總數(shù)的分數(shù)。,N：分子總數(shù),：單位速度間隔內(nèi)分子的數(shù)目,,up,up ：最概然速率 （最幾速率）,溫度越高，