初賽第2講 氣體

1、初賽第2講 氣體初賽大綱要求：氣體。理想氣體。理想氣體狀態(tài)方程。氣體常量R。分壓定律。氣體相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定原理。氣體溶解度（亨利定律）。一、氣體氣體、液體和固體是物質(zhì)存在的三種狀態(tài)。氣體與液體、固體相比較，具有兩個(gè)明顯特點(diǎn)：1擴(kuò)散性當(dāng)把一定量的氣體充入真空容器時(shí)，它會(huì)迅速充滿整個(gè)容器空間，而且均勻分布，少量氣體可以充滿很大的容器，不同種的氣體可以以任意比例均勻混合。2可壓縮性當(dāng)對(duì)氣體加壓時(shí)，氣體體積縮小，原來占有體積較大的氣體，可以壓縮到體積較小的容器中。二、理想氣體如果有這樣一種氣體：它的分子只有位置而無體積，且分子之間沒有作用力，這種氣體稱之為理想氣體。當(dāng)然它在實(shí)際中是不存在的。實(shí)際氣體分

2、子本身占有一定的體積，分子之間也有吸引力。但在低壓和高溫條件下，氣體分子本身所占的體積和分子間的吸引力均可以忽略，此時(shí)的實(shí)際氣體即可看作理想氣體。三、理想氣體定律1理想氣體狀態(tài)方程將在高溫低壓下得到的波義耳定律、查理定理和阿佛加德羅定律合并，便可組成一個(gè)方程：pV= nRT （1-1） 這就是理想氣體狀態(tài)方程。式中p是氣體壓力，V是氣體體積，n是氣體物質(zhì)的量，T是氣體的絕對(duì)溫度（熱力學(xué)溫度，即攝氏度數(shù)+273），R是氣體通用常數(shù)。在國(guó)際單位制中，它們的關(guān)系如下表：表1-1 R的單位和值pVnTR國(guó)際單位制Pam3molK8.314或kPadm3molK8.314（1-1）式也可以變換成下列形式

3、：pV= RT （1-2）p=·= 則： = （1-3）式中m為氣體的質(zhì)量，M為氣體的摩爾質(zhì)量，為氣體的密度。對(duì)于一定量（n一定）的同一氣體在不同條件下，則有：= （1-4）如果在某些特定條件下，將（1-1）、（1-2）和（1-3）式同時(shí)應(yīng)用于兩種不同的氣體時(shí)，又可以得出一些特殊的應(yīng)用。如將（1-1）式n=，在等溫、等壓、等容時(shí)應(yīng)用于各種氣體，則可以說明阿佛加德羅定律。因?yàn)槲镔|(zhì)的量相等的氣體，含有相等的分子數(shù)。若將（1-2）式=在等溫、等壓和等容時(shí)應(yīng)用于兩種氣體，則得出：= （1-5）如果將（1-3）式=，在等溫等壓下應(yīng)用于兩種氣體，則有： = （1-6）若令 = D，D為第一種氣體

4、對(duì)第二種氣體的相對(duì)密度，則有：D = 或 M1 = DM2 （1-7）已知M = 2g·mol，= 29g·mol 則 M1 = 2 D 或 M1 = 29D（D為某氣體相對(duì)H2的密度，D為某氣體相對(duì)空氣的密度）2氣體分壓定律和分體積定律（1）氣體分壓定律當(dāng)研究對(duì)象不是純氣體，而是多組分的混合氣體時(shí)，由于氣體具有均勻擴(kuò)散而占有容器全部空間的特點(diǎn)，無論是對(duì)混合氣，還是混合氣中的每一組分，均可按照理想氣體狀態(tài)方程式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)一個(gè)體積為V的容器，盛有A、B、C三種氣體，其物質(zhì)的量分別為nA、nB、nC，每種氣體具有的分壓分別是pA、pB、pC，則混合氣的總物質(zhì)的量為： n= n

5、A + nB + nC （1-8）混合氣的總壓為： p = pA + pB + pC （1-9）在一定溫度下，混合氣體的總壓力等于各組分氣體的分壓力之和。這就是道爾頓分壓定律。計(jì)算混合氣各組分的分壓有兩種方法。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算在一定體積的容器中的混合氣體pV = nRT ，混合氣中各組分的分壓，就是該組分單獨(dú)占據(jù)總體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力，其分壓數(shù)值也可以根據(jù)理想氣態(tài)方程式求出：pAV = nART （1-10） pBV = nBRT （1-11） pCV = nCRT （1-12）根據(jù)摩爾分?jǐn)?shù)計(jì)算：摩爾分?jǐn)?shù)（XA）為混合氣中某組分A的物質(zhì)的量與混合氣的總的物質(zhì)的量之比： XA = （1-1

6、3）混合氣體中某組分的分壓等于總壓與摩爾分?jǐn)?shù)的乘積： pA = pXA （1-14）（2）氣體分體積定律在相同的溫度和壓強(qiáng)下，混合氣的總體積（V）等于組成混合氣的各組分的分體積之和：V=VA +VB + VC （1-15）這個(gè)定律叫氣體分體積定律。根據(jù)混合物中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)等于體積分?jǐn)?shù)，可以計(jì)算出混合氣中各組分的分體積：據(jù) = 得 VA =V （1-16）四、氣體相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定原理1氣體相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定由（1-3）式：=，可以變換成以下形式：M = （1-18）可見，在一定溫度和壓強(qiáng)下，只要測(cè)出某氣體的密度，就可以確定它的相對(duì)分子質(zhì)量。2氣體精確相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定根據(jù)M = RT，理想氣體在

7、恒溫下的/p值應(yīng)該是一個(gè)常數(shù)，但實(shí)際情況不是這樣。如：在273 K時(shí)測(cè)得CH3F蒸氣在不同壓力下的值及/p值如下表：p/Pa/(g·m-3)/(p·10-2)1.013×1051.5454×1031.52556.753×1051.0241×1031.52123.375×1040.5091×1031.5084從表中數(shù)據(jù)可以看到，壓力越大，/p越大，不是常數(shù)。因?yàn)閴毫υ酱?，氣體分子間的吸引力越大 ，分子本身的體積也不能忽略，因而就不能用理想氣體狀態(tài)方程來描述了，所以對(duì)于實(shí)際氣體/p不是一個(gè)常數(shù)。以/p對(duì)作圖（圖1-1）

8、如果將直線內(nèi)推到p = 0時(shí)，則CH3F這一實(shí)際氣體已接近理想氣體，所以從圖上所得的(/p) = 1.50×10-2是符合理想氣體狀態(tài)方程的。若將(/p) 之值代入理想氣體狀態(tài)方程M = RT，即可求得CH3F的精確相對(duì)分子質(zhì)量。這種求氣體相對(duì)分子質(zhì)量的方法，叫極限密度法。 M = （）RT = 1.50×10-2g·dm-3·k Pa-1×8.314 k Pa·dm3·mol-1·K-1×273K = 34.05 g·mol-1故CH3F的相對(duì)分子質(zhì)量為34.05。按相對(duì)原子質(zhì)量計(jì)算：M =

9、12.011 + 3×1.0079 + 18.9984 = 34.033兩者結(jié)果非常接近。練習(xí)：1現(xiàn)有A、B兩容器，A容器中裝有體積為6.0 L壓強(qiáng)為9.09×105 Pa的氮?dú)?，B容器中裝有體積為12.0 L，壓強(qiáng)為3.03×105 Pa的氧氣，A、B兩容器間由活塞連接，當(dāng)打開活塞兩氣體均勻混合后，在溫度不變時(shí)計(jì)算氮?dú)?、氧氣的分壓?相對(duì)濕度的定義為：在某一溫度時(shí)，空氣中水蒸氣的分壓與同溫度應(yīng)有的水的飽和蒸氣壓之比。試計(jì)算：（1）303 K，相對(duì)濕度為100 % 時(shí)1 L空氣中含水汽之質(zhì)量；（2）323 K，相對(duì)濕度為80 % 時(shí)1 L空氣中含水汽之質(zhì)量。（已知

10、：水的飽和蒸氣壓：303 K-4239.6 Pa，323K-12332.3 Pa）3在273K和1.01×105 Pa下，將1.0 dm3潔凈干燥的空氣緩慢通過CH3OCH3液體，在此過程中，液體損失0.0335 g，求此液體273 K時(shí)的飽和蒸氣壓。4在273K時(shí)，O2在不同壓強(qiáng)下的p值如下表：p/105Pa1.00000.75000.50000.2500p/105Pa·dm3·mol-122.392922.39792.403422.4088用作圖外推法（將p對(duì)p作圖）求在標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)O2的摩爾體積。5溫度為0時(shí)，三甲胺的密度是壓力的函數(shù)，有人測(cè)得了如下數(shù)據(jù)：pa

11、tm0.20.40.60.8dg·L10.533 61.0791.636 32.205 4試根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計(jì)算三甲胺的分子量。6在科學(xué)院出版物化學(xué)指南里有下列一些物質(zhì)飽和蒸氣壓的數(shù)據(jù)：物質(zhì)溫度蒸氣壓mmHg柱密度g/L苯 C6H680.17602.710甲醇CH3OH49.94000.673醋酸CH3COOH29.9200.126醋酸CH3COOH118.17603.110根據(jù)所列數(shù)字計(jì)算蒸氣的摩爾質(zhì)量（假設(shè)蒸氣中的分子類似理想氣體分子）如何解釋相對(duì)質(zhì)量的理論值與所得計(jì)算值之間的偏差？對(duì)此給出定性的并盡可能定量的解釋。7測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量的一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟為（其裝置如右圖所示）：取一干燥的

12、250mL圓底燒瓶、封口用鋁箔和棉線一起稱量（稱準(zhǔn)到0.1g），得m1。往燒瓶?jī)?nèi)加入大約2mL四氯化碳（沸點(diǎn)為76.7），用鋁箔和棉線封口并在鋁箔上穿一小孔。把燒瓶迅速浸入盛于大燒杯內(nèi)的沸水中，繼續(xù)保持（水的）沸騰。待四氯化碳全部汽化后，從水中取出燒瓶冷卻。擦干燒瓶外的水后稱量（準(zhǔn)確到0.1g），得m2。倒出瓶?jī)?nèi)的液態(tài)四氯化碳，充滿水，量體積（室溫時(shí)水的密度大約1g/cm3）。按理想氣體公式pVmRT/M求四氯化碳的相對(duì)分子質(zhì)量（M）。式中p為壓強(qiáng)（Pa），V為體積（L），m為四氯化碳的質(zhì)量（g），R為氣體常數(shù)8.314J/K·mol，T為絕對(duì)溫度。請(qǐng)考慮并回答以下幾個(gè)問題：（1）把

13、燒杯放入沸水中，為什么要保持沸騰？（2）如果在鋁箔上開的孔較大，又在瓶?jī)?nèi)液態(tài)四氯化碳揮發(fā)完后過了一段時(shí)間才從熱水中取出燒瓶，其他操作均正常。按以上不正確操作所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求四氯化碳的相對(duì)分子質(zhì)量將偏大還是偏?。浚?）用水充滿燒瓶再量其體積，實(shí)驗(yàn)前忘了倒出原先在瓶?jī)?nèi)的液態(tài)四氯化碳，是否會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響？（4）把燒瓶放入沸水，要盡可能沒入。事實(shí)上用這個(gè)裝置求相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)很難做到將燒瓶完全沒入水中，而總有部分露在水面上（見圖），這是否會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響？參考答案：1p= 9.09×105 Pa× = 3.03×105 Pa p= 3.03×105 Pa

14、× = 2.02×105 Pa2（1）303 K空氣中水汽的分壓為：×100% = 100%p= 4239.6 Pa 代入m = 得 m = 0.03 g（2）同理 m = 0.07 g31.63×103 Pa4將P對(duì)p作圖得直線，直線外延到p0，時(shí)，求得p為22.41Pa·dm3mol-1理想氣體的p不隨壓強(qiáng)變化，由圖知，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下O2的摩爾體積為22.414（dm3mol-1）559.146M(C6H6)78.5g/mol M(CH3OH)33g/mol M(HAc)118.9g/mol M(HAc)99.8 g/mol 誤差是由蒸氣分子的性質(zhì)偏離理想氣體分子的性質(zhì)引起的。此外在甲醇分子中有少量的分子締合，而在醋酸分子中有二聚分子(CH3COOH)2。7（1）沸水溫度高于CCl4的沸點(diǎn)（76.5），使CCl4迅速汽化并充滿燒瓶，CCl4蒸氣是100、常壓下的體積。 （2）將有部分CCl4蒸氣逸出，使瓶?jī)?nèi)含少量空氣，冷凝得到的CCl4質(zhì)量較小，pV/RT m/M，等號(hào)左邊為定值