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文檔簡(jiǎn)介
第二章物質(zhì)的狀態(tài)氣體液體溶液1第1頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三本章主要內(nèi)容:一、氣體1.理想氣體狀態(tài)方程2.混合氣體分壓定律3.實(shí)際氣體和VanderWaals方程二、液體1.氣體的液化2.液體的氣化:蒸發(fā)、沸騰3.蒸氣壓的計(jì)算三、固體與固體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介第2頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三一、氣體1理想氣體1.1物質(zhì)狀態(tài):固體
液體
氣體
分子間作用力減弱
密度降低(分子本身所占體積的比例不同)等離子體(Plasma)p16-17如何建立氣體模型?第3頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三1.2理想氣體狀態(tài)方程(經(jīng)驗(yàn)定律)
p17-18理想氣體假定:
氣體分子不占有體積(忽略尺寸)氣體分子間作用力忽略不計(jì),則:
PV=nRT
(理想氣體狀態(tài)方程)
其中,R為氣體常數(shù)。幾種變化情況:三個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律波義耳(Boyle)定律:PV=衡量(T,n恒定)查理-蓋?呂薩克(Charles-Gay·Lussac)定律:
V/T=衡量(P,n恒定)阿伏加德羅(Avogadro)定律:V/n=衡量
(T,P恒定)第4頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三1.3氣體狀態(tài)方程的運(yùn)用
p18-191)R的取值:隨壓力單位的變化而不同
P:kPaV:dm3R=8.31
kPa·dm3·mol-1·K-1P:PaV:m3R=8.314J·mol-1·K-1P:atmV:dm3R=0.0821
atm·dm3·mol-1·K-1
2)PV=nRT
適用于:溫度較高或壓力較低時(shí)的稀薄氣體(為什么?)PV=nRT第5頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三3)求分子量:M(摩爾質(zhì)量)
PV=nRT
PV=(m/M)RT(∵n=m/M)∴M=(mRT)/(PV)4)求密度:r
r=(PM)/(RT)(∵
r=m/V)能否以此解釋熱氣球原理?第6頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三例1:惰性氣體氙能和氟形成多種氟化物XeFx。實(shí)驗(yàn)測(cè)定在80oC,15.6kPa時(shí),某氣態(tài)氟化氙試樣的密度為0.899g·dm-3,試確定這種氟化氙的分子式。解:
(關(guān)鍵:求出摩爾質(zhì)量,即可確定分子式。)
設(shè)氟化氙摩爾質(zhì)量為M,密度為r(g·dm-3),質(zhì)量為m(g),R應(yīng)選用8.31(kPa·dm3·mol-1·K-1),則:第7頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三
∵PV=nRT=(m/M)RT
∴
M
=(m/V)(RT/P)=r(RT/P)=(0.899×8.31×353)/15.6=169(g?mol-1)已知原子量Xe:131,F:19,對(duì)于XeFx,應(yīng)有:
131+19x=169∴x=2
∴這種氟化氙的分子式為:XeF2
第8頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三先理解二個(gè)概念:分體積:指在恒溫下,某組分氣體具有和混合氣體相同壓力時(shí)所占的體積。分壓(力):指在恒溫下,某組分氣體單獨(dú)占有整個(gè)混合氣體體積時(shí)所呈現(xiàn)的
壓力。
分壓定律:
P總=∑Pi=P1+P2+P3+…+Pi
由PV=nRT可得:Pi=P總·
xi
xi=(摩爾分?jǐn)?shù))2混合氣體分壓定律
(1801年,Dalton)p19-20第9頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三
T、V一定時(shí)的情況:
氣體A:PA=nA(RT/V)
氣體B:PB=nB(RT/V)
P總=PA+PB=(nA+nB)(RT/V)∵PA/P總=nA/(nA+nB)=nA/n總∴PA
=P總·
xAT,VnAPAnBPB理想氣體A、B的混合P總=PA+PB混合前混合后T,VnA
nBT,VPA:分壓第10頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三
T、P一定時(shí)的情況:
氣體A:VA=nA(RT/P)
氣體B:VB=nB(RT/P)
V總=VA+VB=(nA+nB)(RT/P)∵VA/V總=nA/(nA+nB)=nA/n總
∴VA=V總·xA
T,PVAVBnA混合前混合后V總
nBT,PTTT,P理想氣體A、B的混合VA:分體積第11頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三一般來(lái)說(shuō),對(duì)于混合氣體中組分A:
∵分壓PA=P總·xA
分體積VA=V總·xA
∴VA/
V總=PA/P總
推而廣之,應(yīng)有:
P總V分=P分V總=n分RT理想氣體A、B的混合第12頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三例2:
A、B兩種氣體在一定溫度下,在一容器中混合,混合后下面表達(dá)式是否正確?PAVA=nARTPV
=nARTPVA=nARTPAV
=nARTPA(VA+VB)=nART(PA+PB)VA=nART否否是是是是是?否?第13頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三例3:
室溫下,將1.0atm、10dm3的H2與1.0atm、20dm3的N2在40dm3容器中混合。
求:H2、N2的分壓、分體積、摩爾比。解:?第14頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三
例3解:
1)求分壓:
T一定,n不變(混合前后)P1V1=P2V2
1.0×10=×40=0.25(atm)
1.0×20=×40=0.5(atm)
2)求分體積:VA=V總(PA/P總)
=×=40×=13(dm3)=×=40×0.5/0.75=27(dm3)3)求摩爾比:
==0.25/0.5=0.5第15頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三3氣體擴(kuò)散定律
(1831,Graham)p21-22
u∝或:
氣體的擴(kuò)散速度與其分子量的平方根成反比。
同溫同壓下,某種氣態(tài)物質(zhì)的擴(kuò)散速度與其密度的平方根成反比:而同溫同壓下,氣體的密度與分子量成正比,所以:擴(kuò)散定律:rrArBrBrAp22:例題第16頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三4實(shí)際氣體與VanderWaals方程
p22-25理想氣體:PV=nRT實(shí)際氣體:PV=
Z(nRT)Z
稱(chēng)為壓縮系數(shù)Z=1為理想氣體考慮分子間作用力:Z<1(內(nèi)聚力使P減小)考慮分子占有體積:Z>1(V增大)實(shí)際氣體偏離理想氣體的程度,取決于:
1.溫度:T增加,趨向于理想氣體2.壓力:P減小,趨向于理想氣體3.氣體的性質(zhì):沸點(diǎn)愈高與理想狀態(tài)偏差愈大第17頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三壓力P愈小,溫度T愈高,
愈接近理想氣體
1molN2氣Z=第18頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三不同氣體的比較(1mol,300K)
Z=第19頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三氣體Z-P圖總結(jié):常壓常溫下,沸點(diǎn)低的氣體,接近理想氣體起初增加壓力時(shí),對(duì)于分子量較大的分子,分子間作用力增加占主導(dǎo),使得Z<1增加較大壓力時(shí),分子的占有體積占主導(dǎo),使得Z>1第20頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三VanderWaals方程:
p25
實(shí)際氣體方程:
PV=
Z(nRT)VanderWaals方程:(P+an2/V2)(V–nb)=nRT其中,a、b為范德華常數(shù)a用于校正壓力,是與分子間作用力有關(guān)的常數(shù),分子間作用力與氣體濃度的平方成正比b約等于氣體凝聚為液體時(shí)的摩爾體積第21頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三VanDerwaalsa和b,與其分子間作用力及分子的體積、質(zhì)量有關(guān)。第22頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三5氣體的液化
p25問(wèn)題:1)是否所有氣體都可以液化?2)什么樣的條件下可以液化?冬天帶眼鏡進(jìn)屋時(shí),鏡片會(huì)變得模糊。
家庭用液化氣,主要成分是丙烷、丁烷,加壓后變成液體儲(chǔ)于高壓鋼瓶里,打開(kāi)時(shí)減壓即氣化。
但有時(shí)鋼瓶還很重卻不能點(diǎn)燃。是因?yàn)镃5H12或C6H14等高級(jí)烷烴室溫時(shí)不能氣化。溫度壓力Tc以下,均可第23頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三臨界現(xiàn)象?
課本p26Tb
(沸點(diǎn))
<
室溫Tc
<
室溫,室溫下加壓不能液化Tb<
室溫,Tc>
室溫,室溫下加壓可液化Tb>
室溫Tc
>
室溫,在常溫常壓下為液體第24頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三臨界常數(shù):
p26每種氣體液化時(shí),各有一個(gè)特定溫度叫臨界溫度Tc.在Tc以上,無(wú)論怎樣加大壓力,都不能使氣體液化.臨界溫度時(shí),使氣體液化所需的最低壓力叫臨界壓力Pc.在Tc和Pc條件下,1mol氣體所占的體積叫臨界體積Vc.
Tc、Pc、Vc均與分子間作用力及分子質(zhì)量有關(guān).第25頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三6氣體分子的速率分布和能量分布最幾速率:up
------幾率最大;p29算術(shù)平均速率:u------計(jì)算運(yùn)動(dòng)距離;均方根速率:u1/2
------計(jì)算平均動(dòng)能;氣體分子的能量分布:
p30圖7氣體分子運(yùn)動(dòng)論
p30-32理想氣體運(yùn)動(dòng)方程式:p32氣體分子的平均動(dòng)能:p27-30自學(xué)第26頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三1液體的氣化:蒸發(fā)與沸騰液體表面的氣化現(xiàn)象叫蒸發(fā)
(evaporation),是吸熱過(guò)程:敞口容器分子的動(dòng)能:紅色:大黑色:中藍(lán)色:低二、液體p33-38熱源第27頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三氣體分子的動(dòng)能分布
與蒸發(fā)的關(guān)系分子的份數(shù)分子的動(dòng)能蒸發(fā)所需分子的最低動(dòng)能第28頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三1.1蒸發(fā):密閉容器,恒溫時(shí):蒸發(fā)冷凝
“動(dòng)態(tài)平衡”飽和蒸氣壓:氣體與其液相處于動(dòng)態(tài)平衡的蒸氣壓力叫飽和蒸氣壓,簡(jiǎn)稱(chēng)蒸氣壓。飽和蒸氣壓的特點(diǎn):1.溫度恒定時(shí),為定值;2.氣液共存時(shí),不受量的變化;3.不同的物質(zhì)有不同的數(shù)值。p33-35第29頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三1.2沸騰:在液體的表面和內(nèi)部同時(shí)氣化的現(xiàn)象叫沸騰。沸點(diǎn)與外界壓力有關(guān)。外界壓力等于101kPa(1atm)時(shí)的沸點(diǎn)為正常沸點(diǎn),簡(jiǎn)稱(chēng)沸點(diǎn)。當(dāng)溫度升高到蒸氣壓與外界氣壓相等時(shí),液體就沸騰,這個(gè)溫度就是沸點(diǎn)。熱源p37P第30頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三2
蒸氣壓曲線:曲線為氣液共存平衡線;曲線左側(cè)為液相區(qū);右側(cè)為氣相區(qū)。
蒸氣壓正常沸點(diǎn)p35溫度第31頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三實(shí)例:
水的沸點(diǎn)為100C,但在高山上,由于大氣壓降低,沸點(diǎn)較低,飯就難于煮熟。
而高壓鍋內(nèi)氣壓可達(dá)到約10atm,水的沸點(diǎn)約在180C左右,飯就很容易煮爛。
“過(guò)熱”液體:溫度高于沸點(diǎn)的液體稱(chēng)為過(guò)熱液體,易產(chǎn)生爆沸。
蒸餾時(shí)一定要加入沸石或攪拌,以引入小氣泡,產(chǎn)生氣化中心,避免爆沸。第32頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三例4:在20°C、99kPa下,用排水取氣法收集1.5dm3的O2,問(wèn):需多少克KClO3分解?
2KClO3=2KCl+3O2(查得:水在20°C的蒸氣壓為2.34kPa)解:?第33頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三2KClO3=2KCl+3O2
2/31
=RT
=99–2.34=96.7(kPa)
===0.060(mol)
=2/3需KClO3
=2/3×=2/3×0.060×122.5=4.9(克)例4解:
第34頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三例5:在58°C將某氣體通過(guò)一盛水容器,在100kPa
下收集該氣體1.00dm3。問(wèn):1)溫度不變,將壓力降至50.0kPa時(shí),氣體的體積是多少?2)溫度不變,將壓力增加到200kPa時(shí),氣體的體積是多少?3)壓力不變,將溫度升高到100°C時(shí),氣體的體積是多少?4)壓力不變,將溫度降至10°C時(shí),氣體的體積是多少?解:?第35頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三解題思路:1)是求氣體與水蒸氣的混合氣體的總體積,n總不變,P1V1=P2V2.2)壓力增加會(huì)引起水蒸氣的凝聚,但該氣體的摩爾數(shù)沒(méi)有變化,可以用該氣體的分壓來(lái)計(jì)算總體積:P氣1V1=P氣2V2
=n氣RT.3)
n總不變,V1/T1=V2/T2=常數(shù).4)溫度降低也會(huì)引起水蒸氣的凝聚,但該氣體的摩爾數(shù)沒(méi)有變化,可以用該氣體的分壓來(lái)計(jì)算總體積:n氣R=P氣1V1/T1=P氣2V2/T2.例5:在58°C將某氣體通過(guò)一盛水容器,在100kPa
下收集該氣體1.00dm3。問(wèn):1)溫度不變,將壓力降至50.0kPa時(shí),氣體的體積是多少?2)溫度不變,將壓力增加到200kPa時(shí),氣體的體積是多少?3)壓力不變,將溫度升高到100°C時(shí),氣體的體積是多少?4)壓力不變,將溫度降至10°C時(shí),氣體的體積是多少?第36頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三解:P1V1=P2V2100×1.00=50.0V2
∴V2=
2.00
(dm3)2)58°C時(shí),P水=18.1kPa,P氣體=(100-18.1)kPa
V2
=(P氣1×V1)/P氣2=((100-18.1)
×1.00)/(200-18.1)=
0.450
(dm3)V1/T1=V2/T21.00/(273+58)=V2/(273+100)∴V2=
1.13
(dm3)4)
P1V1/T1=P2V2/T210°C時(shí)P水=1.23kPa,P氣體=(100-1.23)kPa((100-18.1)×1.00)/(273+58)=(100-1.23)V2/(273+10)∴V2=
0.709
(dm3)第37頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三3蒸氣壓的計(jì)算
p36蒸氣壓的對(duì)數(shù)與的直線關(guān)系(經(jīng)驗(yàn)公式):lgp=A/T+BA=–(Hvap)/2.303RHvap為氣體的摩爾蒸發(fā)熱?!?03/K-1第38頁(yè),共41頁(yè),2023年,2月20日,星期三克勞修斯-克拉貝龍(Clausius-Clapeyron)
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