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文檔簡介

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。氣體相對分子質(zhì)量測定原理。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,具有兩個明顯特點:1擴散性當(dāng)把一定量的氣體充入真空容器時,它會迅速充滿整個容器空間,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)對氣體加壓時,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)然它在實際中是不存在的。實際氣體分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,此時的實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國際單位制Pam3molK8.314或kPadm3molK8.314(1-1)式也可以變換成下列形式: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)式同時應(yīng)用于兩種不同的氣體時,又可以得出一些特殊的應(yīng)用。如將(1-1)式n=,在等溫、等壓、等容時應(yīng)用于各種氣體,則可以說明阿佛加德羅定律。因為物質(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為第一種氣體對第二種氣體的相對密度,則有:D = 或 M1 = DM2 (1-7)已知M = 2gmol,= 29gmol 則 M1 = 2 D 或 M1 = 29D(D為某氣體相對H2的密度,D為某氣體相對空氣的密度)2氣體分壓定律和分體積定律(1)氣體分壓定律當(dāng)研究對象不是純氣體,而是多組分的混合氣體時,由于氣體具有均勻擴散而占有容器全部空間的特點,無論是對混合氣,還是混合氣中的每一組分,均可按照理想氣體狀態(tài)方程式進行計算。當(dāng)一個體積為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= nA + 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,就是該組分單獨占據(jù)總體積時所產(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 = (1-13)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、氣體相對分子質(zhì)量測定原理1氣體相對分子質(zhì)量測定由(1-3)式:=,可以變換成以下形式:M = (1-18)可見,在一定溫度和壓強下,只要測出某氣體的密度,就可以確定它的相對分子質(zhì)量。2氣體精確相對分子質(zhì)量測定根據(jù)M = RT,理想氣體在恒溫下的/p值應(yīng)該是一個常數(shù),但實際情況不是這樣。如:在273 K時測得CH3F蒸氣在不同壓力下的值及/p值如下表:p/Pa/(gm-3)/(p10-2)1.0131051.54541031.52556.7531051.02411031.52123.3751040.50911031.5084從表中數(shù)據(jù)可以看到,壓力越大,/p越大,不是常數(shù)。因為壓力越大,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,所以對于實際氣體/p不是一個常數(shù)。以/p對作圖(圖1-1)如果將直線內(nèi)推到p = 0時,則CH3F這一實際氣體已接近理想氣體,所以從圖上所得的(/p) = 1.5010-2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的精確相對分子質(zhì)量。這種求氣體相對分子質(zhì)量的方法,叫極限密度法。 M = ()RT = 1.5010-2gdm-3k Pa-18.314 k Padm3mol-1K-1273K = 34.05 gmol-1故CH3F的相對分子質(zhì)量為34.05。按相對原子質(zhì)量計算:M = 12.011 + 31.0079 + 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壓強為9.09105 Pa的氮氣,B容器中裝有體積為12.0 L,壓強為3.03105 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,在溫度不變時計算氮氣、氧氣的分壓。2相對濕度的定義為:在某一溫度時,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。試計算:(1)303 K,相對濕度為100 % 時1 L空氣中含水汽之質(zhì)量;(2)323 K,相對濕度為80 % 時1 L空氣中含水汽之質(zhì)量。(已知:水的飽和蒸氣壓:303 K-4239.6 Pa,323K-12332.3 Pa)3在273K和1.01105 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時的飽和蒸氣壓。4在273K時,O2在不同壓強下的p值如下表:p/105Pa1.00000.75000.50000.2500p/105Padm3mol-122.392922.39792.403422.4088用作圖外推法(將p對p作圖)求在標(biāo)準(zhǔn)狀況時O2的摩爾體積。5溫度為0時,三甲胺的密度是壓力的函數(shù),有人測得了如下數(shù)據(jù):patm0.20.40.60.8dgL10.533 61.0791.636 32.205 4試根據(jù)以上數(shù)據(jù),計算三甲胺的分子量。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)如何解釋相對質(zhì)量的理論值與所得計算值之間的偏差?對此給出定性的并盡可能定量的解釋。7測定相對分子質(zhì)量的一個實驗步驟為(其裝置如右圖所示):取一干燥的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。往燒瓶內(nèi)加入大約2mL四氯化碳(沸點為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。倒出瓶內(nèi)的液態(tài)四氯化碳,充滿水,量體積(室溫時水的密度大約1g/cm3)。按理想氣體公式pVmRT/M求四氯化碳的相對分子質(zhì)量(M)。式中p為壓強(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/Kmol,T為絕對溫度。請考慮并回答以下幾個問題:(1)把燒杯放入沸水中,為什么要保持沸騰?(2)如果在鋁箔上開的孔較大,又在瓶內(nèi)液態(tài)四氯化碳揮發(fā)完后過了一段時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驗數(shù)據(jù)求四氯化碳的相對分子質(zhì)量將偏大還是偏小?(3)用水充滿燒瓶再量其體積,實驗前忘了倒出原先在瓶內(nèi)的液態(tài)四氯化碳,是否會對實驗結(jié)果造成影響?(4)把燒瓶放入沸水,要盡可能沒入。事實上用這個裝置求相對分子質(zhì)量時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),這是否會對實驗結(jié)果造成影響?參考答案:1p= 9.09105 Pa = 3.03105 Pa p= 3.03105 Pa = 2.02105 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 g31.63103 Pa4將P對p作圖得直線,直線外延到p0,時,求得p為22.41Padm3mol-1理想氣體的p不隨壓強變化,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(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,使瓶內(nèi)含少量空氣,冷凝得到的CCl4質(zhì)量較小,pV/RT m/M,等號左邊為定值,等號右邊質(zhì)量小了,CC

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