無機與分析化學第一篇化學反應原理第一章氣體

1、 1.1 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程第一章第一章 氣氣 體體 1.4 真實氣體真實氣體*1.3 氣體分子動理論氣體分子動理論( (無內容無內容) ) 1.2 氣體混合物氣體混合物 第一篇第一篇 化學反應原理化學反應原理1.1.1 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程1.1.2 理想氣體狀態(tài)方程的應用理想氣體狀態(tài)方程的應用1.1 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程氣體的最基本特征： 具有可壓縮性和擴散性。 人們將符合理想氣體狀態(tài)方程的氣體，稱為理想氣體。 理想氣體分子之間沒有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對于氣體所占有體積完全可以忽略。1.1.1 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程pv = nr

2、t r摩爾氣體常數在stp下，p =101.325 kpa, t=273.15 kn=1.0 mol時, vm=22.414l=22.41410-3 m3ntpvr r=8.314 kpalk-1mol-1理想氣體狀態(tài)方程：11kmolj 314. 8k 15.273mol 1.0m 1022.414pa 101325331. 計算p，v，t，n中的任意物理量2. 確定氣體的摩爾質量mmnm = mr gmol-11.1.2 理想氣體狀態(tài)方程的應用理想氣體狀態(tài)方程的應用pvmrtm rtmmpv nrtpv 用于溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。pv = nrt =rtpmpvmrtm = m

3、 / vprtm3. 確定的氣體密度 1.2.1 分壓定律分壓定律1.2 氣體混合物氣體混合物*1.2.2 分體積定律分體積定律組分氣體： 理想氣體混合物中每一種氣體叫做組分氣體。分壓： 組分氣體b在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時所產生的壓力，叫做組分氣體b的分壓。vrtnpbb 1.2.1 分壓定律分壓定律分壓定律： 混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體分壓之和。 p = p1 + p2 + 或 p = pb vnrtp ,2211vrtnpvrtnpvrtnnvrtnvrtnp2121 n =n1+ n2+ 分壓的求解：x b b的摩爾分數vrtnpbbbbbxnnppvnrtp p

4、xpnnpbbb 例題：某容器中含有nh3、o2 、n2等氣體 的 混 合 物 。 取 樣 分 析 后 ， 其 中n(nh3)=0.320mol，n(o2)=0.180mol，n ( n2) = 0 . 7 0 0 m o l 。 混 合 氣 體 的 總 壓p=133.0kpa。試計算各組分氣體的分壓。解：n= n(nh3)+n(o2)+n(n2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mol35.5kpakpa0 .133200. 1320. 0pnnp33nh)nh(p(n2) = p p(nh3)p(o2) = (133.035.520.0) kpa = 77.

5、5 kpapnnp)o()o(220.180133.0kpa20.0kpa1.200分壓定律的應用 例題：用金屬鋅與鹽酸反應制取氫氣。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，水的飽和蒸氣壓為3.17kpa），體積為2.50l。計算反應中消耗鋅的質量。解： t =(273+25)k = 298k p=98.70kpa v=2.50l298k時，p(h2o)=3.17kpa mr (zn)=65.39zn(s) + 2hcl zncl2 + h2(g)65.39g 1molm(zn)=? 0.0964mol -1-1(98.703.17)kpa2.50l8.31

6、4j kmol298kn(h2) =65.39g0.0964mol1molm(zn) =6.30g=0.0964mol分體積： 混合氣體中某一組分b的分體積vb是該組分單獨存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時所占有的體積。*1.2.2 分體積定律分體積定律prtnvbbv = v1 + v2 + prtnvbbbbvv或pnrtprtnprtnv21bbbnnvv稱為b的體積分數ppbbvvxppbbbb,prtnn21 例題：天然氣是多組分的混合物，其組成為：ch4,c2h6,c3h8和c4h10。若該混合氣體的溫度為25?？倝毫?50.0kpa，n總=100.0mol。n(ch4):n(

7、c2h6):n(c3h8):n(c4h10)=47.0:2.0:0.80:0.20。計算各組分的分體積和體積分數。解：以ch4的分體積、體積分數為例。解法一：思路，44(ch )(ch )nrtvp總，需先求出n(ch4)n(ch4) = x(ch4)n總47.0100mol=94.0mol47.0+2.0+0.80+0.20-1-1494.0mol 8.314kpa l kmol298k(ch )150.0kpav3=1.55 10 l4447.0(ch )(ch )=0.9447.0+2.0+0.80+0.20 x解法二： n rtvp總總總-1-1100.0mol 8.314kpa l

8、kmol298k150.0kpa3=1.65 10 l3443(ch )1.55 10 l(ch )=0.941.65 10 lvv總 理想氣體狀態(tài)方程僅在足夠低的壓力下適合于真實氣體。 產生偏差的主要原因是：氣體分子本身的體積的影響；分子間力的影響。真實氣體與理想氣體的偏差1.4 真實氣體真實氣體nrtnbvvnap)(22a,b稱為van der waals常量。(v-nb)=v理想等于氣體分子運動的自由空間，b為1mol氣體分子自身體積的影響。 分子間吸引力正比于(n/v)2 內壓力 p=a(n/v)2 p理想=p實際+a(n/v)2van der waals 方程 表1-1 某些氣體的

9、van der waals 常量 a/(10-1 pam6mol-2) b/(10-4 m3mol-1)氣體例題：分別按理想氣體狀態(tài)方程和van der waals方程計算1.50mol so2在30有20.0l體積時的壓力，并比較兩者的相對誤差。如果體積減少至2.00l，其相對誤差又如何？vnrtp 1解：已知：t =303k，v=20.0l，n=1.50mol， a=0.6803pa m6 mol-2， b=0.563610-4m3 mol-1189kpa20.0l303kmolk8.314j1.50mol11222vannbvnrtp%61. 1%100186186189221ppp186kpa3.8kpa189.7kpa232111(20.0l)lkpa10