化學(xué) 第二章 氣體

1、化學(xué) 第二章 氣體第1頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一低壓氣體的經(jīng)驗(yàn)定律：Boyle定律氣體基本特征： 可壓縮性和擴(kuò)散性Boyle定律在一定溫度下，一定質(zhì)量氣體的體積與壓力成反比 V 1/p 或 pV = 常數(shù)等溫線第2頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一Robert Boyle (16271691 )英國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家 英國(guó)皇家學(xué)會(huì) 會(huì)長(zhǎng)從事分子物理、光和電現(xiàn)象、流體力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)多方面的研究，成果累累。 1661年名著懷疑的化學(xué)家。 生理學(xué)：研究空氣對(duì)生物的作用，發(fā)現(xiàn)肺內(nèi)血液顏色和攝取空氣有關(guān)，發(fā)現(xiàn)毛細(xì)血管等。第3頁(yè)，共40頁(yè)，20

2、22年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一低壓氣體的經(jīng)驗(yàn)定律Charles and Gay-lussac定律絕對(duì)溫標(biāo)等壓線 0-273t/V/m3p1p2p3第4頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) Joseph Louis Gay-Lussac and Jean-Baptistse Biot in their balloon on 24 August 1804 (7000 meters)蓋 呂薩克創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)世界上乘氣球升空的最高記錄。兩次探測(cè)的空氣樣品證明，在高空領(lǐng)域，地磁強(qiáng)度恒定不變，空氣的成分也基本

3、相同，只有氧氣的含量隨著高度而減少。 第5頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一理想氣體狀態(tài)方程物理模型：分子之間沒(méi)有相互吸引和排斥，分子本身的體積相對(duì)于氣體所占有體積完全可以忽略。理想氣體：符合理想氣體狀態(tài)方程式的氣體。 pV = nRT ，limp0 pVm= RT理想氣體狀態(tài)方程應(yīng)用： 計(jì)算p，V，T，n 之一 氣體摩爾質(zhì)量 氣體密度第6頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一混合理想氣體組分氣體 理想氣體混合物中每一種氣體分壓 組分氣體 B 在相同溫度下占有與混合氣體相同體積時(shí)所產(chǎn)生的壓力Dalton分壓定律 混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體

4、分壓之和 p = p1 + p2 + ， 或 p = pB 第7頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一John Dalton (1766-1844)英國(guó)化學(xué)家創(chuàng)立原子學(xué)說(shuō)解釋化學(xué)的基本定律: 質(zhì)量守恒定律 定比定律 倍比定律 化合量定律第8頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一混合理想氣體Amagat分體積定律 混合氣體中某一組分B的分體積 VB 是該組份單獨(dú)存在并具有與混合氣體相同溫度和壓力時(shí)所占有的體積。第9頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一例 將高溫下 15.2 g 的 NO2 充入 10.0dm3 燒瓶，將此燒瓶冷卻到 2

5、5oC，測(cè)得燒瓶中氣體的總壓力為 50.65 kPa，試求算 NO2 和 N2O4 的分壓。第10頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一第11頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一例 某日白天的溫度 32 oC，氣壓為 98.37 kPa，空氣濕度為 80；晚間溫度為 20 oC，氣壓為99.30 kPa，求算晚間將從空氣中凝結(jié)出百分之幾的露水？（水的飽和蒸汽壓 32 oC時(shí)為 4.80 kPa， 20o C時(shí)為 2.33 kPa ）第12頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一氣體分子運(yùn)動(dòng)論基本假設(shè)和基本公式氣體由大量結(jié)構(gòu)完全相同的分

6、子組成，分子間距在低壓條件下遠(yuǎn)大于分子本身，分子體積忽略不計(jì)；氣體分子總是向各方向混亂而快速地運(yùn)動(dòng)。氣體壓力是氣體分子與容器壁不斷碰撞的結(jié)果，為完全彈性碰撞；氣體分子之間不斷碰撞，也是完全彈性碰撞。u2 ux2 uy2 uz2P分子碰撞后動(dòng)量碰撞前動(dòng)量 m(-ux)- mux2 mux第13頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一第14頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一1，氣體分子運(yùn)動(dòng)論中的基本公式壓力公式?！熬剿俣取睘榉肿铀俣绕椒降钠骄?。2，p公式說(shuō)明氣體的壓力是大量分子對(duì)器壁無(wú)規(guī)則混亂碰撞所產(chǎn)生的平均結(jié)果。第15頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月2

7、0日，22點(diǎn)15分，星期一氣體分子的平均平動(dòng)能只與溫度有關(guān)，而與m或等無(wú)關(guān)。平動(dòng)能越大，溫度越高。第16頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一均方根速度：溫度越高，氣體 M 越小，ur 越大第17頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一N2速度分布 N2分子的麥克斯韋速度分布圖f(u)105/sm-12001501005000100020003000273K1273K2273Ku/ms-1第18頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一麥克斯韋玻爾茲曼速度分布公式第19頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一最可幾速度第2

8、0頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一平均速度第21頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一均方根速度最可幾速度、平均速度、均方根速度第22頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一三種速率的比較三種速率統(tǒng)計(jì)值有不同的應(yīng)用：在討論速率分布時(shí)，要用到最可幾速率；在計(jì)算分子運(yùn)動(dòng)的平均距離時(shí)，要用到平均速率；在計(jì)算分子的平均平動(dòng)動(dòng)能時(shí)，要用到方均根速率。第23頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一氣體分子的能量分布T2T1T1T2f(ET)Er第24頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一氣體運(yùn)動(dòng)論的若干應(yīng)

9、用氣體與器壁的碰撞隙流當(dāng)器壁上有破裂的地方如有圓形的小孔，則容器內(nèi)的氣體凡碰到小孔處，該氣體就會(huì)泄漏出來(lái)的現(xiàn)象分子的隙流面第25頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一氣體運(yùn)動(dòng)論的若干應(yīng)用 格雷厄姆(Graham)定律：隙流速度與分子的摩爾質(zhì)量的平方根成反比富集因子第26頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一例 將鈾形成UF6用氣體擴(kuò)散法分離同位素235U和238U，求算要用多少步的擴(kuò)散方能將235U從0.7%富集到7.0%？解：第27頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一235U由0.7%富集到7.0%需要擴(kuò)散多少步。一步擴(kuò)散后：n步

10、擴(kuò)散后：n=552第28頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一氣體運(yùn)動(dòng)論的若干應(yīng)用分子間的相互碰撞頻率 兩個(gè)分子的一次碰撞過(guò)程第29頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一 運(yùn)動(dòng)著的A分子和B分子，兩者質(zhì)心的投影落在直徑為 的圓截面之內(nèi)，都有可能發(fā)生碰撞。 稱為有效碰撞直徑，數(shù)值上等于A分子和B分子的半徑之和。AB分子間的碰撞和有效直徑 虛線圓的面積稱為碰撞截面(collision cross section),數(shù)值上等于 。第30頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一 媽媽新開(kāi)了個(gè)淘寶店，歡迎前來(lái)捧場(chǎng) 媽媽的淘寶點(diǎn)開(kāi)了快半年了，主要賣

11、的是毛絨玩具、坐墊、抱枕之類的，但生意一直不是很好，感覺(jué)媽媽還是很用心的，花了不少功夫，但是就是沒(méi)有人氣，所以我也來(lái)出自己的一份力，幫忙宣傳一下。 并且媽媽總是去五亭龍?zhí)糇詈玫耐婢哒?、發(fā)貨，質(zhì)量絕對(duì)有保證。 另外我家就在揚(yáng)州五亭龍玩具城旁邊，貨源豐富，質(zhì)量可靠，價(jià)格便宜。 歡迎大家來(lái)逛逛【揚(yáng)州五亭龍玩具總動(dòng)員】個(gè)人小廣告：第31頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一A與B分子互碰頻率 將A和B分子看作硬球，根據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)論，它們以一定角度相碰。互碰頻率：相對(duì)速度：第32頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一例 將1.0g O2和1.0g H2于300

12、K時(shí)在1dm3體積中混合，試求算每秒每單位體積內(nèi)H2與O2的碰撞頻率。已知dO2=0.292nm，dH2=0.234nm。解：第33頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一第34頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一實(shí)際氣體的狀態(tài)方程范德華(Van der Waals)方程理想氣體狀態(tài)方程式僅在足夠低的壓力下適合于真實(shí)氣體。產(chǎn)生偏差的主要原因是：氣體分子本身體積；分子間力。第35頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一對(duì)理想氣體狀態(tài)方程的修正考慮分子本身占有體積：考慮分子間引力：范德華實(shí)際氣體狀態(tài)方程:成功：對(duì)理想氣體模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單而且物理意義明確的修正，解釋了偏差的原因。不足：與大部分實(shí)際氣體狀態(tài)方程誤差較大。第36頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一某些氣體的Van der Waals 常量第37頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)15分，星期一例 按理想氣體狀態(tài)方程式和van der waals方程式計(jì)算1.50 mol SO2在30oC占有20.0 L體積時(shí)的壓力，并比較兩者的相對(duì)誤差。如果體積減少為2.00 L，其相對(duì)誤差又如何？解：T =303K，V=20.0L