大連理工無機化學(xué)課件1

第一篇化學(xué)反應(yīng)原理A+BC??Time(h)Yield(%)第五章酸堿平衡第六章沉淀-溶解平衡第七章氧化還原反應(yīng)電化學(xué)基礎(chǔ)第二章反應(yīng)熱第三章反應(yīng)速率第四章反應(yīng)方向第一章pVT關(guān)系化學(xué)反應(yīng)原理

§1.1理想氣體狀態(tài)方程第一章氣體

§1.4真實氣體*§1.3氣體分子動理論

§1.2氣體混合物

1.1.1理想氣體狀態(tài)方程1.1.2理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用§1.1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：分子只有位置而不占體積，具有質(zhì)量的幾何點；分子間沒有相互作用力，分子間及分子與器壁碰撞時沒有動能損失。

理想氣體是一種模型，實際上不存在。

高溫、低壓下實際氣體與理想氣體接近。Boyle(波義爾)定律：當(dāng)n和T一定時，氣體的V與p成反比V1/p（1）Charles(查理)

-GayLussac(蓋呂薩克)定律：n和p一定時，V與T成正比

V

T（2）Avogadro(阿佛加德羅)定律：p與T一定時，V和n成正比

Vn（3）以上三個經(jīng)驗定律的表達式合并得VnT/p(4)實驗測得（4）的比例系數(shù)是R，于是得到

pV=nRT

(5)這就是理想氣體狀態(tài)方程式注意：R的取值，p、V、n、T單位之間的關(guān)系理想氣體狀態(tài)方程的推導(dǎo)pV=nRT

R----摩爾氣體常量在STP下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0mol時,Vm=22.414L=22.414×10-3m3R=8.314kPaLmol-1K-1理想氣體狀態(tài)方程：1.計算p，V，T，n中的任意物理量2.確定氣體的摩爾質(zhì)量M=Mrgmol-11.1.2理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用用于溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。pV=nRT==m/V3.確定氣體的密度P4例1-1例題1利用蒸氣密度法測定某易揮發(fā)液體的相對分子質(zhì)量。操作過程一般是先使一盛有該種液體的瓶子浸泡在溫度高于其沸點的其他液體中間接加熱，待液體完全蒸發(fā)后封住瓶子，取出瓶子并冷卻，稱量。再設(shè)法測量瓶子的容積，據(jù)此就可以求出該液體分子的摩爾質(zhì)量（近似值）。已知某次實驗數(shù)據(jù)如下，求出該液體分子的摩爾質(zhì)量。已知:室溫288.5K，水浴溫度373K；瓶子盛滿蒸氣質(zhì)量m1為23.720g；充滿空氣質(zhì)量m2為23.449g；盛滿水質(zhì)量m3為201.5g；大氣壓為1.012×105Pa

(1.0132×105Pa，273K時空氣的密度為1.293g/dm3)

msteam=m1–mbottle=m1-(m2-mair)mair,288,1.012=Vρair,288,1.012=Vρair,273,1.013(T273/T288)(p1.012/p1.013)

根據(jù)M=(ρ/p)RT，理想氣體在恒溫下ρ/p是常數(shù)，但實際氣體不是。例題2如：在273K時測得CH3F蒸氣在不同壓力下的ρ值及ρ/p值如下表：p/Paρ/(g·m-3)ρ/(p·10-2)1.013×1051.5454×1031.52556.753×1041.0241×1031.52123.375×1040.5091×1031.5084從表中數(shù)據(jù)可以看到，壓力越大ρ/p越大，不是常數(shù)。因為壓力越大，氣體分子間的相互作用力越大

，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ρ/p不是一個常數(shù)。下圖是273K時CH3F蒸氣的ρ/p~p圖，采用極限密度法，求CH3F摩爾質(zhì)量。

將直線外推至p=0，得

解：按相對原子質(zhì)量計算：M=12.011+3×1.0079+18.9984=34.033

1.2.1分壓定律§1.2氣體混合物*1.2.2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(chǎn)生的壓力，叫做組分氣體B的分壓。

1.2.1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

n=n1+n2+

道爾頓分壓定律:N2(3)

p1p2p3++＝

p（總壓力）VVVV混合氣體的總壓力等于各組分氣體分壓之和分壓：各組分氣體單獨占有整個體積時的壓強:H2(1)

:O2(2)

分壓的求解：xBB的摩爾分數(shù)

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)=0.700mol?；旌蠚怏w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+0.700molp(N2)=p-p(NH3)-p(O2)

=(133.0-35.5-20.0)kPa=77.5kPa分壓定律的應(yīng)用

例題：用金屬鋅與鹽酸反應(yīng)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(yīng)中消耗鋅的質(zhì)量。p氣體＋p水蒸氣氣體水Zn(s)+2HClZnCl2+H2(g)65.39g1molm(Zn)=?0.0964moln(H2)=m(Zn)==6.30g=0.0964mol解：T=(273+25)K=298K

p=98.70kPaV=2.50L298K時，p(H2O)=3.17kPaMr(Zn)=65.39分體積：

混合氣體中某一組分B的分體積VB是該組份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V=V1+V2

+pnRT=—稱為B的體積分數(shù)ppBBj=VVxppBBBBj===,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(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(shù)。解：以CH4的分體積、體積分數(shù)為例。解法一：思路，需先求出n(CH4)n(CH4)=x(CH4)·n總解法二：

作業(yè)P192P206、7*氣體擴散定律120HClNH3

NH4Clx例題：將NH3和HCl氣體同時從一根120cm長的玻璃管兩端分別向管內(nèi)自由擴散，兩氣體將在什么位置相遇而生成NH4Cl白煙。解：設(shè)兩氣體在距NH3端xcm處相遇，則距HCl端的距離為（120-x）cm。

1831年，英國Graham指出同溫度同壓下某種氣態(tài)物質(zhì)的擴散速度與其密度的平方根成反比。實際上，根據(jù)氣體分子運動論，同溫度下分子具有相同平均動能。

即：vi

(1/i)1/2或

vA/vB=(B/A)1/2，據(jù)：vHCl/vNH3=(MNH3/MHCl)1/2

即：（120-x）/x=(17/36.5)1/2x=71.3(cm)vA/vB=(MB/MA)1/2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(chǎn)生偏差的主要原因是：①氣體分子本身的體積的影響；②分子間作用力的影響。真實氣體與理想氣體的偏差§1.4真實氣體a,b稱為vanderwaals常量。(V-nb)=Videal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(nèi)壓力p′=a(n/V)2pideal=preal+a(n/V)2VanderWaals方程

表1-1某些氣體的Vande