第二章物質的狀態(tài)氣體液體溶液

第二章物質的狀態(tài)氣體液體溶液1第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三本章主要內容：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.蒸氣壓的計算三、固體與固體結構簡介第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三一、氣體1理想氣體1.1物質狀態(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，共41頁，2023年，2月20日，星期三1.2理想氣體狀態(tài)方程（經驗定律）

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，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：三個經驗定律波義耳(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，共41頁，2023年，2月20日，星期三1.3氣體狀態(tài)方程的運用

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的稀薄氣體（為什么？）PV=nRT第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三3）求分子量：M（摩爾質量）

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，共41頁，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。實驗測定在80oC，15.6kPa時，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：

（關鍵：求出摩爾質量，即可確定分子式。）

設氟化氙摩爾質量為M,密度為r(g·dm-3),質量為m(g),R應選用8.31(kPa·dm3·mol-1·K-1),則：第7頁，共41頁，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,對于XeFx，應有：

131+19x=169∴x=2

∴這種氟化氙的分子式為：XeF2

第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三先理解二個概念：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所占的體積。分壓(力)：指在恒溫下，某組分氣體單獨占有整個混合氣體體積時所呈現(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=(摩爾分數(shù))2混合氣體分壓定律

(1801年,Dalton)p19-20第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三

T、V一定時的情況：

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，共41頁，2023年，2月20日，星期三

T、P一定時的情況：

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，共41頁，2023年，2月20日，星期三一般來說，對于混合氣體中組分A：

∵分壓PA=P總·xA

分體積VA=V總·xA

∴VA/

V總=PA/P總

推而廣之，應有：

P總V分=P分V總=n分RT理想氣體A、B的混合第12頁，共41頁，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，共41頁，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，共41頁，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，共41頁，2023年，2月20日，星期三3氣體擴散定律

(1831，Graham)p21-22

u∝或：

氣體的擴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)物質的擴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：擴散定律:rrArBrBrAp22：例題第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三4實際氣體與VanderWaals方程

p22-25理想氣體：PV=nRT實際氣體:PV=

Z(nRT)Z

稱為壓縮系數(shù)Z=1為理想氣體考慮分子間作用力：Z<1（內聚力使P減小）考慮分子占有體積：Z>1（V增大）實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：沸點愈高與理想狀態(tài)偏差愈大第17頁，共41頁，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，共41頁，2023年，2月20日，星期三不同氣體的比較(1mol,300K)

Z=第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三氣體Z-P圖總結：常壓常溫下，沸點低的氣體，接近理想氣體起初增加壓力時，對于分子量較大的分子，分子間作用力增加占主導，使得Z<1增加較大壓力時，分子的占有體積占主導，使得Z>1第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三VanderWaals方程:

p25

實際氣體方程：

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的摩爾體積第21頁，共41頁，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、質量有關。第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三5氣體的液化

p25問題：1）是否所有氣體都可以液化？2）什么樣的條件下可以液化？冬天帶眼鏡進屋時，鏡片會變得模糊。

家庭用液化氣，主要成分是丙烷、丁烷，加壓后變成液體儲于高壓鋼瓶里，打開時減壓即氣化。

但有時鋼瓶還很重卻不能點燃。是因為C5H12或C6H14等高級烷烴室溫時不能氣化。溫度壓力Tc以下，均可第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三臨界現(xiàn)象?

課本p26Tb

（沸點）

<

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，共41頁，2023年，2月20日，星期三臨界常數(shù)：

p26每種氣體液化時,各有一個特定溫度叫臨界溫度Tc.在Tc以上,無論怎樣加大壓力,都不能使氣體液化.臨界溫度時,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量有關.第25頁，共41頁，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算術平均速率：u------計算運動距離；均方根速率：u1/2

------計算平均動能；氣體分子的能量分布：

p30圖7氣體分子運動論

p30-32理想氣體運動方程式：p32氣體分子的平均動能：p27-30自學第26頁，共41頁，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)，是吸熱過程：敞口容器分子的動能：紅色：大黑色：中藍色：低二、液體p33-38熱源第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三氣體分子的動能分布

與蒸發(fā)的關系分子的份數(shù)分子的動能蒸發(fā)所需分子的最低動能第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三1.1蒸發(fā):密閉容器，恒溫時：蒸發(fā)冷凝

“動態(tài)平衡”飽和蒸氣壓：氣體與其液相處于動態(tài)平衡的蒸氣壓力叫飽和蒸氣壓，簡稱蒸氣壓。飽和蒸氣壓的特點：1.溫度恒定時，為定值；2.氣液共存時，不受量的變化；3.不同的物質有不同的數(shù)值。p33-35第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三1.2沸騰：在液體的表面和內部同時氣化的現(xiàn)象叫沸騰。沸點與外界壓力有關。外界壓力等于101kPa(1atm)時的沸點為正常沸點，簡稱沸點。當溫度升高到蒸氣壓與外界氣壓相等時，液體就沸騰，這個溫度就是沸點。熱源p37P第30頁，共41頁，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；曲線左側為液相區(qū)；右側為氣相區(qū)。

蒸氣壓正常沸點p35溫度第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三實例：

水的沸點為100C，但在高山上，由于大氣壓降低，沸點較低，飯就難于煮熟。

而高壓鍋內氣壓可達到約10atm，水的沸點約在180C左右，飯就很容易煮爛。

“過熱”液體：溫度高于沸點的液體稱為過熱液體，易產生爆沸。

蒸餾時一定要加入沸石或攪拌，以引入小氣泡，產生氣化中心，避免爆沸。第32頁，共41頁，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：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，共41頁，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，共41頁，2023年，2月20日，星期三例5：在58°C將某氣體通過一盛水容器，在100kPa

下收集該氣體1.00dm3。問：1)溫度不變，將壓力降至50.0kPa時，氣體的體積是多少？2)溫度不變，將壓力增加到200kPa時，氣體的體積是多少？3)壓力不變，將溫度升高到100°C時，氣體的體積是多少？4)壓力不變，將溫度降至10°C時，氣體的體積是多少？解:?第35頁，共41頁，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)壓力增加會引起水蒸氣的凝聚，但該氣體的摩爾數(shù)沒有變化，可以用該氣體的分壓來計算總體積：P氣1V1=P氣2V2

=n氣RT.3)

n總不變，V1/T1=V2/T2=常數(shù).4)溫度降低也會引起水蒸氣的凝聚，但該氣體的摩爾數(shù)沒有變化，可以用該氣體的分壓來計算總體積：n氣R=P氣1V1/T1=P氣2V2/T2.例5：在58°C將某氣體通過一盛水容器，在100kPa

下收集該氣體1.00dm3。問：1)溫度不變，將壓力降至50.0kPa時，氣體的體積是多少？2)溫度不變，將壓力增加到200kPa時，氣體的體積是多少？3)壓力不變，將溫度升高到100°C時，氣體的體積是多少？4)壓力不變，將溫度降至10°C時，氣體的體積是多少？第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三解：P1V1=P2V2100×1.00=50.0V2

∴V2=

2.00

(dm3)2)58°C時，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，共41頁，2023年，2月20日，星期三3蒸氣壓的計算

p36蒸氣壓的對數(shù)與的直線關系（經驗公式）:lgp=A/T+BA=–(Hvap)/2.303RHvap為氣體的摩爾蒸發(fā)熱。×103/K-1第38頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三克勞修斯-克拉貝龍(Clausius-Clapeyron)