高中物理 8.3 理想氣體的狀態(tài)方程1 新人教選修3-3

第八章

氣體8.3理想氣體的狀態(tài)方程1.了解理想氣體的模型，并知道實(shí)際氣體看成理想氣

體的條件.2.掌握理想氣體狀態(tài)方程，知道理想氣體狀態(tài)方程的

推導(dǎo)過程.3.能利用理想氣體狀態(tài)方程分析解決實(shí)際問題．學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)探究區(qū)一、理想氣體二、理想氣體的狀態(tài)方程一、理想氣體玻意耳定律、查理定律、蓋—呂薩克定律等氣體實(shí)驗(yàn)定律都是在壓強(qiáng)不太大(相對大氣壓強(qiáng))、溫度不太低(相對室溫)的條件下總結(jié)出來的．那么當(dāng)壓強(qiáng)很大、溫度很低時，氣體還遵守該實(shí)驗(yàn)定律嗎？問題設(shè)計一、理想氣體答案

在高壓、低溫狀態(tài)下，氣體狀態(tài)發(fā)生改變時，將不會嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律了．因?yàn)樵诟邏?、低溫狀態(tài)下，氣體的狀態(tài)可能已接近或達(dá)到液態(tài)，故氣體實(shí)驗(yàn)定律將不再適用．一、理想氣體要點(diǎn)提煉1．理想氣體是一種

模型，是對實(shí)際氣體的科學(xué)抽象．2．理想氣體分子除碰撞外，無相互作用的引力和斥力，故無

的變化，一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能的變化只與

有關(guān)．理想化分子勢能溫度一、理想氣體3．實(shí)際氣體，特別是那些不容易液化的氣體，如氫氣、氧氣、氮?dú)狻⒑獾?，在壓?qiáng)

(不超過大氣壓強(qiáng)的幾倍)、溫度

(不低于零下幾十?dāng)z氏度)時，才可以近似地視為理想氣體．不太低不太大二、理想氣體的狀態(tài)方程如圖1所示，一定質(zhì)量的某種理想氣體從狀態(tài)A到B經(jīng)歷了一個等溫過程，又從狀態(tài)B到C經(jīng)歷了一個等容過程，請推導(dǎo)狀態(tài)A的三個參量pA、VA、TA和狀態(tài)C的三個參量pC、VC、TC之間的關(guān)系．問題設(shè)計圖1二、理想氣體的狀態(tài)方程答案

從A→B為等溫變化過程，根據(jù)玻意耳定律可得pAVA＝pBVB ①從B→C為等容變化過程，根據(jù)由題意可知：TA＝TB ③VB＝VC ④二、理想氣體的狀態(tài)方程1．理想氣體的狀態(tài)方程一定質(zhì)量的某種理想氣體，由初狀態(tài)(p1、V1、T1)變化到末狀態(tài)(p2、V2、T2)時，各量滿足：要點(diǎn)提煉二、理想氣體的狀態(tài)方程2．氣體的三個實(shí)驗(yàn)定律是理想氣體狀態(tài)方程的特例(1)當(dāng)T1＝T2時

(玻意耳定律)p1V1＝p2V2二、理想氣體的狀態(tài)方程3．應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程解題的一般思路(1)確定研究對象(某一部分氣體)，明確氣體所處系統(tǒng)的力學(xué)狀態(tài)(是否具有加速度)．(2)弄清氣體狀態(tài)的變化過程．(3)確定氣體的初、末狀態(tài)及其狀態(tài)參量，并注意單位的統(tǒng)一．(4)根據(jù)題意，選用適當(dāng)?shù)臍怏w狀態(tài)方程求解．(5)分析討論所得結(jié)果的合理性及其物理意義．【例1】一定質(zhì)量的理想氣體，處于某一狀態(tài)，經(jīng)過下列哪個過程后可能會回到原來的溫度(

)A．先保持壓強(qiáng)不變而使它的體積膨脹，接著保持體積不變

而減小壓強(qiáng)B．先保持壓強(qiáng)不變而使它的體積減小，接著保持體積不變而

減小壓強(qiáng)一、理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用典例精析C．先保持體積不變而增大壓強(qiáng)，接著保持壓強(qiáng)不變而使它

的體積膨脹D．先保持體積不變而減小壓強(qiáng)，接著保持壓強(qiáng)不變而使它

的體積膨脹一、理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用典例精析解析本題應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程

＝C即可以判斷，也可以利用圖象法解答．一、理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用典例精析方法一：定性分析法．選項(xiàng)A，先p不變V增大，則T升高；再V不變p減小，則T降低，可能實(shí)現(xiàn)回到初始溫度．選項(xiàng)B，先p不變V減小，則T降低；再V不變p減小，則T又降低，不可能實(shí)現(xiàn)回到初始溫度．選項(xiàng)C，先V不變p增大，則T升高；再p不變V增大，則T又升高，不可能實(shí)現(xiàn)回到初始溫度．選項(xiàng)D，先V不變p減小，則T降低；再p不變V增大，則T升高，可能實(shí)現(xiàn)回到初始溫度．綜上所述，正確選項(xiàng)為A、D.一、理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用典例精析方法二：圖象法．由于此題要求經(jīng)過一系列狀態(tài)變化后回到初始溫度，所以先在p－V坐標(biāo)系中畫出等溫變化圖線，然后在圖線上任選中間一點(diǎn)代表初始狀態(tài)，根據(jù)各個選項(xiàng)中的過程畫出圖線，如圖所示．從圖線的變化趨勢來看，有可能與原來的等溫線相交說明經(jīng)過變化后可能回到原來的溫度．選項(xiàng)A、D正確．一、理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用典例精析答案

AD【例2】內(nèi)燃機(jī)汽缸里的混合氣體(可看成理想氣體)，在吸氣沖程結(jié)束瞬間，溫度為50℃，壓強(qiáng)為1.0×105Pa，體積為0.93L．在壓縮沖程中，把氣體的體積壓縮為0.155L時，氣體的壓強(qiáng)增大到1.2×106Pa.這時混合氣體的溫度升高到多少攝氏度？一、理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用典例精析解析找出汽缸內(nèi)混合氣體初、末狀態(tài)的狀態(tài)參量，運(yùn)用理想氣體狀態(tài)方程即可求解．混合氣體初狀態(tài)的狀態(tài)參量為p1＝1.0×105Pa，V1＝0.93L，T1＝(50＋273)K＝323K.混合氣體末狀態(tài)的狀態(tài)參量為p2＝1.2×106Pa，V2＝0.155L，T2為未知量．一、理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用典例精析一、理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用典例精析答案

373℃二、理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用典例精析【例3】如圖2甲所示，一導(dǎo)熱性能良好、內(nèi)壁光滑的汽缸水平放置，橫截面積為S＝2×10－3m2、質(zhì)量為m＝4kg、厚度不計的活塞與汽缸底部之間封閉了一部分理想氣體，此時活塞與汽缸底部之間的距離為24cm，在活塞的右側(cè)12cm處有一對與汽缸固定連接的卡環(huán)，氣體的溫度為300K，大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa.現(xiàn)將汽缸豎直放置，如圖乙所示，取g＝10m/s2.圖2二、理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用典例精析求：(1)活塞與汽缸底部之間的距離；解析

p1＝p0＝1×105PaT1＝300K，V1＝24cm×Sp2＝p0＋

＝1.2×105PaT1＝T2，V2＝HS由p1V1＝p2V2解得H＝20cm.答案

20cm二、理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用典例精析(2)加熱到675K時封閉氣體的壓強(qiáng)．解析假設(shè)活塞能到達(dá)卡環(huán)處，則T3＝675K，V3＝36cm×S由＝得p3＝1.5×105Pa>p2＝1.2×105Pa所以活塞到達(dá)卡環(huán)處，氣體壓強(qiáng)為1.5×105Pa.答案

1.5×105Pa自我檢測區(qū)12課堂要點(diǎn)小結(jié)1．(理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用)一定質(zhì)量的理想氣體，在某一平衡狀態(tài)下的壓強(qiáng)、體積和溫度分別為p1、V1、T1，在另一平衡狀態(tài)下的壓強(qiáng)、體積和溫度分別為p2、V2、T2，下列關(guān)系正確的是(

)12A．p1＝p2，V1＝2V2，T1＝

T2B．p1＝p2，V1＝

V2，T1＝2T2C．p1＝2p2，V1＝2V2，T1＝2T2D．p1＝2p2，V1＝V2，T1＝2T2答案D122．(理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用)鋼筒內(nèi)裝有3kg氣體，溫度是－23℃，壓強(qiáng)為4atm，如果用掉1kg后溫度升高到27℃，求筒內(nèi)氣體壓強(qiáng)．12解析將筒內(nèi)氣體看做理想氣體，以2kg氣體為研究對象，設(shè)鋼筒的容積為V，初狀態(tài)：p1＝4atm，V1＝2V/3，T1＝250K，末狀態(tài)：V2＝V，T2＝300K，答案3.2atm12課堂要點(diǎn)小結(jié)理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體定義：在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體理解是理想化模型，是對實(shí)際氣體的科學(xué)抽象實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的情況下可近似地

當(dāng)成理想氣體處理分子間不存在相互作用力，分子勢能不變理想氣體狀態(tài)方程適用條件：一定質(zhì)量的理想氣體公式：第二單元配合物的形成和應(yīng)用課程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航1.了解人類對配合物結(jié)構(gòu)認(rèn)識的歷史。2.知道簡單配合物的基本組成和形成條件。3.掌握配合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系。4.認(rèn)識配合物在生產(chǎn)生活和科學(xué)研究方面的廣泛應(yīng)用。新知初探自學(xué)導(dǎo)引自主學(xué)習(xí)(2)配位鍵：共用電子對由一個原子單方向提供而跟另一個原子共用的共價鍵叫配位鍵。配位鍵可用A→B形式表示，A是_________________的原子，叫做電子對給予體，B是____________________的原子叫接受體。(3)形成配位鍵的條件提供孤電子對接受孤電子對①有能夠提供_______________的原子，如______________等。②另一原子具有能夠接受__________的空軌道，如___________________________等。孤電子對N、O、F孤電子對Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋想一想1.在水溶液中，Cu2＋與氨分子是如何結(jié)合成［Cu(NH3)4］2＋的呢？2.配位化合物(1)寫出向CuSO4溶液中滴加氨水，得到深藍(lán)色溶液整個過程的反應(yīng)離子方程式。____________________________________;___________________________________________________________________________.Cu(OH)2+4NH3·H2O===［Cu(NH3)4］2++2OH-+4H2O(2)［Cu(NH3)4］SO4的名稱為_______________________,它的外界為__________，內(nèi)界為________________，中心原子為______，配位體為_______分子，配位數(shù)為_______。(3)配合物的同分異構(gòu)體：含有兩種或兩種以上配位體的配合物，若配位體在____________________不同，就能形成不同幾何構(gòu)型的配合物，如Pt(NH3)2Cl2存在______和______兩種異構(gòu)體。硫酸四氨合銅［Cu(NH3)4］2＋Cu2+NH34空間的排列方式順式反式想一想2.順式Pt(NH3)2Cl2和反式Pt(NH3)2Cl2的化學(xué)式相同，它們的性質(zhì)也相似嗎？提示：不同，由于結(jié)構(gòu)不同，所以其化學(xué)性質(zhì)不相同。二、配合物的應(yīng)用1.在實(shí)驗(yàn)研究中，人們常用形成配合物的方法來檢驗(yàn)__________、分離物質(zhì)、定量測定物質(zhì)的組成。(1)向AgNO3溶液中逐滴加入氨水的現(xiàn)象為:_________________________________。產(chǎn)生的配合物是____________________。金屬離子先生成沉淀，然后沉淀再溶解［Ag(NH3)2］OH(2)向FeCl3溶液中滴入KSCN溶液的現(xiàn)象：____________________________。產(chǎn)生的配合物是______________。2.在生產(chǎn)中，配合物被廣泛用于________、______、___________、___________領(lǐng)域。3.生命體中的許多金屬元素都以配合物形式存在。4.配合物在醫(yī)療方面應(yīng)用也很廣泛。5.模擬生物固氮也與配合物有關(guān)。有血紅色溶液出現(xiàn)Fe(SCN)3染色電鍍硬水軟化金屬冶煉自主體驗(yàn)1.配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子的配位數(shù)是()A.2 B.3C.4 D.5解析：選C。配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子是Zn2＋，配位體是NH3，配位數(shù)是4。2.下列不能形成配位鍵的組合是()A.Ag＋、NH3 B.H2O、H＋C.Co3＋、CO D.Ag＋、H+解析：選D。配位鍵的形成條件必須是一方能提供孤電子對，另一方能提供空軌道，A、B、C三項(xiàng)中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空軌道，NH3、H2O、CO能提供孤電子對,所以能形成配位鍵，而D項(xiàng)Ag＋與H＋都只能提供空軌道，而無法提供孤電子對,所以不能形成配位鍵。3.下列不屬于配離子的是()A.［Ag(NH3)2］＋ B.［Cu(CN)4］2－C.［Fe(SCN)6］3－ D.MnO－4解析：選D。MnO－4無配位原子。4.向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能生成AgCl沉淀的是()A.［Co(NH3)4Cl2］Cl B.［Co(NH3)3Cl3］C.［Co(NH3)6］Cl3 D.［Co(NH3)5Cl］Cl2解析：選B。在配合物中，內(nèi)界以配位鍵結(jié)合很牢固，難以在溶液中電離；內(nèi)界和外界之間以離子鍵相結(jié)合，在溶液中能夠完全電離。不難看出A、C、D三項(xiàng)中配合物在水中均電離產(chǎn)生Cl-，而B項(xiàng)無外界離子，不能電離。要點(diǎn)突破講練互動探究導(dǎo)引1指出配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配離子、中心離子、配位體、配位數(shù)及配位原子。提示：配離子指配合物的內(nèi)界，中心原子指提供空軌道的原子或離子，要點(diǎn)一配合物的組成和結(jié)構(gòu)配位體指提供孤電子對的分子或離子，配位數(shù)是配位體的總個數(shù)，配位原子指配位體中提供孤電子對的原子。配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配離子為[Pt(NH3)4Cl2]2＋,中心原子是Pt4＋，配位體是NH3、Cl－，配位數(shù)為6，配位原子為N和Cl。探究導(dǎo)引2配離子[Ag(NH3)2]＋是如何形成的？提示：配離子[Ag(NH3)2]＋是由Ag＋和NH3分子反應(yīng)生成的，由于Ag＋空的5s軌道和5p軌道形成sp雜化軌道，接受2個NH3分子提供的孤電子對，形成直線形的[Ag(NH3)2]＋，該過程圖示如下。

要點(diǎn)歸納1.配合物的組成內(nèi)界：中心體(原子或離子)與配位體，以配位鍵成鍵。外界：與內(nèi)界電荷平衡的相反離子。有些配合物不存在外界，如[PtCl2(NH3)2]、[CoCl3(NH3)3]等。另外，有些配合物是由中心原子與配位體構(gòu)成，如[Ni(CO)4]、[Fe(CO)5]等。2.配合物的結(jié)構(gòu)配位數(shù)雜化軌道類型空間構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)例2sp直線形[Ag(NH3)2]＋[Cu(NH3)2]＋配位數(shù)雜化軌道類型空間構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)例4sp3正四面體形[Zn(NH3)4]2＋[ZnCl4]2－dsp2(sp2d)平面正方形[Ni(CN)4]2－[Cu(NH3)4]2＋6sp3d2(d2sp3)正八面體[AlF6]3－[Co(NH3)6]3＋即時應(yīng)用1.化學(xué)家維多克·格利雅因發(fā)明了格氏試劑(RMgX)而榮獲諾貝爾化學(xué)獎。RMgX是金屬鎂和鹵代烴反應(yīng)的產(chǎn)物，它在醚的稀溶液中以單體形式存在，并與二分子醚絡(luò)合，在濃溶液中以二聚體存在，結(jié)構(gòu)如下圖：上述2種結(jié)構(gòu)中均存在配位鍵，把你認(rèn)為是配位鍵的用“→”在結(jié)構(gòu)圖中標(biāo)出。解析:配位鍵是由孤電子對與空軌道形成的,Mg最外層有兩個電子，可以與R、X形成離子鍵，而O原子中存在孤電子對，所以兩個O(C2H5)2可以與Mg形成配位鍵。在二聚體中，同理，一個Mg與R、X相連，則另外一個X和O(C2H5)2，則與Mg形成配位鍵。答案：要點(diǎn)二配合物的性質(zhì)探究導(dǎo)引現(xiàn)有兩種配合物晶體[Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5Cl]Cl2，一種為橙黃色，另一種為紫紅色。請設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案將這兩種配合物區(qū)別開來。提示：在[Co(NH3)6]Cl3中Co3＋與6個NH3分子配合成[Co(NH3)6]3＋，3個Cl－都是外界離子。而[Co(NH3)5Cl]Cl2中Co3＋與5個NH3分子和1個Cl－配合成[Co(NH3)5Cl]2＋,只有兩個Cl－是外界離子。由于配合物中內(nèi)界以配位鍵結(jié)合很牢固，難以在溶液中電離，而內(nèi)界和外界之間以離子鍵結(jié)合，在溶液中能夠完全電離。不難看出，相同質(zhì)量的兩種晶體在溶液中能夠電離出的Cl－數(shù)是不同的，我們可以利用這一點(diǎn)進(jìn)行鑒別。要點(diǎn)歸納1.配合物的顏色：當(dāng)簡單離子形成配合物時,其性質(zhì)往往有很大的差異，顏色發(fā)生改變就是一種常見的現(xiàn)象，多數(shù)配離子都有顏色，如[Fe(SCN)6]3－為血紅色、[Cu(NH3)4]2＋為深藍(lán)色、[Cu(H2O)4]2＋為藍(lán)色、[CuCl4]2－為黃色、[Fe(C6H6O)6]3－為紫色等等。我們根據(jù)顏色的變化就可以判斷配離子是否生成，如Fe3＋離子與SCN－離子在溶液中可生成配位數(shù)為1～6的硫氰合鐵(Ⅲ)配離子，這種配離子的顏色是血紅色的，反應(yīng)如下：Fe3＋＋nSCN－====[Fe(SCN)n]3－n，實(shí)驗(yàn)室通常用這一方法檢驗(yàn)鐵離子的存在。2.配合物的溶解性:有的配合物易溶于水，如[Ag(NH3)2]OH、[Cu(NH3)4]SO4、Fe(SCN)3等。利用配合物的這一性質(zhì)，可將一些難溶于水的物質(zhì)如AgOH、AgCl、Cu(OH)2等溶解在氨水中形成配合物。如在照相底片的定影過程中，未曝光的AgBr常用硫代硫酸鈉(Na2S2O3)溶解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：AgBr＋2Na2S2O3====Na3[Ag(S2O3)2]＋NaBr。金和鉑之所以能溶于王水中，也是與生成配合物的溶解性有關(guān)，反應(yīng)式為：Au＋HNO3＋4HCl====H[AuCl4]＋NO↑＋2H2O，3Pt＋4HNO3＋18HCl====3H2[PtCl6]＋4NO↑＋8H2O。配合物的顏色和溶解性還與配合物的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)，如順式[Pt(NH3)2Cl2]和反式[Pt(NH3)2Cl2]的溶解性和顏色等性質(zhì)有一定的差異，其中順式[Pt(NH3)2Cl2]為極性分子,根據(jù)相似相溶原理,它在水中的溶解度較大,具體情況見前面的表格。3.配合物的穩(wěn)定性：配合物具有一定的穩(wěn)定性，配合物中的配位鍵越強(qiáng),配合物越穩(wěn)定.當(dāng)作為中心原子的金屬離子相同時，配合物的穩(wěn)定性與配位體的性質(zhì)有關(guān)。例如，血紅素中的Fe2＋與CO分子形成的配位鍵比Fe2＋與O2分子形成的配位鍵強(qiáng)，因此血紅素中的Fe2＋與CO分子結(jié)合后，就很難再與O2分子結(jié)合，血紅素就失去了輸送氧氣的功能，從而導(dǎo)致人體CO中毒。即時應(yīng)用2.配合物CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位數(shù)為6，H2O和Cl－均可作配位體，H2O、Cl－和Cr3＋有三種不同的連接方式，形成三種物質(zhì)：一種呈紫羅蘭色、一種呈暗綠色、一種呈亮綠色。將它們配成相同物質(zhì)的量濃度溶液，各取相同體積的溶液，向其中分別加入過量的AgNO3溶液，完全反應(yīng)后，所得沉淀的物質(zhì)的量之比為3∶2∶1。(1)請推斷出三種配合物的內(nèi)界，并簡單說明理由；(2)寫出三種配合物的電離方程式。解析：CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位數(shù)為6，H2O和Cl－均可作配位體，則其化學(xué)式可表示為：[Cr(H2O)6－nCln]Cl3－n·nH2O，當(dāng)其與AgNO3反應(yīng)時，只有外界的氯離子可形成AgCl沉淀，再根據(jù)它們與AgNO3反應(yīng)時生成AgCl沉淀的物質(zhì)的量之比為3∶2∶1，可知分別有3個氯離子、2個氯離子、1個氯離子在外界，進(jìn)而可分別寫出各自的化學(xué)式，紫羅蘭色：[Cr(H2O)6]Cl3，暗綠色：[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，亮綠色：[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O，再分別寫出其內(nèi)界.答案:(1)紫羅蘭色：[Cr(H2O)6]3＋,暗綠色：[Cr(H2O)5Cl]2＋，亮綠色：[Cr(H2O)4Cl2]＋.根據(jù)它們與AgNO3反應(yīng)時生成沉淀的