基礎化學：物質聚集狀態(tài)-氣體

1第5章物質的聚集狀態(tài)

物質的狀態(tài)：固體

液體

氣體

等離子體（Plasma）分子間作用力，

減弱密度，

降低（有例外）（分子本身所占體積的比例）2Figure:Gas-liquid-solid3

5.1.2低壓下氣體的兩個經(jīng)驗定律（一）Boyle定律在一定的T時，V1/p，或pV=C，等溫線（二）CharlesandGay-lussac定律－絕對溫標等壓線4Boyle定律：PV=常量（T,n恒定）Charles-Gay-Lussac定律：V/T=常量（P,n恒定）Avogadro定律：V/n=常量（T,P恒定）

5

5.1.3理想氣體狀態(tài)方程（Stateequationofidealgas)P:氣體的壓力（Pa)V:氣體的體積（m3)Vm:氣體的摩爾體積(m3/mol)n:氣體的物質的量(mol)T:氣體的熱力學溫度(K)R:摩爾氣體常數(shù)

(8.315J.mol-1.K-1)假定：分子不占有體積分子間作用力忽略不計6

在任意溫度和壓力下都遵守理想氣體狀態(tài)方程的氣體稱為理想氣體方程的其它形式：M：氣體的摩爾質量(kg/mol)ρ:氣體的密度(kg/m3)

自然界中并不存在真正的理想氣體，它是實際氣體在p→0的一種極限情況。7理想氣體的物理模型 氣體的最基本特征：可壓縮性和擴散性。 人們將符合理想氣體狀態(tài)方程式的氣體，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。8理想氣體狀態(tài)方程式：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的取值隨壓力單位的變化而不同

8.314kPa·dm3·mol-1·K-1

0.0821atm·dm3·mol-1·K-18.314J·mol-1·K-19

理想氣體狀態(tài)方程式的應用1.

計算p，V，T，n四個物理量之一。用于溫度不太低，壓力不太高的真實氣體。2.氣體摩爾質量的計算3.氣體密度的計算

=105.1.4分壓和道爾頓分壓定律（PartialpressureandDolton’slawofpartialpressure)11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。Dalton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=

pB12Define:在氣體混合物中

pB:氣體B的分壓

p：混合氣體的總壓xB:氣體B在混合氣中的摩爾分數(shù)此定義既適用于理想氣體也適用于實際氣體13

在理想氣體混合物中，某一組分B的分壓即為該氣體在與混合氣同樣溫度下，單獨占有混合氣總體積時的壓力A(g)+B(g)T,V,p,xBB(g)T,V,pB14Ｔ、Ｖ一定，氣體Ａ：nA,PA=nA(RT/V)

氣體B：nB,PB=nB(RT/V)

Ｐ總=PA+PB=(nA+nB)(RT/V)

∵PA/Ｐ總=nA/(nA+nB)=nA/n總

∴

PA=（nA/n總）Ｐ總單獨混合后PAPBP總152、阿馬格分體積定律Amagat’sLawofPartialVolume)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。16A(g)T,P,V1B(g)T,p,V2+A(g)+B(g)T,p,V1+V2定義：在氣體混合物中，組分B的分體積：VB

：氣體B的分體積V:混合氣的總體積xB

:氣體B在混合氣中的摩爾分數(shù)17

在理想氣體混合物中，組分B的分體積即該氣體在與混合氣同溫同壓下所單獨占有的體積。18混合氣體分體積定律Ｔ、P一定，氣體Ａ：nA,VA=nA(RT/P)

氣體B：nB,VB=nB(RT/P)V總=VA+VB=(nA+nB)(RT/P)VA/V總=nA/(nA+nB)=nA/n總

∴VA=(nA/n總)V總

又∵PA/Ｐ總=nA/n總（T,V一定）

∴VA=V總(PA/Ｐ總)（T,P一定）TPVAVBnA理想氣體Ａ、Ｂ的混合單獨

nB混合后

V總P總=PVAVB19例1A、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P總V分=P分V總=n分RT20例題2.

NO2氣冷卻到室溫時，它本身就會按下式反應而生成一種二聚體N2O4，現(xiàn)將高溫下的15.2克NO2充入10.0dm3燒瓶，將此燒瓶冷卻到25oC，測得燒瓶中氣體的總壓力為50.65kPa，試求算NO2和N2O4的分壓及物質的量分數(shù)各為多少？解：21例題3.

某日白天的溫度32oC，氣壓為98.37kPa，空氣濕度為80％；晚間溫度為20oC，氣壓為99.30kPa，試求算在晚間將從空氣中凝結出百分之幾的露水？（已知32oC時水的飽和蒸汽壓為4.80kPa，20oC的飽和蒸汽壓為2.33kPa）解：225.1.5實際氣體（Realgas)（一）實際氣體與理想氣體的偏差

理想氣體狀態(tài)方程式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分子間力的影響。23理想氣體：PV=nRT

PV/nRT=1

若：PV/nRT≠1實際氣體:Z=(PV)/(nRT)=(PVm/RT)=Vm/(RT/P)=Vm(實)/Vm(理)Z稱為壓縮因子（Z=1為理想氣體）分子間作用力：Z<1（內聚力使P減?。┓肿诱加畜w積：Z>1（V增大）24不同氣體的比較（1摩爾,300K)25溫度愈升高，愈接近理想氣體26(二)范德華實際氣體狀態(tài)方程對理想氣體狀態(tài)方程的修正1.分子本身占有體積的修正：Vm（自）=Vm-b

P(Vm-b)=RT2.分子間引力的修正：P理=P實+P內

(p實+p內)Vm

=RT

p內

1/Vm2=a/Vm2P理

=P實

+（a/Vm）227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)

b用于校正分子本身占有體積范德華實際氣體狀態(tài)方程:2829成功之處：對理想氣體模型進行了簡單而且物理意義明確的修正，解釋了偏差的原因。(三)范德華實際氣體狀態(tài)方程的成功與不足不足：與大部分實際氣體狀態(tài)方程誤差較大30例題：分別按理想氣體狀態(tài)方程式和vander

waals方程式計算1.50molSO2在30攝氏度占有20.0L體積時的壓力，并比較兩者的相對誤差。如果體積減少為2.00L，其相對誤差又如何？解：已知：T=303K，V=20.0L，n=1.50mol，

a=0.6803Pa·m6·mol-2，

b=0.5636

10-4m3·mol-13132若僅考慮分子間作用力的影響分子間作用力：Z<1（內聚力使P減?。￢m[p+a(1/Vm)2]=RT

pVm=RT－a/Vm

Z=1－33分子占有體積：Z>1（V增大）p(Vm－b)=RT

pVm=RT+bp

Z=1+若僅考慮分子占有體積的影響34氣體Z-P圖的討論常壓常溫下，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>135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36根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合而成的實際氣體的狀態(tài)方程式

pV=A+Bp+Cp2+…(表示為p的級數(shù))或pV=A′+B′/V+C′/V2+…

（表示為1/V的級數(shù)）

維利（Viral）型的方程

A為

nRT

，級數(shù)取幾項，可根據(jù)實際需要決定

375.1.6實際氣體的等溫線與臨界狀態(tài)氣體的液化(LiquefactionofGases)p1p2p2

在一定的溫度下，使氣體液化所需施加的最小外壓（p2)稱為該液體在此溫度下的飽和蒸汽壓38CO2的p－Vm等溫線(1869年Andrews)1.T對等溫線的影響39實際氣體的等溫線圖（CO2的氣液平衡圖）返回401)低溫部分(如286.3K線)曲線分為三部分。eb段的Vm隨壓力增加而減小，與理想氣體等溫壓縮相似。在b點(約50pθ)氣體開始液化。繼續(xù)壓縮，液化不斷進行，體積不斷減小但壓力保持不變，此時的壓力就是該溫度下液體的飽和蒸氣壓，到達b′點時氣體全部液化。隨壓力升高，Vm沿b′d線迅速上升，表現(xiàn)為液體難于壓縮。隨溫度升高，等溫線形狀相似，只是水平段逐漸變短，相應的飽和蒸氣壓越高。

41

2)溫度升到304.1K，等溫線上水平段縮短為一點c時，該點稱為臨界點

臨界溫度Tc:每種氣體液化時，各有一個特定溫度叫臨界溫度。在Tc

以上，無論怎樣加大壓力，都不能使氣體液化。臨界壓力Pc:臨界溫度時，使氣體液化所需的最低壓力叫臨界壓力。臨界體積Vc:在Tc

和Pc條件下，1mol氣體所占的體積叫臨界體積。均與分子間作用力及分子質量有關。423)