第1章化学基础知识课件.pptx

第第 1 章章 化学基础知识化学基础知识气体气体液体和溶液液体和溶液 固体和晶体固体和晶体1. 1 气体气体1. 1. 1 气体的状态方程气体的状态方程1. 理想气体的状态方程理想气体的状态方程 理想气体是人们为研究方便理想气体是人们为研究方便在实际气体的基础上抽象出来的在实际气体的基础上抽象出来的一种理想的模型一种理想的模型 符合下面两条假定的气体，符合下面两条假定的气体，即为理想气体即为理想气体： 忽略气体分子的自身体忽略气体分子的自身体积，将分子看成有质量的几何点积，将分子看成有质量的几何点 且分子与分子之间、分子与器壁且分子与分子之间、分子与器壁之间的碰撞，是完全弹性碰撞，之间的碰撞，是完全弹性碰撞，即碰撞过程中无动能损失即碰撞过程中无动能损失 忽略分子间的作用力，忽略分子间的作用力， 在高温和低压下，实际气体分在高温和低压下，实际气体分子间的距离相当子间的距离相当大 且分子间的作用力且分子间的作用力极小 故气体分子自身的体积远远小故气体分子自身的体积远远小于气体占有的体积于气体占有的体积 高温和低压下的实际气体很高温和低压下的实际气体很接近理想气体接近理想气体 因此因此理想气体模型是具有实理想气体模型是具有实际际意义的。

意义的 物理量物理量 单单 位位 压力压力 p 帕斯卡帕斯卡 Pa （N m2）温度温度 T 开尔文开尔文 K体积体积 V 立方米立方米 m3 物质物质的量的量 n 摩尔摩尔 mol 是经常用来描述气体性质的物理量是经常用来描述气体性质的物理量 Boyle 定律定律 n，T 一定时一定时 V p1 读做读做 正比于正比于 Gay - Lussac 定律定律 n，p 一定时一定时 V T Avogadro 定律定律 p，T 一定时一定时 V n V T V nV p1 综合以上三式，得综合以上三式，得 pnTV 以以 R 做比例系数，则有做比例系数，则有 即即 pV = nRT 此式即为理想气体状态方程式此式即为理想气体状态方程式 V = p nRT 上式中上式中 nT pV R = 则则 R = 8.314 J mol1 K1 若压力若压力 p 的单位为的单位为 Pa nT pV R =体积体积 V 的单位为的单位为 m3物质的量物质的量 n 的单位为的单位为 mol 温度温度 T 的单位为的单位为 K 看出看出 pV 乘积的物理学单位乘积的物理学单位为为焦耳焦耳 （J） 从式从式 R = 和和 R = 8.314 J mol1 K1 nT pV 从物理学单位上看从物理学单位上看 pV 是一种功。

是一种功 所以所以 pV 的单位为的单位为 N m2 m3 p Pa N m2 V m3= N m= J 若压力用若压力用 Pa 体积用体积用 dm3 温度用温度用 K 物质的量用物质的量用 mol 为单位，则为单位，则 R = Pa dm3 mol1 K1 8.314 103 nT pV R = 这个这个 R 用于处理压力与浓度用于处理压力与浓度的关系时，十分方便的关系时，十分方便 R = 8.314 103 Pa dm3 mol1 K1 如用在下面的公式中如用在下面的公式中 式中式中 c 是以是以 mol dm3 为单位为单位的浓度 p = c RT p = RT V n 由由 pV = nRT 可得可得 pV = RT M m p RT 又可得又可得 M = V m 式中式中 m 是气体的质量；是气体的质量；M 是气体的摩尔质量是气体的摩尔质量 状态方程有许多拓展状态方程有许多拓展 p RT 得得 M = 式中式中 是气体的密度是气体的密度 p RT 由由 M = V m p RT 故故 = M 说明气体的密度说明气体的密度 与其摩尔与其摩尔质量质量 M 成正比 p RT 由式由式 = M 例例 11 有一容积为有一容积为30 dm3的高压的高压气瓶，可以耐压气瓶，可以耐压 2.5104 kPa。

试求在试求在 298 K 时可装多少时可装多少 kg 的的 O2 而不致发生危险而不致发生危险解：先求出气瓶可以盛装氧气的物质解：先求出气瓶可以盛装氧气的物质的量的量 n 由理想气体的状态方程由理想气体的状态方程 pV = nRT 得得 n = RT pV n = RT pV将题设条件代入将题设条件代入 n（O2） = 8.314 J mol1 K1 298 K 2.5 107 Pa 30 103 m3 = 302.7 mol 氧气的摩尔质量为氧气的摩尔质量为 32 g mol 1，故，故氧气的质量氧气的质量 m（O2）Mn 32 10 3 kg mol 1 302.7 mol 9.69 kg 例例12 在在 298 K，3.00106 Pa 时，某气瓶内装有时，某气瓶内装有10 mol 氮气现将此氮气现将此气瓶加热到气瓶加热到 350 K，并在此温度下打开阀，并在此温度下打开阀门放出氮气门放出氮气 求当瓶内压强降为求当瓶内压强降为 1.00105 Pa 时，时，放出的氮气的质量放出的氮气的质量解：根据题意可知，放出氮气前后气瓶解：根据题意可知，放出氮气前后气瓶的体积不变，即气体的的体积不变，即气体的 V1= V2。

由理想气体的状态方程由理想气体的状态方程 pV = nRT 得得 V = p nRT V = p nRT 故故 = p2 n2RT2 n1RT1 p1 即即 = n2 n1T1 p1 p2 T2 = n2 n1T1 P1 P2 T2 将已知数据代入，求得气瓶内剩余将已知数据代入，求得气瓶内剩余的氮气的物质的量的氮气的物质的量 n2 n2 =10 mol 298 K 1.00 105 Pa 350 K 3.00 106 Pa = 0.284 mol放出氮气的物质的量为放出氮气的物质的量为 n（N2 ）= n1 n2 =10 mol 0.284 mol = 9.716 mol放出氮气的质量为放出氮气的质量为 m（N2 ） = nM = 9.716 mol 28 g mol1 = 272.0 g 理想气体的体积，是指可以任凭理想气体的体积，是指可以任凭气体分子在其中运动，且可以无限压气体分子在其中运动，且可以无限压缩的理想空间缩的理想空间 原因是理想气体分子自身无体积原因是理想气体分子自身无体积 2. 实际气体的状态方程实际气体的状态方程 实际实际气体的体积气体的体积 V 不再是分子可不再是分子可以随意运动的理想空间。

以随意运动的理想空间 且实际气体的体积也不可以无限且实际气体的体积也不可以无限地压缩 但实际气体的分子体积不能忽略但实际气体的分子体积不能忽略 则物质的量为则物质的量为 n 的实际气体，其的实际气体，其 分子分子的总体积为的总体积为 nb 实际气体体积中的理想空间为实际气体体积中的理想空间为 V = V实实 nb 设每摩尔气体分子的体积为设每摩尔气体分子的体积为 b 理想气体的理想气体的压强压强 p，是，是忽略忽略分子间的吸引力分子间的吸引力，由，由分子自由碰分子自由碰撞器壁产生的结果撞器壁产生的结果 实际气体的压力实际气体的压力 p实实 是碰撞器壁的分是碰撞器壁的分子受到内层分子的引子受到内层分子的引力，不能自由碰撞器力，不能自由碰撞器壁的结果壁的结果 所以所以 p实实 p 即理想气体即理想气体的的压强应该是压强应该是实际气体的压强与由于分子间实际气体的压强与由于分子间引力而减少的压强之和引力而减少的压强之和 p = p实实 + p内内 用用 p内内 表示由于分子间引力表示由于分子间引力而减小的压强，则而减小的压强，则 它和内部分子的浓度成正比，也它和内部分子的浓度成正比，也和碰撞壁的外层分子的浓度成正比。

和碰撞壁的外层分子的浓度成正比 p内内 n外外V（ ） n内内V（ ） p内内 是由于内层分子对碰撞器壁是由于内层分子对碰撞器壁的分子吸引产生的的分子吸引产生的 对于同一容器内的气体而言，对于同一容器内的气体而言，这两部分分子的浓度相同，则这两部分分子的浓度相同，则 p内内 nV（ ）2 p内内 n外外V（ ） n内内V（ ） p内内 nV（ ）2 故故 p = p实实 + a （2） nV（ ）2 令令 a 为比例系数，为比例系数， 则有则有 p内内 = a nV（ ）2 将（将（1）和（）和（2） 两式，代两式，代入理想气体状态方程式入理想气体状态方程式 pV = nRT V = V实实 nb （1） p = p实实 + a （2） nV（ ）2 这个方程式是荷兰科学家这个方程式是荷兰科学家 范德华范德华 （Van der Waals） 提提出的，称为范德华方程出的，称为范德华方程 （V实实 nb ）= nRT p实实 + a nV（ ）2得得 式中式中 a，b 称为气体的范德华称为气体的范德华常数 不同气体的范德华常数不同不同气体的范德华常数不同 （V实实 nb ）= nRT p实实 + a nV（ ）2 a m6 Pa mol2 b m3 mol1 He 3.46 103 2.38 105 O2 1.38 101 3.18 105 CO2 3.658 101 4.29 105 从上面的数据可以看出，从上面的数据可以看出，a 和和 b 的值够能反映的值够能反映出出实际实际气体与气体与理想理想气体气体的偏差程度。

的偏差程度 a 和和 b 的值越大，实际气体与的值越大，实际气体与理想气体理想气体的的偏差也越大偏差也越大 a m6 Pa mol2 b m3 mol1 He 3.46 103 2.38 105 O2 1.38 101 3.18 105 CO2 3.658 101 4.29 105 以上气体中以上气体中 He 最接近理想气体最接近理想气体 式中式中 Vm 为摩尔体积为摩尔体积 当当 n = 1 时，范德华方程时，范德华方程（V实实 nb ）= nRT p实实 + a nV（ ）2变为变为（Vm，实，实 b ）= RT （ p实实 + ） aV m21. 1. 2 混合气体的分压定律混合气体的分压定律 由两种或两种以上由两种或两种以上的不发生化学的不发生化学反应的气体反应的气体混合混合在一起组成在一起组成的体系，称的体系，称为混合气体为混合气体 组成混合气体的每种气体，组成混合气体的每种气体，都称都称为为该混合气体的组分气体该混合气体的组分气体 显然，空气是混合气体，其中显然，空气是混合气体，其中的的 O2，N2，CO2 等，均为空气这等，均为空气这种混合气体的组分气体种混合气体的组分气体。

组分气体组分气体 i 的物质的量用的物质的量用 ni 表表示，混合气体的物质的量用示，混合气体的物质的量用 n 表示，表示，显然有显然有 n = nii 组分气体组分气体 i 的摩尔分数用的摩尔分数用 xi 表示，则表示，则 xi =nin 当当 组分组分气体单独存在且气体单独存在且与混合与混合气体具有相同气体具有相同体积体积时，时，其其所产生所产生的的压压强强称为该称为该组分气体的分压组分气体的分压 混合气体的体积称为总体积，混合气体的体积称为总体积，用用 V总总表示 应有如下关系式应有如下关系式 p V = n R T 组分气体组分气体 i 的分压，用的分压，用 pi 表示表示 i i 总总 道尔顿（道尔顿（Dalton） 进行了大量进行了大量实验，提出了混合气体的分压定律实验，提出了混合气体的分压定律 混合气体的总压等于各组分混合气体的总压等于各组分气体的分压之和气体的分压之和 此即道尔顿分压定律的数学表达式此即道尔顿分压定律的数学表达式 p总总 = pii 理想气体混合时，由于分子间无理想气体混合时，由于分子间无相互作用，故碰撞器壁产生的压力，相互作用，故碰撞器壁产生的压力，与独立存在时是相同的。

亦即在混合与独立存在时是相同的亦即在混合气体中，组分气体是各自独立的气体中，组分气体是各。