理想气体状态方程式ppt课件

1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式第一章第一章 气气 体体 1.4 真实气体真实气体*1.3 气体分子运动论气体分子运动论 1.2 气体混合物气体混合物 1.1 理想气体状态方程式第一章 气 体11 1掌握掌握气体的基本特性；气体的基本特性；本章教学要求本章教学要求 4.4.了解了解气体分子动理论；气体分子动理论；3.3.掌握掌握和熟练运用混合气体的分压定律；和熟练运用混合气体的分压定律；2 2掌握掌握理想气体状态方程式以及描述气体性理想气体状态方程式以及描述气体性 质各物理量之间的定量关系；质各物理量之间的定量关系；5.5.了解了解真实气体真实气体-van der Waals-van der Waals 方程。方程。1掌握气体的基本特性；本章教学要求 4.了解气体分子21.1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式1.1.2 理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的应用1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式1.1.1 理想气体状态方程式1.1.2 理想气体状3 人们将符合理想气体状态方程式的气体，人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为称为理想气体理想气体。理想气体分子之间理想气体分子之间没有没有相互吸引和排斥，相互吸引和排斥，分子本身的体积相对于气体所占有体积完全分子本身的体积相对于气体所占有体积完全可以可以忽略忽略。气体的最基本特征：气体的最基本特征：具有可压缩性和扩散性。具有可压缩性和扩散性。人们将符合理想气体状态方程式的气体，称为4 Boyle定律定律:n,T一定时一定时,P1V1=P2V2Charles定律定律:n,P一定时，一定时，A.Avogadro 提出假说：提出假说：P,T一定时一定时,1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式1.1.1 理想气体状态方程式理想气体状态方程式PV=C或或V1/P=C或或V TV n(1662年)(1802年)(1811年)Boyle定律:n,T一定时,P1V1=5PV=C或或V1/P=C或或V TV n 上述三式可联立成上述三式可联立成 V 即即 PV nT引入比例系数引入比例系数PV=nRTPV=C或V1/P=C或V TV n 上述三式可6综合综合:一定量一定量n气体的体积气体的体积V、压力、压力P和热力和热力学温度学温度T之间符合如下关系式之间符合如下关系式:综合:一定量n气体的体积V、压力P和热力学温度T之间符合如7pV=nRT R-摩尔气体常量摩尔气体常量在在STP下，下，p=101.325kPa,T=273.15Kn=1.0 mol时时,Vm=22.414L=22.41410-3m3R=8.314 Pa m3 mol-1 K-1理想气体状态方程式：理想气体状态方程式：pV=nRT R-摩尔81.计算计算 p，V，T，n 四个物理量之一四个物理量之一2.气体摩尔质量的计算气体摩尔质量的计算M=M(Ar)gmol-11.1.2 理想气体状态方程式的应用理想气体状态方程式的应用用于用于温度温度不太低不太低，压力，压力不太高不太高的真实气体。的真实气体。pV=n R T1.计算 p，V，T，n 四个物理量之一2.气体摩尔9=m/V3.气体密度的计算气体密度的计算=m/V3.气体密度的计算10例例1-1 氩气氩气(Ar)可由液态空气蒸馏而得到。若氩可由液态空气蒸馏而得到。若氩的质量为的质量为0.799 0g，温度为，温度为298.15K时，其压力为时，其压力为111.46 kPa，体积为，体积为0.448 L。计算计算氩的摩尔质量氩的摩尔质量M(Ar)、相对原子质量、相对原子质量Ar(Ar)以及以及标准状况标准状况下氩的下氩的密度密度(Ar)。解：解：已知已知 m(Ar)=0.7990 g,T=298.15 K p=111.46 kPa，V=0.444 8 L(1)例1-1 氩气(Ar)可由液态空气蒸馏而得到。若氩的质11M(Ar)=39.95(gmol-1)=(Ar)=1.782(gL-1)Ar(Ar)=39.95(2)(3)M(Ar)=39.95(gmol-1)=12注意单位换算注意单位换算:1J=0.102 kg m注意单位换算:1J=0.102 kg m13 1.2.1 分压定律分压定律1.2 气体混合物气体混合物*1.2.3 分体积定律分体积定律 1.2.2 分压定律的应用分压定律的应用1.2.4 气体扩散定律气体扩散定律 1.2.1 分压定律1.2 气体混合物*1.2.14 组分气体：组分气体：理想气体理想气体混合物混合物中中每一种气体每一种气体叫做组叫做组分气体。分气体。分压：分压：组分气体组分气体B在在相同温度相同温度下占有与混合下占有与混合气体气体相同体积相同体积时所产生的压力，叫做组分时所产生的压力，叫做组分气体气体B的的分压分压。1.2.1 1.2.1 分压定律分压定律 1.2 气体混合物气体混合物 组分气体：1.2.1 分压定律 1.2 15分压定律：分压定律：混混合合气气体体的的总总压压等等于于混混合合气气体体中中各各组组分分气体分压之气体分压之和和。p总=p1+p2+或 p=n=n1+n2+分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体16分压的求解分压的求解(分压与总压的关系分压与总压的关系)x B B的摩尔分数的摩尔分数，分压的求解(分压与总压的关系)x B B的摩尔分数，17 例例题题：某某容容器器中中含含有有NH3、O2、N2等等气气体体的的混混合合物物。取取样样分分析析后后，其其中中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2)=0.700mol。混混合合气气体体的的总总压压 p=133.0kPa。试。试计算各组分气体的分压计算各组分气体的分压。解：解：n=n(NH3)+n(O2)+n(N2)=1.200mol=0.320mol+0.180mol+0.700mol 例题：某容器中含有NH3、O2、N2等气体的18p(N2)=p-p(NH3)-p(O2)=(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPap(N2)=p-p(NH3)-p(O2)191.2.2 分压定律的应用分压定律的应用1.2.2 分压定律的应用20 例题例题:可以用亚硝酸铵受热分解的方法制可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯氮气。反应如下：取纯氮气。反应如下：NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)如果在如果在19、97.8kPa下，以排水集气法在水面下，以排水集气法在水面上收集到的氮气体积为上收集到的氮气体积为4.16L，计算消耗掉的亚，计算消耗掉的亚硝酸铵的质量。硝酸铵的质量。解：解：T=(273+19)K=292K p=97.8kPa V=4.16L 292K 时，时，p(H2O)=2.20kPa Mr(NH4NO2)=64.04 例题:可以用亚硝酸铵受热分解的方法制取纯21NH4NO2(s)2H2O(g)+N2(g)64.04g 1molm(NH4NO2)=?0.164mol n(N2)=m(NH4NO2)=10.5g=0.164 molNH4NO2(s)2H2O(g)+N222分体积：分体积：混合气体中某一组分混合气体中某一组分B的分体积的分体积VB是是该组份该组份单独单独存在并具有与混合气体存在并具有与混合气体相同相同温度和压力温度和压力时所占有的体积。时所占有的体积。*1.2.3 分体积定律分体积定律分体积：*1.2.3 分体积定律23V总 =V1 +V2 +P总n总RT=称为B的体积分数的体积分数P总pBBj=V总VxP总pBBBBj=,(1)(2)V总 =V1 +V2 +P总n总R24 例例题题：某某潜潜水水员员潜潜至至海海水水30m处处作作业业，海海水水的的密密度度为为1.03g cm-3，温温度度为为20。在在这这种种条条件件下下，若若维维持持O2、He混混合合气气中中p(O2)=21kPa,氧氧气气的的体体积积分分数数为为多多少少？以以1.000L混混合合气气体体为为基基准准，计计算算氧氧气气的的分分体体积积和和氦氦的的质质量量。(重重力力加加速速度度取取9.807m/s2)解解:(1)T=(273+20)K=293K海水深海水深30m处的压力是由处的压力是由30m高的海水和海高的海水和海面的大气共同产生。海面上的空气压力为面的大气共同产生。海面上的空气压力为760mmHg，则：，则：P=g hw+例题：某潜水员潜至海水30m处作业，海水的密25=9.807 m/s2 1.03 103kg m-3 30m+101kPa=3.03 103 kg m-1 s-2+101kPa=303kPa+101kPa=404kPa=9.807 m/s2 1.03103kgm-3326(2)若混合气体体积为若混合气体体积为1.000L时时，(2)若混合气体体积为1.000L时，271.2.4 气体扩散定律气体扩散定律 1831年由英国化学家格雷姆提出：年由英国化学家格雷姆提出：同同温同压下，各种不同气体的扩散速度温同压下，各种不同气体的扩散速度(U)与与气体密度气体密度()的平方根成反比的平方根成反比，该结论称，该结论称气气体扩散定律体扩散定律。=可测未知气体的可测未知气体的分子量分子量和和同位素同位素的分离等。的分离等。1.2.4 气体扩散定律 1831年由英国化281.4.1 真实气体与理想气体的偏差真实气体与理想气体的偏差1.4 真实气体真实气体1.4.2 Van der Waals 方程方程1.4.1 真实气体与理想气体的偏差1.4 真实气体29 理想气体状态方程理想气体状态方程式仅在足够低的压力下式仅在足够低的压力下适合于真实气体。适合于真实气体。产生偏差的主要原产生偏差的主要原因是：因是：气体分子本身的体积气体分子本身的体积 的影响；的影响；分子间力的影响分子间力的影响。1.4.1 1.4.1 真实气体与理想气体的偏差真实气体与理想气体的偏差1.4 真实气体真实气体 理想气体状态方程式仅在足够低的压力下适合于真实气体。30a,b分别称为van der waals常量。(V-nb)=Videal等于气体分子运动的自由空间b为1mol气体分子自身体积的影响。分子间吸引力正比于(n/V)2 内压力 p=a(n/V)2 pideal=preal+a(n/V)21.4.2 Van der Waals 方程方程a,b分别称为van der waals常量。(V-nb)=31 表1-1 某些气体的Van der Waals 常量 表1-1 某些气体的Van der Waals 常量32例题：例题：分别按理想气体状态方程式和分别按理想气体状态方程式和van der waals方程式计算方程式计算1.50mol SO2在在30摄氏度占有摄氏度占有20.0L体积时的压力，并比较两者的相对误差。体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少为如果体积减少为2.00L，其相对误差又如何？，其相对误差又如何？解：解：已知：T=303K，V=20.0L，n=1.50mol，a=0.6803Pa m6 mol-2，b=0.563610-4m3 mol-1例题：分别按理想气体状态方程式和van der waals方33理想气体状态方程式ppt课件34课堂练习：课堂练习：某学生在实验室中用金属锌与盐某学生在实验室中用金属锌与盐酸反应制取氢气。所得到的氢气用排水集酸反应制取氢气。所得到的氢气用排水集气法在水面上收集。温度为气法在水面上收集。温度为18时，室内时，室内气压计为气压计为753.8 mmHg，湿氢气体积为，湿氢气体积为0.567 L。用分子筛除去水分，得到干氢气。用分子筛除去水分，得到干氢气。计算计算同样同样温度、压力下温度、压力下干氢气干氢气的体积以及的体积以及氢气的物质的量。氢气的物质的量。课堂练习：某学生在实验室中用金属锌与盐酸反应制取氢气。所得到35解解：查表知查表知18时，时，P(H2O)=15.477mmHg,湿湿氢气中，氢的分压为：氢气中，氢的分压为：Pl(H2)=(753.8-15.477)mmHg=738.3 mmHgPl(H2)=738.3 mmHg/760 mmHg 101.325kPa =98.43 kPa干氢气的干氢气的P2(H2)=753.8 mmHg=100.5 kPa，体积，体积为为V2(H2)解：查表知18时，P(H2O)=15.47736 V2(H2)=0.555 L n(H2)=2.3110-2 mol V2(H2)=0.555 L n(H2)=37 作作 业业 ：P.19-20 4,6,7,9 38