宋天佑《无机化学》

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宋天佑《无机化学》
从式 R = pV

nT
R = 8.314 J•mol-1•K-1
看出 pV 乘积的物理学单位为 焦耳 (J)
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p
Pa N•m-2
V
m3
所以 pV 的单位为 N•m-2•m3
= N•m
=J
从物理学单位上看 pV 是一种功。
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pV R = nT 若压力 p 的单位为 Pa 体积 V 的单位为 dm3 温度 T 的单位为 K 物质的量 n 的单位为 mol R = 8.314 103 Pa•dm3•mol-1•K-1
第一章 化学基础知识
本章作为化学课程的基 础,包括 5 部分内容。
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(1) 气体 (2) 稀溶液的性质 (3) 晶体结构基本概念 (4) 酸碱理论 (5) 化学反应速率
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1. 1 理想气体
1. 1. 1 理想气体的状态方程 符合下面两条假定的气体,叫做 理想气体: (1) 气体分子的自身体积可以 忽略,分子可看成有质量的几何点。
当第 i 种组分气体单独存在, 且占有总体积时,其具有的压力, 称为该组分气体的分压。
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第 i 种组分气体的分压,用 pi 表示 应有关系式 pi V总 = n i R T
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混合气体所具有的压力,称为总 压,用 p总 表示。
当第 i 种组分气体单独存在,且 具有总压时,其所占有的体积,称为 该组分气体的分体积。Hale Waihona Puke Baidu
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道尔顿(Dalton) 进行了大量 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 气体的分压之和
p总 = pi i
此即道尔顿分压定律的数学表达式
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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, 与独立存在时是相同的。即在混合气 体中,组分气体是各自独立的。
这是分压定律的实质。
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同样基于上述原因,各组分
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R = 8.314 103 Pa•dm3•mol-1•K-1 这个 R 值用于处理压力与浓度
的关系时,十分方便。
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如用在下面的公式中 n
p = RT V
p = c RT 式中 c 是以 mol•dm-3 为单位 的浓度。
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1. 1. 2 混合气体的分压定律 由两种或两种以上的气体混合在 一起,组成的体系,称为混合气体。
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p(N2)= 2 105 Pa p(O2)= 2 105 Pa 测得混合气体的 p总 为 4 105 Pa。 可见 p总 = p(N2) + p(O2)
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再考察一个实验
N2 +
O2
N2 + O2
1 dm3
2 dm3
8105 Pa 2105 Pa
4 dm3
p总
2 dm3 2 105 Pa
2 dm3
p总
将 N2 和 O2 按上图所示混合。 测得混合气体的 p总 为 4 105 Pa。
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N2
+
O2
N2+ O2
2 dm3 2 105 Pa
2 dm3 2 105 Pa
2 dm3
p总
按分压的定义
p(N2)= 2 105 Pa p(O2)= 2 105 Pa
故理想气体的这种假定是有 实际意义的。
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中学阶段的物理课程和化学课程 中,曾学习过理想气体的经验公式
Boyle 定律
n,T 一定时
1 V p
读做 “正比于”
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Gay - Lussac 定律 n,p 一定时 V T Avogadro 定律 p,T 一定时 V n
测得混合气体的总压为 3 105 Pa
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N2 +
O2
N2 + O2
1 dm3
2 dm3
4 dm3
8105 Pa 2105 Pa
p总
根据分压的定义,由波义耳定律得
p(N2)= 2 105 Pa p(O2)= 1 105 Pa
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p(N2)= 2 105 Pa p(O2)= 1 105 Pa 混合气体的总压为 3 105 Pa 亦有 p总 = p(N2)+ p(O2)
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组成混合气体的每种气体,都 称为该混合气体的组分气体。
显然,空气是混合气体,其中 的 O2,N2,CO2 等,均为空气这 种混合气体的组分气体。
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第 i 种组分气体的物质的量 用 ni 表示,混合气体的物质的量 用 n 表示,
显然有 n = ni i
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第 i 种组分气体的分体积,用 Vi 表示。
应有关系式 p总Vi = n i R T
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我们通过实验来研究分压与总 压的关系
N2
+
O2
2 dm3 2 105 Pa
2 dm3 2 105 Pa
N2+ O2
2 dm3
p总
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N2
+
O2
N2+ O2
2 dm3 2 105 Pa
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1 V p VT Vn
综合以上三式,得
V
nT p
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以 R 做比例系数,比例式
V
nT p
则变成等式
nRT V= p
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nRT V= p

pV = nRT
此式即为理想气体状态方程。
上式中
pV R = nT
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若压力 p 的单位为 Pa 体积 V 的单位为 m3 温度 T 的单位为 K 物质的量 n 的单位为 mol 则 R = 8.314 J•mol-1•K-1 R 称为摩尔气体常数。
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(2) 分子间的作用力可以 忽略,分子与分子之间、分子与 器壁之间的碰撞,可认为是完全 弹性碰撞 —— 无动能损失。
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在高温和低压下,实际气体分 子间的距离相当大,气体分子自身 的体积远远小于气体占有的体积。
这时分子间的作用力极弱。
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高温和低压下的实际气体很 接近理想气体。
第 i 种组分气体的摩尔分数用
xi 表示,则
xi =
ni n
例如,由 4 mol N2 和 1 mol O2 组成的混合气体, 则其中
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x(N2)=
n(N2) n
=
4 5
x(O2)=
n(O2) n
=
1 5
显然有
xi = 1
i
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混合气体的体积称为总体积, 用 V总 表示。
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