2气体陈浩

2 x 2 y 2 z 2 x
2 x
2 x
1 2 Qu = u = u ∴u = u = u = u 3 1 1 2 2N 2 pV = Nmu , or Qε t = mu ∴ p = εt 3 2 3 V 27
2 y 2 z
气体分子的平均平动能只与温度有关，而 与m或ρ等无关。平动能越大，温度越高。
m 2 3
N = ∑ni
i
定义：
2 2 n1u1 + n2u2 +L+ nui2 +L i u2 = N
，
u 2 称为速率平方的平均值（均值），
2 m 2N 1 2 代入上式，得pV= Nu = mu 3 3 2
，
1 2 mu = E动 2
21
统计物理学又导出了气体分子的平均动能与温度的关系：单原 子分子的平均动能与温度的关系：
同理
PB VB = V总 × P总
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V = V1 + V2 + ⋅⋅⋅
称为B的体积分数 称为B的体积分数
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两种气体在一容器中混和， 例1：A，B两种气体在一容器中混和， ： ， 两种气体在一容器中混和 下面表达式哪些是正确的？ 下面表达式哪些是正确的？ × 1．PAVA=nART ． 2．PV=nART ． × √ 3．PVA=nART ． √ 4．PAV=nART ． 5．PA(VA+VB)=nART ． 6．(PA+PB)VA=nART ．
推导：设边长L的一个主方箱子； 其中 的一个主方箱子； 推导： 个气体分子。 有N个气体分子。每个分子的质量为M 速度为u。 /3气体分子沿 轴方向运动， 气体分子沿x 假设有N/3气体分子沿x轴方向运动，其动 分子撞在左面箱壁后。 量为mu。分子撞在左面箱壁后。以原来的 速度向右飞（因为是弹性碰撞）。 速度向右飞（因为是弹性碰撞）。 因此每撞壁一次， 其动量为-mu，因此每撞壁一次，分子的动 量就改变了2 量就改变了2mu。 一个分子平均起来看。 一个分子平均起来看。它向左各右运动跨 越容器。与器壁A 越容器。与器壁A连续两次碰撞之间所走的 距离为2 距离为2L。
n =n1+ n2+⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅
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分压的求解： 分压的求解：
x B B的摩尔分数 的摩尔分数
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2．分体积的概念
所谓某气体的分体积是指和混 合气体具有相同温度（T）和相同压 力（P总）时该气体所占的体积。 （T，P恒定）
VA VB P总= P T P nA nB VA VB
V总
PA 或 V A = V总 × P总
第一章物质的状态第一章物质的状态-气体
固体
液体
气体
等离子体 （Plasma） ）
分子间作用力依次减弱
密度逐渐降低（有例外） 密度逐渐降低（有例外） 分子本身所占体积的比例） （分子本身所占体积的比例）
1
• 气态变成液态叫液化；液态变成气态叫蒸发（汽化） • 液态变成固态叫凝固；固态变成液态叫熔化（融化） • 固态变成气态叫升华；气态变成固态叫凝华
T、V 、 nA nB P总 PA PB
或
nA PA = P总 × n总
nB 同理 PB = P总 × n总
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道尔顿分压定律： 道尔顿分压定律：
混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。 混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和。 p = p1 + p2 + ⋅⋅⋅⋅ 或 p = ∑ pB
7
理想气体状态方程式的应用
1. 计算 ，V，T，n四个物理量之一。 计算p 四个物理量之一。 四个物理量之一 • 应用范围： 应用范围： • 温度不太低，压力不太高的真实气体。 温度不太低，压力不太高的真实气体。 pV = nRT 2.求分子量（摩尔质量）M 求分子量（ 求分子量 摩尔质量） PV = (m/M) RT (n = m/M, g/mol) 3.求密度（ρ) 求密度（ 求密度 ρ = m/V P(m/ρ) = nRT ρ) M= m/n ρ = P(m/n)/(RT) ρ = (PM)/(RT)
√ √
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P总V分 = P分V总 = n分RT
从分子运动论推导理想气体定律
基本假设： 基本假设： A.物质由分子或原子离子所组成。同一化学性质的物 物质由分子或原子离子所组成。 物质由分子或原子离子所组成 质其粒子的大小开头和作用是一样的 B.气体分子作不规则运动 气体分子作不规则运动 C.气体分子对器壁的碰撞是弹性碰撞 气体分子对器壁的碰撞是弹性碰撞
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二、 混合气体分压定律
1．分压的概念 2．分体积的概念 3．应用
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1．分压的概念 ．
分压力：混合气体中每一组分气体 分压力： 单独占有整个混合气体容积时所产生的 单独占有整个混合气体容积时所产生的 压力，成为该组分气体的分压力。 压力，成为该组分气体的分压力。 恒定） （T，V恒定） P 总= P A+ P B
1 2 Q pV = Nmu , 3 1 2 ∴ Nmu = nRT 3 idea gas pV = nRT
已知 原子量 Xe 131, F 19,
9
有关气体体积的化学计算
例:为了行车的安 全 ， 可在汽车中装 备上空气袋， 备上空气袋 ， 防止 碰撞时司机受到伤 害 。 这种空气袋是 氮气充胀起来的 用 氮气 充胀起来的 ， 所用的氮气是由 叠氮化钠与 叠氮化钠 与 三氧化 二铁在 火花的引发 二铁 在 火花 的引发 下反应生成的。 下反应生成的 。 总 反应是： 反应是：
10
ห้องสมุดไป่ตู้
6NaN3+Fe2O3(s) → 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g) 在25℃。748mmHg下，要产生 ℃ 下 要产生75.0L的N2，计算需 的 要叠氮化钠的质量。 要叠氮化钠的质量。 解： 根据化学反应方程式所显示出的n（ 根据化学反应方程式所显示出的 （ NaN3）与 n（N2 ） 的数量关系 ， 可以进一步确定在给定条件 的数量关系， （ 的关系。 下，m（NaN3）与V（N2）的关系。 （ （
dm3 (l) 8.21×10-2 atm · dm3 · mol-1 · K-1 dm3 (l) 8.31 8.31 kPa · dm3 · mol-1 · K-1 J · mol-1 · K-1
mmHg cm3 (ml) 6.24×104 8.31×103 Pa · dm3 · mol-1 · K-1
8
例题： 例题：计算摩尔质量 惰性气体氙能和氟形成多种氟化物 XeFx。 实验测定在80 实验测定在80 oC，15.6 kPa 时，某气态氟化 氙试样的密度为0.899 0.899（ 氙试样的密度为0.899（g·dm-3)，试确定这种 氟化氙的分子式。 氟化氙的分子式。 解： 求出摩尔质量，即可确定分子式。 求出摩尔质量，即可确定分子式。 设氟化氙摩尔质量为M，密度为ρ 设氟化氙摩尔质量为 ，密度为ρ（g · dm-3)， ， 质量为m 质量为 (g)，R 应选用 8.31kPa · dm3 · mol-1 · K-1）。 ，
k的物理意义是分子气体常数
PV = NkT = nRT
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另一种解法： 每次碰撞， 每次碰撞，分子动量改变值为
− m u − −m u = −2m u
2 2
2
分子每秒碰撞A 分子每秒碰撞A壁次数为
u2 / l
该分子每秒钟动量总改变值为
− 2m( u2 )2 / l
而该分子施于A 而该分子施于A壁的压力为
气体分子总是向各方向混乱而快速地运动。 2. 气体分子总是向各方向混乱而快速地运动。气体的压力是气 体分子与容器壁不断碰撞的结果，可认为是完全弹性碰撞； 体分子与容器壁不断碰撞的结果，可认为是完全弹性碰撞；
气体分子之间不断碰撞，也是完全弹性碰撞。 3. 气体分子之间不断碰撞，也是完全弹性碰撞。 u2 ＝ ux 2 ＋ uy 2 ＋ uz 2 ∆P分子＝碰撞后动量－碰撞前动量 碰撞后动量－ m(＝m(-ux)- mux＝－2 mux
2
等 离 子 体
3
严格的定义是：等离子体是由电子、阳离子和中性粒子组成的整体上呈电中性的物质集合 严格的定义是：等离子体是由电子、阳离子和中性粒子组成的整体上呈电中性的物质集合 电子 组成的整体上呈电中性
1.气体： 1.气体： 气体
气体的最基本特征： ： 具有可压缩性和扩散性
4
理想气体的状态方程式
1 3 2 2 m( u ) = kT 2 2
PV = NkT = nRT
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气体分子运动论
• 基本假设和基本公式
纯气体是由大量结构完全相同的分子所组成， 1. 纯气体是由大量结构完全相同的分子所组成，分子间距在低 压条件下远大于分子本身，分子的体积可忽略不计； 压条件下远大于分子本身，分子的体积可忽略不计；
假定：理想气体——分子本身不占体积， 假定：理想气体——分子本身不占体积，没有相互作用力的气体 ——分子本身不占体积 气体分子间的作用力很微弱， 气体分子间的作用力很微弱，一般可以忽略 气体分子本身所占的体积远小于气体的体积
波义尔定律： 一定时， 波义尔定律：当n和T一定时，气体的 与p成反比 和 一定时 气体的V与 成反比
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所以每个分子每秒钟的动量改变为
2mu / ( 2L / u ) =
N / 3个分子每秒钟的动量改变为
mu L
2
N mu2 × =f 3 L
(单位时间内的动量改变)
P（压强）= f / S = f / L2
∴
即
p=
N mu2 3 L
3
=
N mu2 3 V
pV =
Nmu2 3
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实际上ni个分子，其速度为ui，作修正： pV = (n1u1 + n2u22 +… + niui2 + …)，