江苏师范大学无机化学课件1

1.5mol 8.314J K mol 303K 189kPa 20.0L
nRT p1 V
1
1
nRT an p2 2 V nb V
2
1.50mol 8.314J K 1 mol 1 303K 20.0L 0.05636L mol 1 1.50mol (1.5mol) 2 0.6803 10 3 kPa L (20.0L) 2 189.7kPa 3.8kPa 186kPa
p1 p2 189 186 100 % 1.61% p2 186 ’ V 2.00 L p1 1.89 10 3 kPa p’ 1.59 10 3 kPa 2
解： T =(273+19)K = 292K p=97.8kPa V=4.16L
292K 时，p(H2O)=2.20kPa Mr (NH4NO2)=64.04
(97.8 2.20)kPa 4.16L n(N2) = -1 -1 8.314J K mol 292K
=0.164mol
1 28.3 8.314 298 V (N2 ) 140 ( L) 5 100
2. 确定气体的密度和摩尔质量
pV nRT
m n M
m pV RT M
M = Mr gmol-1
mRT M pV
mRT M pV
=m/V
M
RT
p
pM = RT
例1-2 P5 解: 已知: m(Ar)=0.7990g, T=298.15K,
p(N2)= p- p(NH3) - p(O2)
=(133.0-35.5-20.0)kPa
=77.5kPa
分压定律的应用
例题: 可以用亚硝酸铵受热分解的方法 制取纯氮气。反应如下： NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 如果在19℃、97.8kPa下，以排水集气法在 水面上收集到的氮气体积为4.16L，计算消 耗掉的亚硝酸铵的质量。
例题：分别按理想气体状态方程式和van der Waals方程式计算1.50mol SO2在30摄氏度占有 20.0L体积时的压力,并比较两者的相对误差。 如果体积减少为2.00L，其相对误差又如何？
解：已知：T =303K，V=20.0L，n=1.50mol， a=0.6803Pa · 6 · -2， m mol b=0.563610-4m3 · -1 mol
101 .325 39.95 ( Ar ) 1.782 ( g L1 ) 8.314 273 .15
§1.2 气体混合物
1.2.1 分压定律
*1.2.2
分体积定律
1.2.1 分压定律
组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做组 分气体。 分压： 组分气体B在相同温度下占有与混合 气体相同体积时所产生的压力，叫做组分 气体B的分压。 nB RT pB V
1.1.2 理想气体状态方程式的应用
1. 计算p，V，T，n四个物理量之一。 pV = nRT 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。
例1-1 P4 解: ⑴已知: V=50.0L, T=298K, p1=15.2MPa; 设: 钢瓶中氮气为n1;质量为m(N2)
p1V 15.2 10 50.0 n1 307 (mol ) RT 8.314 298
1. 理想气体：
人们将符合理想气体状态方程式的气 体，称为理想气体。 ⑴分子本身没有体积，有位置，无体积；
⑵分子间没有作用。
真实气体：在低压高温时，可近似地看成 为理想气体。 理想气体分子之间没有相互吸引和 排斥；分子本身的体积相对于气体所占 有体积完全可以忽略。
2. 气体的状态：
通常可用四个物理量来描述。
1.4.2
Van der Waals 方程
2
n ( p a 2 )(V nb) nRT V
a,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)2
p nRT V
分压的求解：
nB RT nRT pB p V V pB nB xB p n
nB pB p xB p n
x B B的摩尔分数
例题：某容器中含有NH3、O2 、N2等气 体 的 混 合 物 。 取 样 分 析 后 ， 其 中 n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol，n(N2) = 0.700mol。混合气体的总压p=133.0kPa。试 计算各组分气体的分压。
nB RT VB p
nB RT VB p
V = V1 + V2 +
或
V VB
B
n1 RT n2 RT V p p
RT nRT n1 n2 p p VB nB B—称为B的体积分数 V n pB VB xB B , pB B p p V
例题：某潜水员潜至海水30m下作业， 海水的密度为1.03gcm-3 ，温度为20℃。在 这 种 条 件 下 ， 若 维 持 O2 、 He 混 合 气 中 p(O2)=21kPa 氧 气 的 体 积 分 数 为 多 少 ？ 以 1.000L混合气体为基准，计算氧气的分体积 和氦的质量。(重力加速度取9.807ms-2) 解：T=(273+20)K=293K 海水深30m处的压力是由30m高的海水和海 面的大气共同产生。海面上的空气压力为 760mmHg，则：
3
m ∵ n M
M(N2)=28.0gmol-1
∴ m(N2)=n1(N2) M(N2)=30728.0=8.60103(g) ⑵已知: p2=13.8MPa, V=50.0L, T=298K,
设:消耗的氮为n2; 每次耗氮的体积V(N2)
( p1 p 2 )V (15.2 13.8) 10 3 50.0 n2 28.3(mol) RT 8.314 298
⑴物质的量，n，mol;
⑵体积，V，m3(L);
⑶压力，p, Pa(kPa)
⑷热力学温度, T, K(℃)
3. 气体状态之间的关系：
气体状态的四个物理量并不需要同时都确 定，相互之间有一定的关系。历史上科学 家们通过实验提出了许多定律： ⑴Boyle定律：n, T一定 p1V1= p2V2 V1 V2 = ⑵Charles定律：n, p一定 T1 T2 n1 V1 = ⑶Avogadro定律：T, p一定 n 2 V2 结合这三个定律，n一定
0.63g
气体扩散定律： 1831年英国G. Thomas提出 • 同温同压下，气体的扩散速度与它的分子 量的平方根成反比。
3 RT MA 3 RT MB
vA vB
=
=
MB = MA
B A
§1.4
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。 产生偏差的主要 原因是： ①气体分子本身的体 积的影响； ②分子间作用力的影 响。
无机化学
第五版 大连理工大学无机化学教研室 编
路再生 徐州师范大学无机化学教研室
第一篇
化学反应原理
第一章
气
体
§1.1 理想气体状态方程式
§1.2 气体混合物
§1.4 真实气体
本章教学要求
1．掌握气体的特点、理想气体状态方程式及其应用； 2．掌握混合气体的分压定律和分体积定律，并能熟练进行有关计算；
p=111.46kPa=15.2kPa, V=0.4448L;
设: 氩的摩尔质量为M(Ar),相对原子量 Ar(Ar)和密度.
0.7990 8.314 298 .15 M ( Ar ) 39.95( g mol 1 ) 111 .46 0.4448
Ar(Ar)=9.95
NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 64.04g 1mol m(NH4NO2)=? 0.164mol
64.04g 0.164mol m(NH4NO2) = 1mol
=10.5g
*1.2.2
分体积定律
分体积： 混合气体中某一组分B的分体积VB是 该组份单独存在并具有与混合气体相同 温度和压力时所占有的体积。
8.314 J mol K
1 1
• 注意： ⑴R的单位和数值，不同单位有不同数值。 • 8.314 Pam3mol-1K-1= Jmol-1K-1 (kPaLmol-1K-1) • 8314 PaLmol-1K-1 • 0.08206 atmLmol-1K-1 • 62363 mmHgmLmol-1K-1 ⑵各单位之间的换算：附录5，P673 • 1J=9.869cm3atm, 1cm3atm=0.1013J
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。 p = p1 + p2 + 或 p = pB
n1 RT n2 RT p1 , p2 , V V n1RT n2 RT RT p n1 n2 V V V n =n1+ n2+
解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2) =0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol n( NH 3 ) p p(NH3)= n 0.320 133 .0kPa 35.5kPa 1.200
n(O 2 ) p (O 2 ) p n
0.180 133 .0kPa 20.0kPa 1.200
3.了解真实气体与理想气体的区别、van der Waals方程式及其应用。