第1章 气体
无机及分析化学第一章第一节气体
例 1-3
• 在 25 ℃下，将 0.100m ol 的 O 2 和 0.350mol 的 H 2 装入 3.0 0L 的容器中，通电后氧气 和氢气反应生成水，剩下过量的氢气。求反应前后气体的总压和各部分的分压。 •
解：反应前 0.100mol 8.315kPa L mol-1 K -1 298K p（O 2） 82.6kPa 3.00L 0.350mol 8.315kPa L mol-1 K -1 298K p（H 2） 289kPa 3.00L p 82.6kPa 289kPa 372kPa( 四舍五入) 通电时0.100mol O 2只与0.200molH2 反应生成0.200molH2 O，而剩余0.150molH 2。 液态水所占的体积与容 器体积相比可忽略不计 ，但由此产生的饱和水 蒸气却必须考虑。 因此反应后 0.150mol 8.315kPa L mol-1 K -1 298K p（H 2） 124kPa 3.00L P（H 2 O） 3.17kPa p 124kPa 3.17kPa 127kPa(四舍五入)
无机及分析 化学
第一章 气体和溶液
1.1 气体 1.1.1 理想气体状态方程
概念：分子本身不占体积，分子间没有相互作用力的气体称为理想气体。 低压状态下可以看做理想气体，所遇到的实际情况都不是理想气体。 理想气体状态方程： pV=nRT p 代表了气体的压力 V 代表了气体的体积
T 代表了气体的温度
• 解：
mRT 0.118g 8.315kPa L mol-1 K -1 298K -1 M 16 . 0 g mol pV 73.3kPa 250 10-3 L 所以该气体的相对分子 质量为 16.0g mol-1。
第1章气体、液体和胶体
第1章气体、液体和胶体1．有一煤气罐容积为100L ，27℃时压力为500kPa ，经气体分析，煤气中含CO 的体积分数0.600，H 2的体积分数0.100，其余气体的体积分数为0.300，求此储罐中CO 、H 2的物质的量。
解：n ===20.047mol RT PV )27273(314.8500100+××X CO ==0.6总n n CO =20.074×0.6=12.028molCO n =20.074×0.1=2.005mol2H n 2．含甲烷和乙烷的混合气体，在20℃时，压力为100kPa 。
已知混合气体中含甲烷与乙烷质量相等，求它们的分压。
解：设甲烷质量为x 克==4CH n 16x 62H C n 30x =4CH p VRTn 4CH =62H C p V RT n 62H C ===624H C CH p p 644H C CH n n 1630815P 总＝＋4CH p 62H C p ＝65.22kPa4CH p ＝34.78kPa62H C p 3．在20℃时，用排水取气法收集到压力为100kPa 的氢气300cm 3，问去除水蒸气后干燥的氢气体积有多大。
解：20℃P=100kPa,v=0.3L20℃时水的饱和蒸汽压为2.33kPaV 总＝P 总(干燥)2H p 2H V（100－2.33）×0.3=100×(干燥)2H V ＝＝293mL 2H V 1003.067.97×4.已知浓硫酸的相对密度为1.84g/mL ，其中H 2SO 4含量约为96%，求其浓度为多少？如何配置1L 浓度为0.15mol/L 硫酸溶液？解：==18.02mol/L 42SO H c 9896.084.11000××配置1L 浓度为0.15mol/L 硫酸溶液应取18.02mol/L 的浓硫酸：V==8.34mL 02.1815.01000×5．用作消毒剂的过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为0.03，该溶液的密度为1.0g/mL ，计算这种水溶液中过氧化氢的质量摩尔浓度、物质的量浓度和物质的量分数。
chap1气体、溶液
代入: △p = K蒸b(B) 0.11 = 0.0571×13×1000/(MB×87) MB = 77.56 (g/mol)
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。
第一章 气体、溶液和胶体
了解理想气体的状态方程及其应用
理解道尔顿分压定律 掌握溶液组成的标度 掌握稀溶液的性质及其应用 了解电解质溶液活度和离子强度的概念。
作业：1, 3, 4 , 6, 8
第一章
气体、 溶液和胶体
第一节气体 一、理想气体状态方程
• 在通常的温度及压力条件下，固态（Solids）、
XA = 1 – XB
nB 移项得：△p = p*－p = p * XB = p*——— nA + nB ∵是稀溶液， ∴ nA >> nB nA + nB ≈ nA
nB △p≈ p*—— Δp＝p* xB nA ∵nA＝mA/MA nB nB ∴ △p≈ p*——＝p* — MA nA mA nB △p＝ p * MA ——＝K b(B ) mA 式中，MA ： kg/mol mA： kg
单相体系
多相体系 （存在界面）
分散系 分类
分子分散系 (d <1 nm) 胶体分散系 (d: 1-100 nm) 粗分散系 (d >100 nm)
分散系按分散质粒子的大小分类
无机化学第一章气体
无机化学第一章气体
p1
n1 RT V
,
p2
n2 RT V
,
pn 1 V R T n 2 V R T n 1n 2 R VT
n =n1+ n2+
p
nRT V
无机化学第一章气体
分压的求解：
pB
nB RT V
p
nRT V
pB p
nB n
xB
pB
nB n
规律：各组分气体分别遵循理想气体状态方程。 即： PVB = nBRT
分体积定律：混合气体的总体积等于混合气体中
各组分气体的分体积之和。
V = V1 + V2 +
或
V = VB
无机化学第一章气体
V n1RT n2 RT
p
p
n1
n2
RT
p
nRT p
VB V
nB n
B
—称为组分B的体积分数
pB p
xB
VB V
B
,
VB B V
结论：某组分气体的分体积等于混合气体的总体 积和该组分气体的体积分数(摩尔分数)的乘积。
Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g)
65.39g
1mol
m(Zn)=?
0.0964mol
m(Zn) =
65.39g 0.0964mol 1mol
= 6.30g
答：（略）
无机化学第一章气体
*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。
物理化学第一章气体
17
18
第一章 气体的pVT关系
1.了解理想气体的微观模型，能熟练使用理 想气体的状态方程 2.理解气体的液化和临界参数 3.了解真实气体的状态方程及对应状态原理 与压缩因子图 重点： 理想气体的状态方程、微观模型、 临界参数。 难点：对应状态原理与压缩因子图。
1
问题：1.理想气体的状态方程式主要有哪些 应用？ 2.何为理想气体混合物？在理想气体混合物中 某组分的分压是如何定义的？其物理意义如何，如 何计算？ 3.何为纯液体的饱和蒸气压？它与哪些因素
有关？
2
3
1.分子之间无相互作用力 2.分子本身不占有体积
状态方程 理想气体 分压及分体积定律 气体 液化及临界现象 实际气体 对应状态原理及压缩因子图 状态方程
如何变成理 想气体？
4
1.1 理想气体的状态方程
pV nRT
导出公式：
M mRT / pV
pM / RT
例：六氟化铀UF6是密度很大的一种气体，求在
适合条件:理想气体或低压下的真实气体
6
1.分子之间无相互作用力 2.分子本身不占有体积
状态方程 理想气体 分压及分体积定律 气体
液化及临界现象
实际气体 状态方程 对应状态原理及压缩因子图
7
1.3 气体的液化及临界参数
饱和蒸气压：指定温度下，密闭系统中某物质处 于气液平衡共存时其蒸气的压力。
临界参数：
9
b.求真实气体的压缩因子Z
真实气体的pVT关系： 对比参数： 对比压力: pr =p/pc
pVm ZRT
对比温度: Tr =T/Tc
对比体积: Vr =Vm/ Vm，c
第一章 气体和溶液
溶液的蒸气压降低的原因：
溶质是难挥发非电解质，因此溶液的蒸气压实际上 是溶液中溶剂的蒸气压。
pA*
p
水
糖水
蒸气压与溶液的浓度有没有定量规律？ 1887年，法国著名物理学家拉乌尔根据大量的实验 结果，总结出一个经验定律，这就是拉乌尔定律。
拉乌尔(Raoult)定律 在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压(p) 等于纯溶剂的蒸气压(pA*)乘以溶剂在溶液中的摩尔分 数(xA)。即： p = p A * · xA
第一章 气体和溶液
基本要求 掌握理想气体状态方程及其应用；掌握道尔
顿分压定律的应用和计算；熟悉溶液浓度的表示方法；
理解稀溶液的依数性及应用；熟悉胶体的结构、性质、
稳定性等；掌握胶粒聚沉的方法和电解质对溶胶聚沉作 用的影响规律。 学习重点 理想气体状态方程；分压定律；溶液浓度的
表示方法；稀溶液的依数性；胶体的性质与结构；影响
∵ xA + xB = 1 ∴ p = pA*（1－xB） 溶液的蒸气压下降值Δp为 Δp = pA*－p
= pA*－pA*（1－xB）
Δp = pA*xB 因此拉乌尔定律也可以这样说：
拉乌尔(Raoult)定律:
在一定温度下,难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下
降（Δ p）与溶质的摩尔分数(xB)成正比,而与溶质的本
理想气体：忽略分子的大小和分子间的作用 力 理想气体状态方程：pV= nRT
式中：p为压力 (Pa)， V为体积（m3）， n为物质的量（mol）， R为摩尔气体常数, T为热力学温度（K）。
气体状态方程式的另一些形式：
物质的量（n）与质量（m）、摩尔质量（M）的关系
m pV RT M pM RT
无机及分析化学——第一章 气体和溶液
依数性来源于分散微粒间距离远，作用力小。
通常所说的“依数性”，包括四个方 面： • 蒸气压下降 (The lowering of the vapor pressure)
• 沸点升高 (The elevation of the boiling point)
• 凝固点降低 (The depression of the freezing point) • 渗透压 (The phenomenon of osmotic pressure)
c)粗分散系：
1000 nm (> 10-6 m), 例如：泥浆水(悬浊液）、牛奶、豆 浆等。肉眼或在显微镜下可观察到微粒，静置易沉淀，是一种 不稳定的体系。
相与界面
相（phase）：体系中物理性质和化学性质完全相同的部分。 相界面（简称界面，interface）：将相与相分隔开来的部分。 相与相之间在指定的条件下具有明确的界面，在界面两边体 系的性质会有突跃变化。处于界面上的原子或分子的受力情况 与相内部的不同，往往存在剩余引力，具有界面能。一般来说， 体系中存在的界面越多，能量就越高，体系也越不稳定。
体来说，只要温度不是太低（高温,高于273K），压力不
是太高（低压 , 低于数百 kPa ），都可以近似用理想气体 状态方程作有关p、V、T、n 的计算。
2. 理想气体状态方程
理想气体的温度（T）、压力（p）、体积(V)和物质的 量（n）之间, 具有如下的方程式关系： pV = nRT 在SI制中，p—Pa，V—m3，T—K，n—mol。 标准状况（p=101.325 kPa，T=273.15 K）下，1 mol 气 体的标准摩尔体积为 22.414×10-3 m3 ，摩尔气体常数 R 的 单位及数值为: pV 1.01325 105 Pa 22.414 103 m3
无机化学第一章气体
P理想 = P实际 + a(n/V)2
例题：分别按理想气体状态方程和范德华方程计算 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dr。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 ·m6 ·mol-2=0.6803 103kPa ·L2 ·mol-2 b=0.563610-4m3 ·mol-1 =0.05636 L ·mol-1
答：（略）
§1.4 真实气体
真实气体与理想气体的运动状态不同，存在偏 差。
产生偏差的主要原因是： ①气体分子本身的体积的影响； (分子本身有大小、占有体积，有时不能忽略) ②分子间力的影响。
（分子间存在相互吸引力，对器壁压力减小）
理想气体状态方程仅在温度不太低、压力不太高的情
况下适合于真实气体。否则必须对体积和压力进行校正。
即
PBV = nBRT
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 p1 , V
n 2 RT p2 , V
n1RT n2 RT RT p n1 n2 V V V
n =n1+ n2+
分压定律的应用
例题：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25℃下,用排水
集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25℃时, 水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L，计算反应中消
耗锌的质量。
解： T =(273+25)K = 298K
p= 98.70kPa V=2.50L 298K时，p(H2O)=3.17kPa Mr (Zn)=65.39
第一章 气体和溶液
1. 稀溶液蒸气压下降
(1) 溶剂的蒸汽压 vapor pressure
(2) 稀溶液的蒸汽压下降 pressure lowering
(2) 稀溶液的蒸汽压下降 pressure lowering
溶液的蒸发与纯水蒸发相比，速率要慢得多，因为： 溶液表面被溶质微粒所占据，使溶液表面动能较高，足以克 服分子间引力而进入气相的溶剂分子相对含量降低，减少溶 剂分子蒸发的机会。
4. 质量分数
定义：B物质的质量与混合物质量之比， 表示相同质量单位物质的相对含量。 单位：1
表示式： ωB= mB /（mA+ mB）
表示方法：分数或者小数
举例： ω硫酸 = 98% or 0.98
5. 质量浓度
定义: B物质的质量与混合物体积之比。 符号:ρB 单位：Kg/m －3;g· －1；mg · －1;μg · －1 L L L
B组分气体分压的求解：
nB RT pB V p nRT V
pB nB xB p n
nB pB p xB p n
x B B的摩尔分数
1.4 分压定律的实 际应用 计算气体混合物中各组分气体分压
例题:
在25℃、99.43kPa下，以排水集气法在水面上收 集到的氢气体积为0.4006L，计算在同样温度、压力 下，用分子筛除去水分后所得干燥氢气V’ 和n。已知 25℃时水的饱和蒸气压为3.17kPa 解： T =(273+25)K = 298K p=99.438kPa V=4.16L
C
水
水的 相图 是根 据实 验绘 制的：
A f
冰
P
610.62
O
D
B
273.16
q 水蒸气
第一章-气体
第一章 气体自然界中物质的聚集状态一般可分为三种：气体、液体和固体。
气体与液体均可以流动，统称为流体(fluid)；液体和固体又统称为凝聚态(condense)。
无论物质处于哪一种状态，都有许多宏观性质，如压力(pressure)p 、体积(volume)V 、温度(temperature)T 、密度(density)ρ和热力学能(thermodynamic energy)U ，等等。
对于一定量的纯物质而言，p 、V 、T 是三个最基本的性质；而混合物的基本性质还应包括组成。
由一定量纯物质组成的均相流体，p 、V 、T 中任意两个量确定后，第三个量即随之确定，此时就说物质处于一定的状态。
处于一定状态的物质，各种宏观性质都有确定的值和确定的关系。
联系p 、V 、T 之间关系的方程称为状态方程。
本章着重介绍气体的状态方程。
§1-1 理想气体状态方程1.理想气体状态方程气体的物质的量n 与压力p 、体积V 与温度T 之间是有联系的。
从17世纪中叶开始 .先后经过波义尔（Boyle R,1662）、盖-吕萨克（Gay J-Lussac J,1808）及阿伏伽德罗（A Avogadro,1869）等著名科学家长达一个多世纪的研究，测定了某些气体的物质的量n 与它们的p 、V 、T 性质间的相互关系。
得出了对各种气体都普遍适用的三个经验定律(empirical law)。
在此基础上，人们归纳出一个对各种纯低压气体都适用的气体状态方程：nRT pV = (1-1-1a)上式称为理想气体状态方程（state equations of the ideal gas ）。
式中p 的单位为Pa ，V 的单位为m 3，n 的单位为mol ，T 的单位为K 。
R 是是一个对各种气体都适用的比例常数(ratioconstant)，称为摩尔气体常数，在一般计算中，可取R=8.314 J ·mol -1·K -1。
物理化学 第一章 气体
反应活性很高的O原子与O2结合形成O3: O＋O2＋M O3＋M 臭氧自身吸收200nm~300nm的uv,而发生
分解:
O3 UV O＋O2
在 STP 条 件 下 , 臭 氧 层 厚 度 仅 仅 有 3mm。本世纪七十年代中期科学家们已 关切到某些氟氯烃对臭氧层的有害影响 使用中的氟氯烃最终大多逃逸到大气中 ，然后扩散到平流层中，在175~220nm 波长的uv辐射下引起分解：
理想气体状态方程的应用
• 计算p、V、T、n中的任意物理量,
应用于低压、高温下的真实气体。 • 气体摩尔质量的计算。 • 气体密度的计算。
例：丁烷C4H10是一种易液化的气体燃 料，计算在23℃，90.6KPa下，丁烷 气体的密度。
pV＝nRT= mRT/M
＝m/V
＝
pM RT
＝2.14g·L－1
第一章 气体
气体的基本物理特性：扩散性和可压缩性。 表现为： （1）气体没有固定的体积和形状。 （2）气体是最易被压缩的一种聚集状态。 （3）不同种气体能以任意比例相互均匀混合。 （4）气体的密度比液体和固体的密度小很多。
• 1.1 理想气体状态方程 • 1.2 气体混合物 • 1.3 气体分子运动论 • 1.4 真实气体 • 1.5 大气化学
2NO(g)+O2(g) 2NO2 (g)
波长小于400nm的阳光能引起NO2的 光化学分解：
2NO2 (g)+hv NO(g)+O(g)
O(g)+O2(g)+M O3 (g)+M 继而臭氧与未燃烧的烃和其他有机化 合物反应生成过氧乙酰硝酸脂（PAN） 、醛等二次污染物。一次和二次污染物 随着每时的时间变化而变化。
普通化学原理第一章
2KClO3 (s) 2KCl (s) + 3O2 (g)
23 24
4
习题: 在57C将O2通过一盛水容器，在100 kPa下收
集氧气 1.00 dm3。问：
1. 温度不变，将压强降为50.0 kPa 时，混合气体的体积是多少？ 2. 温度不变，将压强增加到200 kPa 时，混合气体的体积是多少？ 3. 压强不变，将温度升高到100 C 时，混合气体的体积是多少？
Combined gas law
8
SATP (Standard ambient temperature and pressure): T = 298.15 K (25 C), p = 100 kPa
7
典型的Boyle定律实验
等温线 (isotherm)
©ECNU-Chem
Charles 定律实验：恒压下气体体积与温 度的关系
1.4 气体扩散定律
气体分子不停地做无规则运动，它们的 运动速率与其本身的性质有关。
©ECNU-Chem
©ECNU-Chem
4. 压强不变，将温度降至 10 C 时，混合气体的体积是多少？ 已知水在10和57C时的饱和蒸气压分别为1.2和17.0 kPa。
解题思路:
1. 氧气与水蒸气的混合气体的总体积, n总不变，p1V1= p2V2 2. 压强增加会引起水蒸气的凝聚，但氧气的物质的量没有变化，可 以用氧气的分压来计算总体积： p气1V1 = n气RT = p气2V2 3. n总不变， V1/T1 = V2/T2 = 常数 4. 温度降低也会引起水蒸气的凝聚，但氧气的物质的量没有变化， 可以用氧气的分压来计算总体积： p气1V1 /T1= n气R = p气2V2/T2
M = mRT/(pV)
第一章 气体
第一章气体、液体和溶液的性质1.敞口烧瓶在7℃所盛的气体，必须加热到什么温度，才能使1/3气体逸出烧瓶？2.已知一气筒在27℃，30.0atm时，含480g的氧气。
若此筒被加热到100℃，然后启开阀门（温度保持在100℃），一直到气体压力降到1.00atm时，共放出多少克氧气？3. 在30℃时，把8.0gCO2、6.0gO2和未知量的N2放入10dm3的容器中，总压力达800 mmHg。
试求：(1) 容器中气体的总摩尔数为多少？(2) 每种气体的摩尔分数为多少？(3) 每种气体的分压为多少？(4) 容器中氮气为多少克？3.CO和CO2的混合密度为1.82g dm－3(在STP下）。
问CO的重量百分数为多少？4.已知某混合气体组成为：20份氦气，20份氮气，50份一氧化氮，50份二氧化氮。
问：在0℃，760mmHg下200dm3此混合气体中，氮气为多少克？5.S2F10的沸点为29℃，问：在此温度和1atm下，该气体的密度为多少？7. 体积为8.2dm3的长颈瓶中，含有4.0g氢气，0.50mol氧气和分压为2atm 的氩气。
这时的温度为127℃。
问：(1) 此长颈瓶中混合气体的混合密度为多少？(2) 此长颈瓶内的总压多大？(3) 氢的摩尔分数为多少？(4) 假设在长颈瓶中点火花，使之发生如下反应，直到反应完全：2H2(g) + O2(g) ＝2H2O(g)当温度仍然保持在127℃时，此长颈瓶中的总压又为多大？8. 在通常的条件下，二氧化氮实际上是二氧化氮和四氧化二氮的两种混合气体。
在45℃，总压为1atm时，混合气体的密度为2.56g dm－3。
计算：(1) 这两种气体的分压。
(2) 这两种气体的重量百分比。
9. 在1.00atm和100℃时，混合300cm3H2和100 cm3O2，并使之反应。
反应后温度和压力回到原来的状态。
问此时混合气体的体积为多少毫升？若反应完成后把温度降低到27℃，压力仍为1.00atm，则混合气体的体积为多少毫升？(已知27℃时水的饱和蒸汽压为26.7mmHg)10. 当0.75mol的“A4”固体与2mol的气态O2在一密闭的容器中加热，若反应物完全消耗仅能生成一种化合物，已知当温度降回到初温时，容器内所施的压力等于原来的一半，从这些数据，你对反应生成物如何下结论？11. 有两个容器A和B，各装有氧气和氮气。
第1章 气体
第1章气体一、单选题1、某气体AB，在高温下建立下列平衡∶AB(g)==A(g)＋B(g).若把1.00mol此气体在T=300K，P=101 kPa下放在某密闭容器中，加热到600K时，有25.0%解离。
此时体系的内部压力(kPa)为( )A． 253 B． 101 C．50.5 D．1262、一敞口烧瓶在7℃时盛满某种气体，欲使1/3 的气体逸出烧瓶，需加热到（）A．100℃B．693 ℃C．420 ℃D．147 ℃3、实际气体和理想气体更接近的条件是( )A．高温高压 B. 低温高压 C. 高温低压 D. 低温低压4、Ａ，Ｂ两种气体在容器中混合，容器体积为V，在温度T下测得压力为P，V A ，V B 分别为两气体的分体积，P A ，P B 为两气体的分压，下列算式中不正确的一个是( )A. PV A = n A RTB. P A V A =n A RTC. P A V= n A RVD. P A (V A+V B )= n A RT5、某容器中加入相同物质的量的NO和Cl2，在一定温度下发生反应：NOCl(g)。
平衡时，各物种分压的结论肯定错误的NO(g)+1/2Cl是（）A. P(NO)=P(Cl2)B. P(NO)=P(NOCl)C. P(NO)<P(Cl2)D. P(NO)>P(NOCl)6、The height of a column of liquid supported by atmospheric pressure is inverselyproportional to the density of the liquid. Mercury has a density of 13.6 g/mL. How high a column of water (density = 1.00 g/mL) would be supported by an atmospheric pressure of 0.876 atm? ( )A. 9.05×103 mmB. 1.03×104 mmC. 49.0 mmD. 11.9 mm7、If you purchase a balloon filled with helium and take it outside on a cold day, you will notice that it shrinks and becomes less buoyant. What gas law explains this observation? ( )A. Boyle'sB. Charles'sC. Avogadro'sD. Graham's8、A sample of gas occupies 10.0 L at 50°C. Assuming that pressure is constant, what volume will the gas occupy at 100°C? ( )A. 10.0 LB. 20.0 LC. 11.5 LD. 5.0 L9、What is the Charles's law constant (in L/K) for 200 mg of carbon dioxide at 600 mm pressure? ( )A. 4.73 10–4 L/KB. 5.64 10–3 L/KC. 42.0 L/KD. 2.11 103 L/K10、At a given temperature and pressure, which gas occupies the smallest volume per unit mass? ( )A O2 B. Ar C. CO2 D. Xe11、At what temperature (in °C) will 25.0 g of carbon dioxide (at 1.00 atm) occupy.( )A. 188°C B 461°C C. –263°C D. –270°C12、What is the molar mass of a gas that has a density of 3.11 g/L at 100°C and 1.50 atm pressure? ( )A. 0.152 g/molB. 95.2 g/molC. 17.0 g/molD. 63.5 g/mol13、What volume of N2 gas would be produced by the decomposition of 35.0 g NaN3 solid? (Assume that the gas is produced at 1.00 atm pressure and 150°C.) ( )A 28.0 L B. 9.95 L C. 18.7 L D. 56.1 L14、At what temperature would CO2 gas have the same average molecular speed as O2 gas has at 400 K? ( )A. 250 KB. 550 KC. 400 KD. 600K15、How much faster does nitrogen escape from the balloon than oxygen? ( )A. 1.07 times fasterB. 1.14 times fasterC. 0.875 times as fastD. 0.935 times as fast二、判断题（判断下列各项叙述是否正确，对，打“√”；错，打“×”。
第1章 气 体
第1章气体一、授课题目（教学章、节或主题）第1章气体二、教学时间安排共1课时三、教学目的、要求1．掌握理想气体状态方程、混合气体分压定律，并运用定律进行有关计算；四、教学重点和难点理想气体状态方程、混合气体分压定律。
五、教学方法及手段教学方法以讲授法为主，采用多媒体教学手段。
六、教学过程设计(一)组织教学(二)导入新课各种物质都是由微观粒子（如分子、原子、离子等）聚集而成。
由于微观粒子间作用力的差别，物质的聚集状态也有所不同，通常有气态、液态和固态三种状态。
与液体和固体相比，气体是一种较简单的聚集状态，本章主要介绍气态物质的一些基本性质。
(三)新课内容§1.1 理想气体状态方程提问：当将一定量的气体引入任何容器中，会出现什么现象？(例如氯气通入集气瓶中)气体将立即向各方扩散并均匀地充满容器的整个空间。
说明什么？即气体没有固定的体积和形状，只能具有与容器相同的形状和体积。
结论：气体具有扩散性。
又问：如果对一定量的气体或液体、固体加压，结果有什么不同？显然，气体最易被压缩，这是因为气体分子之间的空隙最大的缘故。
结论：气体具有可压缩性。
故气体的最基本特征是：扩散性和可压缩性。
大家知道，温度T 、压力p 和体积V 是描写一定量气体状态的3个参量，那么，三者之间有什么关系呢？对理想气体来说，三者和物质的量n 之间存在有如下关系：pV = nRT 该式称为理想气体状态方程，式中R 为摩尔气体常数。
只有理想气体才完全遵守此方程。
那么，什么是理想气体？理想气体是指分子本身不占有体积，分子间没有作用力的气体。
显然，理想气体是一种假想模型，实际气体都是非理想气体，因为它的分子本身有体积，分子之间有作用力，但对于处于高温、低压下的实际气体来说，分子间距离很大，相互的作用力极微弱，分子本身的大小相对于整个气体的体积可以忽略不计，因此可以近似地视为理想气体。
此时用pV = nRT 计算的结果能接近实际情况。
用理想气体状态方程式进行计算时，务必注意各物理量的单位，其中温度T 为热力学温度，单位为K ；压力p 的单位为Pa(帕)；物质的量n 的单位为mol ；体积V 的单位为m 3已知在标准状况(p = 101.325 kPa ，T = 273.15 K)下，1 mol 气体的标准摩尔体积为22.414×10-3m 3，据此可以确定摩尔气体常数R 的数值及单位： R =nTpV = 8.314 kPa ·dm 3·mol -1·K -1 = 8.314 Pa ·m 3·mol -1·K -1= 8.314 J ·mol -1·K -1根据理想气体状态方程可以计算气体的相对分子质量及一定温度和压力下气体密度等。
大学物理 章 气体
1.3.2 低压气体的经验定律
(1) Boyle-Marriotte定律 在较低压力下, 保持气体的温度和物质的量不变,
气体的体积与压力的乘积为常数。
T , n 不变
p
V 1 pV C p
p1
p2
p1V1 p2V2
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V1 V2 V
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(2) Charles-Gay-Lussac 定律
Z pVm pV RT nRT
Z=1，ideal gases Z＞1，难被压缩 Z＜1，易被压缩
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2. The Boyle temperature(TB)
pVm
T > TB T = TB T < TB
p 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm－p 图
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1.3.3 理想气体状态方程
摩尔气体常数 R 的准确数值可以由实验测定。在一定温度下
当 p 0 时， pVm 同一数值
pVm/ J·mol-1
5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
0
N2 He CH4
1.3.3 理想气体状态方程
在压力趋于 0 的极限条件下，各种气体的行为均 服从pVm= RT 的定量关系，R 是一个对各种气体都适 用的常数。
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2020/3/21
1.3.4 理想气体混合物
1. 混合物组成表示法 2. Dalton 分压定律 3. Amagat 分体积定律
《物理化学》第一章气体复习题
解： 根据已知条件，气柜内贮存氯乙烯的物质的量为，则氯乙烯的 质量为。根据密度的定义。将以上的关系式代入，消去相同项，得 提用其中的100 ，相当于提用总的物质的量的，则提用的物质的量为
或 4．设在一个水煤气的样品中，各组分的质量分数分别
为：，，，，。试计算： （1）混合气中各气体的摩尔分数 （2）当混合气在670 K和152 kPa时的密度 （3）各气体在上述条件下的分压 解： 设水煤气的总质量为100g，则各物质的质量分数乘以总质量即
的大小。
5、真实气体变成液体的过程称为
。
四、计算题
1．在两个容积均为V的烧瓶中装有氮气，烧瓶之间有细管相通，细
管的体积可以忽略不计。若将两烧瓶均浸入373 K的开水中，测得气体
压力为60 kPa。若一只烧瓶浸在273 K的冰水中，另外一只仍然浸在373
K的开水中，达到平衡后，求这时气体的压力。设气体可以视为理想气
8、 理想气体的液化行为是：（ A ）。
A、不能液化； C、低温下能液化；
B、 低温高压下才能液化； D 、高压下能液化。
9、在一个恒温、容积为2 的真空容器中，依次充入温度相同、始态
为100 kPa，2 的（g）和200 kPa，1的，设两者形成理想气体混合物，
则容器中的总压力为
（）
（A）100 kPa
体。
解：因为两个容器是相通的，所以压力相同。设在开始时的温度和
压力分别为，后来的压力为，273 K为。系统中氮气的物质的量保持不
变，。根据理想气体的状态方程，有
化简得：
2．有氮气和甲烷（均为气体）的气体混合物100 g，已知含氮气的质 量分数为0.31。在420 K和一定压力下，混合气体的体积为9.95 。求混 合气体的总压力和各组分的分压。假定混合气体遵守Dalton分压定律。 已知氮气和甲烷的摩尔质量分别为和。
物理化学第一章气体的pVT性质
一、状态方程 ：联系 p、V、T 之间关系的方 程称为状态方程。 二、理想气体状态方程 1. 理想气体状态方程 低压气体定律： （1）波义尔定律(R.Boyle,1662):
pV ＝ 常数 V / T ＝ 常数
( n ,T 一定） (n , p 一定)
（2）盖.吕萨克定律(J. Gay-Lussac,1808)：
ρ ∝
a 内压力= V 2 = p i p
1 V
pi = p +
3. 范德华方程
(P +
a V2
a )(Vm b) = RT 2 Vm
n 2a (P + )( V nb ) = nRT V 2
§1-3
实际气体的PVT性质 实际气体的PVT性质 PVT
4.范德华常数及其单位 范氏方程里的两个常数a、b总称为范德华常数，常数a 标志了物质分子间所具有的相互吸引力，常数b则表示 了分子本身所具有的体积，故a与b都是与气体种类有 关的特性常数。
R=
或
PVm 1atm × 22.4140L mol = T 273.15K
= 0.082057atm L K 1 mol 1
1
(101325 N m 2 )( 22 . 4140 10 3 m 3 mol R= 273 .15 K
)
=8.3144NmK-1mol-1 =8.3144JK-1mol-1
第一章
气体的PVT性质 气体的PVT性质 PVT
§1-0 物质的聚集状态
聚集状态 1.定义：物质是由大量的不断流动着的分子、原子、 离子等微观粒子聚集而成的，所以物质所表现出来的 状态 。 2.产生原因：分子间相互作用力 运动 3.表示方法：气、液、固分别用于g、l、s表示。
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例 题 氩气 (Ar) 可由液态空气蒸馏而得到。若氩的质 量为0.7990g，温度为298.15K时，其压力为 111.46KPa,体积为0.4448L。计算氩的摩尔质量M(Ar), 相对原子质量Ar (Ar)以及标准状况下氩的密度g (Ar)。
解：设M为气体的摩尔质量，m为气体的质量，则
m n M m RT 代入理想气体状态方程： pV M m RT M pV
u表示扩散速度，为密度，M 为相对分子量。
可以比较气体扩散的快慢，密度或摩尔质量大 的气体，扩散得慢。
27
气体分子运动理论：
①气体分子是很小的微粒，彼此间的距离 比分子的直径大得多，分子本身的体积 与气体占有的体系相比可以忽略不计。
②气体分子以不同的速度在各个方向上处
于永恒地无规则运动之中。
28
T1 T2 T3
不同温度下速率分布曲线
32
最概然速率：与速率分布曲线极大值对应的气体分
子的运动速率。概率最大的平动速率。
方均根速率：气体各分子平动速率平方的平均值的 开方。 平均速率：又称算术平均速率，是气体中所有分子
平动速率的算术平均值。
在计算气体分子平均距离时，常用到算术平均 速率；而计算气体分子的平均动能时，常用到方均
10
0.7990g 8.314J K -1 mol -1 298.15k M(Ar)= =39.95g. mol-1 111.46KPa 0.4448L
Ar (Ar)=39.95 规定标准状况下：T=273.15K，P=101.325KPa
=
pM RT
(Ar)=1.782g. L-1
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+
③除了在相互碰撞时，气体分子间相互作用
是很弱的，甚至是可以忽略的。
④气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是弹
性碰撞。碰撞时总动能保持不变，没有能
量损失。
⑤分子的平均动能与热力学温度成正比。
气体分子运动理论从微观上对气体的
宏观行为做出了定量的描述。
29
1.3.2 气体分子的速率分布和能量分布
1．速率分布
-1
6
-2
10 b(m3mol -1) 0.2370 0.2661 0.3219 0.3183 0.3913 0.4278 0.4267 0.4081 0.3707 0.4424 0.3049 0.6380 0.5636 0.8407 38
292K 时，p(H2O)=2.20kPa Mr (NH4NO2)=64.04
19
(97.8 2.20)kPa 4.16L n(N2) = -1 -1 8.314J K mol 292K =0.164mol
NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g) 64.04g 1mol m(NH4NO2)=? 0.164mol
17
1.2.2 分压定律的应用
18
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+ 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。 解： T =(273+19)K = 292K p=97.8kPa V=4.16L
产生偏差的主要原因 是： ①气体分子本身的体 积的影响； ②分子间力的影响
36
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
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
22
例题：某潜水员潜至海水30m处作业，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 9.807m/s2) 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： p=g hw+
11
§1.2 气体混合物
1.2.1 分压定律 1.2.2 分压定律的应用
*1.2.3
分体积定律
12
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 13
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。
2.气体摩尔质量的计算
pV nRT
m pV RT M
m n M
m RT M pV
M = Mr gmol-1
8
3.气体V
M
RT
p
pM = RT
根速率。
33
2. 气体分子的能量分布示意图
△N N△E
Ea
O
Ek
Ec
E* E
横坐标：分子的能量 纵坐标：能量在E到E+E区间内的分子分数
34
§1.4 真实气体
1.4.1 真实气体与理想气体的偏差
1.4.2
Van der Waals 方程
35
1.4.1 真实气体与理想气体的偏差
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。
气体分子速率分布图
31
只要温度相同，无论气体分子的总数怎样变化，曲 线的形状保持一致。但温度升高，对同一中气体而言， 速率分布曲线变得平坦，最高峰右移。
• 当温度增加时，较大速 率的分子数目增加，较 小速率的分子数目则減 少，但曲线下总面积不 变。 • 温度增加时，其分子的 平均动能、总动能、方 均根速率都会增加。
24
若混合气体体积为1.000L时，
V (O2 ) 0.052 L 52 mL
M r (He) 4.0026
M P V (He) m(He) RT
4.0026 g mol 404 kPa (1.000 0.052) L 1 1 8.314 J K mol 293 K
pNH3
nNH3 p n
0.320 133 .0kPa 35.5kPa 1.200
16
n(O 2 ) p (O 2 ) p n 0.180 35.5kPa 20.0kPa 0.320
p(N2)= p- p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPa
37
表1-1 某些气体的Van der Waals 常量
气体 He H2 Ar O2 N2 CH4 CO2 HCl NH3 NO2 H2 O C2H6 SO2 C2H5OH 10a(Pam mol ) 0.03457 0.2476 1.363 1.378 1.408 2.283 3.640 3.716 4.225 5.354 5.536 5.562 6.803 12.18
无 机 化 学
——雷洪 honglei117@
1
总学时： 64 授课学时： 48 实践学时： 16
课程考核选择百分制模式，采用平时成绩、期末考试理论课成 绩以及实验成绩相结合的方法综合评价。平时成绩包括考勤、作业、 课堂回答问题成绩等，占5%，实验成绩占25%，期末考试采取闭 卷考试方式，占70%。 每次实验若按百分制按以下几个部分评定： ①预习（10分）：要求每位学生写出实验原理、注意事项，查 找有关试剂的物理常数，列出实验步骤； ②实验操作（30分）：要求每位学生实验过程中操作规范，其 中包括仪器的选择，药品、试剂的称量与量取，操作的熟练程度， 实验记录情况等方面；安装实验装置，其中包括实验装置安装的正 确与否; ③实验结果（20分）：包括产品的外观，重量，纯度等方面； ④实验报告（30分）：包括实验目的、原理是否明确、是否正 确，实验步骤，实验现象，主要数据和讨论等； ⑤纪律、卫生（10分）。 2 另外，凡发现实验中有臆造、涂改、抄袭者，一律以0分计。
p nRT V
14
分压的求解：
nB RT pB V
p nRT V
pB nB xB p n
nB pB p xB p n
x B B的摩尔分数
15
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。 解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2) =0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol
1
0.63g
25
§1.3
气体分子运动理论
1.3.1 气体扩散定律
1.3.2 气体分子的速率分布和能量分布