物质的状态

设 两种气体
第一种气体单独存在时：P1
n1RT
V容器
第二种气体单独存在时：P2 n2RT V容器
当两种气体混合后：V总=V容器
故 p总=P1+p2
P1 n1RT V总
P2 n2RT V总
而P总 n总RT V总
n总=n1+n2 15
即P总= Σpi=P1+p2+……+Pi 分压定律： 当T一定时，在V体积容器内，设混合气体
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解： T=（273+19）K = 292K
p=97.8kPa V=4.16L
=0.164mol
292K 时，水的饱和蒸气压 p（H2O）= 2.20kPa
Mr (NH4NO2)=64.04
(97.8 2.20)kPa 4.16L
n(N2)= 8.314J K-1 mol-1 292K =0.164mol
2.2.2 饱和蒸气压
蒸发
密闭容器中,在一定温度下液
气可达平衡状态
液化
40
饱和蒸气压︰在一定温度下,当液化速度和蒸发速度 相等时，体系达到了一种动态平衡，液面上方单位空 间里的蒸气分子数目不再增多.此时液态表面的气体 产生的压力,称此液体在此温度下的饱和蒸气压.
有i种，若各组分气体均为理想气体，则混合气体的总 压等于各组分气体分压之和。
分压Pi是指该组分气体i在同一温度下单独占有混合 气体容积时所产生的压强。
16
另一表达式：
由于 PiV= niRT； P总V= n总RT
Pi P总
ni n总
x（i 摩尔分数）
Pi xiP总
当T一定时，混合气体在一定容器内产生的总压乘以 某气体的摩尔分数为某气体单独占据该容器时产生的 压强（即分压）
9
2.Charles-Gay.Lussac定律：
当P,n恒定时，V∝T，即V/T = 常数 在一定压力下，一定量的气体的体积V与热力学温度T 成正比。
当P,n恒定时， V1 V2 T1 T2
热力学温度 T = 273.15 + t t： 摄氏温度
10
3.Avogadro定律：
当P,T恒定时，V∝n，即V/n=常数 在相同的温度和压力下，相同体积的不同气体均含有 相同数量的分子。
的H2,He，O2，N2等气体。 = m / V
2).气体摩尔质量和密度的计算 = m / V
PV nRT
PV m RT M
M mRT PV
M：某气体分子量 m：某气体质量 ρ：某气体密度
PM
RT
13
三、混合气体分压定律
如：H2(g)+O2(g)=H2O(g) 当反应进行到一定程度达到平衡后，体系中存在H2，
升华（吸热）
2
为什么？
由构成物质的微观粒子（分子、原子或离子）之 间的作用力决定，而这作用力受外界条件（温 度、压力等）影响。
1.物质由许多有一定质量的微观粒子组成； 2.微观粒子处于无规则的热运动之中，在恒定条
件下，但无能量及温度的变化。 3.微观粒子间在一定距离范围内存在作用力； 4.固体：微粒作微小震动，微粒间距离短
2.差不多半数以上的分子具 有适中的运动速率，仅有 少数分子具有特别高或特 别低的速率。
3.温度影响：温度升高，气 体分子运动速率普遍增大。 高速率分子数目增多了， 但具有最可几速率的分子 数目减少了。
28
E
Ni NeE / RT
29
2.1.5 实际气体
理想气体的P V~ 为际一气常体数 的P，V~则而不实是
23
一、理想气体状态方程中P、T
设容器内有N个质 量为m的气体分子。 一个分子沿X轴运 动碰撞A壁，由于 碰撞时无能量损失， 属弹性碰撞 ,故
z
A
l
大小不变。 碰
x
撞Ac壁2 后即已原速
度向相反方向运动
y
24
因2次碰撞之间的运动距离为 l ,
故一个分子单位时间碰撞A壁次数为
每次碰撞A壁，分子动量改变值为
25
也即是器壁所受气体的压强为：
P 2Nm( c2 )2 / l 6l2 Nm( c2 )2 / 3V PV 1 Nm( c2 )2 3
宏观
微观
此式可解释扩散定律
表示P为大量气体分子连续不断碰撞器壁的平均结果。 从微观角度阐明宏观物理量压力的统计平均意义。26
PV 1 Nm( c2 )2 3
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液体分子的能量分布同气体类似：温度升高，气体分子运动速
率普遍增大。高速率分子数目增多了，
E0
Ni NeE0 / RT
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2.2.1液体的蒸发
液体分子运动到接 近液体表面,并具有适当 的运动方向和足够大的 动能时,它可以挣脱邻近 分子的引力逃逸到液面 上方的空间变为蒸气分 子. 此现象为蒸发或汽化, 是吸热过程
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分压定律应用： 1.排水取气法收集气体 2.物质的气化分解
测P总=P气+P水蒸气
例 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。
加压（减少气体分子间距） 单纯降温可使气体液化,但单纯加压不能使气体液化，须先降温
到一定值,再施以足够压力.
♦ 临界温度Tc ：加压下使气体液化的最高温度 ♦ 临界压强Pc ：在Tc时使气体液化所需的最低压力
♦ 临界状态：不稳定的特殊状态,气体与液体间性质差别消失
超临界流体做溶剂
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习题p30
2.2, 2.4, 2.5, 2.7, 2.10, 2 .16, 2.20要会做 2.8, 2.13, 2,15 做在作业本.
第二章 物质的状态
气态： 液态： 重点掌握 固等态离： 子态：一般了解
1
物质的气、固、液态具有什么特点？
气态：扩散性，无固定体积、形状、有压力 液态：流动性，有固定体积、无固定形状 固体：有固定体积、有固定形状
各状态间有何关联？ 凝华（放热）
熔化（吸热）
汽化（吸热）
固态
液态
气态
凝固（放热）
液化（放热）
←○○→ ↑ ↓↓ ←○→ ↓
液体表面分子与内部分
子受力不同
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Ni NeE0 / RT
假如E0是溢出液面的分子所需的最低能量,那 么Ni为可以溢出液面的分子数目.E0越低,可溢 出液面的分子数目越多,蒸发速度越快,另外.Fra Baidu bibliotek温度越高,可溢出液面的分子数越多.
故 液体的蒸发与自身的性质及温度有关
提蒸问发:在?一定温度下,E0一定,Ni一定,通常情况液体为什么会全3部9
p内聚∝ (n/v)容器壁的分子密度 因此
P内聚
a n V
2
31
因此状态方程修正为
（P实 P内）(V nb) nRT
因此实际气体状态方程为
P
an2 V2
(V
nb)
nRT
Van der Waals 方程，a，b范德华常数 见p27,表2.3
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2.1.6 气体的液化
液化：气体→液体 条件：降温（减少气体分子的平均动能）
NH4NO2(s) 2H2O(g) + N2(g)
64.04g
1mol
m(NH4NO2)=?
0.164mol
m(NH4NO2)=
64.04g 0.164mol 1mol
=10.5g
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四、气体扩散定律
英国物理学家格拉罕姆（Graham）指出：同温同 压（外压）下，气体的扩散速度与其密度的平 方根成反比 。
燃烧反应
（O2参与）
:
:
此外，气体参与了许多传递过程，如咖啡香味的
传递等。因此，气体是化学学科的一个主要研究
内容
5
2.1.1 气体的基本宏观特性：
1.膨胀性即扩散性：任何量的气体都能占据容 器的全部体积 气体体积=容器体积
2.掺混性：数种互不反应的气体可以互相扩散 每种气体体积=容器体积=混合气体体积
c2 /l
m c2 (m c2 ) 2m c2
故该分子单位时间碰撞A壁动量总改变值为
2m( c2 )2 / l
容器内有N个分子，单位时间碰撞A壁动量总改变值为
2Nm( c2 )2 / l
容器面积 l 2，6面器壁总面积为 6l，2 单位时间、单位
面积的动量总改变值：
2Nm( c2 )2 / l 6l 2
15 34 L 17 t
t ﹦21s
21
理想气体状态方程
分压定律
如何获得
气体扩散定律
22
2.1.4 气体分子运动论
气体分子微观模型,基于以下几点假设： 1.气体由许多有一定质量的分子微粒组成 2.气体分子间的距离比起气体分子本身的尺寸是很
大的，气体分子间基本是独立的，不存在明显的 作用力（忽略分子体积及分子间作用力） 3.气体分子处于高速无规则的热运动之中，但在恒 定条件下，无能量及温度的变化。
液体： 气体： 剧烈运动，微粒间距离大
3
2.1 气体
内容：理想气体状态方程 气体分子运动论 实际气体状态方程 气体的液化
重点:理想气体状态方程，
气体分压定律， 气体扩散定律
4
为什么研究气体？
气体参与了自然界的大部分反应，如：
人的呼吸及新陈代谢 （O2 → CO2）
植物的光合作用
（CO2 → O2）
3.易压缩性：
6
2.1.2 描述气体状态需要借助四个参数：
1. 气体的温度 T 2. 气体的体积 V 3. 气体的压力 P 4. 气体的物质的量 n
参数一定,状态一定，且各参数间相互关联的
7
2.1.3 理想气体
一、什么是理想气体？
气体分子不占体积，可看成几何质点； 气体分子间无吸引力，分子与器壁之间发生的碰撞不
即
vi
1
i
或
vA B
vB
A
由于 PM
RT
vA MB
vB
MA
应用：根据分子量计算不同气体间的扩散速度比
由已知分子量和扩散速度比，计算未知气
体的分子量
20
例：盛NH3的瓶子打开后，15s时整个房间问到了臭味， 在相同条件下，闻到H2S的气味需多长时间？
解 假设二者的扩散距离L相同,则
L
MNH3﹦17 MH2S﹦34 νNH3 = L /15 νH2S = L / t
V：m3 （dm3）
T：K （t+273）
R：8.314kPa·dm3·mol-1·K-1 (J·mol-1·K-1)
0.082 atm·dm3·mol-1·K-1
62.4mmHg·dm3·mol-1·K-1
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5.理想气体状态方程的应用：
1).计算p，V，T，n四个物理量之一。
应用范围：温度不太低，压力不太高时的真实气体或不易液化
O2，H2O三种独立的气体，它们的p，T，V是怎 样的呢？
有：V1=V2=……V容器=V总气体 T1=T2=…… T容器=T总气体 n1，n2……n总
那么P1？P2？P总？
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对于互不发生反应或反应已达平衡状态的多组分混合气 体而言，由于气体分子的运动呈独立性，任一组分气体在 混合体系中均服从理想气体状态方程。
常数。 主要原因是气体
处于高压时分子自 身的体积不容忽视， 另外高压时分子间 的引力不容忽视。
30
1. 扣除实际气体分子活动空间V容器-nb b:假设1mol气体分子自身体积
2. 容器壁分子受容器内部分子的作用力，对容器壁产 生的碰撞力要弱，故实际气体分子产生的压力小 于理想气体的。
即 P理想气体=P实际+P内聚 由于：p内聚∝ (n/v)容器内的分子密度
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2.2 液体
内容： 液体的蒸发 饱和蒸气压 液体的沸点 液体的凝固
重点：液体的饱和蒸气压, 克劳修斯-克拉贝龙方程
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液体的宏观特点： 分子间距离要比气态时近的多. 分子间引力的作用要比气态时强得多 分子处于较缓慢的相对运动中,分子的运 动保持在固定体积内.
因此宏观上液体没有固定的外形和显著的膨 胀性，但有着确定的体积，一定的流动性、 一定的掺混性、一定的表面张力，固定的 凝固点和沸点。
造成动能的损失
条件：温度不太低（＞273K），压力不太高（＜数 百KPa）的真实气体
高温低压
8
二、理想气体状态方程
1.Boyle定律：当n，T恒定时，V∝1/P,即PV=常数。
在温度一定时，一定量气体的体积与压力的乘积为恒 量。
当n，T恒定时，p1V1=p2V2
大多数气体只是在低压下服从这个定律，压力越高， 偏差越大。
Ek 1 m( c2 )2 2
PV 2 N Ek 3
PV nRT
N nNA
Ek 3 R T 3 kT 2 NA 2
k ：Boltzmann常数 = R/NA
气体分子的平均动能与绝对温度的关系,温度是 分子热运动动能的量度，具有统计平均意义
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二、气体分子的速度、能量分布
1.气体分子速度分布遵循 Maxwell曲线规律，即中 间高，两头低
当P,T恒定时，v1/n1＝v2/n2
这条定律明确地把不同气体的共性联系起来。 不论何种气体，只要同温同压，具有相同体积的不
同气体的物质的量是相等的。
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4.理想气体状态方程：
V nT p
PV 常数（当n恒定时）即 p1V1 p2V2
T
T1
T2
PV nRT
注意：单位的配套使用
p：Pa （kpa,atm,mmHg）