宋天佑《无机化学》.ppt

第一章 化学基础知识
本章作为化学课 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
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。
V
nT p
则变成等式
nRT V= p
由
nRT V= p
得
pV = nRT
此式即为理想气体状态方程。
上式中
pV R = nT
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。
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”
Gay - Lussac 定律 n，p 一定时 V T
Avogadro 定律 p，T 一定时 V n
1 V p VT Vn
综合以上三式，得
V
nT p
以 R 做比例系数，比例式
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）
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
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。
同样基于上述原因，各组分
气体的分压 pi 在混合气体的总 压 p总 中所占有的比例，应该与 其摩尔分数 xi 一致。
故有
pi = p总 • xi
pi = p总 • xi 即组分气体的分压等于总压与 该组分气体的摩尔分数之积。
从式 R = pV
和
nT
R = 8.314 J•mol－1•K－1
看出 pV 乘积的物理学单位为 焦耳 （J）
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。
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
（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。
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。
高温和低压下的实际气体很 接近理想气体。
故理想气体的这种假定是有 实际意义的。
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
x（N2）=
n（N2） n
=
4 5
x（O2）=
n（O2） n
=
1 5
显然有
xi = 1
i
混合气体的体积称为总体积， 用 V总 表示。
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。
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
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。
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
p（H2）=
p1V1 V2
=
5 105 2 10
=
1 105 （Pa）
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
N2
+
O2
N2+ O2
2 dm3 2 105 Pa
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。
例 1. 1 某温度下，将 5 105 Pa 的 H2 2 dm3 和 4 105 Pa 的 N2 5 dm3 充 入 10 dm3 的真空容器中。
求各组分气体的分压及 混合气体的总压。
解：根据分压的定义求组分气体的分压，
H2 V1 = 2 dm3 ， p1 = 5 105 Pa ， V2 = 10 dm3 ， p（H2）= p2
R = 8.314 103 Pa•dm3•mol－1•K－1
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。
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。
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。
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。
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
再考察一个实验
N2 +
O2
N2 + O2
1 dm3
2 dm3
8105 Pa 2105 Pa
4 dm3
p总
测得混合气体的总压为 3 105 Pa
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
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
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）