第二章化学基础知识

气压计指示的空气压强,是氢气和水蒸汽的压强和pT;排水 收集的为湿润氢气,其体积VT = 0.567 L。
湿润氢气的分压pH2应从气压计读数中扣除此温度下水蒸 汽的饱和蒸汽压。欲求的是去掉水蒸汽后氢气的体积，即
分体积VH2.
PH2 VT = PTVH2
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
n1RT V
,
p2
n2 RT V
,
p
n1RT V
n2RT V
n1
n2
RT V
n =n1+ n2+
p
nRT V
分压的求解：
pB
nB RT V
p
nRT V
pB p
nB n
xB
pB
nB n
p
xB p
x B B的摩尔分数
例3：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) = 0.320 mol，n(O2) = 0.180mol，n(N2) = 0.700 mol。混合气体的总压p = 133.0 kPa。试计算各组分气 体的分压。
Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g)
65.39 g
1 mol
m(Zn) = ?
0.0964 mol
m(Zn) = 65.39g 0.0964mol = 6.30 g 1mol
例6：温度为18 C，室内气压计指示为753.8 mmHg，某同 学在实验室用排水法收集到0.567 L 氢气。用分子筛可以 除去气体中的水分，得到干氢气。请计算同样条件下干氢 气的体积和物质的量。（已知：PH2O(18 C) = 15.477 mmHg)
粒子数NA=6.02×1023mol-1 体积 Vm=22.4141×10-3m3
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理想气体状态方程 PV = nRT 在STP下，P = 101325 Pa, T = 273.15 K
n = 1.0 mol时, Vm= 22.414×10-3 m3 R = 8.314 Pam3K-1mol-1 另一单位制：atm, L, mol, K R=0.08206 atm·LK-1mol-1 单位换算：1atm=101.325 kPa = 760 mmHg
与混合气体相同温度和压力时所占有的体积。
VB
nB RT p
V = V1 + V2 +
或 V VB
B
V n1RT n2 RT
p
p
n1 n2
RT p
nRT p
VB V
nB n
B
—称为B的体积分数
pB p
xB
VB V
B
,
pB B p
例7：天然气是多组分的混合物，其组成为：CH4,C2H6,C3H8 和C4H10。若该混合气体的温度为25℃。总压力为150.0kPa，n 总=100.0mol。n(CH4):n(C2H6):n(C3H8):n(C4H10) =47.0:2.0:0.80:0.20。计算各组分的分体积和体积分数。
解： T = (273+25) K = 298 K
p = 98.70 kPa V = 2.50 L 298K时，p(H2O) = 3.17 kPa
Mr (Zn) = 65.39
(98.70 3.17)kPa 2.50L n(H2) = 8.314J K-1 mol-1 298K = 0.0964mol
等压变化 (盖·吕萨克定律）: 恒压条件下，气体的体积与其温度成正比。V∝T
等温变化 (玻意耳定律）： 恒温条件下，气体的体积与压强成反比。 PV = C
由此:一定量气体P，V，T之间有如下关系 PV/T = C
阿伏伽德罗定律：
相同温度和压力下，相同体积的不同气体均含有相同数目的分 子。 标准条件(standard condition,或标准状况） 101.325kPa和273.15K（即0℃）--STP 标准条件下1mol气体:
理想气体状态方程的应用
1. 计算p，V，T，n 中的任意物理量
pV = nRT 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。
2. 确定气体的摩尔质量
pV nRT
n
m M
pV m RT M
M mRT pV
M = Mr gmol-1
3. 确定气体的密度
M mRT pV
=m/V
M RT
p
pM = RT
例1.一敞口烧瓶中盛有空气，欲使其量减少四分之一， 需把温度从288K提高到多少？
解：依据 PV = nRT,由题意知，P、V恒定， 容器内物质的量减小为原来的四分之三。
n1RT1 = n2RT2 n1/n2 = T2/T1 4/3 = T2/288 T2 = 384K
2-1-2 气体混合物气体的最基本特征：
可压缩性和扩散性
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。
pB
nBRT V
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
p1
解：n = n(NH3)+n(O2)+n(N2) = 0.320 mol+0.180 mol+0.700 mol
= 1.200 mol
p( NH3 )
nNH3
n
p
0.320 133.0kPa 35.5kPa 1.200
p(O2 )
n(O2 ) n
p
0.180 133.0kPa 20.0kPa 1.200
第2章 化学基础知识
2-1 气体 §2-1-1 理想气体状态方程 §2-1-2 气体混合物 §2-1-3 真实气体 §2-1-4 气体分子动理论
§2-1 气体
2-1-1 理想气体状态方程及应用
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
气体所占体积可以忽略（具有质量的几何点）。 实际气体在低压(＜101.325kPa)和高温(＞0℃)的条件下， 接近理想气体。
p(N2)= p - p(NH3) - p(O2) =(133.0-35.5-20.0)kPa =77.5kPa
分压定律的应用
气液两相平衡时液相表面蒸气的分压即为该液体的饱和 蒸气压。温度一定，水的分压（饱和蒸气压）为定值。
例5：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98.70 kPa（25℃时， 水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50 L，计算反应中 消耗锌的质量。