无机化学第二章气体..docxVIP

第二章 气体§本章摘要§1. 气体的状态方程　理想气体　实际气体的状态方程　2. 混合气体的分压定律　基本概念　分压定律-分压与总压的关系　分压与组成之间的关系　3. 气体分子的速率分布和能量分布　准备知识　气体分子的速率分布　气体分子的能量分布§1 气体的状态方程　一 理想气体　1. 描述气体状态的物理量　物理量单 位压 强 P帕斯卡 Pa (N·m-2)体 积 V立方米 m3温 度 T开尔文 K物质的量 n摩 尔 mol　2. 理想气体的基本假定　　(1)忽略气体分子的自身体积, 将分子看成是有质量的几何点(质点).　(2)碰撞, 包括分子与分子、分子与器壁之间的碰撞, 是完全弹性碰撞-- 无动能损耗. 分子间作用力被忽略。在高温和低压下, 实际气体接近理想气体. 故这种假定是有实际意义的.　3. 气体压力的产生气体的压力是指气体分子对器壁的作用力。它是分子对器壁碰撞的结果。质量为m, 速度为v 的分子碰撞器壁, 无动能损失, 则以速度 -v 弹回, 动量的改变量为:　-mv - mv = -2mv 　动量的改变量等于壁对分子作用力 F 的冲量:Ft = -2mv, F = -2mv/t 分子对器壁的作用力则为:F = 2mv/t　这个力量和分子的运动方向一致, 即是碰撞造成的压力. 由于分子极多, 这种压力是连续的, 好比雨中, 雨点对雨伞的作用:　4. 理想气体的经验公式Byele 定律: n, T 一定时Gay-Lussac定律:n, P 一定时Avogadro定律:P, T 一定时综合上三式: 以R做比例系数, 则有:即：VP = nRT 此式即为理想气体状态方程, 其中: 　　二 实际气体的状态方程　1. 实际气体的压强 P实　　理想气体的 P 是忽略了分子间的吸力, 由分子自由碰撞器壁的结果。　实际气体的压强是碰壁分子受内层分子引力, 不能自由碰撞器壁的结果, 所以: P实 P　用P内表示P实与P的差, 称为内压强, 则有:P = P实 + P内 　我们来讨论 P内的大小, P内是两部分分子吸引的结果, 它与两部分分子在单位体积内的个数成正比, 即与两部分分子的密度成正比:两部分分子共处一体, 密度一致, 故有：令比例系数为a, 则有:　2. 实际气体的体积 V实 　理想气体的体积是指可以任凭气体分子运动, 且可以无限压缩的理想空间, 原因是气体分子自身无体积。但实际气体的分子体积则因分子的体积不能忽略而不同。的容器中, 充满实际气体, 由于分子自身体积的存在, 分子不能随意运动, 且不可无限压缩. 若分子体积为, 则　设每摩尔气体分子的体积为 , 则有:　V = V实 - nb　　(2)　3. 实际气体的状态方程理想气体状态方程: PV= nRT, 将(1)和(2)式子代入其中, 得:　这个方程是荷兰科学家 Van der Waals (范德华)提出的, 称范德华方程. 只是实际气体状态方程中的一种形式.　a, b 称为气体的范德华常数. 显然, 不同的气体范德华常数不同, 反映出其与理想气体的偏差程度不同.§2 混合气体的分压定律　一 基本概念　1. 混合气体与组分气体　　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, 均为空气的组分气体. 　2. 混合气体的摩尔分数　　 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, 则: i组分气体的摩尔分数用 xi 表示, 则:例如: 由 3mol H2 和1mol N2 组成的混合气体, 其中:　3. 总体积与分压　混合气体所占有的体积称为总体积, 用 V总表示. 当某组分气体单独存在, 且占有总体积时, 其具有的压强, 称为该组分气体的分压, 用 Pi 表示. 且有关系式:PiV总 = niRT 　4. 总压和分体积　混合气体所具有的压强, 称为总压, 用 P总 表示。 当某组分气体单独存在, 且具有总压时, 其所占有的体积, 称为该组分气体的分体积, 用 Vi 表示. 关系式为: P总Vi = niRT 　5. 体积分数　Vi/V总 称为该组分气体的体积分数.　二 分压定律——分压与总压的关系 将右面的N2 和O2 混合, 测得混合气体的P总 为按分压的定义, 　可见: 　道尔顿(Dolton)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. 即: 此定律为道尔顿分压定律. 　理想气体混合时, 由于分子间无相互作用, 故在容器中碰撞器壁产生压力时, 与独立存在时是相同的, 亦即在混合气体中, 组分气体是各自独立的. 这是分压定律的实质.　三 分压与组成之间的关系　P总V