新步步高初高中化学(通用)衔接教材：第13讲理想气体状态方程和阿伏加德罗定律.pdfVIP

第13讲　理想气体状态方程和阿伏加德罗定律 教材分析 初中教材要求 高中教材要求 在高中化学中，明确气体压强、温度、 在初习中，对气体体积与温 物质的量与气体体积间的函数关系，能 度、压强、物质质量间的相 运用阿伏加德罗定律及其推论定量处理 互关系有了基本的了解。 和气体有关的计算。 理想气体状态方程(ideal gas ，equation of state) ，也称理想气体定律或克拉伯龙方程，描述理想气体状态 变化规律的方程。质量为m ，摩尔质量为M的理想气体，其状态参数压强p、体积V和绝对温度T之间的 函数关系为 pV ＝nRT ＝ 式中M和n分别是理想气体的摩尔质量和物质的量，单位分别是g·mol －1和mol ；p为气体压强，单位Pa ； V为气体体积，单位m3 ；T为体系绝对温度(它可由摄氏温度换算而成，即等于t ℃ ＋273) ，单位K。R为 比例系数，单位是J·mol －1·K －1，对任意理想气体而言，R是一定的，如果压强、温度和体积都采用国 际单位(SI) ，R ＝8.314 41±0.000 26 J·mol －1·K －1；如果压强为大气压，体积为升，则R ＝0.082大气压· 升/摩尔·度。 我们知道压强的产生是由于气体分子的运动对容器壁的碰撞所产生的力的效果，而分子的运动速度快慢 与气体的温度有关，温度越高分子运动越剧烈，就像我们夏天特别烦躁一样。所以压强越大，体积越 小，单位体积的分子就越多，所谓人多力量大，所以压强也越大；分子数越多显然压强也就越大。温 度、体积和分子数对压强的这种影响关系，被科学家浓缩在pV ＝nRT这一简单线性关系式中。 理想气体状态方程是由研究低压下气体的行为导出的。但各气体在适用理想气体状态方程时多少有些偏 差；压力越低，偏差越小，在极低压力下理想气体状态方程可较准确地描述气体的行为。极低的压力意 味着分子之间的距离非常大，此时分子之间的相互作用非常小；又意味着分子本身所占的体积与此时气 体所具有的非常大的体积相比可忽略不计，因而分子可近似被看作是没有体积的质点。 虽然完全理想的气体并不可能存在，但许多实际气体，特别是那些不容易液化、凝华的气体(如氦、氢 气、氧气、氮气等，由于氦气不但体积小、互相之间作用力小、也是所有气体中最难液化的，因此它是 所有气体中最接近理想气体的气体。)在常温常压下的性质已经十分接近于理想气体。在通常状况下，实 际气体均可近似看成是理想气体。 利用理想气体状态方程可轻易推导部分经验定律，更好的理解气体的一些基本性质。 英国化学家波义耳(Boyle) ，1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的 压强和体积成反比关系，其数学模型可表达为pV ＝C(C为常数，即constant) ，世称波义耳定律(Boyle’s law ，又称 Mariotte’s Law)。它是第一个描述气体运动的数量公式，为气体的量化研究和化学分析奠定了 基础；是人类历史上第一个通过实验发现的“定律”。 罗伯特·波义耳用于研究气体性质的仪器是一个简单的“U”形大玻璃管，这个“U”形玻璃管是不匀称的， 一支又细又长，高3英尺多，另一支又短又粗，短的这支顶端密封，长的那只顶端开口。波义耳把水银 倒进玻璃管中，水银盖住了“U”形玻璃管的底部，两边稍有上升，在封闭的短管中，水银堵住一小股空 气。通过实验，发现了很多值得注意的事情。当他向堵住的空气施加双倍的压力时，空气的体积就会减 半；施加3倍的压力时，体积就会变成原来的1/3。当受到挤压时，空气体积的变化与压强的变化总是成 比例。他用pV ＝C(C为常数，即constant)这一简单数学等式来表示这一比例关系，并于1660年发表这一 研究成果，世称“波义耳定律”。法国物理学家马略特在1667年也发表了同样的研究成果。于是在英语国 家，这一定律被称为波义耳定律，而在欧洲大陆则被称为马略特定律。现在我们称之为“波—马定律”。 就认识大气、利用大气为人类服务而言，这一定律是极为重要的。 波义耳具有实验天赋，在牛津和伦敦，他都建立过自己的家庭实验室，主要进行化学方面的实验，他努 力把严谨的实验方法引入化学。除发现波义耳定律外，1673年波义耳和其助手胡克对物质的燃烧进行了 研究，发现在真空情况下，物质无法燃烧。波义耳根据燃烧实验的结果，写成了论文《关于火焰与空气 关系的新实验》