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1、化学 第二章 气体第1页，共40页，编辑于2022年，星期五低压气体的经验定律：Boyle定律定律气体基本特征：气体基本特征：可压缩性和扩散性可压缩性和扩散性Boyle定律定律在一定温度下，一定质在一定温度下，一定质量气体的体积与压力成量气体的体积与压力成反比反比 V 1/p 或或 pV=常数常数等温线等温线第2页，共40页，编辑于2022年，星期五Robert Boyle(16271691)英国物理学家、化学家英国物理学家、化学家 英国皇家学会英国皇家学会 会长会长从事分子物理、光和电现象、从事分子物理、光和电现象、流体力学、声学、热学、力学流体力学、声学、热学、力学多方面的研究，成果累累。
2、多方面的研究，成果累累。1661年名著年名著怀疑的化学家怀疑的化学家。生理学：研究空气对生物的作生理学：研究空气对生物的作用，发现肺内血液颜色和摄取用，发现肺内血液颜色和摄取空气有关，发现毛细血管等。空气有关，发现毛细血管等。第3页，共40页，编辑于2022年，星期五低压气体的经验定律Charles and Gay-lussac定律绝对温标定律绝对温标等压线等压线 0-273t/V/m3p1p2p3第4页，共40页，编辑于2022年，星期五Joseph Louis Gay-Lussac(1778-1850)Joseph Louis Gay-Lussac and Jean-Baptistse B
3、iot in their balloon on 24 August 1804(7000 meters)盖盖 吕萨克创造了当时世界上乘吕萨克创造了当时世界上乘气球升空的最高记录。两次探测气球升空的最高记录。两次探测的空气样品证明，在高空领域，的空气样品证明，在高空领域，地磁强度恒定不变，空气的成分地磁强度恒定不变，空气的成分也基本相同，只有氧气的含量随也基本相同，只有氧气的含量随着高度而减少。着高度而减少。第5页，共40页，编辑于2022年，星期五理想气体状态方程理想气体状态方程物理模型：物理模型：分子之间没有相互吸引和排斥，分子本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有体积完
4、全可以忽略。身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。理想气体：符合理想气体状态方程式的气体。理想气体：符合理想气体状态方程式的气体。pV=nRT，limp0 pVm=RT理想气体状态方程应用：理想气体状态方程应用：计算计算p，V，T，n 之一之一 气体摩尔质量气体摩尔质量 气体密度气体密度第6页，共40页，编辑于2022年，星期五混合理想气体混合理想气体组分气体组分气体 理想气体混合物中每一种气体理想气体混合物中每一种气体分压分压 组分气体组分气体 B 在相同温度下占有与混合在相同温度下占有与混合气体相同体积时所产生的压力气体相同体积时所产生的压力Dalton分压定律分压定律 混合气体的总压
5、等于混合混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和气体中各组分气体分压之和 p=p1+p2+，或或 p=pB 第7页，共40页，编辑于2022年，星期五John Dalton (1766-1844)英国化学家英国化学家创立原子学说创立原子学说解释化学的基本定律解释化学的基本定律:质量守恒定律质量守恒定律 定比定律定比定律 倍比定律倍比定律 化合量定律化合量定律第8页，共40页，编辑于2022年，星期五混合理想气体混合理想气体Amagat分体积定律分体积定律 混合气体中某一组分混合气体中某一组分B B的分体积的分体积 VB 是该组份单独存在并具有与混合是该组份单独存在并具有与混合气体相同温度
6、和压力时所占有的体积气体相同温度和压力时所占有的体积。第9页，共40页，编辑于2022年，星期五例例 将高温下将高温下 15.2 g 的的 NO2 充入充入 10.0dm3 烧瓶，烧瓶，将此烧瓶冷却到将此烧瓶冷却到 25oC，测得烧瓶中气体的总压力，测得烧瓶中气体的总压力为为 50.65 kPa，试求算，试求算 NO2 和和 N2O4 的分压。的分压。第10页，共40页，编辑于2022年，星期五第11页，共40页，编辑于2022年，星期五例例 某日白天的温度某日白天的温度 32 oC，气压为，气压为 98.37 kPa，空，空气湿度为气湿度为 80；晚间温度为；晚间温度为 20 oC，气压为，
7、气压为99.30 kPa，求算晚间将从空气中凝结出百分之几的露，求算晚间将从空气中凝结出百分之几的露水？（水的饱和蒸汽压水？（水的饱和蒸汽压 32 oC时为时为 4.80 kPa，20o C时为时为 2.33 kPa）第12页，共40页，编辑于2022年，星期五气体分子运动论气体分子运动论基本假设和基本公式基本假设和基本公式气体由大量结构完全相同的分子组成，分子间距在低压气体由大量结构完全相同的分子组成，分子间距在低压条件下远大于分子本身，分子体积忽略不计；条件下远大于分子本身，分子体积忽略不计；气体分子总是向各方向混乱而快速地运动。气体压力是气气体分子总是向各方向混乱而快速地运动。气体压力是
8、气体分子与容器壁不断碰撞的结果，为完全弹性碰撞；体分子与容器壁不断碰撞的结果，为完全弹性碰撞；气体分子之间不断碰撞，也是完全弹性碰撞。气体分子之间不断碰撞，也是完全弹性碰撞。u2 ux2 uy2 uz2 P分子分子碰撞后动量碰撞前动量碰撞后动量碰撞前动量 m(-ux)-mux2 mux第13页，共40页，编辑于2022年，星期五第14页，共40页，编辑于2022年，星期五1 1，气体分子运动论中的基本公式压力公式。，气体分子运动论中的基本公式压力公式。“均方速度均方速度”为分子速度平方为分子速度平方的平均值。的平均值。2 2，p p公式说明气体的压力是大量分子对器壁无规公式说明气体的压力是大量
9、分子对器壁无规则混乱碰撞所产生的平均结果。则混乱碰撞所产生的平均结果。第15页，共40页，编辑于2022年，星期五气体分子的平均平动能只与温度有关，而气体分子的平均平动能只与温度有关，而与与m或或 等等无关。无关。平动能越大，温度越高。平动能越大，温度越高。第16页，共40页，编辑于2022年，星期五均方根均方根速度：温度越高，气体速度：温度越高，气体 M 越小，越小，ur 越大越大第17页，共40页，编辑于2022年，星期五N2速度分布速度分布 N2分子的麦克斯韦速度分布图分子的麦克斯韦速度分布图f(u)105/sm-12001501005000100020003000273K1273K22
10、73Ku/ms-1第18页，共40页，编辑于2022年，星期五麦克斯韦玻尔兹曼速度分布公式麦克斯韦玻尔兹曼速度分布公式第19页，共40页，编辑于2022年，星期五最可几速度最可几速度第20页，共40页，编辑于2022年，星期五平均速度平均速度第21页，共40页，编辑于2022年，星期五均方根速度均方根速度最可几速度、平均速度、均方根速度最可几速度、平均速度、均方根速度第22页，共40页，编辑于2022年，星期五三种速率的比较三种速率的比较三种速率的比较三种速率的比较三种速率统计值有不同的应用：三种速率统计值有不同的应用：在讨论速率分布时，要用到最可几速率；在讨论速率分布时，要用到最可几速率；在
11、计算分子运动的平均距离时，要用到平均速率；在计算分子运动的平均距离时，要用到平均速率；在计算分子的平均平动动能时，要用到方均根速率。在计算分子的平均平动动能时，要用到方均根速率。第23页，共40页，编辑于2022年，星期五气体分子的能量分布气体分子的能量分布T2T1T1T2f(ET)Er第24页，共40页，编辑于2022年，星期五气体运动论的若干应用气体运动论的若干应用气体与器壁的碰撞气体与器壁的碰撞隙流隙流当器壁上有破裂的地方当器壁上有破裂的地方如有圆形的小孔，则容如有圆形的小孔，则容器内的气体凡碰到小孔器内的气体凡碰到小孔处，该气体就会泄漏出处，该气体就会泄漏出来的现象来的现象分子的隙流面
12、分子的隙流面第25页，共40页，编辑于2022年，星期五气体运动论的若干应用气体运动论的若干应用 格雷厄姆格雷厄姆(Graham)定律：隙流速度与分子的定律：隙流速度与分子的摩尔质量的平方根成反比摩尔质量的平方根成反比富集因子富集因子第26页，共40页，编辑于2022年，星期五例例 将铀形成将铀形成UF6用气体扩散法分离同位素用气体扩散法分离同位素235U和和238U，求算要用多少步的扩散方能，求算要用多少步的扩散方能将将235U从从0.7%富集到富集到7.0%？解：解：第27页，共40页，编辑于2022年，星期五235U由由0.7%富集到富集到7.0%需要扩散多少步。需要扩散多少步。一步扩散
13、后：一步扩散后：n步扩散后：步扩散后：n=552第28页，共40页，编辑于2022年，星期五气体运动论的若干应用气体运动论的若干应用分子间的相互碰撞频率分子间的相互碰撞频率 两个分子的一次碰撞过程第29页，共40页，编辑于2022年，星期五运动着的A分子和B分子，两者质心的投影落在直径为 的圆截面之内，都有可能发生碰撞。称为有效碰撞直径，数值上等于A分子和B分子的半径之和。AB分子间的碰撞和有效直径虚线圆的面积称为碰撞截面(collision cross section),数值上等于。第30页，共40页，编辑于2022年，星期五 妈妈新开了个淘宝店，欢迎前来捧场妈妈新开了个淘宝店，欢迎前来捧场
14、妈妈的淘宝点开了快半年了，主要卖的是毛绒玩具、坐垫、抱枕之类的，但生意一直妈妈的淘宝点开了快半年了，主要卖的是毛绒玩具、坐垫、抱枕之类的，但生意一直不是很好，感觉妈妈还是很用心的，花了不少功夫，但是就是没有人气，所以我也来出自不是很好，感觉妈妈还是很用心的，花了不少功夫，但是就是没有人气，所以我也来出自己的一份力，帮忙宣传一下。己的一份力，帮忙宣传一下。并且妈妈总是去五亭龙挑最好的玩具整理、发货，质量绝对有保证。并且妈妈总是去五亭龙挑最好的玩具整理、发货，质量绝对有保证。另外我家就在扬州五亭龙玩具城旁边，货源丰富，质量可靠，价格便宜。另外我家就在扬州五亭龙玩具城旁边，货源丰富，质量可靠，价格便
15、宜。欢迎大家来逛逛欢迎大家来逛逛【扬州五亭龙玩具总动员扬州五亭龙玩具总动员】个人小广告：个人小广告：第31页，共40页，编辑于2022年，星期五A与B分子互碰频率将将A和和B分子看作硬球，根据气体分子运动论，它分子看作硬球，根据气体分子运动论，它们以一定角度相碰。们以一定角度相碰。互碰频率：互碰频率：相对速度：相对速度：第32页，共40页，编辑于2022年，星期五例例 将将1.0g O2和和1.0g H2于于300K时在时在1dm3体积体积中混合，试求算每秒每单位体积内中混合，试求算每秒每单位体积内H2与与O2的的碰撞频率。已知碰撞频率。已知dO2=0.292nm，dH2=0.234nm。解：
16、解：第33页，共40页，编辑于2022年，星期五第34页，共40页，编辑于2022年，星期五实际气体的状态方程实际气体的状态方程范德华范德华(Van der Waals)方程方程理想气体状态方程式仅理想气体状态方程式仅在足够低的压力下适合在足够低的压力下适合于真实气体。产生偏差于真实气体。产生偏差的主要原因是：的主要原因是：气体分子本身体积；气体分子本身体积；分子间力。分子间力。第35页，共40页，编辑于2022年，星期五对理想气体状态方程的修正对理想气体状态方程的修正考虑分子本身占有体积：考虑分子本身占有体积：考虑分子间引力：考虑分子间引力：范德华实际气体状态方程范德华实际气体状态方程:成功
17、：成功：对理想气体模型进行了简单而且物理意义对理想气体模型进行了简单而且物理意义明确的修正，解释了偏差的原因。明确的修正，解释了偏差的原因。不足：不足：与大部分实际气体状态方程误差较大。与大部分实际气体状态方程误差较大。第36页，共40页，编辑于2022年，星期五某些气体的某些气体的Van der Waals 常量常量第37页，共40页，编辑于2022年，星期五例例 按理想气体状态方程式和按理想气体状态方程式和van der waals方程式方程式计算计算1.50 mol SO2在在30oC占有占有20.0 L体积时的压力，体积时的压力，并比较两者的相对误差。如果体积减少为并比较两者的相对误差。如果体积减少为2.00 L，其，其相对误差又如何？相对误差又如何？解：解：T=303K，V=20.0L，n=1.50mol，a=0.6803Pa m6 mol-2，b=0.5636 10-4m3 mol-1第38页，共40页，编辑于2022年，星期五第39页，共40页，编辑于2022年，星期五课后学习课后学习P30.思考题思考题P30.习题（习题（下周四交下周四交）2.1 2.6 2.11 2.14 2.17 2.21第40页，共40页，编辑于2022年，星期五