无机化学word版第二章 气体

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: F't = -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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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总 = nRT 　　　(1) 　　PiV总 = niRT 　　　(2) 　(2)/(1) 得: 　　组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积. 又因: P总Vi = niRT　　　　(3) 　(3)/(1)得: §3 气体分子的速率分布和能量分布 　一 准备知识 　　 　　考察匀加速运动的 vt — t 图: 　　质点在 t1- t2 时间内的路程为: 　S = 1/2(t2 - t1)(v2 +v1) 　　图象直线下覆盖的梯形面积也正是S 重新认识一下这一事实, 纵坐标 vt 可以认为是: 　　 高等数学上将其表示为: 　　　 目前, 我们将其简写为: 　　　 结论:作图（对分母作图） 则曲线下的面积表示纵坐标分子 S 数值. 　二 气体分子的速率分布 　　 　　处于同一体系的为数众多的气体分子, 相互碰撞, 运动速率不一样, 且不断改变. 但其速率分布却有一定规律。 　　麦克斯韦(Maxwell)研究了计算气体分子速率分布的公式, 讨论了分子运动速率的分布. 中学物理中有 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 , 表明分子分布规律是速率极大和极小的分子都较少, 而速率居中的分子较多。 　　横坐标 u, 速率, 分子的运动速率纵坐标 , N分子的数目。为单位速率间隔中分子的数目(相当于单位时间内通过的距离) 　　曲线下覆盖的面积: 在u1 和 u2 之间的气体分子的数目。 　　从图中可以看出, 速率大的分子少; 速率小的分子也少; 速率居中的分子较多. 和中学物理书中的图表一致.     　　但这种图将因气体的多少而不同, 因为 N 值不同. 若将纵坐标改一下： 　　　　N 是分子总数. 　　则曲线下所覆盖的面积, 将是某速率区间内分子数占分子总数的分数。 即覆盖的面积表示速率在 u1— u2 的分子, 占分子总数的分数。曲线下覆盖的总面积为单位 1.     　　只要温度相同, 不论气体的量是多少, 曲线一致. 　　在 up 附近的小区间里, 分子数目最多, 即具有 up 速率的分子数目最多, 分数最大. 这里的up 称为最可几速率。最可几速率 up 小于平均速率 ū 。 　　温度不同时的曲线不同: 温度增高, 分子的运动速率普遍增大, 最可几速率也增大, 但具有最可几速率的分子分数少了。两条曲线下覆盖的面积是是相等的, 均为单位1。 　三气体分子的能量分布 　　气体分子的能量分布受其速率分布影响. 有着类似的分布, 开始时较陡, 后趋于平缓。此能量分布图, 是在三维空间的讨论结果。在无机化学中, 甚至在物理化学中, 常用能量分布的近似公式来计算: 　此式中: E 是能量; NE 表示能量超过 E 的分子的个数; NE/N 是能量超过 E 的分子的分数; fE 即是这个分数。从式子中可以看出, E 越大时, fE 越小.