初賽第2講氣體

初賽第2講氣體內(nèi)容要求：2.氣體相對分子質(zhì)量測定1.理想氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況，理想氣體狀態(tài)方程，氣體常量R，分壓定律。3.氣體溶解度（亨利定律）物質(zhì)的狀態(tài)特殊條件下：等離子體（宇宙空間）玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)

(1995)費米子凝聚態(tài)(2003)與溫度和壓力條件有關(guān)分子間的距離不同分子間的作用力不同固態(tài)

液態(tài)

氣態(tài)等離子體等離子體是不同于固體、液體和氣體的物質(zhì)第四態(tài)。物質(zhì)由分子構(gòu)成，分子由原子構(gòu)成，原子由帶正電的原子核和圍繞它的、帶負電的電子構(gòu)成。當(dāng)被加熱到足夠高的溫度或其他原因，外層電子擺脫原子核的束縛成為自由電子，電子離開原子核，這個過程就叫做“電離”。這時，物質(zhì)就變成了由帶正電的原子或原子團和帶負電的電子組成的、一團均勻的“漿糊”，因此人們戲稱它為“電漿”，這些離子漿中正負電荷總量相等，因此它是近似電中性的，所以就叫等離子體。等離子體廣泛存在于宇宙空間中。一、氣體1.氣體的基本特征：擴散性和可壓縮性2.理想氣體（1）兩點基本假設(shè)：a.氣體分子的體積等于零b.氣體分子間的作用力等于零。這是一種理想狀態(tài)下假設(shè)存在的氣體。（2）高溫低壓條件下的實際氣體接近理想氣體

低壓條件下氣體分子間距離很大，占據(jù)的空間也很大，氣體分子本身大小可以忽略不計；高溫條件下氣體分子本身的動能很大，比分子間作用力大得多，分子間作用力可以忽略不計。二、理想氣體狀態(tài)方程1．波義耳定律當(dāng)溫度不變時，一定量的氣體的體積與氣體所受的壓力成反比。即：V∝1P２．查理和蓋-呂薩克定律當(dāng)壓力不變時，一定量的氣體的體積與溫度（T）成正比。即：V∝T3．阿伏加德羅定律在同溫同壓下，相同體積的任何氣體都含有相同的分子數(shù)。即：V∝ｎ

4．理想氣體狀態(tài)方程式把上述三個定律歸納整理，可得：V∝nTP上式可改寫為：PV=nRT此即為理想氣體狀態(tài)方程。式中p是氣體壓力，V是氣體體積，n是氣體物質(zhì)的量，T是氣體的絕對溫度（熱力學(xué)溫度，即攝氏度數(shù)+273），R是氣體通用常數(shù)。國際單位制中R的單位和值8.314Pa·m3mol·KJmol·K或8.314KPa·dm3mol·K三、理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用1．根據(jù)密度求相對分子質(zhì)量PV=nRTPV=mMRTPρRTM=式中m為氣體的質(zhì)量，M為氣體的摩爾質(zhì)量，ρ為氣體的密度。在一定溫度和壓強下，只要測出某氣體的密度，就可以確定它的相對分子質(zhì)量。2．根據(jù)相對密度求相對分子質(zhì)量PV=nRTPV=mMRTPρRTM==ρ1M1M2ρ2則：M1=DrM2令：=Drρ1ρ2例1：在273K時測得CH3F蒸氣在不同壓力下的值及ρ/p值如下表，求CH3F的相對分子質(zhì)量。如果將直線內(nèi)推到p=0時，則CH3F這一實際氣體已接近理想氣體，所以從圖上所得的(ρ/p)=1.50×10-2是符合理想氣體狀態(tài)方程的。若將(ρ/p)之值代入理想氣體狀態(tài)方程M=ρRT/P，即可求得CH3F的精確相對分子質(zhì)量。=1.50×10-2g·dm-3·kPa-1×8.314kPa·dm3·mol-1·K-1×273K=34.05g·mol-1故CH3F的相對分子質(zhì)量為34.05。按相對原子質(zhì)量計算：Mr(CH3F)=12.011+3×1.0079+18.9984=34.033兩者結(jié)果非常接近。M=()p=0RTPρ三、氣體分壓定律和分體積定律1．氣體分壓定律當(dāng)研究對象不是純氣體，而是多組分的混合氣體時，由于氣體具有均勻擴散而占有容器全部空間的特點，無論是對混合氣，還是混合氣中的每一組分，均可按照理想氣體狀態(tài)方程進行計算。當(dāng)一個體積為V的容器，盛有A、B、C三種氣體，其物質(zhì)的量分別為nA、nB、nC，每種氣體具有的分壓分別是pA、pB、pC。P總V=n總RT。根據(jù)氣體的特性有：pAV=nART，pBV=nBRT，pCV=nCRT(pA+pB+pC)V=(nA+nB+nC)RT=n總RT=P總V所以：p總=pA+pB+pC在一定溫度下，混合氣體的總壓力等于各組分氣體的分壓力之和。這就是道爾頓分壓定律。pi=nin總p總=XiP總注：Pi為某組分氣體的分壓，Xi為某組分氣體的摩爾分數(shù)氣體分壓的另一種計算方法：2．氣體分體積定律在相同的溫度和壓強下，混合氣的總體積（V總）等于組成混合氣的各組分的分體積之和。V總=VA+VB+VC，這個定律叫氣體分體積定律。氣體分體積定律的前提是假設(shè)組分氣體的壓強等于總壓。根據(jù)混合物中各組分的摩爾分數(shù)等于體積分數(shù)，可以計算出混合氣中各組分的分體積：ViV總V總Vi=nin總V總==XiV總注：Vi為某組分氣體的分體積，Xi為某組分氣體的體積分數(shù)或摩爾分數(shù)。四、氣體溶解度——亨利定律固體或液體溶質(zhì)的溶解度受壓力的影響很小。氣體溶質(zhì)的溶解度受壓力影響很大。對于溶解度很小，又不與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體：在溫度不變時，氣體的溶解度和它的分壓在一定范圍內(nèi)成正比，這個定律叫亨利（Henry）定律。其數(shù)學(xué)表達式是：Cg=Kg·pg式中pg為液面上該氣體的分壓，Cg為某氣體在液體中的溶解度（其單位可用g·L-1、L(氣)·L(水)-1、mol·L-1表示），Kg稱為亨利常數(shù)。例1：300K、3.30×105Pa時，一氣筒含有480g的氧氣，若此筒被加熱到373K，然后啟開閥門（溫度保持373K）一直到氣體壓強降低到1.01×105Pa時，問共放出多少重的氧氣？分析：因為pV=nRT，所以,由此式求出氣筒的體積。然后再根據(jù)氣態(tài)方程式求出壓強降到1.01×105Pa，氣筒內(nèi)剩余氧氣的質(zhì)量m(O2)。最后算出放出氧氣的質(zhì)量。PV=mMRT解：m(放)=480g-128g=352gV=P1MmRT1=3.30×105×32.0g·mol-1480g×8.314Pa·m3·mol-1·K-1×300K=0.123m3m(O2)=RT2P2VM=8.314Pa·m3·mol-1·K-1×373K1.01×105Pa×0.123m3×32.0g·mol-1=128g例2:設(shè)有一真空的箱子，在288K時，1.01×105Pa的壓力下，稱量為153.679g，假若在同溫同壓下，充滿氯氣后為156.844g；充滿氧氣后為155.108g，求氯氣的相對分子質(zhì)量。分析：

M(O2)=32.00g·mol-1，若將pV=nRT式先用于氧氣，求出箱子的體積V，再將pV=nRT式用于氯氣，求出M(Cl2)，這當(dāng)然是可行的。但運算繁雜，既費時又易出錯。由題意可知，這實際上是在等溫、等壓和等容條件下，pV=nRT式的兩次應(yīng)用。所以可以直接用式，則簡便得多。=m1M1m2M2M(O2)=155.108g－153.679g=1.429gM(Cl2)=156.844g－153.679g=3.165g解:故氯氣的相對分子質(zhì)量為70.87。=70.87g·mol-1M(Cl2)=m(O2)m(Cl2)·M(O2)=1.429g3.165g×32.0g·mol-1例4：在298K，101000Pa時，用排水集氣法收集氫氣，收集到355mL。已知298K時水的飽和蒸氣壓為3200Pa，計算：（1）氫氣的分壓是多少？（2）收集的氫氣的物質(zhì)的量為多少？（3）這些氫氣干燥后的體積是多少（干燥后氣體溫度，壓強視為不變）？解:（1）P(H2)=P(總)－P(H2O)

=101000Pa－3200Pa=97800Pa=8.314Pa·m3·mol-1·K-1×298K97800Pa×3.35×10-6m3=0.0140moln(H2)=RTP(H2)V（2）（3）V(H2)=V(總)×P(總)P(H2)=355mL×101000Pa97800Pa=344mL例5：在20℃和101kPa下，每升水最多能溶解氧氣0.0434g，氫氣0.0016g，氮氣0.0190g，試計算：（1）在20℃時202kPa下，氧、氫、氮氣在水中的溶解度（以mL·L-1表示）。（2）設(shè)有一混合氣體，各組分氣體的體積分數(shù)是氧氣25%、氫氣40%、氮氣35%?？倝毫?05kPa。試問在20℃時，該混合氣體的飽和水溶液中含氧氣、氫氣、氮氣的質(zhì)量分數(shù)各為多少？分析：①根據(jù)亨利定律，求出202kPa下各組分氣體的溶解度。②再根據(jù)氣態(tài)方程pV=nRT公式就可將這些理想氣體質(zhì)量換算為體積。③根據(jù)分壓定律，分別求出O2、H2、N2分壓，從而求出它們在每升水中的溶解度。（1）在202kPa下各組分氣體的溶解度為：O2：(2×0.0434)g·L-1=0.0868g·L-1H2：(2×0.0016)g·L-1=0.0032g·L-1N2：(2×0.0190)g·L-1=0.0380g·L-1解：應(yīng)用pV=nRT公式，將這些氣體質(zhì)量換算成體積：通過計算可得:V(O2)=32.70mLC(O2)為:32.70mL·L-1V(H2)=19.29mLC(H2)為:19.29mL·L-1V(N2)=16.36mLC(N2)為:16.36mL·L-1（2）根據(jù)分壓定律：p(O2)=(505×25%)kPa=126kPap(H2)=(505×40%)kPa=202kPap(N2)=(505×35%)kPa=177kPa

各組分氣體在每升水中的溶解度為：O2：(126/101×0.0434)g·L-1=0.05425g·L-1H2：(202/101×0.0016)g·L-1=0.0032g·L-1