1、第二章：物质的状态,化学化工学院张传磊,1-1 气体 1-2 液体 1-3 固体,了解气体及气体分子的运动，掌握理想气体状态方程、气体分压定律。了解气体分子的速率分布和能量分布,基本内容和重点要求,1-1 气体,1.1.1 气体的状态方程1.1.2 混合气体的分压定律1.1.3 气体扩散定律1.1.4 气体分子的速率分布和能量分布,1.1.1 气体的状态方程,分子体积与气体体积相比可以忽略不计分子之间没有相互吸引力分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失,是一种人为的气体模型，实际中并不存在高温、低压下的实际气体接近于理想气体,气体的最基本特征：具有可压缩性和扩散性。,理想气体 概念：
2、,（1）理想气体的状态方程式,1. 在描述气体状态时，常用以下物理量： 气体物质的量（n） 单位（mol） 气体的体积（V） 指气体所在容器的体积，m3 气体的压强（p） 气体分子无规则运动时，对器壁发生碰撞而产生了气体的压强，Pa 气体的温度（T）热力学温度，K,波义尔定律：当 n 和 T 一定时，气体的V与p成反比 V 1/p (1)查理-盖吕萨克定律： n 和 p 一定时，V与T成正比 V T (2)阿佛加德罗定律：p 与 T 一定时，V 和 n 成正比 V n (3)以上三个经验定律的表达式合并得 V nT/p (4),2. 经验定律,实验测得比例系数为 R，则 V = nRT p通常
3、写成 pV = nRT 理想气体状态方程,R- 摩尔气体常数在STP下，p = 101.325kPa, T = 273.15K，n = 1.0 mol时, Vm= 22.414 L = 22.41410-3 m3,3. 应用,计算 p，V，T，n 四个物理量之一。,pV = nRT, 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。,计算气体的摩尔质量。,M = Mr gmol-1,计算气体的密度。, = m / V,(T, P),例1-1 一玻璃瓶可以耐压3.04105Pa，在温度300K和压强为1.013105Pa时，使其充满气体。问在什么温度时，烧瓶将炸裂。,当温度达到900K以上时，烧瓶会炸裂,
4、解：,(2) 实际气体状态方程 (自学),理想气体状态方程式仅在足够低的压力下适合于真实气体。,产生偏差的主要原因是：气体分子本身的体积的影响；分子间力的影响。,因此状态方程修正为,b 是1mol气体分子自身的体积。,分子间吸引力正比于(n/V)2，即P内 = a(n/V)2, 则 pideal = preal+a(n/V)2 a是与分子引力有关的常数,Videal V-nb 等于气体分子运动的自由空间,a，b 统称为van der waals常数。,范德华方程式 (1873),1.1.2 混合气体分压定律 (1801年Dalton),组分气体：组成混合气体中每一种气体都叫做该混 合气体的组分
5、气体。,（表达式之一）,应有关系式 pi V总 = ni R T,我们通过下面实验来研究分压与总压的关系,p总,测得混合气体的 p总 为 4 105 Pa。,按分压的定义,1 dm3 2 dm3 4 dm3 8105 Pa 2105 Pa p总,再考察一个实验,测得混合气体的总压为 3 105 Pa,由分压的定义,道尔顿（Dalton）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,此即道尔顿分压定律的数学表达式。,n = n1+ n2+ ,对于整个混合气体体系,即,xi-组分气体i的摩尔分数,即组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积。,故 pi =
6、 p总 xi,（表达式之二）,分压定律的应用,例1-2 用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25 下，用排水集气法收集氢气，集气瓶中 气体压力为98.70kPa (25时，水的饱和 蒸汽压为3.17kPa)，体积为2.50L，计算 反应中消耗锌的质量。,解：T = (273+25) K = 298 K,p = 98.70 kPa V = 2.50 L,298K时，p(H2O) = 3.17 kPa,排水收集气体时，水蒸汽总是含有的，因此在处理问题是需要考虑到实时温度下水的饱和蒸汽压！,n(H2) =,(98.70-3.17)kPa2.50L,8.314 J k-1 mol-1 298K,= 0.09
7、64 mol,Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g),65.38g 1molm(Zn) = ? 0.0964mol,m(Zn) =,65.38g0.0964mol,1 mol,= 6.30 g,1.1.3 气体扩散定律 (1831, Graham),同温同压下某种气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比，这就是格雷姆气体扩散定律。,或,由于气体密度 与其相对分子质量 Mr 成正比,例 1-3 使 NH3 和 HCl 两种气体分别从一根长 100 cm 的玻璃管的两端自由扩散。,解：设 t 时间后发生反应，玻璃管中产生白烟的位置距 NH3 端 x cm，则距 HCl 端（ 100
8、x ）cm。,x = 59.5,1.1.4 气体分子的速率分布和能量分布,1. 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。,麦克斯韦速率分布曲线,u,u1,u2,则纵坐标表示单位速率间隔中分子的数目占分子总数的分数。,N：分子总数,：单位速度间隔内分子的数目,up,up ：最概然速率 （最几速率）,温度越高，速率大的分子数越多，最概然速率也增大。,同一气体不同温度下速率分布比较,u,但是温度高时，具有最概然速率的分子数却减少了。,2. 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。,表示能量大于E0的分子占所有分子的分数。E0 为某个特定的能量值。,E0越大， 的分数值越小。,麦克斯韦玻耳兹曼分布定律,作 业,P44-45：1, 3, 5, 8,
