高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座:第1讲《气体》.doc
- 文档编号:1863208
- 上传时间:2022-10-24
- 格式:DOC
- 页数:12
- 大小:576KB
高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座:第1讲《气体》.doc
《高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座:第1讲《气体》.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座:第1讲《气体》.doc(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座
第1讲气体
【竞赛要求】
气体。
理想气体标准状态。
理想气体状态方程。
气体密度。
分压定律。
气体相对分子质量测定原理。
【知识梳理】
一、气体
气体、液体和固体是物质存在的三种状态。
气体的研究对化学学科的发展起过重大作用。
气体与液体、固体相比较,具有两个明显特点。
1、扩散性
当把一定量的气体充入真空容器时,它会迅速充满整个容器空间,而且均匀分布,少量气体可以充满很大的容器,不同种的气体可以以任意比例均匀混合。
2、可压缩性
当对气体加压时,气体体积缩小,原来占有体积较大的气体,可以压缩到体积较小的容器中。
二、理想气体
如果有这样一种气体:
它的分子只有位置而无体积,且分子之间没有作用力,这种气体称之为理想气体。
当然它在实际中是不存在的。
实际气体分子本身占有一定的体积,分子之间也有吸引力。
但在低压和高温条件下,气体分子本身所占的体积和分子间的吸引力均可以忽略,此时的实际气体即可看作理想气体。
三、理想气体定律
1、理想气体状态方程
将在高温低压下得到的波义耳定律、查理定理和阿佛加德罗定律合并,便可组成一个方程:
pV=nRT(1-1)
这就是理想气体状态方程。
式中p是气体压力,V是气体体积,n是气体物质的量,T是气体的绝对温度(热力学温度,即摄氏度数+273),R是气体通用常数。
在国际单位制中,它们的关系如下表:
表1-1R的单位和值
p
V
n
T
R
国际单位制
Pa
m3
mol
K
8.314或
kPa
dm3
mol
K
8.314
(1-1)式也可以变换成下列形式:
pV=RT(1-2)
p=·=
则:
=(1-3)
式中m为气体的质量,M为气体的摩尔质量,为气体的密度。
对于一定量(n一定)的同一气体在不同条件下,则有:
=(1-4)
如果在某些特定条件下,将(1-1)、(1-2)和(1-3)式同时应用于两种不同的气体时,又可以得出一些特殊的应用。
如将(1-1)式n=,在等温、等压、等容时应用于各种气体,则可以说明阿佛加德罗定律。
因为物质的量相等的气体,含有相等的分子数。
若将(1-2)式=在等温、等压和等容时应用于两种气体,则得出:
=(1-5)
如果将(1-3)式=,在等温等压下应用于两种气体,则有:
=(1-6)
若令=D,D为第一种气体对第二种气体得相对密度,则有:
D=或M1=DM2(1-7)
已知M=2g·mol,=29g·mol
则M1=2D或M1=29D
D为某气体相对H2的密度,D为某气体相对空气的密度。
2、气体分压定律和分体积定律
(1)气体分压定律
当研究对象不是纯气体,而是多组分的混合气体时,由于气体具有均匀扩散而占有容器全部空间的特点,无论是对混合气,还是混合气中的每一组分,均可按照理想气体状态方程式进行计算。
当一个体积为V的容器,盛有A、B、C三种气体,其物质的量分别为nA、nB、nC,每种气体具有的分压分别是pA、pB、pC,则混合气的总物质的量为:
n=nA+nB+nC(1-8)
混合气的总压为:
p=pA+pB+pC(1-9)
在一定温度下,混合气体的总压力等于各组分气体的分压力之和。
这就是道尔顿分压定律。
计算混合气各组分的分压有两种方法。
①根据理想气态方程计算
在一定体积的容器中的混合气体pV=nRT,混合气中各组分的分压,就是该组分单独占据总体积时所产生的压力,其分压数值也可以根据理想气态方程式求出:
pAV=nART(1-10)
pBV=nBRT(1-11)
pCV=nCRT(1-12)
②根据摩尔分数计算:
摩尔分数(XA)为混合气中某组分A的物质的量与混合气的总的物质的量之比:
XA=(1-13)
混合气体中某组分的分压等于总压与摩尔分数的乘积:
pA=pXA(1-14)
(2)气体分体积定律
在相同的温度和压强下,混合气的总体积(V)等于组成混合气的各组分的分体积之和:
V=VA+VB+VC(1-15)
这个定律叫气体分体积定律。
根据混合物中各组分的摩尔分数等于体积分数,可以计算出混合气中各组分的分体积:
据=
得VA=V(1-16)
四、实际气体状态方程
理想气体定律是从实验中总结出来的,并得到了理论上的解释。
但应用实际气体时,它只有一定的适用范围(高温低压),超出这个范围就有偏差,必须加以修正。
对于实际气体的实验值与理想值的偏差,我们常用压缩系数Z来表示:
Z=
其中p、、T都是实验值。
若气体完全理想,则Z=1,否则Z>1或Z<1。
出现这种偏差,是由于实际气体分子本身的体积不容忽视,那么实测体积总是大于理想状态体积(即V=V–b);实际上分子之间也不可能没有吸引力(内聚力P),这种吸引力使气体对器壁碰撞产生的压力减小,使实测压力要比理想状态压力小(即p=p+p),所以Z<1。
实际上以上两种因素同时存在,前者起主导作用时,Z>1,后者起主导作用时,Z<1,若两种因素恰好相当,则Z=1(CO2在40℃和52MPa时)。
将以上修正项代入理想气体状态方程,即得:
(p+p)(–b)=RT
p既与容器内部得分子数目成正比,又与近壁分子数目成正比。
这两种分子数目又都与气体的密度成正比,所以
p2
而,所以
p()2或p=
则(p+)(–b)=RT
对于n摩尔气体来说,则,
(p+)(V–nb)=nRT(1-17)
注意,上式中p、V、T都是实测值;a和b都是气体种类有关的特性常数,统称为范德华常数。
(1-17)式称为范德华方程。
它是从事化工设计必不可少的依据。
五、气体相对分子质量测定原理
1、气体相对分子质量测定
由(1-3)式:
=,可以变换成以下形式:
M=(1-18)
可见,在一定温度和压强下,只要测出某气体的密度,就可以确定它的相对分子质量。
2、气体精确相对分子质量测定
根据M=RT,理想气体在恒温下的/p值应该是一个常数,但实际情况不是这样。
如:
在273K时测得CH3F蒸气在不同压力下的值及/p值如下表:
p/Pa
/(g·m-3)
/(p·10-2)
1.013×105
1.5454×103
1.5255
6.753×105
1.0241×103
1.5212
3.375×104
0.5091×103
1.5084
从表中数据可以看到,压力越大,/p越大,不是常数。
因为压力越大,气体分子间的吸引力越大,分子本身的体积也不能忽略,因而就不能用理想气体状态方程来描述了,所以对于实际气体/p不是一个常数。
0.33660.67331.010
1.53
1.52
1.51
1.50
1.49
p/(105Pa)
/(p·10-2)
(图1-1)CH3F的-p图
以/p对作图(图1-1)
如果将直线内推到p=0时,则CH3F这一实际气体已接近理想气体,所以从图上所得的(/p)=1.50×10-2是符合理想气体状态方程的。
若将(/p)之值代入理想气体状态方程M=RT,即可求得CH3F的精确分子量。
这种求气体分子量的方法,叫极限密度法。
M=()RT=1.50×10-2g·dm-3·kPa-1×8.314kPa·dm3·mol-1·K-1×273.16K=34.05g·mol-1
故CH3F的分子量为34.02。
按相对原子质量计算:
M=12.011+3×1.0079+18.9984=34.033
两者结果非常接近。
【典型例题】
例1、300K、3.30×105Pa时,一气筒含有480g的氧气,若此筒被加热到373K,然后启开活门(温度保持373K)一直到气体压强降低到1.01×105Pa时,问共放出多少重的氧气?
分析:
因为pV=nRT,n=;所以pV=RT,由此式求出气筒的体积。
然后再根据气态方程式求出压强降到1.01×105Pa,气筒内剩余氧气的质量m。
最后算出放出氧气的质量。
解:
pV=RT
则气筒的体积:
V===0.123m3
再根据方程式求压强降低到1.01×105Pa时,气筒内剩余氧气的质量m
m===128g
因此放出氧气的质量m=480-128=352g
例2、设有一真空的箱子,在288K时,1.01×105Pa的压力下,称量为153.679g,假若在同温同压下,充满氯气后为156.844g;充满氧气后为155.108g,求氯气的分子量。
分析:
M=32.00g·mol-1,若将pV=RT式先用于氧气,求出箱子的体积V,再将pV=RT式用于氯气,求出M,这当然是可行的。
但运算繁杂,既费时又易出错。
由题意可知,这实际上是在等温、等压和等容条件下,pV=RT式的两次应用。
所以可以直接用=式,则简便得多。
解:
M=155.108g-153.679g=1.429g
M=156.844g-153.679g=3.165g
∴M===70.87g·mol-1
故氯气的分子量为70.87。
例3、某砷的氧化物化学式为As2O3,加热升温气化,实验测得在101kPa和844K时,其蒸气密度为5.70g/L。
计算:
该氧化物的相对分子质量,并求其分子式
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 气体 高中化学 奥林匹克 竞赛 辅导 讲座