文档介绍：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1-1 R的单位和值
p
V
n
T
R
国际单位制
Pa
m3
mol
K
kPa
dm3
mol
K
(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 = 2 D 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