競賽第一講基礎知識總結氣體

競賽第一講基礎知識總結氣體

一、氣體

氣體、液體和固體是物質存在的三種狀態。氣體的研究對化學學科的發展起過重大作用。氣體與液體、固體相比較,具有兩個明顯特點。

1、擴散性

當把一定量的氣體充入真空容器時,它會迅速充滿整個容器空間,而且均勻分佈,少量氣體可以充滿很大的容器,不同種的氣體可以以任意比例均勻混合。

2、可壓縮性

當對氣體加壓時,氣體體積縮小,原來佔有體積較大的氣體,可以壓縮到體積較小的容器中。

二、理想氣體

如果有這樣一種氣體:它的分子只有位置而無體積,且分子之間沒有作用力,這種氣體稱之為理想氣體。當然它在實際中是不存在的。實際氣體分子本身佔有一定的體積,分子之間也有吸引力。但在低壓和高溫條件下,氣體分子本身所佔的體積和分子間的吸引力均可以忽略,此時的實際氣體即可看做理想氣體。

三、理想氣體定律

1、理想氣體狀態方程

將在高溫低壓下得到的波義耳定律、查理定理和阿佛加德羅定律合併,便可組成一個方程:

pV

=

nRT

(1-1)

這就是理想氣體狀態方程。

式中

p

是氣體壓力,

V

是氣體體積,

n

是氣體物質的量,

T

是氣體的絕對溫度(熱力學溫度,即攝氏度數+273),

R

是氣體通用常數。

在國際單位制中,它們的關係如下表:

表1-1 R的單位和值

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D

為第一種氣體對第二種氣體的相對密度

2、氣體分壓定律和分體積定律

(1)氣體分壓定律

當研究物件不是純氣體,而是多組分的混合氣體時,由於氣體具有均勻擴散而佔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方程式進行計算。

當一個體積為

V

的容器,盛有A、B、C三種氣體,其物質的量分別為

n

A、

n

B、

n

C,每種氣體具有的分壓分別是

p

A、

p

B、

p

C,則混合氣的總物質的量為:

n

=

n

A+

n

B +

n

C

混合氣的總壓為:

p

=

p

A+

p

B+

p

C

在一定溫度下,混合氣體的總壓力等於各組分氣體的分壓力之和。這就是道爾頓分壓定律。

計算混合氣各組分的分壓有兩種方法。

①根據理想氣態方程計算

在一定體積的容器中的混合氣體

p

V

=

n

RT

混合氣中各組分的分壓,就是該組分單獨佔據總體積時所產生的壓力,其分壓數值也可以根據理想氣態方程式求出:

p

A

V

=

n

A

RT

p

B

V

=

n

B

RT

p

C

V

=

n

C

RT

②根據摩爾分數計算:

摩爾分數(

X

A)為混合氣中某組分A的物質的量與混合氣的總的物質的量之比

混合氣體中某組分的分壓等於總壓與摩爾分數的乘積

(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

)等於組成混合氣的各組分的分體積之和:

V

=

V

A+

V

B+

V

C

這個定律叫氣體分體積定律。

根據混合物中各組分的摩爾分數等於體積分數,可以計算出混合氣中各組分的分體積

四、實際氣體狀態方程

理想氣體定律是從實驗中總結出來的,並得到了理論上的解釋。但應用實際氣體時,它只有一定的適用範圍(高溫低壓),超出這個範圍就有偏差,必須加以修正。

對於實際氣體的實驗值與理想值的偏差,我們常用壓縮係數

Z

來表示

出現這種偏差,是由於實際氣體分子本身的體積不容忽視,那麼實測體積總是大於理想狀態體積(實際上分子之間也不可能沒有吸引力(內聚力P),這種吸引力使氣體對器壁碰撞產生的壓力減小,使實測壓力要比理想狀態壓力小

既與容器內部的分子數目成正比,又與近壁分子數目成正比。這兩種分子數目又都與氣體的密度成正比

注意,上式中

p

V

T

都是實測值;

a

b

都是氣體種類有關的特性常數,統稱為範德華常數。(1-17)式稱為範德華方程。它是從事化工設計必不可少的依據。

五、氣體相對分子質量測定原理

1、氣體相對分子質量測定

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量。

2、氣體精確相對分子質量測定

p

值如下表:

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從表中資料可以看到,壓力越大,

p

越大,不是常數。因為壓力越大,氣體分子間的吸引力越大 ,分子本身的體積也不能忽略,因而就不能用理想氣體狀態方程來描述了

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