第二章物质的状态精选文档.ppt
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1、第二章物质的状态本讲稿第一页,共五十五页教学目的教学目的1 1、理解理解理想气体状态方程式的物理意义及其应理想气体状态方程式的物理意义及其应用;气体、液体、固体的性质和特征。用;气体、液体、固体的性质和特征。2 2、理解理解道尔顿气体分压定律及其应用。道尔顿气体分压定律及其应用。3 3、了解了解气体扩散定律的概念。气体扩散定律的概念。4 4、了解了解气体分子运动论的基本内容。(论点气体分子运动论的基本内容。(论点及对理想气体状态方程式的解释,理想气体运及对理想气体状态方程式的解释,理想气体运动方程式,速率及能量分布。动方程式,速率及能量分布。)5 5、了解了解实际气体状态方程式。实际气体状态方
2、程式。6 6、了解了解液体蒸发及沸腾的物理模型。液体蒸发及沸腾的物理模型。7 7、了解了解结晶化学的基础概念。(晶与非晶,结晶化学的基础概念。(晶与非晶,晶系,晶格,晶胞)晶系,晶格,晶胞)本讲稿第二页,共五十五页教学重点:教学重点:理想气体状态方程式的应用;气体、液理想气体状态方程式的应用;气体、液体、固体的性质和特征;道尔顿气体分压定体、固体的性质和特征;道尔顿气体分压定律及其应用。律及其应用。教学难点:教学难点:理想气体状态方程式的物理意义及其应理想气体状态方程式的物理意义及其应用;道尔顿气体分压定律及其应用。用;道尔顿气体分压定律及其应用。本讲稿第三页,共五十五页物质的状态n气态气态n
3、液态液态n固态固态n等离子体等离子体通常温度和压强通常温度和压强具一定颜色的准中性电子流,具一定颜色的准中性电子流,脱离原子束缚的电子和原子、脱离原子束缚的电子和原子、中性原子、分子、离子做无中性原子、分子、离子做无序运动,具很高能量,整体序运动,具很高能量,整体显中性显中性本讲稿第四页,共五十五页2-1 气体气体n1-1 1-1 理想气体理想气体 一、理想气体一、理想气体1.1.描述气体状态的物理量描述气体状态的物理量 物理量物理量单单 位位压压 强强 P P帕斯卡帕斯卡 Pa(N Pa(Nm m-2-2)体体 积积 V V立方米立方米 m m3 3温温 度度 T T开尔文开尔文 K K物质
4、的量物质的量 n n摩摩 尔尔 mol mol本讲稿第五页,共五十五页2.2.理想气体的基本假定理想气体的基本假定n(1)(1)忽略气体分子的自身体积忽略气体分子的自身体积,将分子看成将分子看成是有质量的几何点是有质量的几何点(质点质点).).n(2)(2)碰撞碰撞,包括分子与分子、分子与器壁之包括分子与分子、分子与器壁之间的碰撞间的碰撞,是完全弹性碰撞是完全弹性碰撞-无动能损耗无动能损耗.分子间作用力被忽略。在高温和低压下分子间作用力被忽略。在高温和低压下,实际气体接近理想气体实际气体接近理想气体.故这种假定是有故这种假定是有实际意义的实际意义的.本讲稿第六页,共五十五页3.理想气体的经验公
5、式理想气体的经验公式以以R R做比例系数做比例系数,则有则有:Byele Byele 定律定律:n,T n,T 一定时一定时Gay-LussacGay-Lussac定律定律:n,P n,P 一定时一定时AvogadroAvogadro定律定律:P,T P,T 一定时一定时综合上三式综合上三式:即:即:VP=nRT VP=nRT 此式即为理想气体状态方程此式即为理想气体状态方程,其其中中:本讲稿第七页,共五十五页4.4.有关理想气体状态方程的计算有关理想气体状态方程的计算 n PV=nRT P=nRT/V V=nRT/P n=PV/RT T=PV/nRm=PVM/RTM=mRT/PV PV=nR
6、T n=m/MP18 例1、例3本讲稿第八页,共五十五页例例1、Cl2:V=10.0L,T=288K,P=1.01107Pa 求:求:m=?n解:由解:由PV=nRT 得得m=PVM/RT n=m/M所以:所以:m=71.010-31.0110710.010-3 8.314288 =2.99Kg答答:略略本讲稿第九页,共五十五页3.PV=nRT n=m/M =m/V=PM/RTP18例例2:373K,100KPa,UF6=?是是H2的多少倍的多少倍?本讲稿第十页,共五十五页二、气体分压定律二、气体分压定律n1 1、基本概念基本概念.混合气体与组分气体混合气体与组分气体由两种或两种以上的气体混合
7、在一由两种或两种以上的气体混合在一起起,组成的体系组成的体系,称为称为混合气体混合气体,组成混组成混合气体的每种气体合气体的每种气体,都称为该混合气体的都称为该混合气体的组分气体组分气体。显然。显然,空气是混合气体空气是混合气体,其中其中的的 O O2 2,N,N2 2,CO,CO2 2 等等,均为空气的组分气体均为空气的组分气体.本讲稿第十一页,共五十五页.总体积与分压总体积与分压 混合气体所占有的体积称为混合气体所占有的体积称为总体积总体积,用用 V V总总表示表示.当某当某组分气体单独存在组分气体单独存在,且占有总体积时且占有总体积时,其具有的压强其具有的压强,称称为该组分气体的为该组分
8、气体的分压分压,用用 P Pi i 表示表示.且有关系式且有关系式:P:Pi iV V总总=n ni iRT RT.总压和分体积总压和分体积混合气体所具有的压强混合气体所具有的压强,称为称为总压总压,用用 P P总总 表示。表示。当某组分气体单独存在当某组分气体单独存在,且具有总压时且具有总压时,其所占有的体积其所占有的体积,称为该组分气体的称为该组分气体的分体积分体积,用用 V Vi i 表示表示.关系式为关系式为:P:P总总V Vi i=n=ni iRT RT 本讲稿第十二页,共五十五页n2.2.分压定律分压定律分压与总压的关系分压与总压的关系 将右面的将右面的N N2 2 和和O O2
9、2 混合混合,测得混测得混合气体的合气体的P P总总 为为按分压的定义按分压的定义,可见:本讲稿第十三页,共五十五页n道尔顿道尔顿(Dolton)(Dolton)进行了大量实验进行了大量实验,提出了提出了混合气体的分压定律混合气体的分压定律:混合气体的总压等混合气体的总压等于各组分气体的分压之和于各组分气体的分压之和.即即:此定律为道尔顿此定律为道尔顿分压定律分压定律.理想气体混合时理想气体混合时,由于分子间无相互由于分子间无相互作用作用,故在容器中碰撞器壁产生压力时故在容器中碰撞器壁产生压力时,与独立存在时是相同的与独立存在时是相同的,亦即在混合气体亦即在混合气体中中,组分气体是各自独立的组
10、分气体是各自独立的.这是分压定这是分压定律的实质律的实质.本讲稿第十四页,共五十五页n3.分压与组成之间的关系 P总总V总总=nRT(1)PiV总总=niRT(2)(2)/(1)得得:组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积组分气体的分压等于总压与该组分气体的摩尔分数之积.又因又因:P总总Vi=niRT(3)(3)/(1)得得:本讲稿第十五页,共五十五页例5.3.0L,16gO2,2gN2,求:求:300K时时PO2=?PN2=?P总总=?n解:解:nO2=16/32=0.5molPO2=nO2RT/V总总=0.58.314300/(3.010-3)=4.16105(Pa)同理同理:P
11、N2=8.32105(Pa)P总总=PO2+PN2=4.16105+8.32105 =12.48105(Pa)本讲稿第十六页,共五十五页n例例6.6.氯酸钾和二氧化锰加热分解,质量少氯酸钾和二氧化锰加热分解,质量少0.480g0.480g,得氧气,得氧气0.377L0.377L,294K294K,P=9.96 10 P=9.96 105 5(Pa)(Pa)求:求:M MO O2 2=?提示:Po2=P总-PH2OMO2=mRT/PV本讲稿第十七页,共五十五页三、气体的扩散定律三、气体的扩散定律n同温同压下,某种气态物质的扩散速度与同温同压下,某种气态物质的扩散速度与其密度的平方根成反比。其密度
12、的平方根成反比。nUi 1/i 或或UA/UB=B/An而而T、P相同时相同时 Mn UA/UB=MrA/MrBnP22,例例7,8本讲稿第十八页,共五十五页1-2 实际气体状态方程式实际气体状态方程式1.1.实际气体的压强实际气体的压强 P P实实理想气体的理想气体的 P P 是忽略了分子间的吸力是忽略了分子间的吸力,由分子自由碰撞器壁的结果。由分子自由碰撞器壁的结果。两部分分子共处一体两部分分子共处一体,密度一致密度一致,故有:故有:令比例系数为令比例系数为a,则有则有:实际气体的压强是碰壁分子受内层分子引力实际气体的压强是碰壁分子受内层分子引力,不能不能自由碰撞器壁的结果自由碰撞器壁的结
13、果,所以所以:P:P实实 P P用用P P内内表示表示P P实实与与P P的差的差,称为内压强称为内压强,则有则有:P=PP=P实实+P+P内内 我们来讨论我们来讨论 P P内内的大小的大小,P,P内内是两部分分子吸引的结是两部分分子吸引的结果果,它与两部分分子在单位体积内的个数成正比它与两部分分子在单位体积内的个数成正比,即与即与两部分分子的密度成正比两部分分子的密度成正比:本讲稿第十九页,共五十五页2.实际气体的体积实际气体的体积 V实实 理想气体的体积是指可以任凭气体分子运动理想气体的体积是指可以任凭气体分子运动,且可以无限压缩的理想空间且可以无限压缩的理想空间,原原因是气体分子自身无体
14、积。但实际气体的分子体积则因分子的体积不能忽略而因是气体分子自身无体积。但实际气体的分子体积则因分子的体积不能忽略而不同。不同。的容器中的容器中,充满实际气体充满实际气体,由于分子自身体积的存在由于分子自身体积的存在,分子分子不能随意运动不能随意运动,且不可无限压缩且不可无限压缩.若分子体积为若分子体积为,则则设每摩尔气体分子的体积为设每摩尔气体分子的体积为,则有则有:V=V实实-nb(2)本讲稿第二十页,共五十五页3.实际气体的状态方程实际气体的状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程:PV=nRT,将将(1)和和(2)式子代入其中式子代入其中,得得:这个方程是荷兰科学家这个方程是荷兰科学家
15、 Van der Waals(范德华范德华)提出的提出的,称范德称范德华方程华方程.只是实际气体状态方程中只是实际气体状态方程中的一种形式的一种形式.a,b 称为气体的范德华常数称为气体的范德华常数.显然显然,不同的气体范德华常数不同不同的气体范德华常数不同,反映出其与理想气体的偏差程度不反映出其与理想气体的偏差程度不同同.本讲稿第二十一页,共五十五页1-3.气体的液化气体的液化n一、液化(凝聚):气体变成液体的过程一、液化(凝聚):气体变成液体的过程n二、液化的条件:二、液化的条件:降温降温:减小气体的饱和蒸汽压使气体液化(可以凭:减小气体的饱和蒸汽压使气体液化(可以凭 借单借单纯降温使气体
16、液化纯降温使气体液化 加压加压:减小气体分子距离,增大引力使气体液(必须在温:减小气体分子距离,增大引力使气体液(必须在温度低于某特定值才可实现度低于某特定值才可实现 临界温度)临界温度)本讲稿第二十二页,共五十五页临临界界常常数数临界温度临界温度Tc:临界压强临界压强Pc临界体积临界体积Vc气态物质处于临界气态物质处于临界温度、临界压强和温度、临界压强和临界体积时称为临界体积时称为临界状态临界状态本讲稿第二十三页,共五十五页考察匀加速运动考察匀加速运动的的 vt t图图:质点在质点在 t1-t2 时时间内的路程为间内的路程为:S=1/2(t2-t1)(v2+v1)图象直线下覆盖图象直线下覆盖
17、的梯形面积也正是的梯形面积也正是S 1-4 气体分子的速率分布和能量分布气体分子的速率分布和能量分布 本讲稿第二十四页,共五十五页重新认识一下这一事实重新认识一下这一事实,纵坐纵坐标标 vt 可以认为是可以认为是:高等数学上将其表示为高等数学上将其表示为:目前目前,我们将其简写为我们将其简写为:作图(对分母作图)作图(对分母作图)则曲线下的面积表示纵坐标则曲线下的面积表示纵坐标分子分子 S 数值数值.结论结论:本讲稿第二十五页,共五十五页一、一、气体分子的速率分布气体分子的速率分布 n处于同一体系的为数众多的气体分子处于同一体系的为数众多的气体分子,相互相互碰撞碰撞,运动速率不一样运动速率不一
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