第一章 气 体

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n(CH 4 ) RT 解法一：思路， V (CH 4 ) = ， p总
需先求出n(CH4)
n(CH4) = x(CH4)·n总
47.0 = × 100mol=940mol × 8.314kPa ⋅ L ⋅ K ⋅ mol × 298K V (CH 4 ) = 150.0kPa
298K时，p(H2O)=3.17kPa Mr (Zn)=65.39
(98.70 − 3.17)kPa × 2.50L n(H2) = 8.314J ⋅ K-1 ⋅ mol-1 × 298K
=0.0964mol Zn(s) + 2HCl → ZnCl2 + H2(g) 65.39g 1mol m(Zn)=? 0.0964mol
=131g
§1.2 气体混合物
1.2.1 分压定律
*1.2.2
分体积定律
1.2.1 分压定律
当几种不同的气体在同一容器中混合时，相互间不发生 当几种不同的气体在同一容器中混合时， 化学反应， 化学反应，分子本身的体积和它们相互间的作用力都可以 略而不计，这就是理想气体混合物 理想气体混合物。 略而不计，这就是理想气体混合物。 组分气体。 理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体 理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。 任一组分气体对容壁碰撞所产生的压力不因其他组分气 体的存在而改变。 体的存在而改变。混合气体中组分气体所施加的压力叫做 该组分气体的分压 分压。 该组分气体的分压。 对于理想气体， 对于理想气体，某组分气体的分压等于相同温度下该组 分气体单独占有与混合气体相同体积所产生的压力。 分气体单独占有与混合气体相同体积所产生的压力。即: pB=nBRT/V pB— B组分气体的分压； 组分气体的分压； 组分气体的分压 nB— B组分气体的物质的量； 组分气体的物质的量； 组分气体的物质的量 T — 混合气体的温度； 混合气体的温度； V — 混合气体的体积。 混合气体的体积。
65.39g ×0.0964mol m(Zn) = 1mol
=6.30g
*1.2.2
分体积定律
分体积： 混合气体中某一组分B的分体积VB是 该组份单独存在并具有与混合气体相同 温度和压力时所占有的体积。
nBR T V = B p
*1.2.2
分体积定律
混合气体组分B的分体积VB是该组分气体单独存在并具有 与混合气体相同温度和压力时占有的体积。
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V (CH 4 ) 1.55 × 103 L ϕ (CH 4 ) = = =0.94 3 V总 1.65 × 10 L
例： 氧是人类维持 生命的必需气体， 缺氧生命就会死亡 ，过剩的氧会使人 致病，只有在氧气 的分压维持21kPa才 能使人体维持正常 代谢过程。在潜 水员自身携带的水下呼吸器中充有氧气和氦 气（He在血液中溶解度很小，N2的溶解度大 ，可使人得气栓病）。
1.2.1 分压定律
组分气体： 组分气体： 理想气体混合物中每一种气体叫做组 分气体。 分气体。 分压： 分压： 组分气体B在相同温度下占有与混合 组分气体 在相同温度下占有与混合 下占有与 气体相同体积时所产生的压力 时所产生的压力， 气体相同体积时所产生的压力，叫做组分 气体B的分压 的分压。 气体 的分压。 nB RT pB = V
T p = nR V
分压的求解：
nBR T nR T pB = p= V V pB nB = = xB p n
nB pB = p = xB p n
x B B的摩尔分数 混合气体中某气体的分压等于该组分 的摩尔分数与总压的乘积。 的摩尔分数与总压的乘积。
例题：某容器中含有NH3、O2 、N2等气 体 的 混 合 物 。 取 样 分 析 后 ， 其 中 n(NH3)=0.320mol ， n(O2)=0.180mol ， n(N2)=0.700mol 。 混 合 气 体 的 总 压 p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。 解：n= n(NH3)+n(O2)+n(N2) =0.320mol+0.180mol+0.700mol =1.200mol
6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g) 在25℃。748mmHg下，要产生 ℃ 下 要产生75.0L的N2，计算 的 需要叠氮化钠的质量。 需要叠氮化钠的质量。 解： 根据化学反应方程式所显示出的n（ 根据化学反应方程式所显示出的 （NaN3） 的数量关系， 与n（N2）的数量关系，可以进一步确定在给定条 （ 件下， （ 的关系。 件下，m（NaN3）与V（N2）的关系。 （
1.2.1 分压定律
基本概念: 基本概念 1. 混合气体与组分气体 由两种或两种以上的气体混合在一起, 组成的体系, 由两种或两种以上的气体混合在一起 组成的体系 称为混合气体, 组成混合气体的每种气体, 称为混合气体 组成混合气体的每种气体 都称为该混 合气体的组分气体。显然, 空气是混合气体, 合气体的组分气体。显然 空气是混合气体 其中的 O2, N2, CO2 等, 均为空气的组分气体 均为空气的组分气体. 2. 混合气体的摩尔分数 组分气体的物质的量用n 表示, 组分气体的物质的量用 B 表示 混合气体的物质的 表示, 量用 n 表示 则: nB/n =xB, xB叫做 组分气体的物质的量分数，又称 叫做B组分气体的物质的量分数 组分气体的物质的量分数， 为摩尔分数。 为摩尔分数。
nBR T V = B p
由于混合气体中各组分间不发生化学反应，在T、p不变的 条件下，即：混合气体体积等于各组分的分体积之和 ，这 一规律叫做分体积定律。
V = V1 + V2 + ⋅⋅⋅
或
V = ∑VB
B
nBR T V = B p
V = V1 + V2 + ⋅⋅⋅
或
V = ∑VB
B
nR n2R T 1 T V= + +L p p
第一篇
化学反应原理
气 体
第一章
§1.1 理想气体状态方程 §1.2 气体混合物 *§1.3 气体分子动理论 § §1.4 真实气体
§1.1 理想气体状态方程
1.1.1 理想气体状态方程 1.1.2 理想气体状态方程的应用
1.1.1 理想气体状态方程
气体的最基本特征： 气体的最基本特征：具有可压缩性和扩散性。 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥， 理想气体分子之间没有相互吸引和排斥，分子本 身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。 身的体积相对于气体所占有体积完全可以忽略。理 分子间无作用力， 想气体是将气体理想化为分子间无作用力 想气体是将气体理想化为分子间无作用力，分子自 身无体积。 身无体积。 理想气体是一种物理模型，综合考虑压力 、 理想气体是一种物理模型，综合考虑压力(p)、温 之间的关系。 度(T)、体积 、 物质的量 之间的关系。应符合 、体积(V)、 物质的量(n)之间的关系 下方程： 下方程： pV = nRT 人们将符合理想气体状态方程 的气体，称为理想气体。 的气体，称为理想气体。
理想气体状态方程： 理想气体状态方程：
pV = nRT R---- 摩尔气体常量 在STP下，p =101.325kPa, T=273.15K 下 n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3m3 时 ×
pV 101325Pa × 22.414 × 10 m = R= nT 1.0mol × 273.15K
2. 确定气体的摩尔质量 确定气体的摩尔质量
pV = nRT
m pV = RT M
mRT M= pV
n =
m M
M = Mr g⋅mol-1 ⋅
3. 确定的气体密度 确定的气体密度
mRT M= pV
M=
ρ=m/V
ρRT
p
pM ρ= R T
有关气体体积的化学计算
例:为了行车 的安全， 可在 的安全 ， 汽车中装备上 空气袋， 空气袋 ， 防止 碰撞时司机受 到伤害。 到伤害 。 这种 空气袋是用氮 气充胀起来 的，所用的氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁 在火花的引发下反应生成的。总反应是： 在火花的引发下反应生成的。总反应是：
-1 -1
=1.55 × 10 L
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47.0 ϕ (CH 4 ) = x(CH 4 ) = =0.94 47.0+2.0+0.80+0.20
解法二：
n总 RT V总 = p总
100.0mol × 8.314kPa ⋅ L ⋅ K -1 ⋅ mol-1 × 298K = 150.0kPa
=1.65 × 10 L
安全气囊原理
汽车安全气囊系统的包括传感器总成、充气、 汽车安全气囊系统的包括传感器总成、充气、折叠气 点火器、固态氮、警告灯等。 囊、点火器、固态氮、警告灯等。当汽车受到前方一 定角度内的高速碰撞时， 定角度内的高速碰撞时，装在车前端的碰撞传感器和 装汽车中部的安全传感器，就可以检测到车突然减速， 装汽车中部的安全传感器，就可以检测到车突然减速， 并将这一信号在0.01秒之内速度传递给安全气囊系统 并将这一信号在 秒之内速度传递给安全气囊系统 的控制电脑。电脑在经过分析确认之后， 的控制电脑。电脑在经过分析确认之后，立即引爆气 囊包内的电热点火器（即电雷管），使其发生爆炸， ），使其发生爆炸 囊包内的电热点火器（即电雷管），使其发生爆炸， 这一过程一般只需0.05秒左右。点火器引爆之后，固 秒左右。 这一过程一般只需 秒左右 点火器引爆之后， 态氮粒迅速气化，大量氮气化， 态氮粒迅速气化，大量氮气化，大量氮气立即吹涨气 并在强大的冲击力之下， 囊，并在强大的冲击力之下，气囊冲开方向盘上的盖 而安全展开。 而安全展开。
6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g) 6mol 9mol Mr(NaN3)=65.01 P=748mmHg=99.73kPa T=298K m(NaN3)=390.06g V(N2)=223.6L m(NaN3)=？ V(N2)=75.0L ？