【中职专业课】第五章第二节气体摩尔体积&溶液的浓度《无机化学》教学同步课件（化学工业出版社）

第五章 第二节气体摩尔体积 &溶液的浓度 气体 理想气体状态方程 我们把分子本身不占体积，分子间没有相互作用力的气体称为理想气体。理想气体实际上是不存在的，它是一种科学的抽象。 通常遇到的实际气体都是非理想气体，因为它的分子本身既占有体积，而且分子间又有作用力存在。但是当实际气体处于低压(低于数百千帕)、高温(高于273K)的条件下，分子间距离甚大，气体的体积已远远超过分子本身所占的体积，因而可忽略后者，而且分子间作用力也因分子间距离拉大而迅速减小，故可把它近似地看作理想气体。所以理想气体是实际气体的一种极限情况。 研究理想气体是为了先把研究对象简单化，在此基础上再进行一些必要的修正，推广应用于实际气体。这是科学上处理比较复杂系统时常用的一种方法。 理想气体状态方程为pV=nRT 该方程表明了气体的压力(p)、体积(V)、温度(T)和物质的量(n)之间的关系。 R称摩尔气体常数，其数值及单位可用下面的方法来确定：已知在标准状况(p=101.325kPa，T=273.15K)下，1mol气体的标准摩尔体积为22.4141×10-3m³，则 R也可取8.315kPa·L·mol-1·K-1或8.315J·mol-1·K-1等单位。 理想气体状态方程还可表示为另一些形式： 式中：m为气体的质量；M为摩尔质量；ρ为密度。 注意，计算时要保持p，V与R单位的统一。 例：一学生在实验室中，在73.3kPa和25℃下收集得250mL某气体。在分析天平上称量，得气体净质量为0.118g。求这种气体的相对分子质量。 例：一学生在实验室中，在73.3kPa和25℃下收集得250mL某气体。在分析天平上称量，得气体净质量为0.118g。求这种气体的相对分子质量。 道尔顿分压定律 气体常以混合物的形式存在。如果将几种彼此不发生化学反应的气体放在同一容器中，则各种气体如同单独存在时一样充满整个容器。 混合气体的总压力等于各组分气体分压力之和。所谓某组分的分压力是指该组分在同一温度下单独占有混合气体的容积时所产生的压力。以上关系就称做道尔顿分压定律。 若用p1，p2，…分别表示气体1，2，…的分压力，p代表总压力，则道尔顿分压定律可表示为 p=p1+p2+…或p=∑pi 设有一混合气体，有i个组分，pi和ni分别表示各组分的分压和物质的量，V为混合气体的体积，则 由道尔顿分压定律可知 式中的n为混合气体的总的物质的量。由此可见，气体状态方程不仅适用于某一纯净气体，也适用于气体混合物。 pi/p=ni/n pi=nip/n 若令xi=ni/n，则pi=xip 式中的x称为摩尔分数，可用来表示混合物中某种物质的含量。 混合物中某组分的摩尔分数即为该组分的物质的量占混合物中总物质的量的分数。 例如，某混合物由A、B两组分组成，它们的物质的量分别为nA、nB，则A组分的摩尔分数xA和B组分的摩尔分数xB分别为 由于n=nA+nB 显然xA+xB=1 即混合物中各组分摩尔分数之和必等于1。 由此可见，式pi=xip表示混合气体某组分的分压力等于该组分的摩尔分数与混合气体总压力的乘积。这是道尔顿分压定律的另一种表达形式。 应当指出，只有理想气体才严格遵守道尔顿分压定律，实际气体只有在低压和高温下，才近似成立。 道尔顿分压定律对于研究气体混合物很重要。在实验室中常用排水取气法收集气体。 用此法收集的气体中含有饱和的水蒸气，所以其总压为 p(总压)=p(气体)+p(水蒸气) 水的饱和蒸气压（可查表）仅与水的温度有关，因此气体的分压力应该是总压力减去该温度下的饱和水蒸气压。 例：在17℃，99.3kPa的气压下，用排水取气法收集氮气150mL。求在标准状况下该气体经干燥后的体积。 例：在17℃，99.3kPa的气压下，用排水取气法收集氮气150mL。求在标准状况下该气体经干燥后的体积。 解：查表，17℃的饱和水蒸气压为1.93kPa。 p(N2)=(99.3-1.93)kPa=97.4kPa 设p1，V1，T1和p2，V2，T2分别代表N2在干燥前后的压力、体积和温度，则 例：在25℃下，将0.100mol的O2和0.350mol的H2装入3.00L的容器中，通电后氧气和氢气反应生成水，剩下过量的氢气。求反应前后气体的总压和各组分的分压。 例：在25℃下，将0.100mol的O2和0.350mol的H2装入3.00L的容器中，通电后氧气和氢气反应生成水，剩下过量的氢气。求反应前后气体的总压和各组分的分压。 解：反应前 通电时0.100molO2只与0.200molH2反应生成0.200molH2O，而剩余0.150molH2。液态水所占的体积与容器体积相比可忽略不计，但由此产生的饱和水蒸气却必须考虑。因此反应后 例：在一钢制圆筒容器中盛有5.00mol石墨和5.00