58 理想气体方程式的偏差.PPT

CHAPTER 5 氣體 5.1 氣態物質 5.2 氣體的壓力 5.3 氣體定律 5.4 理想氣體方程式 5.5氣體的化學計量 5.6 道耳吞分壓定律 5.7氣體動力論 5.8理想氣體方程式的偏差 5.1 氣態物質 常溫常壓下的氣態元素：H2、N2、O2、F2及Cl2為雙原子氣體，O的同素異形體O3(臭氧)也是氣體，8A族的所有元素都是單原子氣體(He、Ne、Ar、Kr、Xe及Rn)。 離子化合物在25℃及l atm下不可能為氣體 。分子化合物之間的行為差別很大。 一般而言，分子間的引力愈強沸點愈高。 圖5.1 所有的氣體都具有下列的物理性質： 氣體呈現出容器的體積及形狀。 氣態為物質中最容易壓縮的狀態。 當氣體置於固定容器中可以均勻且完全地混合。 氣體的密度遠低於液體或固體。 5.2 氣體的壓力 氣體分子不斷的運動，當與任何表面接觸時，氣體會施加壓力於接觸的物質表面。 壓力的SI制單位 牛頓第二運動定律 F=m ? a 力的SI制單位為牛頓(N)，1 N＝1 kg m/s2 定義壓力 P為單位面積所受的力： P ＝ F / A 壓力的SI單位是 pascal(Pa)，等於每平方米施加1牛頓之力： 1 Pa＝1 N/m2 大氣壓力 大氣中的原子及分子會被地心引力往下拉，使地表的空氣密度比高空中大。空氣的密度隨地表高度上升而快速下降。 標準大氣壓力(1 atm)為0℃時海平面的大氣壓力， 1 atm＝760 mmHg ＝760 torr ＝ 1.01325×10 Pa 壓力計(manometer)用來測量大氣壓力以外的氣體壓力。壓力計有兩種：閉管式和開管式壓力計。 5.3 氣體定律 1848年，Kelvin 將273.15℃定為絕對零度　即理論上可達的最低溫度。建立絕對溫標　稱之為克氏溫標單位為 K。 體積一數量關係：亞佛加厥定律 亞佛加厥的研究，補足了波以耳、查理及給呂薩克未完全的部分，其敘述為同溫同壓下相同體積的不同氣體含有相同的分子數 (若是單原子氣體則為原子數) 。 5.4 理想氣體方程式 將上述的氣體定律摘錄如下： 波以耳定律　：V α ( n 及T固定) 查理定律　　：V α T (n及P固定) 亞佛加厥定律：V α n (P及T固定) 將此三個方程式結合成單一的主方程式： PV＝nRT　 R稱為氣體常數，R＝0.082057 L.atm/K.mol 0℃(273.15 K)及1 atm(STP)下，理想氣體的體積為22.414 L。 　 　　 　 密度的計算 將理想氣體方程式重排，則可以計算氣體 的密度： V / n ＝ P / RT 氣體莫耳數 n＝ m / M m / MV＝ P / RT d = m/V=PM/RT PM=dRT 5.5 氣體的化學計量 第3章使用莫耳數與質量的關係處理反應物生成物的化學計量問題。當反應物及(或)生成物為氣體時，也可使用莫耳數與體積的關係處理這些問題。 5.6 道耳吞分壓定律 氣體的混合物中，分壓為個別成分氣體單獨存在之壓力，而總壓為個別氣體單獨存在之分壓和。 莫耳分率 XA 單一成分的莫耳數與總莫耳數之比，因此其值必定小於1。 PT =P1 + P2 + …… Pi = Xi PT 5.7 氣體動力論 分子的運動與能量有關，能量為具有作功的能力或可以產生某種變化能量可以功的形式測量： 能量＝所作的功＝力 × 位移 能量SI單位為焦耳(joule, J)　 1 J＝1 kg m/ s＝ 1 N m 氣體動力論假設如下： 氣體是由完全分離的分子組成，分子間的距離遠大於分子本身的大小，因此分子可視為質點，即具有質量但無體積。 氣體分子以定速做無規運動，分子間的碰撞為完全彈性，即碰撞前後的動能總和不變。 分子間沒有吸引力，也沒有排斥力。 氣體動力論假設如下： 分子的平均動能與絕對溫度成正比，相同溫度的氣體之平均動能相同。　　 分子的平均動能為 應用於氣體定律 氣體的可壓性 波以耳定律：氣體的壓力來自分子撞擊器壁產生，而碰撞頻率與數目密度成正比。 查理定律：由於氣體分子的平均動能與絕對溫度成正比。 亞佛加厥定律：氣體的壓力與密度、溫度都成正比 。 道耳吞分壓定律：若分子間沒有引力及斥力，不同分子碰撞器壁產生的壓力互不 影響，結果，總壓為個別氣體呈現的分壓和。 分子的速率分佈 均方根速率 分子的速率通常是以其均方根速率(root-mean-square speed,u)表示，也就是分子速率的平方之平均再取其平方根。1 mol氣體的動能可表示為3/2 RT，