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气体摩尔体积

一、一周知识概述

  本周学习第三章第二节《气体摩尔体积》,内容包括物质的体积与微观粒子的关系、气体摩尔体积、阿伏加德罗定律及其推论、平均相对分子质量和相对密度等。

二、重点、难点知识剖析

(一)、物质的体积与微观粒子的关系

1、规律

  (1)相同条件下,相同物质的量的不同物质所占的体积:固体<液体气体。

  (2)相同条件下,相同物质的量的气体体积近似相等,而固体、液体却不相等。

  (3)0℃、101kPa时,1mol 任何气体所占的体积都约为22.4L。

2、决定物质体积大小的因素

  (1)物质所含粒子数的多少;

  (2)物质粒子本身的大小;

  (3)粒子之间的距离。

  当物质的物质的量一定时,由于固态物质或液态物质中粒子间的距离很小,这使得固态物质或液态物质的体积主要决定于粒子的大小,而不同物质其粒子的大小不同,故相同物质的量的固体,液体体积各不相等。

  当物质的物质的量一定时,由于气体物质中分子之间的距离约是分子直径的 10倍,这使得气态物质的体积主要决定于气体分子的距离,而当温度、压强一定时,不同气体分子之间的距离可以看作是相等的,故相同物质的量的气体体积在一定温度和压强下近似相等。

3、影响气体分子间距离在小的因素

  (1)温度

    温度升高,气体分子间的距离增大,气体体积增大;

    温度降低,气体分子间的距离减小,气体体积减小。

  (2)压强

    压强增大,气体分子间的距离减小,气体体积减小;

    压强减小,气体分子间的距离增大,气体体积增大。

(二)、气体摩尔体积(Vm

  1、定义:单位物质的量的气体所占的体积。

  2、符号:Vm

    单位: L/mol或m3/mol

  3、在标准状况(0℃、101kPa)下,Vm≈22.4L/mol

    (1)只适用于气体,不适用于固体、液体

       如:在标准状况下, 1mol Fe的体积为7.2cm3

    (2)气体组分可以是一种,也可以是几种(互不反应)

       如:在标准状况下, 1摩尔空气的体积约为22.4L。

    (3)是“约为”,而不是“等于”

  (4)22.4L/mol并不是特指标准状况下的气体摩尔体积,当压强为202kPa,温度为546K时,气体摩尔体积也约为22.4L/mol。

  4、计算公式:

(三)、阿伏加德罗定律及其推论

  1、阿伏加德罗定律

    在相同温度和压强下,相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。

  2、推论(仅适用于气体)

    可由阿伏加德罗定律推出,也可由理想气体状态方程导出: PV=nRT。

    [其中:P—压强  V—气体体积  n—气体的物质的量  R—常数  T—热力学温度,T=273+t(t为摄氏温度)]

    (1)同温、同压下,气体的体积与其物质的量成正比

       即 T、P相同时,

    (2)同温、同压下,气体的密度与其摩尔质量成正比

       即 T、P相同时,

       推断过程:由 PV=nRT,可得:

       

       T、P相同时,为定值,故

    (3)同温、同体积下,气体的压强与其物质的量成正比

       即 T、V相同时,

    (4)同温、同压下,体积相同的气体,质量与其摩尔质量成正比

       即 T、P、V相同时,

    (5)同温、同压下,质量相等的气体,体积与其摩尔质量成反比

       即 T、P、m相同时,

    (6)同温、同体积下,等质量的气体,压强与其摩尔质量成反比

       即 T、V、m相同时,

(四)、相对密度(D)

  气体在某一温度、压强的条件下,气体 A与气体B的密度比叫做A对B的相对密度,即

(五)、平均摩尔质量()及平均相对分子质量(

  对于某种纯净物,有摩尔质量和相对分子质量的说法,而对于某种混合物,无论是气体,还是固体、液体,有平均摩尔质量和平均相对分子质量的说法。

1、平均摩尔质量()的求法

  (1)已知混合物的总质量[m(混)]和总物质的量[n(混)],则:

    

  (2)已知标准状况下混合气体的密度[ρ(混)],则:

    (混)=22.4L/mol·ρ(混)

  (3)已知同温、同压下混合气体的密度[ρ(混)]是一种简单气体A的密度的倍数D(即混合气体对气体A的相对密度为D),则:

    (混)=D×M(A)

  (4)已知混合物中各组分的摩尔质量和其物质的量分数(n1%、n2%、…)或体积分数(V1%、V2%、…),则:

  

推断过程:若混合气体有i种组分,其摩尔质量分别为M1、M2、…、Mi,其物质的量分别为n1、n2、…、ni,其体积分别为V1、V2、…、Vi,则:

  

   由阿伏加德罗定律推论可知: ni%=Vi%,故:

2、平均相对分子质量()的求法

  由g/mol,可求得

3、应用

  (1)求空气的平均相对分子质量

    (空气)≈32×20%+28×80%≈29。

   (按 O2的体积分数为20%,N2的体积分数为80%,近似计算)

  (2)排空气法收集气体

    >29时,ρ>ρ(空气),可用向上排空气法收集;

    ≈29时,ρ≈ρ(空气),一般用排水法收集;

    *<29时,ρ<ρ(空气),一般用向下排空气法收集。

(六)气体摩尔体积的计算

  

  (标准状况下Vm=22.4L/mol)

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