1 / 53

Chapter 2

Chapter 2. 氣體. 本章目錄. 2-1 氣體體積與壓力的關係 1-1A 壓力， 1-1B 波以耳定律 2-2 氣體體積與溫度的關係 1-2A 溫度與溫標， 1-2B 查理定律 2-3 氣體的行為 - 理想氣體方程式 1-3A 亞佛加厥定律 1-3B 理想氣體與理想氣體方程式 2-4 氣體的分壓 1-4A 道耳頓分壓定律， 1-4B 莫耳分率 2-5 氣體的擴散與逸散 1-5A 氣體粒子的平均速率 1-5B 擴散與逸散， 1-5C 逸散的應用. 2-1 氣體體積與壓力的關係. 定義. 氣體壓力. 氣壓計 / 壓力計.

topper
Download Presentation

Chapter 2

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Chapter 2 氣體

  2. 本章目錄 2-1 氣體體積與壓力的關係 1-1A 壓力，1-1B 波以耳定律 2-2氣體體積與溫度的關係 1-2A 溫度與溫標，1-2B 查理定律 2-3 氣體的行為-理想氣體方程式 1-3A 亞佛加厥定律 1-3B 理想氣體與理想氣體方程式 2-4 氣體的分壓 1-4A 道耳頓分壓定律，1-4B 莫耳分率 2-5 氣體的擴散與逸散 1-5A 氣體粒子的平均速率 1-5B 擴散與逸散，1-5C 逸散的應用

  3. 2-1 氣體體積與壓力的關係 定義 氣體壓力 氣壓計/壓力計 單位換算 波以耳定律

  4. 2-2氣體體積與溫度的關係 溫度與溫標 氣體體積與溫度 查理定律

  5. 2-3 理想氣體方程式 亞佛加厥定律 理想氣體 理想氣體方程式 氣體定律關係圖 與真實氣體比較

  6. 2-4 氣體的分壓 道耳頓分壓定律 氣體分壓 莫耳分率 分壓的應用

  7. 2-5 氣體的擴散與逸散 氣體粒子的平均速率 氣體擴散 格雷姆擴散定律 逸散的應用

  8. The End Thanks for Your Listening

  9. (A) (B) 2-1 氣體壓力的定義 圖2-1 氣體撞擊氣壁產生壓力： (A)氣體粒子在容器中自由移動 (B)氣體粒子撞擊氣壁時，便對氣壁產生壓力

  10. 托里切利 真空 水銀 大氣壓力 760 mmHg 氣壓計 • 發明者：托里切利(義大利) • 方法： • 將充滿水銀的細長管倒插入水銀槽中，以測量大氣壓力的裝置 • 結果： • 高於水銀面的水銀柱高度即為大氣壓力 • 1 atm = 76 cmHg (厘米汞柱) = 760 mmHg (毫米汞柱) =760 torr (托)

  11. Patm Patm Pg Pg PHg PHg 2-1 開口式壓力計 原理：同一水平面，壓力相等 Pg = Patm－PHg Pg = Patm + PHg

  12. 氣體壓力的單位換算 F A • 壓力公式：P = = h  d (P：壓力，F：作用力，A：受力面積) • 單位換算： • 1 atm = 76 (cm) 13.6 (gw/cm3) =1033.6 (gw/cm2) = 1.0336  104 (kgw/m2) = 1.0336  104 9.8 (N/m2) = 1.013  105 Pa = 1013 hPa = 1.013 bar =1013 mb 水銀密度 單位換算 1Kg = 9.8N N/m2 = Pa bar = 105 Pa

  13. 2-1 例題2-1 • 試計算0.8 atm等於多少hPa ? Ans： 0.8 (atm) 1013 (hPa/atm) = 810.4 (hPa)

  14. Patm Hg Pg h (cm) J型管 波以耳定律(1) • 提出者：波以耳(英國) 實驗數據： 實驗裝置：

  15. 波以耳定律(2) • 內容：定溫時，定量氣體的體積與壓力成反比 • 固定n、T：V  1/P  P1V1 = P2V2 = K

  16. 應用實例 (A) (B) (A) 用手先將滴管末端擠壓 (B) 鬆手後，大氣壓力將液體壓滴管中

  17. 2-2 2-1 例題2-2 • 定溫時，某氣體於760 mmHg時的體積為10.0 L，若壓力增為1140 mmHg時，該氣體的體積變為多少？ • Ans：根據波以耳定律 P1V1 = P2V2 760  10.0 = 1140  V2 ∴ V2 = 6.67 L

  18. 9 5 溫度與溫標 換算公式： K = ℃ + 273.15 ℉ = ℃ + 32 攝氏溫標 華氏溫標 克氏溫標

  19. Ans：根據 K = ℃ + 273.15 ℉ = ℃ + 32 ∴ ℉ =  25 + 32 = 77 K = 25 +273 = 298 9 9 5 5 2-2 例題2-3 • 一般所指的室溫為25℃，試問此溫度相當於華氏多少℉？凱氏多少K？

  20. 氣球的冷縮熱脹 (C) (A) (B)

  21. V1 T1 = V2 T2 1 273.15 查理定律 • 提出者：查理與給呂薩克(法國) • 內容： • 定壓時，定量氣體的體積與絕對溫度成正比 固定n、P：VT  • Vt 與 V0 關係式： Vt = V0 (1 + t) Vt：t℃時氣體體積 V0：0℃時氣體體積 t： t℃

  22. 氣體的體積與絕對溫度關係圖(1) 絕對零度：0K = 273.15℃ 分子動能 = 0 氣體停止運動 氣體液化或固化

  23. V V t (℃) T (K) V V P1 T P1 P2 P2 T V 氣體的體積與絕對溫度關係圖(2) P1 ＜ P2 P1 ＜ P2

  24. Ans：根據查理定律 1.0 273.15 + 25 ∴ V2= 0.654 L = V2 273.15  78 2-3 2-2 例題2-4 • 25℃時，充滿氫氣的氣球體積為1.0 L，若將此氣球浸入由乾冰和丙酮形成的冷劑中(78℃)，則體積變為多少？

  25. 亞佛加厥定律(1)  50 mL不同氣體的質量與分子數 幾乎相同

  26. 亞佛加厥定律(2) 同溫同壓下，等體積的氣體含有相同數目的粒子

  27. V1 n1 = V2 n2 亞佛加厥定律(3) • 提出者：亞佛加厥 • 內容： • 定溫、定壓時，氣體體積與莫耳數成正比 固定T、P：V n  • 同溫、同壓下，等體積的氣體含有相同數目的粒子

  28. 氣體的莫耳體積 • 莫耳體積：1莫耳物質的體積 • 標準溫壓(STP) ： 0 ℃、1 atm，氣體莫耳體積 22.4公升 • 正常溫壓(NTP) ： 25 ℃、1 atm，氣體莫耳體積24.5公升

  29. 2-3 例題2-5 • 若氧一莫耳的體積為22.4公升，試計算8.00公克的氧氣體積為多少公升？ • Ans： 氧氣的分子量為32 ∴ 氧氣的莫耳數為：8  32 = 0.25 mol 故8.00公克的氧氣體積為： 22.4 L/mol × 0.25 mol = 5.60 L

  30. 理想氣體方程式 • 方程式推導： • 波以耳定律：V (1/P) • 查理定律：V TV (1/P)Tn • 亞佛加厥定律：V n 改寫為等式，加入理想氣體常數 R PV = nRT (理想氣體方程式)

  31. 理想氣體常數 R • R值不隨溫度、壓力的改變而變動 • R值僅因單位不同而異： • 標準溫壓(0℃、1 atm)，1 mol氣體：

  32. W M 2-3 方程式的應用 • 求分子量(M) • 適用氣體或揮發性液體 PV = RT (W：氣體重) • 求氣體密度(d) • 蒸氣密度法：PM = dRT • 求莫耳數(n)：PV = nRT

  33. P  (B) (D)    (C) (A) V 2-3 氣體定律關係圖 • AB：PT (固定n、V) • BDC：PV =k(固定n、T)  波以耳定律 • AC：VT(固定n、P)  查理定律 • AD：PVT(固定n)  波查定律

  34. 理想氣體與真實氣體(1) 常見氣體在STP下的莫耳體積 偏離理想氣體

  35. 理想氣體與真實氣體(2)

  36. 例題2-6 • 已知1.0 mol的氣體在25℃ 和1.0 atm的體積為24.5 L，試計算理想氣體方程式的常數R？ • Ans： R = (PV)  (nT) = (1.0  24.5)  (1  298.15) = 0.082 (atmL/molK)

  37. Ans： ∵ d = ，m為氣體質量且n = ∴ PV = nRT = RT，PM = RT = dRT 因此易揮發的液體如酒精、丙酮等有機化合物，均可由定量的液體揮發後量得其體積及壓力，即可算出它們的分子量 m m V V m m M M 2-4 2-3 例題2-7 • 理想氣體方程式又可表示為 PM = dRT，其中M為分子量，d為密度。試由PV = nRT 推導之。

  38. 道耳頓分壓定律(1) • ▲氣體莫耳數與壓力的關係： • 1.0 mol H2產生4.8 atm 壓力； • 2.5 mol He 產生12.0 atm 壓力； • 1.0 mol H2和2.5 mol He 產生16.8 atm 壓力

  39. 道耳頓分壓定律(2) • 提出者：道耳頓 • 內容： 定溫下，多種不起化學反應的氣體混合置於一密閉容器中，容器中混合氣體的總壓力等於各成分氣體壓力的總和，即： Pt= P1 + P2 + …(Pt：總壓) Pt =  Pi (P1、P2、Pi：分壓) 各成分氣體的壓力(分壓)，與單一氣體單獨存在於同一容器中所產生的壓力相同 i

  40. n1RT n2RT RT P1= P2= ， … Pt= (n1 + n2 +…) V V V 道耳頓分壓定律(3) • 公式(1)： (n1、n2：各成分氣體莫耳數)

  41. 例題2-8 • 將2.0 mol的氧氣和3.0 mol的氮氣一起裝入一個10 L的容器中，若此時溫度為25 ℃，試問混合氣體的壓力為多少atm？ • Ans： Pt 10=(2.0+3.0)  0.082  (25+273.15) ∴ Pt = 12 atm

  42. 2-4 例題2-9 • 在298 K及1atm下，進行氧氣製備實驗，以排水集氣法收集到氧氣2000 mL。已知298 K時水的飽和蒸氣壓為23.8 mmHg，試問所收集的氧為若干mol？(飽和蒸氣壓為定溫下，液氣達平衡時水蒸氣的壓力) • Ans： 氧氣分壓 = 760 mmHg－23.8 mmHg = 736.2 mmHg = 0.969 atm 氧氣mol = (PV)(RT) = (0.9692)  (0.082 298) = 0.079 mol

  43. 即：Xi = n1 n2 n1 n2 ni ∴ X1 = = ∴ X2 = = n1 + n2 + … n1 + n2 + … nt nt nt 莫耳分率(1) • 定義： 混合氣體中單一氣體莫耳數與總莫耳數之比 X1＋ X2＋ … = ΣXi = 1

  44. Pi (niRT) / V ni = Xi = = Pt nt (ntRT) / V 2-4 莫耳分率(2) ∴ Pi = Pt Xi P1 : P2 :P3 = X1 : X2 : X3 = n1 : n2 : n3 同溫、同體積：分壓比=莫耳分率比=莫耳數比

  45. 速率 恰平衡 蒸發速率  凝結速率 時間 分壓定律的應用(1) • 飽和蒸氣壓 • 固定V、T時： 液體蒸發速率 = 氣體凝結速率 蒸氣所呈現的壓力，稱為該液體在此溫度下的飽和蒸氣壓 • 函數圖形：

  46. 分壓定律的應用(1-1) • 飽和蒸氣壓特性 • 定溫下，液體的飽和蒸氣壓為定值，與容器體積與液體量多寡無關 • 100℃時，純水的飽和蒸氣壓 = 76 cmHg • 定溫下，實際蒸氣壓 ≦ 飽和蒸氣壓 • 定溫下，密閉容器內若有液體存在，則： 實際蒸氣壓 = 飽和蒸氣壓

  47. 分壓定律的應用(3) • 排水集氣法，氣體壓力的校正 • 原因：排水集氣法收集氣體時，集氣瓶的氣體同時含有飽和水蒸氣，因此必須扣除水蒸氣的壓力(Pw)才是乾燥氣體的壓力(Pg)

  48. (A) (B) (C) h1 h2 (A)內外液面等高：Pg= Patm Pw (B)瓶內水面＞瓶外：Pg= Patm Pw  cmHg (C)瓶內水面＜瓶外：Pg= Patm Pw + cmHg h1 h2 13.6 13.6 2-5 2-4 分壓定律的應用(2-1) Pw：飽和蒸氣壓, Pg：氣體壓力, Patm：大氣壓力

  49. 2-5 氣體粒子的平均速率 (B) (A) ▲ (A)氣體粒子在容器中自由移動；(B)氦氣在不同溫度時的速率分布曲線 大部分粒子的運動速率會集中在某一範圍，但有些粒子擁有較大或較小的速率。因速率並非完全相同，一般所指的氣體粒子速率均為其平均速率 (速率的平均值)

  50. 格雷姆擴散定律(1) ▲ (A)擴散是不同氣體粒子經由不斷的運動，而均勻混合 (B)逸散(通孔擴散)是氣體經由針孔進入真空的現象

More Related