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以下是文字版。
同学们好,Five课堂欢迎您,我们今天学习的内容是气体摩尔体积。
本节课主要有以下三个内容,分别是基本概念,阿伏加德罗定律及其推论,气体相对分子质量的计算。我们首先进入第一部分,基本概念。
(1)决定物质体积的因素
决定物体体积大小主要有以下三个因素:粒子数、粒子大小和粒子之间的距离。
对于固体或液体,由于粒子间的距离很小,因此当物质的量一定时,也就是粒子数一定时,决定其体积大小的主要因素是粒子的大小。
对于气体而言,由于气体分子间平均距离比分子直径大得多,因此当物质的量一定时,也就是粒子数一定时,决定气体体积大小的主要因素是粒子间平均距离的大小。
影响气体分子间平均距离大小的因素:温度和压强。
对于具有相同粒子数的气体而言,当压强一定时,温度越高,分子间平均距离越大,体积越大;相反,若温度降低,分子间平均距离变小,体积变小。
当温度一定时,压强越大,分子间平均距离越小,体积越小。同样,若压强降低,分子间平均距离变大,体积增大。
而当温度和压强都固定时,气体分子间的平均距离恒定,所以若气体的粒子数相同,则其体积也相同。
(2)气体摩尔体积
定义:单位物质的量的气体所占体积叫做气体摩尔体积。
符号:Vm
单位:升每摩 或 立方米每摩
公式:气体摩尔体积=气体体积/物质的量
由此我们也可以推出:物质的量=气体体积/气体摩尔体积;气体体积=气体摩尔体积×物质的量
气体摩尔体积大小只取决于气体所处的温度和压强。
在标准状况(0 ℃, 101 kPa)下,气体摩尔体积为22.4 L/mol;而在常温常压(25 ℃, 101 kPa)下,气体摩尔体积则为24.5 L/mol
注意:①气体摩尔体积只适用于气态物质,不适用于固体和液体。所以我们在做题的时候要特别注意一些常见的物质,例如水、四氯化碳、三氧化硫、乙醇等物质在标况下并非以气体的形式而存在,因此,在标况下气体摩尔体积并不适用于这些物体。
②气体摩尔体积适用于任何气态物质,可以为纯净物,也可以为混合物。
③气体摩尔体积只与温度和压强有关,随温度和压强的变化而改变,压强保持不变的情况下,随温度升高而升高,降低而降低;温度保持不变的情况下,随压强的升高而降低,降低而升高。
④标况下任何气体的气体摩尔体积(Vm)都是22.4 L/mol,但不能说Vm=22.4 L/mol时就一定是在标况下,例如当温度高于0 ℃,但压力大于101 kPa时Vm也有可能是22.4 L/mol。
⑤温度和压强只对气体的体积有影响,而不会改变气体的质量、物质的量、粒子数。
接下来进入第二部分,阿伏加德罗定律及其推论。
(1)阿伏加德罗定律
定义:在相同的温度和压强下,相同体积的任何气体都含有相同数目的粒子。
可以表述为:两种不同的气体若温度(T)、压强(p)、体积(V)均相同,则两种气体的粒子数相同(N1=N2),或两种气体的物质的量相同(n1=n2)。
(2)阿伏加德罗定律的推论
同温同压下,气体体积之比等于其物质的量之比,也就是/=/
同温同体积下,气体的压强之比等于其物质的量之比,也就是/=/
同温同压下,相同体积的任何气体的质量之比等于其摩尔质量之比,即/=/
同温同压下,气体的密度之比等于其摩尔质量之比,也就是/=/
(3)注意
阿伏伽德罗定律适用于任何状态下的任何气体。
阿伏伽德罗定律可以概括为“四同”,即同温、同压、同体积、同粒子数。
“三同定一同”,说的是若“四同”中的有任意三个相同,那么第四个也一定相同。
“二同定比例”,是指若“四同”中只有两个相同,那么另外两个一定成比例。
相同物质的量的气体在相同温度时的体积与压强成反比,在相同压强时体积与热力学温度成正比。
阿伏伽德罗定律及其推论可由理想气体状态方程pV=nRT推导得出。
接下来进入第三部分,气体相对分子质量的计算。
(1)气体摩尔质量的计算
定义:摩尔质量=质量/物质的量
若我们已知粒子数和质量,经过推导,可得到:摩尔质量=(阿伏伽德罗常数×质量)/粒子数。
以上两个公式不仅适用于气体,对于液体、固态物质同样适用。
在标况下,若知道气体的密度,也可以根据公式推导出:摩尔质量=密度×22.4 L/moL。
(2)混合物的平均相对分子质量=混合物的总质量/混合物的总物质的量
若已知混合物中各组分的相对分子质量和物质的量分数,则混合物的平均相对分子质量等于各组分的相对分子质量与其物质的量分数乘积之和,即 ,对于气体而言,φ1、φ2、φ3…可以是各组分的物质的量分数,也可以为组分所占的体积分数。
这两个公式同样适用于固体和液体。
平均分子质量一定介于混合体系中最大的分子质量和最小的分子质量之间。
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