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事业单位考试公共基础知识:气体的状态方程描述气体 发布时间:2024-02-27 08:10 来源:网络

描述气体的物理量:

理想气体的基本假设:

忽略气体本身的体积,将分子视为质点(有质量的几何点,与分子的几何形状无关),忽略分子之间的力,认为分子之间以及分子与壁之间的碰撞是完全的弹性碰撞。 (无动量、动能损失)两个几何点可以重叠,但两个气体分子不能重叠。因此,以上内容只能称为假设

在以下情况下,真实气体更接近理想气体:

高温低压(距离较远理想气体状态方程,分子体积可以忽略不计,分子间作用力极弱)

气体压力的产生:气体分子与壁面碰撞的宏观结果

由于分子数量众多,碰撞时间极短。 宏观结果是压力。 (就像下雨天撑伞一样,雨滴密集时,你感觉不到单个雨滴的碰撞。)

理想气体的经验规则:

其中 \ 与 \LaTeX 符号成正比

由于这里c的常用单位是mol\cdot dm^{-3},所以需要额外的R值来计算。

这里的R值是:

我们对理想气体状态方程稍作修改:

其中m为气体的质量(宏观实际质量),M为摩尔质量(相对分子质量),得到的结果就是物质的量

变形后,我们注意到\frac mV是密度\rho,然后进行恒等变换,我们有:

重要推论:气体的摩尔质量与其密度成正比

真实气体的状态方程

我们利用刚刚得到的理想气体状态方程重新推导实际气体的压力:

实际气体产生的压力 p_{real} 并不是气体分子与容器壁自由碰撞的结果。 对撞机壁上的分子被内层的分子吸引(所以 p_{real}

为了描述这种影响,我们引入新概念:

p_{}实际上是分子两部分之间力的结果(对撞机壁上的分子与内部分子之间吸引力的结果)。 类似于库仑力和万有引力,p_{}应该与两部分气体分子单位体积中的物质质量成正比:

但事实上,这两种气体是完全相同的,共存为一理想气体状态方程,无法区分。 一种气体在很短的时间内转变为另一种气体,所以我们直接写:

如何将比例表达式转化为方程? 加上比例系数就行了(不管比例系数的实际意义如何)

2、下面讨论实际气体体积V_{real}与理想气体状态方程中V的关系:

我们重新考虑理想气体体积的定义:

气体分子可以自由运动并可以无限压缩的理想空间

原因:理想气体没有自己的体积

我们可以重新考虑气体的实际体积

分子本身的存在阻止了气体体积被无限压缩。

因此,理想气体的体积应为:

所以有:

将这两个关系代入理想气体的状态方程,我们得到实际气体的状态方程(又名范德华方程)

也就是

其中,a和b是两个常数,称为范德华常数。 不同的气体有不同的范德华常数。 范德华常数越接近0,气体越接近理想气体。

解释:由于Ar的原子半径比He大,因此分子间作用力更大,偏离理想气体更远。

应该说He(氦)是已知范德华常数最小的气体(比氢小)

当n=1时,即气体物质的量为1mol时,范德华方程变为:

此时的体积即为摩尔体积V_m(即单位量物质中所含气体的体积)

2、混合气体的分压定律

混合气体的定义:

由两种或多种气体混合在一起组成的系统

成分气体:

组成气体混合物的每种气体

待续

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