当前课程知识点：大学化学 > 第二章 物质的聚集状态与溶液的性质 > 2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体 > Video
同学们好
下面我们开始
气体部分的学习
气体的特点啊
是分子以气态的形式存在
由于分子和分子之间
相处的距离比较远
相对于固态和液态而言
它具有
无限的膨胀性和可掺混性
比如我们周围
就存在着各种气体
以不同比例混合的大气
如果没有风的话
我们甚至都感觉不到
气体的存在
在中学里
为了研究气体
在环境条件影响下的
变化规律
老师给大家研究了
理想气体的
许多的性质
那么
理想气体的假设
主要就依据于
我们可以把
这种距离比较远的分子
考虑成几何空间上的一个点
这时候分子由于它在
整个气体体积当中
所占的比例非常小
我们就可以忽略掉
气体分子的体积
同时
又由于分子之间的
相互作用力不强
我们也可以把
分子间的作用力
暂时不考虑
这样我们就可以把
实际气体
和理想气体之间
建立起一个桥梁
理想气体假设
帮我们提供了一个
典型的理论模型
但是
实际气体和理想气体
之间的差异是怎么样的呢
我们在分析了大量的
实际气体
与理想气体之间的差异时发现
如果当实际气体的
温度比较高
这时候
气体分子的热运动
就比较剧烈
它们之间的距离
自然就会被拉开
如果当
实际气体的压力比较小
这时候气体处在一种
在大的
体积范围内运动的状态
分子和分子之间的距离
比较远
它们的作用也比较弱
所以在这两种情况下
实际气体
都能够很好地符合
理想气体的模型
关于理想气体的运动规律
很久以来
就是科学家们关注的
热点话题
早在17世纪
现代化学理论的奠基者
波义尔
就在成功的研究
一定的温度下
气体的压力
和体积之间的关系的基础上
提出了波义尔定律
波义尔定律的实质是
他把一定量的气体
控制在特定的温度下
研究气体
体积与压力的变化关系
他发现
如果温度恒定的时候
一定量气体的
压力和体积变化
是相互依存的
他们具有非线性的关系
当压力增加的时候
体积就会相应的减少
当压力减小的时候
体积就会相应的扩大
在对大量低压空气的
实验规律的总结中
波义尔成功地找到了
这样的一个规律
也就是一定量的气体
如果在温度恒定的条件下
它的压力和体积的层级
等于一个常数
这个公式
就被称为波义尔定律
波义尔定律
也是人们
在自然科学当中
总结出来的第一个
人为的定律
所以它也称为
自然科学的第一定律
由于波义尔的研究
成功地为后人
研究理想气体的变化规律
奠定了基础
所以在18世纪和19世纪
法国科学家查尔斯
在研究压力不变的情况下
一定量的气体
它的体积
与温度的相互关系时
注意到了
压力恒定的条件下
气体体积与温度变化的
线性规律
查尔斯发现
对于低压的干燥气体
如果压力保持不变时
气体的体积与温度变化
成线性的关系
两者之间的比值
等于一个常数k
在这里
为什么要采用干燥气体呢
查尔斯的研究发现
如果在低压空气当中
存在有少量的
水蒸气的时候
那么由于水蒸气的影响
会直接影响到体积
对于温度变化的响应
查尔斯除了研究
低压空气以外
他还对
单质的氧气和氮气
开展了研究
他的工作的范围
比波义尔
有了进一步的扩大
原因是
在查尔斯时代
人们已经可以成功地
分离出空气当中的
氧气、氮气
而在此之前
在波义尔的时代
人们认为空气就是一种
单独的元素
那时候
对于空气的组分的认识
还停留在
最初级的阶段
在查尔斯研究的基础上
另外一个我们熟知的
法国科学家
盖吕莎克
他进一步研究了
一定体积的气体
当温度变化的时候
气体的压力
和温度之间的相互关系
在研究过程当中
他借鉴了许多
查尔斯尚未发表的
实验结果
成功的总结出
一定量的气体
如低压的空气
氧气、氮气
甚至水蒸气
当它的体积
保持不变的时候
气体的压力
和温度之间的关系
也有类似于查尔斯定律的
这样的常数的关系
查尔斯定律
和盖吕莎克定律
看起来非常的相似
而事实上
盖吕莎克总结出来的
这样一个数学关系
在很长一段时间里
一直被人们共称为
盖吕莎克-查尔斯定律
因为这个规律
来源于两者共同的努力
后人为了简化
在学术上的称谓
才最后把查尔斯定律
和盖吕莎克查尔斯定律
分别简称为查尔斯定律
与盖吕莎克定律
回顾一下
从17世纪到19世纪初期
人们在低压气体
它的物理行为的研究过程当中
走过的这样一个道路
为人们一步一步的认识
理想气体的物理性质
奠定了良好的基础
在查尔斯
和盖吕莎克定律的研究基础下
意大利科学家阿佛加德罗
在18世纪
和19世纪的研究中
成功地发展了理想气体的
新的数学关系
在研究不同摩尔量的理想气体
在温度和压力不变的情况下
阿佛加德罗惊奇的发现
理想气体的体积
与理想气体的摩尔数的比值
也是一个常数的关系
这个关系看起来和前期
查尔斯定律
与盖吕莎克定律
提出来的关系非常相似
不同的是在这里
引入了理想气体的体积
与摩尔量之间的关系
阿佛加德罗之所以
可以在定量的层次上
来理解
理想气体的体积
与摩尔量之间的关系
是因为
由它的研究
人们逐渐认识了
一定量的物质
在比较他们的质量的时候
可以用一个共同的基数
也就是摩尔
来定义气体
固体和液体的量
这也就为人们认识
理想气体的
定量描述规律
提供了极大的方便
阿佛加德罗发展的
气体的摩尔量
与体积之间的比例关系呢
被认为是
理想气体状态方程的雏形
以此为基础
19世纪后期
人们逐渐发展了
现在我们所标称的
或者是大家共同接受的
理想气体的状态方程
在这一方程当中
成功的将
气体的宏观物理量
体积、压力、摩尔量
以及我们的温度
形成了这样一个
数学方程
在这样一个方程当中
我们既有
理想气体物质的摩尔数
也有我们理想气体的
压力和体积
在这里
我们尤其想跟大家强调的就是
我们理想气体的温度
这里的温度体系
一定要选择Kelvin温度
因为在过去的学习当中
同学们在应用
理想气体状态方程的时候
有时候会有这样的疑问
老师 如果当我们使用的温度
为0的时候
我们理想气体的体积
和压力的乘积
不就为0了吗
这样的现象
我们怎么去解释呢
而实际上
同学们回忆一下
我们这里选择的温度体系
是Kelvin体系
Kelvin温度在绝对零度时
我们所有的气体
都会变为固体
所以理想气体的状态方程
它的适用是有温度范围的
同时
我们要区分Kelvin温度的零度
和我们的摄氏温度的零度之间的差异
我们摄氏温度的零度
相当于Kelvin温度的
273.15K
所以
回忆一下
我们在第一章当中
和大家共同分享的
我们在过去学习当中
所积累的
关于化学的基础的数学
和物理知识
从而进一步的强化
我们对于化学体系当中
研究温度参数的
选取的原则
那么我们在今后的
所有的关于化学问题的
处理过程当中
一定要牢记
我们的温度
是选择的Kelvin体系
这样就不会再
因为温度地选取
造成我们计算结果
和理解问题上的偏差
同时还要提醒大家注意的是
我们的普适气体常数R
由于我们的压力、体积
所取的量纲的不同
那么
在我们选择不同的R时
它的数值看起来相似
但是他们的量纲
却有不同
这一点
同学们不仅在学习
理想气体的状态方程过程当中
要加以注意
在我们解决任何化学问题的时候
都不仅要关注
这些参数本身的量值
还要注意
它们的量纲的准确性
这样才能够帮我们
正确的找到
解决问题的正确方法
同时还想提醒大家注意的是
如果在我们解决问题的时候
得到的只有理想气体的质量
而不是摩尔数
这时候我们就要通过查表
获取我们所研究理想气体的
摩尔质量
利用摩尔质量
与质量的比值
带入理想气体状态方程
我们同样可以获得
我们所期望的结果
为了进一步的了解
理想气体的物理性质
与环境之间的影响规律
我们还需要学习
理想气体的分容定律
首先
我们来了解分体积的概念
所谓分体积
Vi 它是指在混合气体当中
某组元i
在相同的温度下
保持同一压强时的体积
法国科学家Amagat
提出来
在一定的温度下
如果保持压力不变
混合气体的总体积
就等于各组元的
分体积之和
这一概念
我们可以用一个
形象的比喻来解释
比如说
我们可以把
在一定温度下的
各组元的气体
它在同样的压力条件下
描述成一个一个的
独立的积木
我们的总体积
就是靠这些
具有同样的温度
同样的压力的积木
堆积起来的总和
这个总和
就是我们的混合气体的
总体积
如果用数学方式来表达呢
这个式子
就可以表示成
这样一种数学的表达式
那么它是
各组元的分体积的总和
以此为基础
我们还可以反过来去认识
在我们整个的混合体系当中
我们的各组元的分体积
与总体积之间的关系
实际上
是与我们各组元的摩尔分数
成正比
有了分容定律
就帮我们
在认识混合气体的
总体积与分体积之间
架起了一个桥梁
为我们的研究工作
提出了极大的方便
在了解了
理想气体的分容定律之后
我们还需要
进一步的学习
理想气体的分压定律
首先我们来了解一下
什么是分压
所谓的分压
是指混合气体中
某组元在同一个温度下
保持同一体积时的压力
英国化学家道尔顿
在研究一定温度和体积下
混合气体的总压力
与分压之间的关系时
发现这时候的总压力
等于各组元的分压之和
如果用数学式子来表达的话
这个关系可以表达为
和分容定律非常相似的
一个数学方程
不同的是
这里用分压代替了
我们原来的分体积
这个数学方程
被称为道尔顿分压定律
以此为基础
我们还可以了解
在混合体系当中
各组元的分压
与总压之间的关系
在一定的温度和体积内
各组元
分压与总压之间的关系
与组元的摩尔分数
成正比
了解了道尔顿分压定律
就对我们进一步的
研究理想气体的状态
以及相关的物理量
与环境之间的影响规律
提供了非常方便的工具
这也为我们
进一步的研究和理解
理想气体的变化规律呢
提供了理论依据
有关理想气体的状态方程
这节课我们就介绍到这
下一课我们将开始
实际气体状态方程的学习
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
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-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
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-2.1 物质的聚集状态—液体
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-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
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-2.1 物质的聚集状态—等离子体
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-2.1 物质的聚集状态—液晶
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-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
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-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
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-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
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-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
--Video
-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
