物质状态
基本含义
气体
气体有实际气体和理想气体之分理想气体被假设为气体分子之间没有相互作用力气体分子自身没有体积当实际气体压力不大分子之间的平均距离很大气体分子本身的体积可以忽略不计温度又不低导致分子的平均动能较大分子之间的吸引力相比之下可以忽略不计实际气体的行为就十分接近理想气体的行为可当作理想气体来处理以下内容中讨论的全部为理想气体但不应忘记实际气体与之有差别用理想气体讨论得到的结论只适用于压力不高温度不低的实际气体理想气体方程
理想气体为假想的气体其特性为
气体分子间无作用力气体分子本身不占有体积气体分子与容器器壁间发生完全弹性碰撞真实气体在愈低压愈高温的状态性质愈接近理想气体最接近理想气体的气体为氦气
pV=nRT
遵从理想气体状态方程是理想气体的基本特征理想气体状态方程里有四个变量气体的压力p气体的体积V气体的物质的量n以及温度T和一个常量R为普适气体恒量也叫通用气体常数只要其中三个变量确定理想气体就处于一个状态因而该方程叫做理想气体状态方程温度T和物质的量n的单位是固定不变的分别为K和mol而气体的压力p和体积V的单位却有多种取法这时状态方程中的常量R的取值包括单位也就跟着改变在进行运算时千万要注意正确取用R值
压强(p)的单位 体积(V)的单位 R的取值包括单位
标准大气压(atm) 升(L) 0.08206L·atm/mol·K
标准大气压(atm) 立方厘米(cm3) 82.06cm3·atm/mol·K
帕斯卡(Pa) 升(L) 0.008134L·Pa/mol·K
千帕(kPa) 升(L) 8.314L·kPa/mol·K
帕斯卡(Pa) 立方米(m3) 8.314m3·Pa/mol·K
1 atm=101.325kN/m21Pa=1N/ m21N·m=1J当各种物理量均采用国际单位(SI)时R=8.314J/mol·K
例
由此我们可以计算理想气体在标准状况下的体积
解
由 pV=nRT得
V=n·R·t/p
=1mol·8.314L·Pa/mol·K·273.16K/101325Pa
=22.41272L
分压定律
1810年道尔顿发现混合气体的总压等于把各组分气体对浓度置于同一容器里所产生的压力之和这个规律称为道尔顿分压定律其实道尔顿分压定律只对理想气体才成立对于实际气体由于分子间作用力的存在道尔顿定律将出现偏差因此能满足道尔顿分压定律的气体混合物称为理想气体的理想混合物
国家测量局颁布的GB102.882采纳IUPAC的推荐规定混合气体中的气体B的分压pB的定义为
pB=xBp
式中xB为气体B的摩尔分数p为混合气体在同温度下的总压于是我们又可以得到
p=p1 +p2 +p3 +p4 +……+pj +pB =∑pj =∑xjp
上式表明混合气体的总压等于同温度下其组分气体的分压之和此式可用于任何混合气体
对于理想气体将p总V=n总RT
可见分压pB是理想气体B单独占有混合气体的体积V时显示的压力
例
混合气体中有4.4gCO2,14gN2,和12.8gO2,总压为2.026×105Pa求各组分气体的分压
解
先求出各组分气体的物质的量分数摩尔分数代入上式即可得各组分气体的分压
n(CO2)=4.4g/44g/mol=0.10mol
n(N2)=14g/28g/mol=0.50mol
n(O2)=12.8g/32g/mol=0.40mol
x(CO2)=n(CO2)/[n(CO2)+ n(N2)+ n(O2)]=0.10
x(N2)=n(N2)/[n(CO2)+ n(N2)+ n(O2)]=0.50
x(O2)=n(O2)/[n(CO2)+ n(N2)+ n(O2)]=0.40
p(CO2)=0.10×2.026×105Pa=2.0×104Pa
p(N2)=0.50×2.026×105Pa=1.0×105Pa
p(O2)=0.40×2.026×105Pa=8.1×104Pa
波马定律
波义耳-马略特定律是指在一定温度下气体体积和其压强成反比这可用以下公式表达
这里V 是指气体的体积P 指压强k 为一常数查理定律
查理定律是指当压力保持固定时气体体积与其温度成正比即是气体温度一增加其体积也随之而增大其数学表达式为
这里V 是指气体的体积T 指温度单位为绝对温标 开尔文(K)有毒气体
氯气
氯气Cl2①颜色\气味\状态通常情况下为有刺激性气味的黄绿色的气体
②密度比空气密度大标况时是71/22.4=3.17g/L
③易液化熔沸点较低压强为101kPa温度为-34.6℃时易液化液态氯为金黄色如果将温度继续冷却到-101℃时液氯变成固态氯
④溶解性易溶于有机溶剂难溶于饱和食盐水1体积水在常温下可溶解2体积氯气形成氯水产生的次氯酸具有漂白性可使蛋白质变质且见光易分解为氯化氢
氟气
氟气
氟气是一种极具腐蚀性的淡黄色双原子气体氟是电负度最强的元素也是很强的氧化剂在常温下它几乎能和所有的元素化合并产生大量的热能在所有的元素中要算氟最活泼了
氟气(F2)是淡黄色的气体有特殊难闻的臭味剧毒在－188℃以下凝成黄色的液体在-223℃变成黄色氟气图片
结晶体在常温下氟几乎能和所有的元素化合大多数金属都会被氟腐蚀碱金属在氟气中会燃烧甚至连黄金在受热后也能在氟气中燃烧许多非金属如硅磷硫等同样也会在氟气中燃烧如果把氟通入水中它会把水中的氢夺走放出原子氧(2F2+2H20=4HF+O2↑)例外的只有铂在常温下不会被氟腐蚀高温时仍被腐蚀因此在用电解法制造氟时便用铂作电极在原子能工业上氟有着重要的用途人们用氟从铀矿中提取铀235因为铀和氟的化合物很易挥发用分馏法可以把它和其它杂质分开得到十分纯净的铀235铀235是制造原子弹的原料在铀的所有化合物中只有氟化物具有很好的挥发性能
氟最重要的化合物是氟化氢氟化氢很易溶解于水水溶液叫氢氟酸这正如氯化氢的水溶液叫氢氯酸俗名叫盐酸一样氢氟酸都是装在聚乙烯塑料瓶里的如果装在玻璃瓶里的话过一会儿整个玻璃瓶都会被它溶解掉因为它能强烈地腐蚀玻璃(4HF+SiO2=SiF4+2H20)人们便利用它的这一特性先在玻璃上涂一层石蜡再用刀子划破蜡层刻成花纹涂上氢氟酸过了一会儿洗去残余的氢氟酸刮掉蜡层玻璃上便出现美丽的花纹玻璃杯上的刻花玻璃仪器上的刻度都是用氢氟酸刻成的由于氢氟酸会强烈腐蚀玻璃所以在制造氢氟酸时不能使用玻璃的设备而必须在铅制设备中进行
在工业上氟化氢大量被用来制造聚四氟乙烯塑料聚四氟乙烯号称塑料之王具有极好的耐腐蚀性能即使是浸在王水中也不会被侵蚀它又耐250℃以上的高温和-269.3℃以下的低温在原子能工业半导体工业超低温研究和宇宙火箭等尖端科学技术中有着重要的应用我国在1965年已试制成功聚四氟乙烯聚四氟乙烯的表面非常光滑滴水不沾人们用它来制造自来水笔的笔尖吸完墨水后不必再用纸来擦净墨水因为它表面上一点墨水也不沾氟化氢也被用来氟化一些有机化合物著名的冷冻剂氟利昂便是氟与碳氯的化合物在酿酒工业上人们用氢氟酸杀死一些对发酵有害的细菌
氢氟酸的盐类如氟化锶氟化钠氟化亚锡等对乳酸杆菌有显著的抑制能力被用来制造防龋牙膏常见的氟化锶牙膏便含有大约千分之一的氟化锶
在大自然中氟的分布很广约占地壳总重量的万分之二最重要的氟矿是萤石氟化钙萤石很漂亮有玻璃般的光泽正方块状随着所含的杂质不同有淡黄浅绿淡蓝紫黑红等色我国在古代便已知道萤石了并用它制作装饰品萤石大量被用来制造氟化氢和氟在炼铝工业上也消耗大量的萤石因为用电解法制铝时加入冰晶石较纯的氟化钙晶体可降低氧化铝的熔点天然的冰晶石很少要用萤石作原料来制造除了萤石外磷灰石中也含有3%的氟土壤中约平均含氟万分之二海水中含氟约一千万分之一
在人体中氟主要集中在骨骼和牙齿特别是牙齿含氟达万分之二牡蛎壳的含氟量约比海水含氟量高二十倍植物体也含氟尤其是葱和豆类含氟最多
溴蒸汽
参见溴
碘蒸汽
参见碘
参见一氧化碳
二氧化氮
参见二氧化氮
二氧化硫
参见二氧化硫
汞蒸气
参见汞
氰气CN2
氰也称氰气化学式为CN2是碳和氮的化合物N≡CC≡N
氰在标准状况下是无色气体带苦杏仁气味极毒燃烧时呈桃红色火焰边缘侧带蓝色氰溶于水乙醇乙醚
氰的化学性质与卤素很相似是拟卤素或类卤素的一种氰气会被还原为毒性极强的氰化物氰在高温下与氢气反应生成氰化氢与氢氧化钾反应生成氰化钾和氰酸钾氰加热至400℃以上聚合成不溶性的白色固体(CN)x
氰可由加热氰化汞或氰化钾溶液慢慢滴入硫酸铜溶液中制得
氰可用于有机合成也用作消毒杀虫的熏蒸剂
氰化氢
氰化氢(HCN)是一种无色气体极毒带有淡淡的苦杏仁味有趣的是有四成人根本就闻不到它的味道仅仅因为缺少相应的基因氰化钾和氰化钠都是无色晶体在潮湿的空气中水解产生氢氰酸而具有苦杏仁味
氟化氢
参见氢氟酸
有色气体
1氯气1.颜色\气味\状态通常情况下为有强烈刺激性气味的黄绿色的有毒气体2.密度氯气密度是空气密度的2.5倍标况下ρ=3.21kg/m³3.易液化熔沸点较低常温常压下熔点为-101.00°C沸点-34.05°C常温下把氯气加压至600~700kPa或在常压下冷却到-34°C都可以使其变成液氯液氯即Cl2液氯是一种油状的液体其与氯气物理性质不同但化学性质基本相同4.溶解性可溶于水且易溶于有机溶剂(例如四氯化碳难溶于饱和食盐水1体积水在常温下可溶解2体积氯气形成氯水通常情况下氯水呈黄绿色密度为3.170g/L比空气密度大5.相对分子质量70.971 2二氧化氮二氧化氮是一种棕红色高度活性的气态物质化学分子式为NO2红棕色气体密度1.491溶点-9.3℃能溶于水是一种强氧化剂在17℃以下经常是两个分子结合在一起所以又称四氧化二氮或过氧化氮(N2O4)二氧化氮 (NO2在21.1℃温度时为棕红色刺鼻气体有毒气体.密度比空气大易液化易溶于水在21.1℃以下时呈暗褐色液体在-11℃以下温度时为无色固体加压液体为四氧化二氮分子量92熔点-11.2℃沸点21.2℃蒸气压101.31kPa21℃溶于碱二硫化碳和氯仿易溶于水性质较稳定二氧化氮不是酸性氧化物二氧化氮密度比空气大3氟气氟气元素氟的气体单质化学式F2淡黄色腐蚀性非常强甚至能与极不活泼的金发生反应氟化学元素符号F化学性质十分活泼具有很强的氧化性4溴蒸气溴拉丁语Bromum源于希腊语βρ?μο?意为公山羊的恶臭是一个化学元素元素符号Br原子序数 35是一种卤素溴分子在标准温度和压力下是有挥发性的红棕色液体活性介于氯与碘之间纯溴也称溴素溴蒸气具有腐蚀性并且有毒颜色与二氧化氮类似为棕色5碘蒸气单质碘呈紫黑色晶体易升华升华后易凝华有毒性和腐蚀性碘单质遇淀粉会变蓝紫色加热时碘升华为紫色蒸汽这种蒸气有刺激性臭味有毒冷却后凝华成紫黑色固体即碘单质6臭氧臭氧是氧的同素异形体在常温下它是一种有特殊臭味的蓝色气体7三氧化二氮三氧化二氮氮的氧化物一种酸性氧化物有毒环境污染物之一是亚硝酸的酸酐红棕色气体低温时为深蓝色挥发性液体或蓝色固体其他气态金属大部分有色注意稀有气体全为无色
气体密度
气体的密度
气体的密度 单位10千克/米 | |||||
名称 | 0℃标准大气压下密度 | 液态时密度 | 固体时 | ||
温度℃ | 密度 | 温度℃ | 密度 | ||
氢 | 0. 00009 | －252. 8 | 0. 0708 | -262 | 0. 0808 |
氮 | 0. 00125 | －195. 8 | 0. 805 | －252. 5 | 1. 026 |
氧 | 0. 00143 | -183 | 1. 14 | －252. 5 | 1. 426 |
氟 | 0. 001696 | -181 | 1. 11 | -223 | 1. 3 |
氩 | 0. 00178 | －185. 7 | 1. 402 | -233 | 1. 65 |
臭氧O3 | 0. 00214 | -183 | 1. 71 | ||
氨 | 0. 00077 | －34. 1 | 1. 557 | -102 | 约1. 9 |
名称 | 0℃标准大气压密度 | 名称 | 0℃标准大气压密度 | 名称 | 0℃标准大气压密度 |
煤气 | 0. 00060 | 一氧化碳 | 0. 00125 | 氯 | 0. 00321 |
溴 | 0. 00714 | 空气 | 0. 00129 | 氯化氢 | 0. 00164 |
甲烷 | 0. 00078 | 氧化氮 | 0. 00134 | 硫化氢 | 0. 00154 |
乙炔 | 0. 00117 | 乙烷 | 0. 00136 | 0. 00198 | |
常见气体的粘度密度值
常见气体的粘度密度值总结如下表常温25℃常压
物质 | 英文名 | 密度 | 动力粘度 | 运动粘度 |
kg/m | μPa·s | mm/s | ||
空气 | air | 1.169 | 18.448 | 15.787 |
氨气 | ammonia | 0.694 | 10.093 | 14.539 |
氩 | argon | 1.613 | 22.624 | 14.03 |
丁烷 | butane | 2.416 | 7.406 | 3.065 |
丁烯 | 1- butene | 2.327 | 8.163 | 3.507 |
二氧化碳 | carbon dioxide | 1.784 | 14.932 | 8.369 |
一氧化碳 | carbon monoxide | 1.13 | 17.649 | 15.614 |
二甲醚 | dimethyl ether | 1.895 | 9.1 | 4.801 |
乙烷 | ethane | 1.222 | 9.354 | 7.654 |
乙烯 | ethylene (ethane) | 1.138 | 10.318 | 9.066 |
氢 | hydrogen | 0.081 | 8.915 | 109.69 |
氢化硫 | hydrogen sulfide | 1.385 | 12.387 | 8.942 |
异丁烷 | isobutane | 2.407 | 7.498 | 3.115 |
异丁烯 | isobutene | 2.327 | 8.085 | 3.474 |
氪 | krypton | 3.387 | 25.132 | 7.419 |
甲烷 | methane | 0.648 | 11.067 | 17.071 |
氖 | neon | 0.814 | 31.113 | 38.239 |
新戊烷 | neopentane | 3.021 | 7.259 | 2.403 |
氮 | nitrogen | 1.13 | 17.805 | 15.753 |
一氧化二氮 | nitrous oxide | 1.785 | 14.841 | 8.314 |
氧 | oxygen | 1.292 | 20.55 | 15.91 |
仲氢 | parahydrogen | 0.081 | 8.915 | 109.69 |
丙烷 | propane | 1.808 | 8.146 | 4.507 |
丙烯 | propylene | 1.722 | 8.56 | 4.971 |
R11 | 5.744 | 10.162 | 1.769 | |
R114 | 7.109 | 10.807 | 1.52 | |
R115 | 6.347 | 12.515 | 1.972 | |
R116 | 5.626 | 14.148 | 2.515 | |
R12 | 4.971 | 11.807 | 2.375 | |
R124 | 5.651 | 11.593 | 2.051 | |
R125 | 4.915 | 12.962 | 2.637 | |
R13 | 4.252 | 14.362 | 3.378 | |
R134a | 4.201 | 11.819 | 2.813 | |
R14 | 3.563 | 17.244 | 4.839 | |
R142b | 4.16 | 10.421 | 2.505 | |
R143a | 3.448 | 11.087 | 3.215 | |
R152a | 2.722 | 10.081 | 3.704 | |
R218 | 7.748 | 12.49 | 1.612 | |
R22 | 3.539 | 12.631 | 3.569 | |
R227ea | 7.05 | 11.591 | 1.644 | |
R23 | 2.846 | 14.913 | 5.24 | |
R236ea | 6.354 | 10.897 | 1.715 | |
R236fa | 6.332 | 10.96 | 1.731 | |
R245ca | 5.661 | 10.117 | 1.787 | |
R245fa | 5.639 | 10.303 | 1.827 | |
R32 | 2.125 | 12.613 | 5.937 | |
R41 | 1.384 | 10.955 | 7.913 | |
RC318 | 8.315 | 11.505 | 1.384 | |
反丁烯二酸 | trans-2-butene | 2.334 | 8.028 | 3.44 |
二氯碘甲烷 | trifluoroiodomethane | 8.082 | 14.277 | 1.767 |
氙 | xenon | 5.324 | 22.984 | 4.317 |
其它相关
一世界上最轻的气体 <氢>
1766年英国的一个百万富翁叫亨利·卡文迪许Henry Gavendish发现一种无色气体氢气这种气体比空气轻14倍即1立方厘米仅重0.00008989克
二世界上最重的气体<六氟化钨
事实上与许多人的信念相反世界上最重的气体并不是氡六氟化钨在不同的温度下为一种无色无嗅的气体或透明的液体沸点17.5度是一种极强的氟化剂式量大于氡为298.
三在水中溶解度最大的气体<氨>
许多气体都能够溶解在水中但各种气体在水里的溶解度是不同的通常情况下1体积的水
能够溶解1体积的二氧化碳而1体积的水只能溶解1/10体积的氢氢这种气体的溶解度可见
很小相比之下有些气体的溶解度比二氧化碳还要强得多在1个大气压和20℃时1体积
水能溶解2.4体积的硫化氢气体或2.5体积的氯气氨是溶解度最大的气体它是一种有刺激性
气味的气体在1个大气压和20℃时1体积水约能溶解700体积氨气氨气的水溶液称为氨水
氨水是一种重要的肥料而氨是现代化工业上最重要的产品之一可用来制造硝酸炸药等
也可用来制造药品氨还有其他一些性质它容易气化气压降低它就可急剧蒸发同时它
又易液化在-33℃的情况下它就会凝结成为无色液体同时还会释放出大量的热
汉语词语
基本信息
[gas] 没有一定形状和体积可以流动的物质
引证解释
1.精气和身体
礼记·内则凡养老五帝宪三王有乞言五帝宪养气体而不乞言孔颖达疏奉养老人就气息气体示意图
身体恐其劳动故不乞言 宋司马光随乞宫观表辞位札子臣以病羸拜起……旬日以来疾大势虽退饮食亦稍进然气体疲乏2.指人的气质和形貌
西游记第三九回妖魔变作我师气体相同实难辨认
3.古谓气之实体
北齐颜之推颜氏家训·归心日月星辰若皆是气气体轻浮当与天合往来环转不得错违
4.今特指没有固定的形状和体积能自发充满任何容器的物质如空气氧气沼气等
5.文章的气势与风格
宋陈善扪虱新话·欧阳公不以古文始于尹师鲁予观国初文章气体卑弱犹有 五代 馀习 清 恽敬 <大云山房文稿二集>叙录至若 黄初 甘露 之间 子桓 子建 气体高朗 叔夜 嗣宗 情识精微 清龚自珍己亥杂诗之七五不能古雅不幽灵气体难跻作者庭