2.4气体与等离子体

2.4.1理想气体与实际气体

理想气体是忽略气体分子之间的相互作用力的气体,实际气体的气压越低,气体越稀薄,越接近于理想气体。在要求不太精确的领域,我们可以直接把实际气体视为理想气体,因为气体密度本来就不大,比起液体和固体要低很多。

在工科化学里,气体最主要的是两个公式:

1).理想气体状态方程

理想气体状态方程,也叫克拉白龙(人名字,翻译的读音正确就可以)方程。

pV=nRT

这个方程式在实际气体里要有一定的修正,但对工科化学不做要求。其公式本身只对理想气体是正确的。这个公式在中学物理中介绍得比较详细,这里不再赘述了。

2).道尔顿分压原理

道尔顿分压原理:混合气体总压等于各个组分气体的分压之和。

组分气体的分压力:在同一温度下,某组分气体单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力。

举例说明,干燥空气中,大气压等于各种气体产生的压强之和,空气中氮气占78%(体积比),那么大气压中78%的压强就是氮气提供的,如果除去空气中的氮气,空气的压强就只剩下22%了。

特别说明:道尔顿分压原理在理想气体和实际气体中都是正确的,不仅仅适用理想气体。

2.4.2气体的安全使用

1)容器颜色

不同的气体其钢瓶颜色和字体颜色都有具体要求

化学物质构成的基本概念(工科化学一五)(1)

部分气体标识颜色

在工业生产中,不同的气体(或者液体)也是用不同颜色的管道输送的,比如热的水蒸气要用红色管道,碱性气体用黄色管道,冷却水用绿色管道等。

2)爆炸极限

可燃性气体与空气的混合物,有着爆炸极限:在爆炸极限内,如果有适当的热源(一般比较小,最小大约0.2J)诱发,可以引起爆炸。

爆炸极限分为爆炸上限和爆炸下限。

化学物质构成的基本概念(工科化学一五)(2)

常见气体的爆炸极限

气体的爆炸极限是可以计算的。比如,甲烷与氧气燃烧,生成二氧化碳和水,化学反应中,甲烷和氧气是以物质的量1:2发生反应的,由于氧气是空气提供的,且空气中氧气大约占1/5,所以甲烷和空气发生最佳比例是1:10左右,即是当甲烷在空气中占比为1/11(换成百分数差不多为9.5%)时,甲烷最容易爆炸,甲烷的爆炸上限和下限就是最佳燃烧比的两侧对称分布。

2.4.3大气相对湿度

大气湿度:大气的干湿程度

绝对湿度:单位体积内空气中所含水蒸气的质量

相对湿度:大气中水蒸气的分压与饱和蒸气压的比值

化学物质构成的基本概念(工科化学一五)(3)

相对湿度的计算公式

例:天气预报显示,某月某日,温度是25℃,相对湿度是72%,求其绝对湿度是多少?

解:25℃时,饱和蒸气压为3.167kPa

水蒸气分压是3.167kPa*72%=2.28kPa

根据克拉白龙方程pV=nRT,1m3空气中,n=pV/RT=0.920mol=16.6g

备注:在计算过程中,温度不能用摄氏温度,要用开氏温度,一般说来,在工科化学学习中公式涉及到温度的,一般都是开氏温度。如果压强用的是kPa,那么体积的单位应该是L,如果压强用Pa,则体积的单位是立方米。

下一节我们讲大气污染的相关知识

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