普通化學(xué)輔導(dǎo)：氣體、液體和溶液常見問題1

　　1. effusion(小孔擴散，滲流)和diffusion(相對擴散)有什么區(qū)別?

　　答：小孔擴散與相對擴散的區(qū)別在于前者是氣體向真空擴散，比較適合作為理論模型。相對擴散時兩側(cè)氣體分子相互撞擊，雖然它仍然符合Graham擴散定律，但是比前一種情況要復(fù)雜一些。

　　2. 為什么氣體速率分布函數(shù)會有兩種不同表示形式?

　　答：我們在課堂上學(xué)到了Maxwell-Boltzmann氣體速率分布函數(shù)的兩種形式。一個是球極坐標系的表達式，另外一個是直角坐標系的表達式。(參見“補充材料”里的“Maxwell-Boltzmann氣體速率分布函數(shù)的推導(dǎo)”)

　　通常我們根據(jù)體系性質(zhì)的特點來選擇坐標系。例如考慮氣體分子運動體系，通常我們都會選擇直角坐標系，因為這樣比較直觀簡捷。但是當我們考慮中心力場體系時，如原子內(nèi)部核與電子的相互吸引、氣體分子各向同性的運動速率時，我們傾向于使用球極坐標。因為這樣可以方便推導(dǎo)、簡化公式。

　　3. 在實驗測定氣體分子速率分布的裝置中，用兩個同速轉(zhuǎn)動的圓盤來篩選符合要求的分子。那么如果較慢的分子恰好與檢出分子的速率相差一個或幾個周期時會出現(xiàn)什么情況?

　　答：我們可以檢查實驗測定中各個運動速率是否存在周期性關(guān)系。如果的確發(fā)現(xiàn)周期性關(guān)系的話，那么我們就應(yīng)當校正相應(yīng)部分。

　　4. 實際氣體壓縮因子與壓力的曲線：為什么在壓力剛開始加大時，壓縮因子會下降?

　　答：我們知道實際氣體分子之間存在范德華力。范德華力的特點是：遠距離相互吸引，近距離相互排斥。當壓力開始增加時，氣體之間的引力增加，使得氣體實際壓力下降，導(dǎo)致壓縮因子下降。當氣體壓縮到一定程度之后，氣體分子之間以排斥力為主，導(dǎo)致氣體體積下降慢于壓力的提高。所以會有壓縮因子-壓力曲線先降后升的現(xiàn)象。實際氣體在高壓下還會形成范德華簇，使實際氣體的行為進一步復(fù)雜化。另外，溫度也是影響上述曲線的關(guān)鍵因素，通常溫度越高，實際氣體的行為越接近于理想氣體。

　　5. 什么是空氣的相對濕度(relative humidity)?

　　答：在某一溫度下，如果空氣中水的蒸汽壓等于該溫度下水的飽和蒸汽壓，那么此時空氣的相對濕度為100%。因此，空氣的相對濕度就是空氣中水蒸氣壓(p)與同一溫度下水的飽和蒸汽壓(psat)的比值(p/psat×100%)。

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　　6. 為什么液體在沸點會沸騰?

　　答：液體在到達沸點時，與液體平衡的飽和蒸氣壓等于外界壓力(1個大氣壓)。按照分子運動論的觀點，此時液體分子的平均動能已經(jīng)達到了脫離液態(tài)進入氣態(tài)所需的能量。因此，如果有足夠的熱量輸入，就會有顯而易見的氣體從液體中逸出，從而出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。另外，在沸騰之前的一段溫度區(qū)間內(nèi)，實際上我們也可以看到氣泡的出現(xiàn)和液體的翻滾。因為畢竟這是一個統(tǒng)計現(xiàn)象。只要有液體分子達到氣化所需的動能閾值，就會沖出液面，進入氣態(tài)。

　　7. 問一個問題，根據(jù)極限法計算氣體摩爾質(zhì)量時得到的直線斜率為什么是負的?至少在我看到過的所有題目的十幾種氣體都是如此;(即使有反例也極少)這種解釋是否有道理：

　　根據(jù)范德華方程，

　　(p+a/v/v)(v-b)=rt

　　pv-pb+a/v-ab/v/v=rt,

　　pv=pb+rt-a/v+ab/v/v

　　當壓力較低時就得到v較大，而相對b與來說a有大的多的數(shù)量級，因此pb,ab/v/v兩項可以忽略;同時pv乘積變化很小，可以將1/v近似的認為與p成正比，這樣就近似的有pv=pc+rt;c是一個常數(shù)。由于是一個正數(shù)，而等溫條件下rt是一個定植，可以預(yù)見所得的pv-p應(yīng)該是一條斜率為負的直線。

　　可是怎么確定斜率的大小呢?(理論與實驗差值不小)能有比較嚴密的推導(dǎo)嗎?

　　答：根據(jù)van der Waals方程：

　　(P+a/V**2)(V-b)=RT

　　展開后，我們得到：

　　PV = Pb - a/V + ab/V**2 + RT

　　當P趨近于零時，氣體體積趨于無窮大，而且ab/V**2是一個二次項，首先可以忽略，于是得到：

　　PV = Pb -a/V + RT

　　我們知道，b是與分子體積有關(guān)的量，當壓力很小(體積很大)時可以忽略不計，所以上式又可以簡化為：

　　PV = -a/V + RT