气体的pVT关系.ppt

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1、第一章第一章 气体的气体的pVT关系关系物理化学物理化学2012P,V and T Relation of Gases 学习要求：学习要求：掌握理想气体（包括混合理想气体）状态方程式的灵活应用，明确实际气体液化条件、临界状态及临界量的表述及其含义。熟悉范德华方程的应用条件，并了解其他实际气体状态方程式的类型与特点。理解对比态、对比状态原理、压缩因子图的意义及应用。第一章第一章 气体的气体的pTV关系关系n1.1 理想气体状态方程及微观模型理想气体状态方程及微观模型n1.2 理想气体混合物理想气体混合物n1.3 气体的液化及临界参数气体的液化及临界参数n1.4 真实气体状态方程真实气体状态方程n

2、1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子图对应状态原理及普遍化压缩因子图1.0 前言前言 1)为什么着重研究气体：为什么着重研究气体：气体在化学、化工、材料、制药等中的重要性；气体在化学、化工、材料、制药等中的重要性；气体性质较液体、固体简单，研究比较容易。气体性质较液体、固体简单，研究比较容易。2）为什么着重研究气体的）为什么着重研究气体的 p,V,T 性质及其关系性质及其关系 在众多性质中，在众多性质中，p,V,T 是三个最基本的性质，是三个最基本的性质，具有明确的物理意义，并可以直接测量；具有明确的物理意义，并可以直接测量；p,V,T 性质及其关系的研究为其他性质的研究性质及其关系的研究为其

3、他性质的研究 提供了基础。提供了基础。3）气体状态方程：）气体状态方程：当物质的量确定以后，当物质的量确定以后，p,V,T 性质不可同时独立取值，性质不可同时独立取值，三者之间存在一定的关系：三者之间存在一定的关系：n 一定：一定：n 不确定：不确定：1.1 理想气体状态方程及微观模型理想气体状态方程及微观模型 n1.理想气体状态方程理想气体状态方程波义耳波义耳(Boyle R)定律：定律：盖盖-吕萨克吕萨克(Gay JLussac J)定律：定律：阿伏加德罗阿伏加德罗(Avogadro A)定律：定律：整理可得如下状态方程整理可得如下状态方程R=8.314 J mol-1 K-1=0.082

4、6 atm l mol-1 K-1 2.理想气体理想气体(perfect gas)模型模型定义：在任何温度、压力下均服从理想气体状态方程 的气体称为理想气体。（1 1）分子间力（自学，了解，）分子间力（自学，了解，page 9page 9）真实气体：吸引力真实气体：吸引力(Van(Van derder VaalsVaals力力):):永久偶极，诱导偶极，色散力永久偶极，诱导偶极，色散力排斥力：电子云之间，原子核之间排斥力：电子云之间，原子核之间图见图见page 9（2）理想气体模型：）理想气体模型：分子之间无作用力分子之间无作用力 F=0,U(r)=0 分子本身不占体积分子本身不占体积 分子可

5、近似被看作是没有体积的分子可近似被看作是没有体积的质点质点在低压下，真实气体可以作为理想气体的近似在低压下，真实气体可以作为理想气体的近似。n3.摩尔气体常数（摩尔气体常数（gas constant)真实气体只有在压力趋真实气体只有在压力趋于零时才严格服从理想于零时才严格服从理想气体状态方程。但数据气体状态方程。但数据不易测定，所以不易测定，所以R值的确值的确定，实际是采用定，实际是采用外推外推法法来进行的。来进行的。1.2 理想气体混合物理想气体混合物n1.混合物的组成混合物的组成摩尔分数摩尔分数moler fraction质量分数质量分数mass fraction体积分数体积分数volum

6、e fractionn2.理想气体状态方程对理想气体混合物的应用理想气体状态方程对理想气体混合物的应用混合物的摩尔质量定义为：混合物的摩尔质量定义为：n3.道尔顿分压定律道尔顿分压定律 （Daldons law of partial pressure)混合气体的压力各组分单独存在于混合气体的温度、混合气体的压力各组分单独存在于混合气体的温度、体积条件下产生的压力总和：体积条件下产生的压力总和：1)对于理想气体混合物：对于理想气体混合物：由于低压气体的由于低压气体的 p,V,Tp,V,T 关系关系近似于理想气体，近似于理想气体，必然导出：必然导出：Dalton Dalton 分压定律分压定律.2

7、)对于任何气体混合物，分压定义为：对于任何气体混合物，分压定义为：（适合于理想气体适合于理想气体,也适合于非理想气体也适合于非理想气体)*注意：注意：1）分压定义）分压定义 是数学上的定义；是数学上的定义；2）当为理想气体时，有）当为理想气体时，有 ；3）对真实气体，）对真实气体，关系不关系不 复成立，但低压气体可以近似复成立，但低压气体可以近似。n4.阿马加分体积定律阿马加分体积定律 （Amagats law of partial volume）：）：定义：混合气体中任一组分的分体积定义：混合气体中任一组分的分体积V VB B*是所含是所含n nB B的的B B单独存在于混合气体的单独存在于

8、混合气体的T,p 条件下所占有的体积。条件下所占有的体积。摩尔分数摩尔分数1）对于任何气体混合物，有：）对于任何气体混合物，有：2）对于理想气体混合物，有：）对于理想气体混合物，有：分体积分体积1.3 气体的液化及临界参数气体的液化及临界参数n1.液体的饱和蒸气压（液体的饱和蒸气压（vapor pressure）在一定温度下，与液体成平衡的饱和蒸气所具在一定温度下，与液体成平衡的饱和蒸气所具有的压力称为有的压力称为饱和蒸气压饱和蒸气压。纯物质在确定温度下，有确定的饱和蒸气压纯物质在确定温度下，有确定的饱和蒸气压：，T 增加，增加，p s 增加增加If p p s,宏观凝结宏观凝结:If pTc

9、时，计算时，计算p-Vm与与实验较符合；实验较符合；b.当在当在TTc，一个实根，二个虚根一个实根，二个虚根 TTc，且，且p=pc,三个相等的实根，即：三个相等的实根，即：Vm,C T Tc，（具体解的情况见：，（具体解的情况见：page 21,or 下页下页)当当 T ps,如果有三个实根，最大的为解如果有三个实根，最大的为解 或者有一个或者有一个实根实根(解解)，二个虚根二个虚根3.维里方程维里方程B,C,D or B,C,D分别称为第二，第分别称为第二，第三，第四三，第四维里系数维里系数 在计算精度要求不高时，有时只用到第二项，在计算精度要求不高时，有时只用到第二项，所以第二维里系数较

10、其他维里系数更为重要所以第二维里系数较其他维里系数更为重要。4.其他重要方程举例其他重要方程举例(了解）了解）（1）R-K(Redlich-Kwong)方程方程（2）B-W-R(Benedict-Webb-Rubin)方程方程（3）贝赛罗贝赛罗(Berthelot)方程方程1.5 1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子图对应状态原理及普遍化压缩因子图n1.1.压缩因子（压缩因子（compression factor）临界压缩因子临界压缩因子:真实气体：真实气体：Z 1,Vm1,VmVm(i-g),难压缩；难压缩；Z 1,VmVm(i-g),理想气体。理想气体。一般地：一般地：Zc在在0.26 0

11、.29范范围围,对于范德华方程：对于范德华方程：Zc=3/8=0.375(有什么意义有什么意义?)n2.2.对应状态原理对应状态原理 对比压力：对比压力：对比体积：对比体积：对比温度：对比温度：对应状态原理对应状态原理:各种不同的气体，只要有两个对比各种不同的气体，只要有两个对比参数相同，则第三个对比参数必定（大致）相同参数相同，则第三个对比参数必定（大致）相同。普遍化范德华方程：普遍化范德华方程：对应状态原理对应状态原理对应状态原理对应状态原理:各种不同的气体，只要各种不同的气体，只要有两个对比参数相同，则第三个对比参有两个对比参数相同，则第三个对比参数必定相同。数必定相同。n3.3.普遍化压缩因子图普遍化压缩因子图 荷根及华德生描绘了双参数普遍化压缩因子荷根及华德生描绘了双参数普遍化压缩因子图。虽然由图中查到的压缩因子的准确性不高，图。虽然由图中查到的压缩因子的准确性不高，但可满足工业上的应用。但可满足工业上的应用。双参数普遍化压缩因子图双参数普遍化压缩因子图(page 27)应用：应用：pVm=ZRT (三种基本情况，三种基本情况，page 26）（例题自学例题自学）Thank you for your attentionHomeworks：Page31:1，2，3，5，710,11,（12）,13，16，18