第一章_气体.ppt

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1、物物 理理 化化 学学上册上册第一章第一章 气体的气体的pVT关系关系第二章第二章 热力学第一定律热力学第一定律第三章第三章 热力学热力学第第二定律二定律第四章第四章 多组分热力学多组分热力学第五章第五章 化学平衡化学平衡第六章第六章 相平衡相平衡下册下册第七章第七章 电化学电化学第八章第八章 量子力学基础量子力学基础第九章第九章 统计热力学初步统计热力学初步第十章第十章 界面现象界面现象第十一章第十一章 化学动力学化学动力学第十二章第十二章 胶体化学胶体化学 1 基本要求基本要求：1.理解和会用理解和会用理想气体状态方程理想气体状态方程（包括（包括 混合物）混合物）2.理解理解范德华方程范德

2、华方程 3.理解理解饱和蒸气压饱和蒸气压、临界状态临界状态、临界参数临界参数、对比参数对比参数的概念的概念 4.理解理解对应状态原理对应状态原理第一章第一章 气体的气体的pVT性质性质2第一章 气体物质的聚集状态物质的聚集状态气体气体液体液体固体固体V 受受 T、p 的影响很大的影响很大相同体积下所含物质相同体积下所含物质的量受的量受T 和和p 影响影响V 受受 T、p的影响较小的影响较小 联系联系 p、V、T 之间关系的方程称为状态方程之间关系的方程称为状态方程有的还列有等离子体、超临界流体有的还列有等离子体、超临界流体31.1 1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程1.理想气体状态方程理

3、想气体状态方程低压气体定律：低压气体定律：（1）玻义尔定律）玻义尔定律(R.Boyle,1662):pV 常数常数 （n,T 一定）一定）（2）盖）盖.吕萨克定律吕萨克定律(J.Gay-Lussac,1808)：V/T 常数常数 (n,p 一定一定)（3）阿伏加德罗定律（）阿伏加德罗定律（A.Avogadro,1811)V/n 常数常数 (T,p 一定一定)4以上三式结合以上三式结合 理想气体状态方程理想气体状态方程pV=nRTR 摩尔气体常数摩尔气体常数R 8.314510 J mol-1 K-1 理想气体状态方程也可表示为：理想气体状态方程也可表示为：pVm=RTpV=(m/M)RT以此可

4、相互计算以此可相互计算 p,V,T,n,m,M,(=m/V)5 2.摩尔气体常数摩尔气体常数 R例：例：测测300K时，时，N2、He、CH4 的的pVm p 关系关系，作图，作图p0时：时：pVm=2494.35 J molR=pVm/T=8.3145 J mol K-1 在压力趋于在压力趋于0的极限条件的极限条件下，各种气体的行为均服下，各种气体的行为均服从从pVm=RT 的定量关系，的定量关系，R 是一个对各种气体都适是一个对各种气体都适用的常数用的常数p/MPapVm/Jmol-1N2HeCH463.理想气体的定义和模型理想气体的定义和模型服从服从 pV=nRT 的气体为理想气体的气体

5、为理想气体或服从理想气体模型的气体为理想气体或服从理想气体模型的气体为理想气体（低压气体）（低压气体）p0 理想气体理想气体（1）理想气体定义：）理想气体定义：（2）理想气体模型理想气体模型 a)分子间无相互作用力分子间无相互作用力 b)分子本身不占体积分子本身不占体积7（3）分子间力）分子间力Lennard-Jones 方程方程 rE081.2 理想气体混合物理想气体混合物一、一、混合物组成的表示法混合物组成的表示法xB(或或 yB)def nB/nBwB def mB/mB B def xB V*m,B/xB V*m,B Mmix def yB MB 又又 m=mB=nB MB=n yB

6、MB=nMmix Mmix=m/n=mB/nB9二、气体定律二、气体定律1.道尔顿定律和分压力道尔顿定律和分压力混合气体混合气体(包括理想的和非理想的包括理想的和非理想的)中中B的分的分压力定义：压力定义：pB def yB p yB=1 p=pB 理想混合气体的总压等于各组分单独存在理想混合气体的总压等于各组分单独存在于混合气体的于混合气体的T、V 时产生的压力总和。时产生的压力总和。道尔顿分压定律道尔顿分压定律102.阿马加定律和分体积阿马加定律和分体积理想气体混合物的总体积理想气体混合物的总体积V为各组分分体为各组分分体积积VB*之和之和：V=VB*理想气体混合物中物质理想气体混合物中物

7、质B的分体积的分体积VB*，等等于纯气体于纯气体B在混合物的温度及总压条件下在混合物的温度及总压条件下所占有的体积。所占有的体积。11练习题练习题1.在在T、V 恒定的容器中装有恒定的容器中装有A、B两种理想气体，两种理想气体，A的分压力和分体积分别为的分压力和分体积分别为pA和和VA，现在向容器中，现在向容器中加入加入3 mol 的的C 理想气体，则理想气体，则pA、VA如何变化？如何变化？2.在在T、V 一定的容器中装有一定的容器中装有A、B两种理想气体的两种理想气体的混合物，总压为混合物，总压为p，A、B气体的物质的量分别为气体的物质的量分别为nA和和nB，分压力为，分压力为pA和和pB

8、，分体积为分体积为VA和和VB。下。下列各式子中正确的是（列各式子中正确的是（）。）。(a)pAV=nART (b)pVB=(nA+nB)RT (c)pAVA=nART (d)pBVB=nBRT 12（二）真实气体131.3 气体的液化及临界参数气体的液化及临界参数1.真实气体的性质真实气体的性质波义耳温度波义耳温度T3pVmpCOCH4H2He273K真实气体真实气体pVmpRT1RT2RT3RT4142.液体的饱和蒸气压液体的饱和蒸气压一定温度下气液平衡时一定温度下气液平衡时：气体称为气体称为饱和蒸气饱和蒸气；液体称为液体称为饱和液体饱和液体；压力称为压力称为饱和蒸气压饱和蒸气压。饱和蒸气

9、压是饱和蒸气压是温度温度的函数的函数气气液液p*15水、乙醇和苯在不同温度下的饱和蒸气压163.气体的液化和临界参数气体的液化和临界参数真实气体真实气体的的 p-Vm 图图pVmT3cTcgbalT1T2三个区域：三个区域：T Tc T Tc T=Tc17CO2的p-Vm图18一些气体的临界参数和熔点、沸点一些气体的临界参数和熔点、沸点气体TC/KpC/PaVc/m3mol-1Tm/KTb/KHe5.12.281056.6710-514.6H233.11.301066.5010-51420N21263.391069.0010-563104O2154.65.031067.4010-55490CH

10、4190.94.641069.2810-590156CO2304.17.391069.5610-5104169NH3408.41.131077.2310-5195240Cl24177.711061.2410-4122239H2O647.22.211074.5010-4273373194.超临界技术及应用固液气ABOCpT超临界流体（SCF）20流流体体特特性性密度接近液体，且随流体压力、温度而变；密度接近液体，且随流体压力、温度而变；粘度仅为液体的粘度仅为液体的1%，更接近气体；，更接近气体；扩散系数是液体扩散系数是液体10100倍。倍。兼有气体及液体的长处，溶解性能优越。兼有气体及液体的长处

11、，溶解性能优越。超临界流体的以上特性使得其在超临界流体的以上特性使得其在提取技术提取技术上有广泛应用。上有广泛应用。超临界流体的特性超临界流体的特性：211.4 真实气体的状态方程真实气体的状态方程理想气体理想气体状态方程状态方程修正，由数据归纳修正，由数据归纳真实气体真实气体状态方程状态方程p=0,还原还原范德华方程；范德华方程；压缩因子及真实气体状态方程；压缩因子及真实气体状态方程；维里方程及其它经验方程。维里方程及其它经验方程。22（一）（一）范德华方程范德华方程（1）若分子间无相互作用力，应表现出更高的压力）若分子间无相互作用力，应表现出更高的压力 p+a/Vm2；（2）分子本身占有体

12、积，自由活动空间应小于摩）分子本身占有体积，自由活动空间应小于摩 尔体积尔体积Vm，为为 Vm-b。及在在p、Vm、T 下的实际气体下的实际气体23范德华方程的意义：范德华方程的意义：提供了一种真实气体的简化模型，进行了提供了一种真实气体的简化模型，进行了真实气体与理想气体差别的理论分析；真实气体与理想气体差别的理论分析；建立了真实气体的经验方程，解决了建立了真实气体的经验方程，解决了中压中压范围内气体的范围内气体的pVT关系问题；关系问题；提出了修正理想气体方程的思想和方法，提出了修正理想气体方程的思想和方法，为以后建立更精确的真实气体状态方程奠为以后建立更精确的真实气体状态方程奠定了基础。

13、定了基础。对对p、V 的修正不够完善，实际过程的修正不够完善，实际过程a、b参数与温度有关。参数与温度有关。24范德华常数与临界参数的关系范德华常数与临界参数的关系25（二）压缩因子及真实气体状态方程（二）压缩因子及真实气体状态方程Z 的大小反映出真实气体对理想气体的偏差。的大小反映出真实气体对理想气体的偏差。普遍化真实气体状态方程普遍化真实气体状态方程理想气体：理想气体：Z=1真实气体：真实气体：Z 11.1.压缩因子：压缩因子：Z1 真实气体比理想气体难于压缩。真实气体比理想气体难于压缩。262.对应状态原理对应状态原理定义对比参数（定义对比参数（pr,Vr,Tr）：）：pr=p/pc，V

14、r=V/Vc，Tr=T/Tc对比参数反映了气体所处的状态对比参数反映了气体所处的状态偏离临界状态偏离临界状态的的程度。程度。对应状态原理对应状态原理各种气体只要有两个对比参数相同，则第三个对各种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。比参数必定（大致）相同。建立普遍化范德华方程（课本25页）273.普遍化压缩因子图普遍化压缩因子图把对比参数、临界参数引入压缩因子定义式，得：把对比参数、临界参数引入压缩因子定义式，得：说明：说明：1.各种气体在临界状态下具有一定的普遍规律。各种气体在临界状态下具有一定的普遍规律。2.不论气体性质如何，处在相同对应状态的气体，不论气体性质如何

15、，处在相同对应状态的气体，具有相同的压缩因子（即具有相同的压缩因子（即 偏离理想气体的程度相同）。偏离理想气体的程度相同）。选选pr,Tr 为变量，将为变量，将Z表示为表示为pr、Tr的函数：的函数：等等Tr下，作下，作Z pr图图双参数普遍化压缩因子图双参数普遍化压缩因子图Zc：0.260.2928Z0.21.03.0pr10.110Tr=1.01.031.051.42.0150.90.80.7152.01.41.051.031.0 压缩因子示意图及特点压缩因子示意图及特点任意的任意的Tr下，当下，当pr趋于趋于0时，时，Z趋于趋于1；pr相同时，相同时，Tr越大，越大，Z越趋近于越趋近于1

16、；Tr1 的的Z pr线交叉。线交叉。29压缩因子图的应用所研究的实际气体 pVT 及 pcVcTc已知：已知：T p求 Vm计算pVm=ZRTTr pr求Z查图练习：CO2的Tc=304.1K,pc=7.39106 Pa。求：T=471.15K,p=1.013 107 Pa 下的密度。30解：解：CO2的的Tc=304.1K,pc=7.39106 Pa 查图，查图，Z=0.90 31（三）真实气体的其它重要方程式（三）真实气体的其它重要方程式1.维里方程维里方程1901年，年，Kammerlingh-Onnes，纯经验方程纯经验方程第二第二维里维里系数系数第三第三维里维里系数系数第四第四维里

17、维里系数系数双分子间相互作用双分子间相互作用322.R-K方程方程适用于非极性气体。3.贝塞罗方程贝塞罗方程4.B-W-R方程方程33提出提出“理想气体理想气体”模型的意模型的意义义1.理想气体分子本身不占有体积、分子之间无相互理想气体分子本身不占有体积、分子之间无相互作用力，是真实气体在压力趋近于零时的极限情作用力，是真实气体在压力趋近于零时的极限情况，是一种理想化的模型；况，是一种理想化的模型；2.低压条件下的气体可以近似为理想气体，可用理低压条件下的气体可以近似为理想气体，可用理想气体状态方程来研究其规律；想气体状态方程来研究其规律；3.建立理想气体模型可以使研究问题简化，对理想建立理想气体模型可以使研究问题简化，对理想气体状态方程进行适当修正，可用于研究真实气气体状态方程进行适当修正，可用于研究真实气体的规律。例如范德华方程、压缩因子；体的规律。例如范德华方程、压缩因子；4.范德华方程从理想气体模型出发，分别对压力和范德华方程从理想气体模型出发，分别对压力和体积进行修正；压缩因子体积进行修正；压缩因子Z=(pV)实际实际/(pV)理想理想，描，描述了真实气体对理想气体的偏差程度。述了真实气体对理想气体的偏差程度。34