物理化学核心教程学习教案.pptx

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1、物理化学物理化学(w l hu xu)核心教程核心教程第一页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.1 低压(dy)气体的经验定律1.Boyle 定律(dngl)2.Charles-Gay-Lussac 定律(dngl)3.Avogadro 定律第1页/共44页第二页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.Boyle 定律(dngl)在较低压力(yl)下,保持气体(qt)的温度和物质的量不变,气体的体积与压力的乘积为常数。不变第2页/共44页第三页，共44页。2023/2/272023/2/27 2.Charles-Gay-Lussac 定律(dngl)保持气体(q

2、t)的压力和物质的量不变,气体(qt)的体积与热力学温度成正比。不变第3页/共44页第四页，共44页。2023/2/272023/2/27 3.Avogadro 定律(dngl)在相同(xin tn)温度和压力下，相同体积的任何气体(qt)，含有的气体(qt)分子数相同。不变相同的T，p下 1 mol 任何气体所占有的体积相同。第4页/共44页第五页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.2 理想气体(l xin q t)及其状态方程1.理想气体(l xin q t)的微观模型2.理想气体(l xin q t)的状态方程第5页/共44页第六页，共44页。2023/2/272023

3、/2/27 1.理想气体的微观(wigun)模型 理想气体(l xin q t)分子之间的相互作用可忽略不计 理想气体分子(fnz)的自身体积可忽略不计 高温和低压下的气体近似可看作理想气体 难液化的气体适用的压力范围较宽 例如,在较大的压力范围内都可以作为理想气体处理。第6页/共44页第七页，共44页。2023/2/272023/2/27 2.理想气体(l xin q t)的状态方程 联系(linx)p,V,T 三者之间关系的方程称为状态方程理想气体(l xin q t)的状态方程为摩尔气体常量第7页/共44页第八页，共44页。2023/2/272023/2/27 2.理想气体(l xin

4、q t)的状态方程理想气体(l xin q t)的状态方程的推导(1)等温(2)等压(1)(2)由(1)(2)得:第8页/共44页第九页，共44页。2023/2/272023/2/27 2.理想气体(l xin q t)的状态方程理想气体的摩尔(m r)气体常量的准确数值可以由实验测定。在不同(b tn)温度下时，当同一数值第9页/共44页第十页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.3 理想气体(l xin q t)混合物1.混合物组成(z chn)表示法2.Dalton 分压定律(dngl)3.Amagat 分体积定律第10页/共44页第十一页，共44页。2023/2/272

5、023/2/27 1.3 理想气体(l xin q t)混合物气体(qt)混合物 若干种气体混合在一起(yq)，形成均匀的气体混合物第11页/共44页第十二页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.3.1 混合物组成(z chn)表示法1.B 的摩尔(m r)分数称为B的摩尔分数或物质的量分数单位为1混合物中所有物质的量的加和表示气相中B的摩尔分数第12页/共44页第十三页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.3.1 混合物组成(z chn)表示法2.B 的体积(tj)分数称为B的体积分数单位为1混合(hnh)前纯B的体积混合前各纯组分体积的加和第13页/共44页

6、第十四页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.3.1 混合物组成(z chn)表示法3.B 的质量(zhling)分数称为B的质量分数单位为1B组分(zfn)的质量混合物中所有物质质量的加和第14页/共44页第十五页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.3.2 Dalton 分压定律(dngl)B的分压等于相同(xin tn)T，V 下单独存在时的压力总压等于相同(xin tn)T，V 下，各组分的分压之和第15页/共44页第十六页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.3.3 Amagat 分体积(tj)定律在相同的温度 T 和总压力(yl)p

7、的条件下 V，p是系统(xtng)的总体积和压力，Amagat 分体积定律原则上只适用于理想气体第16页/共44页第十七页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.4 真实气体的液化(yhu)1.液体(yt)的饱和蒸汽压2.临界状态(ln ji zhun ti)3.真实气体的p-Vm图第17页/共44页第十八页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.4.1 液体(yt)的饱和蒸汽压在密闭(mb)容器内,蒸发(zhngf)与凝聚速率相等时,在一定温度下,这时蒸汽的压力,称为达气-液平衡,该温度时的饱和蒸汽压饱和蒸汽压是物质的性质第18页/共44页第十九页，共44页。20

8、23/2/272023/2/27 1.4.2 临界状态(ln ji zhun ti)临界温度(ln ji wn d)在该温度之上无论(wln)用多大压力,无法使气体液化临界状态气-液界面消失,混为一体临界参数高于 称为超临界流体超临界流体第19页/共44页第二十页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.4.3 真实气体的 p-Vm 图pgl第20页/共44页第二十一页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.4.3 真实气体的 p-Vm 图pglC为临界点第21页/共44页第二十二页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.5 真实气体的状态方程1.van

9、 der Waals 方程(fngchng)2.从临界(ln ji)参数求 a,b 值 3.van der Waals 方程(fngchng)的应用4.Virial 型方程第22页/共44页第二十三页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.5.1 van der Waals 方程(fngchng)荷兰(h ln)科学家 van der Waals 对理想气体状态方程作了两项修正：（1）1 mol 分子自身(zshn)占有体积为 b（2）1 mol 分子之间有作用力，即内压力van der Waals 方程为：第23页/共44页第二十四页，共44页。2023/2/272023/2/

10、27 1.5.1 van der Waals 方程(fngchng)van der Waals 方程(fngchng)为：或 a，b 称为(chn wi)van der Waals 常数a 的单位：b 的单位：第24页/共44页第二十五页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.5.2 从临界(ln ji)参数求 a,b 值van der Waals 方程(fngchng)改写为：第25页/共44页第二十六页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.5.3 van der Waals方程(fngchng)的应用(2)已知 的值，(1)计算 等温线 气-液平衡(pnghn

11、g)线出现极大值和极小值 找出真实气体 之间的关系第26页/共44页第二十七页，共44页。2023/2/272023/2/27 1.5.4 Virial 方程(fngchng)式中：称为(chn wi)第一、第二、第三、Virial系数第27页/共44页第二十八页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题1如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么(shn me)原理？第28页/共44页第二十九页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题答：答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气(kngq)受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原

12、理第29页/共44页第三十页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题2在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体(qt)。试问，这两容器中气体(qt)的温度是否相等？第30页/共44页第三十一页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题 不一定相等。根据理想气体状态方程,若物质(wzh)的量相同，则温度才会相等。答：答：第31页/共44页第三十二页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题3 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中 间(zhngjin)用 一 玻 管 相 通，管 中 间(zhngjin)有一汞滴将两边的气体分开。当

13、左球的温度为273K，右球的温度为293K时，汞滴处在中间(zhngjin)达成平衡。试问：(1)若将左球温度升高(shn o)10K，中间汞滴向哪边移动？(2)若两球温度(wnd)同时都升高10K,中间汞滴向哪边移动？273K293K第32页/共44页第三十三页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题答：答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边(yu bian)移动。（2）两球温度同时都升高10K，汞滴仍向右边移动。因为左边(zu bian)起始温度低，升高 10K所 占 比 例 比 右 边 大，283/273大 于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时

14、增加的压力）左边(zu bian)比右边大。第33页/共44页第三十四页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题4在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积(rngj)的0.7左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。请估计会发生什么现象？第34页/共44页第三十五页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题答：答：软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩余气体被热水(r shu)加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是灌开水时不要太快，且要将保温瓶灌满。

15、第35页/共44页第三十六页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题5当纯物质的气、液两相处于平衡时，不断升高(shn o)平衡温度，这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化？第36页/共44页第三十七页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题答：答：升高(shn o)平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高(shn o)。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高(shn o)而升高(shn o)。而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当气体的摩尔体

16、积与液体的摩尔体积相等(xingdng)时，这时的温度就是临界温度。第37页/共44页第三十八页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题6.有一种(y zhn)气体的状态方程为:(b为 大 于 零 的 常 数(chngsh)试分析这种气体(qt)与理想气体(qt)有何不同？将这种气体进行真空膨胀，气体的温度会不会下降？第38页/共44页第三十九页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题答：答：将气体(qt)的状态方程改写为:与理想气体的状态方程相比(xin b)，只校正了体积项，未校正压力项。说明这种气体分子自身的体积不能忽略，而分子之间的相互作用力可以忽略不计

17、。所以，将这种气体进行真空膨胀时，温度不会下降。第39页/共44页第四十页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题 7.如何(rh)定义气体的临界温度和临界压力？第40页/共44页第四十一页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题答：答：在真实气体的 图上 当气-液两相共存的线段(xindun)缩成一个点时，称这点为临界点。这时的温度为临界温度，这时的压力为临界压力。临界压力是指在该临界温度时能使气体液化的最低压力。第41页/共44页第四十二页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题8处于临界点以上的各物质(wzh)有何共同特性？第42页/共44页第四十三页，共44页。2023/2/272023/2/27 思考题答：答：这时气-液界面(jimin)消失，液体和气体的摩尔体积相等，成为一种既不同于液相、又不同于气相的特殊流体，称为超流体。第43页/共44页第四十四页，共44页。