物理化学核心教程.pptx

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1、2023/3/26 1.1 1.1 低压气体的经验定律低压气体的经验定律1.Boyle 定律2.Charles-Gay-Lussac 定律3.Avogadro 定律第1页/共44页2023/3/26 1.Boyle 定律定律在较低压力下,保持气体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2023/3/26 2 2.Charles-Gay-Lussac 定律定律保持气体的压力和物质的量不变,气体的体积与热力学温度成正比。不变第3页/共44页2023/3/26 3 3.Avogadro 定律定律在相同温度和压力下，相同体积的任何气体，含有的气体分子数相同。不变相同的T

2、，p下 1 mol 任何气体所占有的体积相同。第4页/共44页2023/3/26 1.2 1.2 理想气体及其状态方程理想气体及其状态方程1.理想气体的微观模型2.理想气体的状态方程第5页/共44页2023/3/26 1.1.理想气体的微观模型理想气体的微观模型 理想气体分子之间的相互作用可忽略不计 理想气体分子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2023/3/26 2 2.理想气体的状态方程理想气体的状态方程 联系p,V,T 三者之间关系的方程称为状态方程理想气体的状态方程

3、为摩尔气体常量第7页/共44页2023/3/26 2 2.理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程的推导(1)等温(2)等压(1)(2)由(1)(2)得:第8页/共44页2023/3/26 2 2.理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的摩尔气体常量的准确数值可以由实验测定。在不同温度下时，当同一数值第9页/共44页2023/3/26 1.3 1.3 理想气体混合物理想气体混合物1.混合物组成表示法2.Dalton 分压定律3.Amagat 分体积定律第10页/共44页2023/3/26 1.3 1.3 理想气体混合物理想气体混合物气体混合物 若干种气体混合在一起，形成均匀

4、的气体混合物第11页/共44页2023/3/26 1.3.1 1.3.1 混合物组成表示法混合物组成表示法1.B 的摩尔分数称为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2023/3/26 1.3.1 1.3.1 混合物组成表示法混合物组成表示法2.B 的体积分数称为B的体积分数单位为1混合前纯B的体积混合前各纯组分体积的加和第13页/共44页2023/3/26 1.3.1 1.3.1 混合物组成表示法混合物组成表示法3.B 的质量分数称为B的质量分数单位为1B组分的质量混合物中所有物质质量的加和第14页/共44页2023/3/26 1

5、.3.2 1.3.2 Dalton 分压定律分压定律B的分压等于相同T，V 下单独存在时的压力总压等于相同T，V 下，各组分的分压之和第15页/共44页2023/3/26 1.3.3 1.3.3 Amagat 分体积定律分体积定律在相同的温度 T 和总压力 p 的条件下 V，p是系统的总体积和压力，Amagat 分体积定律原则上只适用于理想气体第16页/共44页2023/3/26 1.4 1.4 真实气体的液化真实气体的液化1.液体的饱和蒸汽压2.临界状态3.真实气体的p-Vm图第17页/共44页2023/3/26 1.4.1 1.4.1 液体的饱和蒸汽压液体的饱和蒸汽压在密闭容器内,蒸发与凝

6、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2023/3/26 1.4.2 1.4.2 临界状态临界状态临界温度在该温度之上无论用多大压力,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2023/3/26 1.4.3 1.4.3 真实气体的真实气体的 p-Vm 图图pgl第20页/共44页2023/3/26 1.4.3 1.4.3 真实气体的真实气体的 p-Vm 图图pglC为临界点第21页/共44页2023/3/26 1.5 1.5 真实气体的状态方程真实气体

7、的状态方程1.van der Waals 方程2.从临界参数求 a,b 值 3.van der Waals 方程的应用4.Virial 型方程第22页/共44页2023/3/26 1.5.1 1.5.1 van der Waals 方程方程 荷兰科学家 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2023/3/26 1.5.1 van der Waals 方方程程van der Waals 方程为：或 a，b 称为van der Waals

8、常数a 的单位：b 的单位：第24页/共44页2023/3/26 1.5.2 从临界参数求从临界参数求 a,b 值值van der Waals 方程改写为：第25页/共44页2023/3/26 1.5.3 van der Waals方程的应用方程的应用(2)已知 的值，(1)计算 等温线 气-液平衡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2023/3/26 1.5.4 Virial 方程方程式中：称为第一、第二、第三、Virial系数第27页/共44页2023/3/26 思考题思考题1如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？第28页/共44页2023

9、/3/26 思考题思考题答：答：将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理第29页/共44页2023/3/26 思考题思考题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。试问，这两容器中气体的温度是否相等？第30页/共44页2023/3/26 思考题思考题 不一定相等。根据理想气体状态方程,若物质的量相同，则温度才会相等。答：答：第31页/共44页2023/3/26 思考题思考题3 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左球的温度为273K，右球的温度为293K时，汞

10、滴处在中间达成平衡。试问：(1)若将左球温度升高10K，中间汞滴向哪边移动？(2)若两球温度同时都升高10K,中间汞滴向哪边移动？273K293K第32页/共44页2023/3/26 思考题思考题答：（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。（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（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。第33页/共44页2023/3/26 思考题思考题4在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的0.7左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并

11、迅速放开手。请估计会发生什么现象？第34页/共44页2023/3/26 思考题思考题答：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。第35页/共44页2023/3/26 思考题思考题5当纯物质的气、液两相处于平衡时，不断升高平衡温度，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2023/3/26 思考题思考题答：答：升高平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，

12、所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。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。当气体的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时，这时的温度就是临界温度。第37页/共44页2023/3/26 思考题思考题6.有一种气体的状态方程为:(b为大于零的常数)试分析这种气体与理想气体有何不同？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2023/3/26 思考题思考题答：答：将气体的状态方程改写为:与理想气体的状态方程相比，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

13、不计。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2023/3/26 思考题思考题 7.如何定义气体的临界温度和临界压力？第40页/共44页2023/3/26 思考题思考题答：答：在真实气体的 图上 当气-液两相共存的线段缩成一个点时，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2023/3/26 思考题思考题8处于临界点以上的各物质有何共同特性？第42页/共44页2023/3/26 思考题思考题答：答：这时气-液界面消失，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2023/3/26感谢您的观看！第44页/共44页