绪论气体pvt关系.pptx

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1、会计学1绪论气体绪论气体pvt关系关系2自然界物质的变化：物理变化和化学变化自然界物质的变化：物理变化和化学变化二者相互联系、相互影响、相互依存二者相互联系、相互影响、相互依存化学变化的同时，往往伴随着物理变化化学变化的同时，往往伴随着物理变化理论化学理论化学一、什么是物理化学一、什么是物理化学第1页/共38页3化学热力学化学热力学各种因素（各种因素（T、P、c等）对等）对v的影响，决速步？最佳途径？的影响，决速步？最佳途径？化学动力学化学动力学物质的性质本质上由物质内部结构决物质的性质本质上由物质内部结构决定定结构化学，已分支结构化学，已分支第2页/共38页4（实践、总结、提设想、再验证（实

2、践、总结、提设想、再验证合乎认识规律）合乎认识规律）第3页/共38页5第4页/共38页6仔细阅读教材，多思考、勤动手；结合实仔细阅读教材，多思考、勤动手；结合实验，加深理论的理解验，加深理论的理解归纳、总结记忆归纳、总结记忆第5页/共38页7平时平时1020%（作业，考勤），期末（作业，考勤），期末8090%5、要求、要求第6页/共38页80 物理量的表示及运算说明物理量的表示及运算说明1、物理量的表示、物理量的表示物理量物理量=数值数值 单位单位符号为拉丁或希腊字母符号为拉丁或希腊字母例：例：p/kPa=101.325第7页/共38页92、运算中物理量、运算中物理量对数中物理量：对数中物理量

3、：表示：表示：运算：运算：SI制，七个基本单位，见附录。制，七个基本单位，见附录。第8页/共38页10第一章第一章 气体的气体的PVTPVT关系关系1.1 理想气体的状态方程1.2 理想气体混合物1.3 气体的液化及临界参数1.4 真实气体的状态方程1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子图第9页/共38页11 1.0 引言引言物质的聚集状态：气体、液体、固体（物质的聚集状态：气体、液体、固体（g，l，s）宏观性质中，宏观性质中，p，V，T属系统的基本性质属系统的基本性质对于一定量的纯物质：对于一定量的纯物质：Z=f(p，V，T)气体：最简单的一种聚集状态气体：最简单的一种聚集状态特点特点可压缩性

4、、流动性、混合性；可压缩性、流动性、混合性；低压时，分子间作用力小到忽略。低压时，分子间作用力小到忽略。（气体分子间距分子直径，分子间作用力小）或或 V=f(p，T)联系联系 p，V，T 间关系的方程称状态方程间关系的方程称状态方程第10页/共38页12 1.1 1.1 气体分子运动及压力气体分子运动及压力气体分子运动及压力气体分子运动及压力n n1.1.气体分子的运动气体分子的运动气体分子的运动气体分子的运动 根根根根据据据据分分分分子子子子运运运运动动动动论论论论，分分分分子子子子的的的的热热热热运运运运动动动动和和和和分分分分子子子子间间间间的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用是是是

5、是决决决决定定定定分分分分子子子子各各各各种种种种性性性性质质质质的的的的基基基基本本本本因因因因素素素素。一一一一方方方方面面面面，物物物物质质质质的的的的分分分分子子子子处处处处于于于于不不不不停停停停息息息息的的的的热热热热运运运运动动动动中中中中，这这这这种种种种运运运运动动动动的的的的强强强强度度度度通通通通常常常常随随随随温温温温度度度度的的的的升升升升高高高高而而而而增增增增大大大大；另另另另一一一一方方方方面面面面，物物物物质质质质分分分分子子子子之之之之间间间间存存存存在在在在着着着着相相相相互互互互作作作作用用用用，即即即即分分分分子子子子之之之之间间间间的的的的相相相相互

6、互互互吸吸吸吸引引引引和和和和相相相相互互互互排排排排斥斥斥斥作作作作用用用用。当当当当这这这这两两两两方方方方面面面面的的的的相相相相对对对对强强强强弱弱弱弱程程程程度度度度不不不不同同同同时时时时，物物物物质质质质就就就就呈呈呈呈现现现现不不不不同同同同的的的的聚聚聚聚集集集集状状状状态态态态，并并并并表表表表现现现现出出出出不同的特性。不同的特性。不同的特性。不同的特性。对于气体，一般其分子的热运动较强并起主对于气体，一般其分子的热运动较强并起主对于气体，一般其分子的热运动较强并起主对于气体，一般其分子的热运动较强并起主导作用。这种无规则的热运动，使气体分子可以导作用。这种无规则的热运动

7、，使气体分子可以导作用。这种无规则的热运动，使气体分子可以导作用。这种无规则的热运动，使气体分子可以自由地运动而充满容器（任何形状）的整个空间，自由地运动而充满容器（任何形状）的整个空间，自由地运动而充满容器（任何形状）的整个空间，自由地运动而充满容器（任何形状）的整个空间，所以气体具有密度小、可压缩性强等特性。所以气体具有密度小、可压缩性强等特性。所以气体具有密度小、可压缩性强等特性。所以气体具有密度小、可压缩性强等特性。运动运动运动运动较强并起主导作用。较强并起主导作用。.第11页/共38页13n n分子间相互作用可以用兰纳德琼斯（Lennard-Jones）曲线说明：第12页/共38页1

8、41.2 理想气体的状态方程理想气体的状态方程1、理想气体的分子模型、理想气体的分子模型1）分子之间无相互作用力）分子之间无相互作用力2）分子本身不占有体积）分子本身不占有体积2、理想气体状态方程、理想气体状态方程实际气体中，低压（高温）条件下接近理气实际气体中，低压（高温）条件下接近理气三个经验定律导出三个经验定律导出第13页/共38页151）波义耳（）波义耳（Boyle）定律）定律物质的量和温度一定条件下，气体的体积与压力成反比物质的量和温度一定条件下，气体的体积与压力成反比pV=常数常数2）盖吕萨克（）盖吕萨克（Gay J-Lussac）定律）定律V/T =常数常数（n,T 一定）一定）

9、（n,P 一定）一定）3）阿伏加德罗（）阿伏加德罗（Avogadro A）定律）定律V/n=常数常数（T,P 一定）一定）p V=n R T 理想气体状态方程理想气体状态方程第14页/共38页16p V=n R Tp Vm=R Tp V=(m/M)R T第15页/共38页17p V=n R TT：绝对温度绝对温度/热力学温度，热力学温度，K(Kelvin)T/K=273.15+t/oCR：摩尔气体常数摩尔气体常数/气体通用常数气体通用常数SI制：制：R=8.3145J.mol-1.K-11Pa.m3=1J；1Pa=1N.m-2理气状态方程各项物理意义：理气状态方程各项物理意义：第16页/共38

10、页18R的实验测定：的实验测定：测一定温度下的测一定温度下的pVmp关系图关系图由波义尔定律由波义尔定律pVm=常数常数若为理想气体：若为理想气体：若实际气体，当若实际气体，当第17页/共38页19思考：思考：1）理想气体分子模型？）理想气体分子模型？2）实际气体什么条件下可作为理想气体？）实际气体什么条件下可作为理想气体？1.2 理想气体混合物理想气体混合物1、混合物的组成、混合物的组成第18页/共38页20混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均摩尔质量第19页/共38页212、分压定律和分体积定律、分压定律和分体积定律1）道尔顿分压定律）道尔顿分压定律理想气体混合物中某组分理想气体混合物中某

11、组分B的分压：的分压：定义为定义为该组分单独存在，并与混合气体具有该组分单独存在，并与混合气体具有相同温度和体积时相同温度和体积时所产生的压力。所产生的压力。混合气体的总压等于各组分的分压力之和混合气体的总压等于各组分的分压力之和分压定律分压定律第20页/共38页222）阿马格分体积定律）阿马格分体积定律理想气体混合物中某组分理想气体混合物中某组分B的分体积的分体积定义为定义为该组分单独存在，并与混合气体具有该组分单独存在，并与混合气体具有相同温度和压力时相同温度和压力时所具有的体积。所具有的体积。第21页/共38页231）分压定律：）分压定律：2）分体积定律：）分体积定律：理气状态方程：理气

12、状态方程：第22页/共38页24应用例题：应用例题：1、试求、试求1标准立方米标准立方米 1m3，0oC 空气的质量。空气的质量。2、一种只含、一种只含CO2一个酸性组分的混合气体，一个酸性组分的混合气体，于室温、常压下取样于室温、常压下取样100.00ml，经，经NaOH 溶液充分洗涤后，在同样室温、常压条件溶液充分洗涤后，在同样室温、常压条件 下测得剩余体积为下测得剩余体积为90.50ml。求混合气体中。求混合气体中 CO2的量分数。的量分数。第23页/共38页251.3 真实气体的液化和临界参数真实气体的液化和临界参数1、真实、真实/实际气体的液化实际气体的液化理气（分子间无作用力），不

13、可液化理气（分子间无作用力），不可液化实际气体（真实气体）有分子间力，可液化实际气体（真实气体）有分子间力，可液化饱和蒸气饱和蒸气某温度下处于气液平衡时的气体某温度下处于气液平衡时的气体饱和蒸气压饱和蒸气压某温度下，气液达平衡时某温度下，气液达平衡时 饱和蒸气具有的压力（蒸气压）饱和蒸气具有的压力（蒸气压）P14表表 不同物质在不同温度下的蒸气压不同物质在不同温度下的蒸气压当蒸发速率等于凝结速率时，气液两相达平衡当蒸发速率等于凝结速率时，气液两相达平衡第24页/共38页26沸点沸点液体的（饱和）蒸气压等于外压（环液体的（饱和）蒸气压等于外压（环 境压力）时，液体沸腾，对应的温度境压力）时，液体

14、沸腾，对应的温度正常沸点正常沸点外压为标压外压为标压100kPa时液体的沸点时液体的沸点思考：思考：液体沸点与外压的关系？液体沸点与外压的关系？讨论：讨论：一定一定T下，气液共存系统下，气液共存系统1）当蒸气压力）当蒸气压力饱和蒸气压，蒸气将凝结，饱和蒸气压，蒸气将凝结，至达平衡。至达平衡。热力学数据表中，Tb(水)=100，Tb（乙醇)=78.4 第25页/共38页27气体液化气体液化PVm图图一定温度下，当压力升高，一定温度下，当压力升高，气体将会液化气体将会液化当温度超过一定限度，当温度超过一定限度，无论加多大压力，无论加多大压力，气体将不会液化气体将不会液化该温度称临界温度该温度称临界

15、温度Tc临界温度对应的压力临界温度对应的压力临界压力临界压力Pc临界温度对应的体积临界温度对应的体积临界体积临界体积Vc临界温度、临界压力下的状态称临界温度、临界压力下的状态称临界状态临界状态Tc、Pc、Vc统称物质的统称物质的临界参数临界参数p Vm等温等温线线2、临界参数、临界参数第26页/共38页283.3.超临界萃取技术超临界萃取技术超临界萃取技术超临界萃取技术*n n 处于临界状态的物质，气体与液体的差别完处于临界状态的物质，气体与液体的差别完全消失，物质则表现出一些特殊的性质。全消失，物质则表现出一些特殊的性质。n n 将温度、压力略高于临界点（将温度、压力略高于临界点（T TC

16、C）状态的物）状态的物质，称为质，称为超临界流体超临界流体超临界流体超临界流体（upercritical fluidupercritical fluid）。）。n n 物质在超临界状态下是介于气态和液态之间物质在超临界状态下是介于气态和液态之间的一种既非气态又非液态的物态形式，气液界面的一种既非气态又非液态的物态形式，气液界面消失。超临界流体的密度很大，接近液体，其粘消失。超临界流体的密度很大，接近液体，其粘度接近气体，扩散性介于气液之间，所以它具有度接近气体，扩散性介于气液之间，所以它具有溶解性能，对某些物质有较强的提取能力。溶解性能，对某些物质有较强的提取能力。第27页/共38页29n n

17、 超临界流体萃取分离过程原理就是利用超临界超临界流体萃取分离过程原理就是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，利用压力和温度流体的溶解能力与其密度的关系，利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响，在超临界状态下，对超临界流体溶解能力的影响，在超临界状态下，通过改变萃取剂流体的压力和温度（在恒温变压或通过改变萃取剂流体的压力和温度（在恒温变压或恒压变温时，体积变化很大，改变了溶解性能），恒压变温时，体积变化很大，改变了溶解性能），将超临界流体与需要分离的混合物接触，使其有选将超临界流体与需要分离的混合物接触，使其有选择性地按照一定极性大小、沸点高低和分子量大小择性地按照一定极性大小、沸点高低和

18、分子量大小把相应的组分依次从混合物中萃取分离出来。这种把相应的组分依次从混合物中萃取分离出来。这种技术称为技术称为超临界萃取技术超临界萃取技术超临界萃取技术超临界萃取技术。n n 萃取分离过程中可以通过控制条件得到最佳比萃取分离过程中可以通过控制条件得到最佳比例的混合组分，然后借助减压、升温的方法使超临例的混合组分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到最终分离提纯的目的。出，从而达到最终分离提纯的目的。第28页/共38页30n n 超临界萃取技术常采用超临界CO2流体为萃取剂，一般在接近室温（3540

19、）和CO2气体笼罩下进行，可以防止热敏性物质的氧化和逸散。当被溶解物饱和了的CO2流体进入分离器时，由于压力的下降或温度的变化，使得CO2与萃取物迅速成为气液两相而分离。由于萃取分离过程不使用有机溶剂，因此萃取物无残留的有机物质，从而防止了提取过程中对人体有害物的存在和对环境的污染。第29页/共38页311.4 真实气体的状态方程真实气体的状态方程1、真实气体对理想气体的偏差、真实气体对理想气体的偏差理气理气：p Vm=R T实气实气：p Vm R T当当 p Vm R T，正偏差，难压缩；，正偏差，难压缩；p Vm p实实体积修正项体积修正项理想气体体积理想气体体积 1，p Vm R T，正

20、偏差，难压缩；，正偏差，难压缩；Z1，p Vm R T，负偏差，易压缩；，负偏差，易压缩；Z=1，p Vm=R T，理想气体，理想气体Z：压缩因子：压缩因子第34页/共38页362）压缩因子图）压缩因子图将对比参数引入压缩因子表达式中：将对比参数引入压缩因子表达式中：实验表明：实验表明：Zc在在0.270.29，可近似为常数，可近似为常数所以，所以，由对应状态原理得：由对应状态原理得：第35页/共38页37压缩因子图：描述压缩因子随对比压力与压缩因子图：描述压缩因子随对比压力与 对比温度变化的函数关系图对比温度变化的函数关系图（双参数普遍化压缩因子图）（双参数普遍化压缩因子图）应用：应用：通过气体的临界参数求算通过气体的临界参数求算Zc，再由再由P Vm=Z RT求所需值求所需值1）已知）已知T、p，求，求 Z 和和 V第36页/共38页38例例1-7:求求313K，6MPa下下CO2（g）的）的Vm，并与实验值并与实验值0.304dm3.mol-1比较。比较。第37页/共38页