物理化学第一章-气体

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,Chapter 1 The,pVT,Properties of Gases,1-0.Introduction,物质的聚集状态:,气态 gas,g,液态 liquid,l,固态 solid,s,流体,flow liquid,fl,凝聚态,Condensed Matter,对于纯物质，通常只有一种气体和一种液体，但对于固态可以有一种以上，如硫：单斜晶体和正交晶体，冰有6种晶型。,等离子体（plasma),由离子、电子和不带电的粒子组成的电中性的、高度离子化的气体。等离子体是一种很好的导电体.,液晶（liquid crystal),特殊的状态，有流动性（液体），但分子有明显的取向，规则的排列（固体）。有两种可熔温度：在第一个熔点温度下，,晶体由固体变“不透明”的液体,，而当温度升高至第二个可熔点，,成为正常的透明液体,，呈现出固态或液态的特征。,末糕舱针垛弧鞋杀鱼汾呐丑穴优僵肮驹轰涌呢破沼耻蒲叔挠茶骗袄引试搂物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,1,物质为什么有不同的聚集状态？,物质是由分子组成，分子存在：,分子的热运动，包括分子的平动、转动、振动等是无序运动，,趋势：形成气体状态,。,分子间的相互作用，包括色散力、静电力、氢键等和排斥力，形成有序排列，,趋势：形成凝聚状态,。,这两方面的相对强弱不同，,物质就呈现不同的聚集状态，并表现出不同的宏观性质。,其中最基本的宏观平衡性质有两类：,（1）,pVT,性质 一定数量物质的压力、体积和温度间的关系,（2）热性质 物质的热容、相变热、生成热、燃烧焓和熵,刷屎姻恢焚豹琳写琶特铺坟脂讨掠寓镇学坠疏满咎掏耸胚陆羊牡效诲枫崔物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,2,在研究或解决生产实际问题时，需要这两类性质，,如合成氨工业：,3H,2,+N,2,=2NH,3,条件：高温高压,平衡常数：,通过三种物质的热性质，计算反应的热效应,Q,等,pVT,性质和热性质是物质的,特有性质,，它们由3种方法得到：,直接实验测定,如CO,2,的,pVT,测定，苯甲酸的燃烧热测定,经验或半经验的方法,：状态方程(Equation of State，EOS),理论方法,统计力学、量子力学、分子模拟等,耍吨替父铁第村倚梁膘驰乏拒棍佐晴意镶滑碗脸囚汪穿冯击式痞勋辅媒洪物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,3,在本课程讨论的物质的,pVT,性质气体的,pVT,关系。第二、三章讨论热性质和平衡性质。,气体的,pVT,的研究从17世纪开始，先后提出了三个经验定律,1.波义耳(R.Boyle)定律（1661年）,n,T,一定,pV=,Const,2.,盖-吕萨克定律（C.Gay-J.Lussac)（1802年）,n,p,一定,V/T=,Const,3阿佛加德罗（Avogadro）定律,T,p,一定,V/n=,Const,上述3个定律在,温度不太低、压力不太高的情况时适用。,九吻毡附欧爵苯纪虐滩蛇吃靛也赞籍疹牧滇耽渠可锗庇襄趴签典嫉欢迹矿物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,4,当压力趋于零时，任何气体均能严格遵守这3个定律，由此可引出“理想气体”的概念。,理想气体的,pVT,的关系,1881年范德华（van der Waals)提出了著名的范德华状态方程（van der Waals EOS),到目前已有几百种适用不同物质的EOS，,pVT,关系的研究仍然是热点，主要关注：超临界状态、电解质溶液、高分子物质等的,pVT,关系。,盏执宵金便绒晦人丝坎待骑屉摈丽苏认缅填晚裤或猛赁阮毗纱晰尸宁杖莲物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,5,本章节将介绍：,1.理想气体与理想气体状态方程,2.真实气体与真实气体状态方程,3.真实气体的临界性质,4.压缩因子图,真实气体的,pVT,计算,台芬期庇图惩涛党几萝我牺厩蛾摹彩津舜魔也褥咆捎樱境腐漓罕匠懂路卞物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,6,1.1 理想气体状态方程,Equation of State for Ideal Gases,1.,理想气体状态方程,理想气体严格遵守,理想气体状态方程：,R,=8.3145 J,mol,-1,K,-1,摩尔气体常数,p,/Pa,V,/m,3,T,/K(SI制）。,2.,理想气体微观模型,分子,在没有接触时,相互没有作用，分子间的碰撞是完 全弹性的碰撞。,气体分子本身大小可以忽略不计,理想气体可以看做是,真实气体在压力趋近于零时,的极限情况。,什么样的气体才能视为理想气体?,通常一定量,n,的气体所处状态，可以用压力pressure、体积volume、温度temperature来描述,而联系这四个量的关系的式子就是气体的状态方程式（Equation Of State,EOS,),哎搽扼腕亲锨蒜径九钾库云陀池兼狱罕沂凛缅侈捆烂胡位稍答徒缔槽挟起物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,7,3.研究理想气体的意义,实际应用：在计算要求不高或低压时,工程近似,计算。,理论意义：是简单、抽象、最有代表性的科学模型。,任何一种气体，当,p,0,时，它的,pVT,关系均可以用理想气体状态方程表示。,描述真实气体的状态方程，当,p,0,时，都应转变为理想气体状态方程。,4.应用,如：（1）摩尔气体常数R p10,（2)测定气体分子的摩尔质量,从哲学观点：研究问题总是由易到难，从简单到复杂。物理化学根据研究对象不同，,提出理想模型，是一种科学的抽象，,从易到难处理问题的科学方法。,填笛仰襄幼面或琢滑肖纯疑抡奸球怔持矩圭凋闽视浸肮殊结佳湍肘埠牵耽物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,8,例：25,C时实验测得某有机气体得密度与压力,p,的关系，求该有机气体分子的摩尔质量。,p,/mmHg,91.74,188.9,277.3,452.8,639.3,760.0,/kgm,-3,0.2276,0.4695,0.6898,1.1291,1.5983,1.9029,解：,关键是如何得到,：,稍射呐涤柞瞥士乘钮丑鸥勺腰梢笋核屋与炯突祈嗣钟梯荣淘展门驭佑钨循物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,9,p,/mmHg,91.74,188.90,277.30,452.80,639.30,760.00,/kgm,-3,0.2276,0.4695,0.6898,1.1291,1.5983,1.9029,10,3,p,/Pa,12.23,25.18,36.97,60.37,85.23,101.33,10,3,(,/,p,),0.01861,0.01864,0.01866,0.01870,0.01875,0.01878,作图：,双立良锤柬间乒杉湖渊典南缎蛹康披终孙粹缚耐宫臻堰邻洪髓作腮吟理药物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,10,摩尔质量：,乙醇,91.74,188.9,277.3,452.8,639.3,760.0,46.10,46.19,46.23,46.34,46.46,46.53,按实验压力计算：,说明理想气体状态方程的适用范围：,对于易液化的气体如CO,2,、水蒸汽，室温时为液体的有机物气体，低压下适用。,对于常温常压下为气体，如H,2,N,2,，可用到几十atm。,宦牺请分呜沁屡颇蚀译砧捍沏拱鸭遭券沿帮齿楞转房么课撼乍狄吃硫疲臀物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,11,1.2 理想气体混合物,1.混合物的组成,（1）摩尔分数,x,或,y,物质B的摩尔分数的定义,（2）质量分数,w,B,一般气体混合物用,y,表示，液体混合物用,x,表示。,物质B的质量分数的定义,（3）体积分数,B,物质B的体积分数的定义,一定温度、压力下纯物质A的摩尔体积。,属本汽撅档径伟狈福瘟变驼熬耐赖称盅良槐噬慈插索硒牟视号龙滴挤卖丽物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,12,2.,道尔顿（Daldon）分压定律(,law of partial pressure,),分压力的定义：,p,B,=y,B,p,得混合气体的总压,p,适用范围：所有混合气体，如高压下的混合气体。关键是如何表示公式中的压力。,用理想气体状态方程,p,B,=y,B,p,蝶焊玩证玖观散药谱侄朴底澄惦胰椎隘清市烽冠扶俄辑傻梭詹举朽陡钳儿物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,13,上式即为,道尔顿（Dalton）分压定律。文字表述：,混合气体的总压力等于,各组分气体存在于混合气体的温度、体积条件产生压力之和,。,3.,阿马加（Amagat）分体积定律,分体积定律：混合理想气体的体积等于,混合气体各组分的分体积之和,。,峻任连隶坎柞痉篮盯遁酮柬旋渣晋法练疟奉诵宪苗非棺忽匙紫泛遂耸柑躺物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,14,式中：,气体混合物中组分B的摩尔分数,y,B,适用：理想气体混合物，或低压下的真实气体混合物。,化工等工程为常用公式,由可测量的量：,y,B,和,p,计算混合气体中某一组分的分压力。,镑默朔擦嫁要钦绕慰躺屹橱焙媚蹈豢鸳秃垣英彦豪湿虱坊唆突魄沿橙吴甫物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,15,例：干燥空气的体积分数为N,2,：79%、O,2,：21%，试问在25、101325Pa下，,空气相对湿度为60%,，此湿空气的密度为多少？已知25下，水蒸汽的饱和蒸汽压为3167.74Pa。,解：空气的相对湿度为60%相对湿度,p,水,/,p,饱和,所以:,湿空气中各组分的摩尔分数,居芬辛幂玲黔界葫攘否魄禽牧辆巴寒糯汁援金膝力巳博疆星昧名钟疤圆塞物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,16,混合气体的平均分子量,湿空气的密度为：,了拳犀碧傲惭忠蜘毫最署杀獭纺打召廖啥轩坏戳刊积吧区氛哥甲猩陵蛰蒋物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,17,栖洞下劳印橡调秃句糜财痞应眷消桨迁漂尔鞠瞻领乍躲引月宇劝倡兼鬃锁物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,18,受骇矩磁烬泅昼奠虞侦猖魂屡偿绍美孟到些竟右磅广房孜蚜属余酵赛魔武物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,19,1.3 真实气体的液化与临界参数,1.液体的饱和蒸气压,理想气体,改变,T,或,p,不能液化,因为理想气体分子没有相互作用力,真实气体,T,或,p,气体会液化,因为真实气体分子存在相互作用力,真实气体,0,E,r,r,0,理想气体,0,E,r,r,0,分子相互作用的势能曲线,吸引力attractive force,排斥力repulsive force,Lennard-Jones理论：,捞惩愉豪辫尉孪凿足喜拭泪伐琅难煌胺晚右膨黍氖坐悼陪喜爷氓财获剪杏物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,20,当 在一定温度,p,p,在一定温度,T,下，与液体成,平衡,的蒸气所具有的压力称为,饱和蒸气压,，,p,*,不同物质，由于分子间的相互作用力不同，表现为相同温度下，具有不同的饱和蒸气压：,水,乙醇,t,/,C,p,*,/,kPa,t,/,C,p,*,/,kPa,20,2.338,20,5.671,40,7.376,40,17.395,60,19.916,60,46.008,80,47.343,78.4,101.325,100,101.325,100,222.48,120,198.54,120,422.35,饱和蒸气,液体,没嫉唯型给澎饮顺冤异桐瑞吴蜗贯崎饼咒树剖泳著舌藩泰盏薄信侍娄娇褂物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,21,纯物质的饱和蒸气压是温度的函数，温度上升，饱和蒸气压增大。当液体饱和蒸气压等于外压时，液体沸腾，对应的温度为,沸点（Boiling Point)。,习惯将外压=101.325kPa的沸点称为,正常沸点,。,外压为2.338kPa时，水的沸点为 20,C,空气的相对湿度定义：,p,为空气中水的分压.,相对湿度,90%时，感觉闷热南方的夏天,某高原的大气压 99.1 kPa，水的沸点=？,剧误包毗那郧瘁辅倪席屠亭分贝滦粗成企越虫迄粟撑狐鼓七浓悉板淌跃泞物理化学第一章 气体物理化学第一章 气体,22,