物理化学第一章 气体 70页PPT文档

452.80 1.1291 60.37 0.01870
作图：
103(/p )
0.01880 0.01876 0.01872 0.01868 0.01864 0.01860 0.01856
0.00
50.00
100.00
103p /Pa
639.30 1.5983 85.23 0.01875
760.00 1.9029 101.33 0.01878
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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CO2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
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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
V VB *
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式中：
VB*

nB RT p
适用：理想气体混合物，或低压下的真实气体混合物。
气体混合物中组分B的摩尔分数yB
yB
Байду номын сангаасVB* V

pB p
化工等工程为常用公式
由可测量的量：yB和p计算混合气体中某一组分的分压力。
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例：干燥空气的体积分数为N2：79%、O2：21%，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。
（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
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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：
3H2 + N2 = 2NH3 条件：高温高压
2
平衡常数：
K p
pNH 3 / p pN2 / p pH2 / p
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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p0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p0时，都应转变为理想 气体状态方程。
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。
p 0 .01 1 8 .85 9 1 9 8 6 0 p p p 0 1 .8 5 1 5 k 9 0 m g 3 P 1a
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摩尔质量：
M p p 0 R 4 T .0 6 1 7 3 k 0 m g 3 乙醇
pVnB RT B
y B
nB nA
A
pB= yB p
pBnBRT/V
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pnB V RT pB
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。
22.05 MPa
p/MPa
0
超临界 流体
liqui
ice d
B gas
临界点
0.1 374 t/C
H2O的p-V图
7.4 MPa
CO2的p-V图
从图可以看出，饱和蒸气压与温度的关系。当温度上升到某一 特殊温度后，如水为374C, CO2为31C，液相不可能存在，而 只能是气相。
对应的温度称为临界温度 (Critical Temperature Tc)，与之对应 的饱和压力pc称为临界压力。在临界温度和临界压力下，物质 的摩尔体积称为临界摩尔体积 Vm,c. Tc, pc, Vm,c 统称为物质的临 界参数，是物质非常重要特性参数。(在附录表6，P308)
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。
外压为2.338kPa时，水的沸点为 20C 某高原的大气压 99.1 kPa，水的沸点=？ 空气的相对湿度定义：
相对湿度 pp* 10% 0
p为空气中水的分压.
相对湿度
<30 %时，感觉干燥——北方的冬天
>90 %时，感觉闷热——南方的夏天
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2. 临界参数 纯物质除有熔点，沸点外，还有临界点：
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
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 8
例：25C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
湿空气中各组分的摩尔分数
yN2
pN2 p
785406.775 101325
yO2
pO2 p
2 0 8 780.2 0 6 101325
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yH 2OpH p 2O10.775 0.206 0.019
混合气体的平均分子量 M m ix y B M B 2.6 83
•湿空气的密度为：
解：空气的相对湿度为60% 相对湿度＝p水/p饱和 所以: pH 2O31.76 4 0.7 619.6P 0a 0
pH2OpN2pO2 101Pa 325
p N 2 ( p N 2 p O 2 ) y N 2 ( 10 1 1 .6 9 ) 3 0 .7 0 2 7 9 0 5 8 P5 a4 p O 2 ( p N 2 p O 2 ) y O 2 ( 10 1 1 .6 9 ) 3 0 .2 0 2 2 1 0 5 0 .2 P 8 a7
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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 pVnRT
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)
(PVam2)V (mb)RT
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。
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
流体, flow liquid, fl
固态 solid, s 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
m M mp i x2.6 8 1 3 3 0 10 1 1 .1 3 k 7 2 m g -35 V RT 8 .3 1 24 .1 95 8
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§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
真实 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
理想气体严格遵守理想气体状态方程：
pVnRT
R=8.3145 Jmol-1K-1 摩尔气体常数, p/Pa, V/m3, T/K (SI制）。
2.理想气体微观模型 什么样的气体才能视为理想气体? 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。
按实验压力计算： 91.74 188.9 277.3 452.8 639.3 760.0 46.10 46.19 46.23 46.34 46.46 46.53
说明理想气体状态方程的适用范围： 对于易液化的气体如CO2、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H2, N2，可用到几十atm。
p
饱和蒸气 液体
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
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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
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§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 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)