第一章气体气体第1章第1章第气体第1章第1章第气体第1章第1章第气体第1章第1章第.
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物理化学 第一章 绪论气体
6. 界面与胶体科学：界面与高分散系统的热力学规 律
物理化学讲课的内容
第一章 气体的pVT关系 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分热力学 第五章 相平衡
3-10周 讲课 40 h
第六章 化学平衡 第七章 电化学 第八章 化学动力学 第九章 界面现象与
描述真实气体的 pVT 关系的方法： 1）引入压缩因子Z，修正理想气体状态方程 2）引入 p、V 修正项，修正理想气体状态方程 3）使用经验公式，如维里方程，描述压缩因子Z 它们的共同特点是在低压下均可还原为理想气体状态方程
1. 真实气体的 pVm - p 图及波义尔温度
T > TB
pVm - p曲线都有左图所示三种
c
T4
说明Vm(g) 与Vm(l)之差减小。
l2 l1
l
g2 g1
T3
Tc
TT12gg´´12 g
T = Tc时， l – g 线变为拐点c c：临界点 ；Tc 临界温度； pc 临界压力； Vm,c 临界体积
Vm
临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同，界
面消失气态、液态无法区分，此时：
V p m Tc 0 ,
类型。
pVm
T = TB T < TB
(1) pVm 随 p增加而上升； (2) pVm 随 p增加，开始不变， 然后增加
p 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm－p 图
(3) pVm 随 p增加，先降后升。
T > TB T = TB
对任何气体都有一个特殊温度 -
波义尔温度 TB ，在该温度下，压
（密闭容器）
水
乙醇
苯
t / ºC 20 40 60 80 100 120
物理化学讲课的内容
第一章 气体的pVT关系 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分热力学 第五章 相平衡
3-10周 讲课 40 h
第六章 化学平衡 第七章 电化学 第八章 化学动力学 第九章 界面现象与
描述真实气体的 pVT 关系的方法： 1）引入压缩因子Z，修正理想气体状态方程 2）引入 p、V 修正项，修正理想气体状态方程 3）使用经验公式，如维里方程，描述压缩因子Z 它们的共同特点是在低压下均可还原为理想气体状态方程
1. 真实气体的 pVm - p 图及波义尔温度
T > TB
pVm - p曲线都有左图所示三种
c
T4
说明Vm(g) 与Vm(l)之差减小。
l2 l1
l
g2 g1
T3
Tc
TT12gg´´12 g
T = Tc时， l – g 线变为拐点c c：临界点 ；Tc 临界温度； pc 临界压力； Vm,c 临界体积
Vm
临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同，界
面消失气态、液态无法区分，此时：
V p m Tc 0 ,
类型。
pVm
T = TB T < TB
(1) pVm 随 p增加而上升； (2) pVm 随 p增加，开始不变， 然后增加
p 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm－p 图
(3) pVm 随 p增加，先降后升。
T > TB T = TB
对任何气体都有一个特殊温度 -
波义尔温度 TB ，在该温度下，压
（密闭容器）
水
乙醇
苯
t / ºC 20 40 60 80 100 120
第一章 气体
=0.0155mol
分压。 解：已知 φ（CO2）＝96.5%,φ（N2）＝3.5%,P＝9.2×103KPa 由于同温、同压下，φB＝χB ∴ χ(CO2) ＝φ（CO2）＝96.5% χ (N2) ＝φ（N2）＝3.5% 又由 PB＝χBP 可得： P (CO2) ＝χ （CO2） P＝96.5%×9.2×103 kPa＝8.878×103kPa P (N2) ＝χ(N2)P＝3.5%×9.2×103 kPa＝3.22×103kPa 13．氰化氢(HCN) 气体是用甲烷和氨作原料制造的。反应如下：
○ 2
故氮的氧化物的分子式为 N2O4。 7．在 0.237g 某碳氢化合物中，其ω(C)=80.0％，ω(H)=20.0％。22 ℃，756.8mmHg 下，体积为 191.7mL。确定该化合物的化学式。
解：火星大气中的 CO2 压力为： P1＝(
5 ×101.325) kPa＝0.667kPa 760
m RT M mRT ∴该化合物的摩尔质量 M＝ PV 0.237 × 8.314 × 295.15 g/mol ＝ 100898.368 × 1.917 × 10－4 ＝30g/mol 30 × 80％ ＝2 ∴相应化合物化学式中 n (C) ＝ 12 30 × 20％ n (H) ＝ ＝6 1
PV＝ 故该化合物的化学式为：C2H6 8．在火星赤道附近中午时，温度为 20℃，火星大气的主要成分是 CO2，其压力约为 5mmHg,则其为多少千帕？相同温度下火星上的 CO2 与地球上的 CO2（干空气中，x(CO2)=0.00033）相比，何者更接近理想 气体？
,1100℃ 2CH4(g)+2NH3(g)+3O2(g) Pt → 2HCN(g)+6H2O(g)
分压。 解：已知 φ（CO2）＝96.5%,φ（N2）＝3.5%,P＝9.2×103KPa 由于同温、同压下，φB＝χB ∴ χ(CO2) ＝φ（CO2）＝96.5% χ (N2) ＝φ（N2）＝3.5% 又由 PB＝χBP 可得： P (CO2) ＝χ （CO2） P＝96.5%×9.2×103 kPa＝8.878×103kPa P (N2) ＝χ(N2)P＝3.5%×9.2×103 kPa＝3.22×103kPa 13．氰化氢(HCN) 气体是用甲烷和氨作原料制造的。反应如下：
○ 2
故氮的氧化物的分子式为 N2O4。 7．在 0.237g 某碳氢化合物中，其ω(C)=80.0％，ω(H)=20.0％。22 ℃，756.8mmHg 下，体积为 191.7mL。确定该化合物的化学式。
解：火星大气中的 CO2 压力为： P1＝(
5 ×101.325) kPa＝0.667kPa 760
m RT M mRT ∴该化合物的摩尔质量 M＝ PV 0.237 × 8.314 × 295.15 g/mol ＝ 100898.368 × 1.917 × 10－4 ＝30g/mol 30 × 80％ ＝2 ∴相应化合物化学式中 n (C) ＝ 12 30 × 20％ n (H) ＝ ＝6 1
PV＝ 故该化合物的化学式为：C2H6 8．在火星赤道附近中午时，温度为 20℃，火星大气的主要成分是 CO2，其压力约为 5mmHg,则其为多少千帕？相同温度下火星上的 CO2 与地球上的 CO2（干空气中，x(CO2)=0.00033）相比，何者更接近理想 气体？
,1100℃ 2CH4(g)+2NH3(g)+3O2(g) Pt → 2HCN(g)+6H2O(g)
无机及分析化学第一章第一节气体
例 1-3
• 在 25 ℃下，将 0.100m ol 的 O 2 和 0.350mol 的 H 2 装入 3.0 0L 的容器中，通电后氧气 和氢气反应生成水，剩下过量的氢气。求反应前后气体的总压和各部分的分压。 •
解：反应前 0.100mol 8.315kPa L mol-1 K -1 298K p（O 2） 82.6kPa 3.00L 0.350mol 8.315kPa L mol-1 K -1 298K p（H 2） 289kPa 3.00L p 82.6kPa 289kPa 372kPa( 四舍五入) 通电时0.100mol O 2只与0.200molH2 反应生成0.200molH2 O，而剩余0.150molH 2。 液态水所占的体积与容 器体积相比可忽略不计 ，但由此产生的饱和水 蒸气却必须考虑。 因此反应后 0.150mol 8.315kPa L mol-1 K -1 298K p（H 2） 124kPa 3.00L P（H 2 O） 3.17kPa p 124kPa 3.17kPa 127kPa(四舍五入)
无机及分析 化学
第一章 气体和溶液
1.1 气体 1.1.1 理想气体状态方程
概念：分子本身不占体积，分子间没有相互作用力的气体称为理想气体。 低压状态下可以看做理想气体，所遇到的实际情况都不是理想气体。 理想气体状态方程： pV=nRT p 代表了气体的压力 V 代表了气体的体积
T 代表了气体的温度
• 解：
mRT 0.118g 8.315kPa L mol-1 K -1 298K -1 M 16 . 0 g mol pV 73.3kPa 250 10-3 L 所以该气体的相对分子 质量为 16.0g mol-1。
第1章气体、液体和胶体
第1章气体、液体和胶体1．有一煤气罐容积为100L ，27℃时压力为500kPa ，经气体分析，煤气中含CO 的体积分数0.600，H 2的体积分数0.100，其余气体的体积分数为0.300，求此储罐中CO 、H 2的物质的量。
解：n ===20.047mol RT PV )27273(314.8500100+××X CO ==0.6总n n CO =20.074×0.6=12.028molCO n =20.074×0.1=2.005mol2H n 2．含甲烷和乙烷的混合气体，在20℃时，压力为100kPa 。
已知混合气体中含甲烷与乙烷质量相等，求它们的分压。
解：设甲烷质量为x 克==4CH n 16x 62H C n 30x =4CH p VRTn 4CH =62H C p V RT n 62H C ===624H C CH p p 644H C CH n n 1630815P 总＝＋4CH p 62H C p ＝65.22kPa4CH p ＝34.78kPa62H C p 3．在20℃时，用排水取气法收集到压力为100kPa 的氢气300cm 3，问去除水蒸气后干燥的氢气体积有多大。
解：20℃P=100kPa,v=0.3L20℃时水的饱和蒸汽压为2.33kPaV 总＝P 总(干燥)2H p 2H V（100－2.33）×0.3=100×(干燥)2H V ＝＝293mL 2H V 1003.067.97×4.已知浓硫酸的相对密度为1.84g/mL ，其中H 2SO 4含量约为96%，求其浓度为多少？如何配置1L 浓度为0.15mol/L 硫酸溶液？解：==18.02mol/L 42SO H c 9896.084.11000××配置1L 浓度为0.15mol/L 硫酸溶液应取18.02mol/L 的浓硫酸：V==8.34mL 02.1815.01000×5．用作消毒剂的过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为0.03，该溶液的密度为1.0g/mL ，计算这种水溶液中过氧化氢的质量摩尔浓度、物质的量浓度和物质的量分数。
无机化学第一章气体
p = p1 + p2 + 或 p = pB
无机化学第一章气体
p1
n1 RT V
,
p2
n2 RT V
,
pn 1 V R T n 2 V R T n 1n 2 R VT
n =n1+ n2+
p
nRT V
无机化学第一章气体
分压的求解：
pB
nB RT V
p
nRT V
pB p
nB n
xB
pB
nB n
规律：各组分气体分别遵循理想气体状态方程。 即： PVB = nBRT
分体积定律：混合气体的总体积等于混合气体中
各组分气体的分体积之和。
V = V1 + V2 +
或
V = VB
无机化学第一章气体
V n1RT n2 RT
p
p
n1
n2
RT
p
nRT p
VB V
nB n
B
—称为组分B的体积分数
pB p
xB
VB V
B
,
VB B V
结论：某组分气体的分体积等于混合气体的总体 积和该组分气体的体积分数(摩尔分数)的乘积。
Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g)
65.39g
1mol
m(Zn)=?
0.0964mol
m(Zn) =
65.39g 0.0964mol 1mol
= 6.30g
答：（略）
无机化学第一章气体
*1.2.2 分体积定律
分体积： 混合气体中某一组分B的分体积VB是该组
份单独存在并具有与混合气体相同温度和压力 时所占有的体积。
无机化学第一章气体
p1
n1 RT V
,
p2
n2 RT V
,
pn 1 V R T n 2 V R T n 1n 2 R VT
n =n1+ n2+
p
nRT V
无机化学第一章气体
分压的求解：
pB
nB RT V
p
nRT V
pB p
nB n
xB
pB
nB n
规律：各组分气体分别遵循理想气体状态方程。 即： PVB = nBRT
分体积定律：混合气体的总体积等于混合气体中
各组分气体的分体积之和。
V = V1 + V2 +
或
V = VB
无机化学第一章气体
V n1RT n2 RT
p
p
n1
n2
RT
p
nRT p
VB V
nB n
B
—称为组分B的体积分数
pB p
xB
VB V
B
,
VB B V
结论：某组分气体的分体积等于混合气体的总体 积和该组分气体的体积分数(摩尔分数)的乘积。
Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g)
65.39g
1mol
m(Zn)=?
0.0964mol
m(Zn) =
65.39g 0.0964mol 1mol
= 6.30g
答：（略）
无机化学第一章气体
*1.2.2 分体积定律
分体积： 混合气体中某一组分B的分体积VB是该组
份单独存在并具有与混合气体相同温度和压力 时所占有的体积。
物理化学第一章气体
3、电动势的测定及应用 4、乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定
17
18
第一章 气体的pVT关系
1.了解理想气体的微观模型，能熟练使用理 想气体的状态方程 2.理解气体的液化和临界参数 3.了解真实气体的状态方程及对应状态原理 与压缩因子图 重点： 理想气体的状态方程、微观模型、 临界参数。 难点：对应状态原理与压缩因子图。
1
问题：1.理想气体的状态方程式主要有哪些 应用？ 2.何为理想气体混合物？在理想气体混合物中 某组分的分压是如何定义的？其物理意义如何，如 何计算？ 3.何为纯液体的饱和蒸气压？它与哪些因素
有关？
2
3
1.分子之间无相互作用力 2.分子本身不占有体积
状态方程 理想气体 分压及分体积定律 气体 液化及临界现象 实际气体 对应状态原理及压缩因子图 状态方程
如何变成理 想气体？
4
1.1 理想气体的状态方程
pV nRT
导出公式：
M mRT / pV
pM / RT
例：六氟化铀UF6是密度很大的一种气体，求在
适合条件:理想气体或低压下的真实气体
6
1.分子之间无相互作用力 2.分子本身不占有体积
状态方程 理想气体 分压及分体积定律 气体
液化及临界现象
实际气体 状态方程 对应状态原理及压缩因子图
7
1.3 气体的液化及临界参数
饱和蒸气压：指定温度下，密闭系统中某物质处 于气液平衡共存时其蒸气的压力。
临界参数：
9
b.求真实气体的压缩因子Z
真实气体的pVT关系： 对比参数： 对比压力: pr =p/pc
pVm ZRT
对比温度: Tr =T/Tc
对比体积: Vr =Vm/ Vm，c
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第一章 气体的pVT关系
1.了解理想气体的微观模型，能熟练使用理 想气体的状态方程 2.理解气体的液化和临界参数 3.了解真实气体的状态方程及对应状态原理 与压缩因子图 重点： 理想气体的状态方程、微观模型、 临界参数。 难点：对应状态原理与压缩因子图。
1
问题：1.理想气体的状态方程式主要有哪些 应用？ 2.何为理想气体混合物？在理想气体混合物中 某组分的分压是如何定义的？其物理意义如何，如 何计算？ 3.何为纯液体的饱和蒸气压？它与哪些因素
有关？
2
3
1.分子之间无相互作用力 2.分子本身不占有体积
状态方程 理想气体 分压及分体积定律 气体 液化及临界现象 实际气体 对应状态原理及压缩因子图 状态方程
如何变成理 想气体？
4
1.1 理想气体的状态方程
pV nRT
导出公式：
M mRT / pV
pM / RT
例：六氟化铀UF6是密度很大的一种气体，求在
适合条件:理想气体或低压下的真实气体
6
1.分子之间无相互作用力 2.分子本身不占有体积
状态方程 理想气体 分压及分体积定律 气体
液化及临界现象
实际气体 状态方程 对应状态原理及压缩因子图
7
1.3 气体的液化及临界参数
饱和蒸气压：指定温度下，密闭系统中某物质处 于气液平衡共存时其蒸气的压力。
临界参数：
9
b.求真实气体的压缩因子Z
真实气体的pVT关系： 对比参数： 对比压力: pr =p/pc
pVm ZRT
对比温度: Tr =T/Tc
对比体积: Vr =Vm/ Vm，c
人教版 选修1-2 高二物理 第一章 1.4气体 教学课件(共44张PPT)
解： 化学反应完成后，硝酸甘油释放 的总能量为
Ｗ＝ｍＵ， 设反应后气体的温度为Ｔ，根据题意，有 Ｗ＝Ｑ（Ｔ－Ｔ０）， 器壁所受的压强为 ｐ＝ＣＴ／Ｖ０， 联立以上各式并代入数据，得 ｐ＝3．4×10８ＰA．
7.某压缩式喷雾器储液桶的容量是5.7×10-3m3 ．往桶内倒入4.2×10-3m3的药液后开始打气， 打气过程中药液不会向外喷出．如果每次能打 进2.5×10-4m3的空气，要使喷雾器内空气的压 强达到4标准大气压应打气几次？这个压强能 否使喷雾器内的药液全部喷完？（设大气压强 为1标准大气压）
可以发现秤指针的读数更大。 钢珠的动能越大，对秤盘产生额压力越大
结论
气体压强的大小与两个因 素有关：一是气体分子的 平均动能；二是分子的密 集程度。
注意
1.气体的平均动能越大，分子撞击容器壁 时产生的作用力越大，气体的压强就越大; 温度是分子平均动能的标志，所以气体的 压强就和温度有关。 2.气体越密集，每秒撞击容器壁单位面积 的分子越多，气体压强越大。一定质量的 气体，体积越小，分子越密集，因此气体 压强与体积有关。
4.气体分子的速率分布 和统计规律
根据这个图表我们可以发现温度较高时，速率较大的分 子占得比例大一些，速率小的分子占得比例小一些，对于 一定种类的大量分子来说，在一定温度下，处于一定速率 范围呢的分子数所占的百分比是确定的，呈现一定的规律，
即统计规律。
让我们通过实验来理解统计规律
伽尔顿板
向入口投入大量的小球，观察小球 落下后在槽内的分布。用数量级不 同的小球反复该实验。
气体压强 就是气体
对于容器壁的压强，在国际
名
制中，压强的单位是帕斯卡，
词
简称帕，符号式Pa。
解
无机化学第一章气体
P理想 = P实际 + a(n/V)2
例题：分别按理想气体状态方程和范德华方程计算 1.50mol SO2在30摄氏度占有20.0L体积时的压力，并 比较两者的相对误差dr。如果体积减少为2.00L，其 相对误差又如何？ 解：已知：T =303K，V=20.0L，n=1.50mol， a=0.6803Pa ·m6 ·mol-2=0.6803 103kPa ·L2 ·mol-2 b=0.563610-4m3 ·mol-1 =0.05636 L ·mol-1
答：（略）
§1.4 真实气体
真实气体与理想气体的运动状态不同，存在偏 差。
产生偏差的主要原因是： ①气体分子本身的体积的影响； (分子本身有大小、占有体积，有时不能忽略) ②分子间力的影响。
（分子间存在相互吸引力，对器壁压力减小）
理想气体状态方程仅在温度不太低、压力不太高的情
况下适合于真实气体。否则必须对体积和压力进行校正。
即
PBV = nBRT
分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组 分气体分压之和。 p = p1 + p2 +
或
p = pB
n1 RT p1 , V
n 2 RT p2 , V
n1RT n2 RT RT p n1 n2 V V V
n =n1+ n2+
分压定律的应用
例题：用金属锌与盐酸反应制取氢气。在25℃下,用排水
集气法收集氢气，集气瓶中气体压力为98.70kPa（25℃时, 水的饱和蒸气压为3.17kPa），体积为2.50L，计算反应中消
耗锌的质量。
解： T =(273+25)K = 298K
p= 98.70kPa V=2.50L 298K时，p(H2O)=3.17kPa Mr (Zn)=65.39