理想氣體狀態(tài)方程

1、 熱氣球 熱氣球 00-7-222 在氣液固三種聚集狀態(tài)中在氣液固三種聚集狀態(tài)中, 氣體最容易用分子模型進(jìn)行研究氣體最容易用分子模型進(jìn)行研究. 在物質(zhì)的眾多宏觀性質(zhì)中在物質(zhì)的眾多宏觀性質(zhì)中, p, V, T三者意義明確三者意義明確, 易于測量易于測量. 下列函數(shù)關(guān)系稱為下列函數(shù)關(guān)系稱為狀態(tài)方程狀態(tài)方程: f ( p, V, T, n ) = 0 氣體具有易壓縮性氣體具有易壓縮性, 體積受壓力和溫度的影響很大體積受壓力和溫度的影響很大. 氣體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)氣體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) NH3(g)和 和HCl(g)在空中在空中 化合成化合成NH4Cl(s) 高氯酸銨分解放出大量 高氯酸銨分解放出大量

2、氣體氣體, 用于作火箭推進(jìn)劑用于作火箭推進(jìn)劑 引言引言 00-7-223 Amedeo Avogadro (1776 1856) an Italian Robert Boyle (1627 1691) Born in Ireland Joseph Gay-Lussac (1778 1850) Frenchman 氣體理論的三位奠基者氣體理論的三位奠基者: 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 00-7-224 波義爾定律波義爾定律 pV = 常數(shù)常數(shù) (n, T 恒定恒定) 燒杯里的鉛的重量增加燒杯里的鉛的重量增加, 針管里的氣體體積減小針管里的氣體體積減小 隨著燒瓶里的氣體被隨著燒瓶里的氣體被

3、抽出抽出, 藥用蜀葵內(nèi)含的藥用蜀葵內(nèi)含的 氣體體積膨脹氣體體積膨脹 玻義爾玻義爾 J 管管 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 波義耳定律的一個(gè)應(yīng)用波義耳定律的一個(gè)應(yīng)用 氣壓水井氣壓水井 00-7-225 蓋蓋 呂薩克定律呂薩克定律 V / T = 常數(shù)常數(shù) (n, p 恒定恒定) 阿伏加德羅定律阿伏加德羅定律 V / n = 常數(shù)常數(shù) (T, p 恒定恒定) 氣球在液氮?dú)馇蛟谝旱?冷卻作用下冷卻作用下 體積減小體積減小 相同質(zhì)量相同質(zhì)量, 溫度溫度 和壓力時(shí)和壓力時(shí)He 和和 Ar 具有不同的具有不同的 體積體積(和密度和密度). 兩種氣體的兩種氣體的 體積與其物質(zhì)體積與其物質(zhì) 的量成正比的量

4、成正比. He 0.6g/L Ar 1.6g/L 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程: 上述三經(jīng)驗(yàn)定律相結(jié)合上述三經(jīng)驗(yàn)定律相結(jié)合, 得到得到 pV = nRT 式中式中 R 為摩爾氣體常數(shù)為摩爾氣體常數(shù), 單位單位 J mol 1 K1 . 00-7-226 理想氣體模型理想氣體模型 任何物質(zhì)內(nèi)部分子之間都存在著相互作用任何物質(zhì)內(nèi)部分子之間都存在著相互作用. 吸引力吸引力(范德華力范德華力): 產(chǎn)生于永久偶極產(chǎn)生于永久偶極, 誘導(dǎo)偶極及色散效應(yīng)誘導(dǎo)偶極及色散效應(yīng). 排斥力排斥力: 產(chǎn)生于兩個(gè)分子的電子云之間和原子核之間產(chǎn)生于兩個(gè)分子的電子云之間和原子核之間. 按

5、蘭納德按蘭納德-瓊斯理論瓊斯理論, 兩個(gè)分子間的排斥作用和吸引作用兩個(gè)分子間的排斥作用和吸引作用 分別與距離分別與距離r 的的12次方和次方和6次方成反比次方成反比, 總的作用勢(shì)能為總的作用勢(shì)能為: 126 r B r A EEE 排排斥斥吸吸引引 兩分子相距較遠(yuǎn)時(shí)兩分子相距較遠(yuǎn)時(shí), 勢(shì)能幾乎為零勢(shì)能幾乎為零; 隨著隨著r 減小減小, 吸引力逐漸增強(qiáng)吸引力逐漸增強(qiáng), 勢(shì)能勢(shì)能 逐漸下降逐漸下降; 當(dāng)當(dāng)r 減至減至r0時(shí)時(shí), 吸引作用達(dá)到最大吸引作用達(dá)到最大, 勢(shì)能降到最低值勢(shì)能降到最低值; r 進(jìn)一步減小進(jìn)一步減小, 勢(shì)能增大勢(shì)能增大, 排斥力急排斥力急 劇增大劇增大. 當(dāng)當(dāng)r = 時(shí)時(shí), 勢(shì)

6、能恰好為零勢(shì)能恰好為零. 00-7-227 理想氣體理想氣體: 凡在任何溫度凡在任何溫度, 壓力下均服從理想氣體狀態(tài)方程壓力下均服從理想氣體狀態(tài)方程 的氣體稱為理想氣體的氣體稱為理想氣體. 理想氣體的兩個(gè)特征理想氣體的兩個(gè)特征: (1)分子本身必定不占有體積分子本身必定不占有體積; (2)分子間無相互作用分子間無相互作用. 解釋解釋: (1) T 恒定時(shí)恒定時(shí), pVm = 常數(shù)常數(shù), 意味著意味著 p , Vm 0. (2) p = (n/V)RT, 表明在恒溫下表明在恒溫下, 氣體分子碰撞器壁的壓氣體分子碰撞器壁的壓 力與分子數(shù)密度成簡單的比例關(guān)系力與分子數(shù)密度成簡單的比例關(guān)系, 可見每一

7、分子碰可見每一分子碰 撞器壁的動(dòng)量變化不受氣體密度撞器壁的動(dòng)量變化不受氣體密度(或氣體分子間距或氣體分子間距)的的 影響影響, 而這只有在分子間沒有相互作用時(shí)才有可能而這只有在分子間沒有相互作用時(shí)才有可能. 理想氣體狀態(tài)方程近似適用于低壓實(shí)際氣體理想氣體狀態(tài)方程近似適用于低壓實(shí)際氣體. 易液化氣易液化氣 體的適用壓力范圍較窄體的適用壓力范圍較窄, 難液化氣體則相對(duì)較寬難液化氣體則相對(duì)較寬. 理想氣體模型理想氣體模型 00-7-228 R = pVm/T 只適用于理想氣體只適用于理想氣體, 故不能從任意條件下的故不能從任意條件下的 實(shí)際氣體的實(shí)測實(shí)際氣體的實(shí)測 pVT 數(shù)據(jù)求得數(shù)據(jù)求得. 理想氣體在理想氣體在273.15K時(shí)的時(shí)的 pVm = 2271.11 J mol 1 ;