物理化學核心教程1

1、上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 物理化學核心教程電子課件第一章 氣體上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 第一章 氣體1.1 低壓氣體的經驗定律1.2 理想氣體及其狀態(tài)方程1.3 理想氣體混合物1.4 真實氣體的液化 1.5 真實氣體的狀態(tài)方程 上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.1 低壓氣體的經驗定律1. boyle 定律2. charles-gay-lussac 定律3. avogadro 定律上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1. boyle 定律在較低壓力下,保持氣體的溫度和物質的量不變,氣體的體積與壓力的乘積為常數(shù)。,

2、tn不變1vppvcp1p2pv2v1v1 122pvp v上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 2. charles-gay-lussac 定律0273.15/273.15tvv保持氣體的壓力和物質的量不變,氣體的體積與熱力學溫度成正比。, pn不變0/1273.15tvv273.15/ ktt1212vvcttvt00tvvt上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 3. avogadro 定律在相同溫度和壓力下，相同體積的任何氣體，含有的氣體分子數(shù)相同。, tp不變vnvcn相同的t，p下 1 mol 任何氣體所占有的體積相同。上一內容下一內容回主目錄o返回2021-

3、10-9 1.2 理想氣體及其狀態(tài)方程1. 理想氣體的微觀模型2. 理想氣體的狀態(tài)方程上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1. 理想氣體的微觀模型 理想氣體分子之間的相互作用可忽略不計 理想氣體分子的自身體積可忽略不計 高溫和低壓下的氣體近似可看作理想氣體 難液化的氣體適用的壓力范圍較寬 例如,2he(g), h (g) 在較大的壓力范圍內都可以作為理想氣體處理。上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 2. 理想氣體的狀態(tài)方程 聯(lián)系p, v, t 三者之間關系的方程稱為狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程為pvnrtmpvrt118.314 j molkr摩爾氣體常量上一內容下一

4、內容回主目錄o返回2021-10-9 2. 理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程的推導mpvrtpvct111,p v t 任意變化222,p v t221,p v t(1)等溫(2)等壓(1)1122,p vp v(2)2212vvtt1 12212pvp vctt由(1)(2)得:m1 mol, , nvvcrpvnrt上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 2. 理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體的摩爾氣體常量rpvnt的準確數(shù)值可以由實驗測定。r在不同溫度下0p 時，當33101325 pa22.413 10 m1 mol 273.15 k118.314 j molkmpv 同一數(shù)值

5、上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.3 理想氣體混合物1. 混合物組成表示法2. dalton 分壓定律3. amagat 分體積定律上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.3 理想氣體混合物氣體混合物 若干種氣體混合在一起，形成均勻的氣體混合物上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.3.1 混合物組成表示法1. b 的摩爾分數(shù)bbaanxnbx稱為b的摩爾分數(shù)或物質的量分數(shù)單位為1bxaan混合物中所有物質的量的加和by表示氣相中b的摩爾分數(shù)上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.3.1 混合物組成表示法2. b 的體積分數(shù)*bm,

6、bb*am,aax vx vb稱為b的體積分數(shù)單位為1b混合前純b的體積混合前各純組分體積的加和*bm,bx v*am,aax v上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.3.1 混合物組成表示法3. b 的質量分數(shù)bbaamwmbw稱為b的質量分數(shù)單位為1bwb組分的質量混合物中所有物質質量的加和bmaam上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.3.2 dalton 分壓定律bb(1) n rtpvb的分壓等于相同t，v 下單獨存在時的壓力12kbb(2) ppppp總壓等于相同t，v 下，各組分的分壓之和bbb(3) pnxpn上一內容下一內容回主目錄o返回202

7、1-10-9 1.3.3 amagat 分體積定律在相同的溫度 t 和總壓力 p 的條件下*12bb(1) kvvvvv v，p是系統(tǒng)的總體積和壓力，amagat 分體積定律原則上只適用于理想氣體*bbb(2) vnxvn上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.4 真實氣體的液化1. 液體的飽和蒸汽壓2. 臨界狀態(tài)3. 真實氣體的p-vm圖上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.4.1 液體的飽和蒸汽壓在密閉容器內,蒸發(fā)與凝聚速率相等時,在一定溫度下,這時蒸汽的壓力,稱為達氣-液平衡,該溫度時的飽和蒸汽壓 p p外 tb t飽和蒸汽壓是物質的性質上一內容下一內容回主

8、目錄o返回2021-10-9 1.4.2 臨界狀態(tài)臨界溫度在該溫度之上無論用多大壓力,無法使氣體液化 p p外 tb tct臨界狀態(tài)ccm,c, tpv氣-液界面消失,混為一體臨界參數(shù)高于 稱為超臨界流體ct超臨界流體上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.4.3 真實氣體的 p-vm 圖pgl1g1l1l2t2g1gct3t2lcmv1t上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.4.3 真實氣體的 p-vm 圖pgl1g1l1l2t2g1gct3t2lcccm,c, tpvc為臨界點cm0tpvc22m0tpvmv1t上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9

9、 1.5 真實氣體的狀態(tài)方程1. van der waals 方程2. 從臨界參數(shù)求 a, b 值 3. van der waals 方程的應用4. virial 型方程上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.5.1 van der waals 方程 荷蘭科學家 van der waals 對理想氣體狀態(tài)方程作了兩項修正：（1）1 mol 分子自身占有體積為 b（2）1 mol 分子之間有作用力，即內壓力2m/a vvan der waals 方程為：m2mapvbrtv上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.5.1 van der waals 方程van der

10、waals 方程為：m2mapvbrtv22n apvnbnrtv或 a，b 稱為van der waals 常數(shù)a 的單位：62pa mmolb 的單位：31mmol上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.5.2 從臨界參數(shù)求 a, b 值van der waals 方程改寫為：2mmrtapvbvcc23mm,cm,c20trtpavvvbm,c3vbc2c324mm,cm,c260trtpavvvbc827atrbc227apbcm,cc83p vrtccm,c82.6673rtp v上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.5.3 van der waals方

11、程的應用(2) 已知 的值， , a b(1) 計算 等溫線 mpv氣-液平衡線出現(xiàn)極大值和極小值, , p v t 找出真實氣體 之間的關系上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 1.5.4 virial 方程2(1) pvabpcp, , , , , , a b cabc式中：2(2) bcpvavv 稱為第一、第二、第三、virial系數(shù)上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題1如何使一個尚未破裂而被打癟的乒乓球恢復原狀？ 采用了什么原理？上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題答：答： 將打癟的乒乓球浸泡在熱水中，使球壁變軟，球中空氣受熱膨脹，

12、可使其恢復球狀。 采用的是氣體熱脹冷縮的原理上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題2在兩個密封、絕熱、體積相等的容器中，裝有壓力相等的某種理想氣體。試問，這兩容器中氣體的溫度是否相等？上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題 不一定相等。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程,若物質的量相同，則溫度才會相等。答：答：上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題3 兩個容積相同的玻璃球內充滿氮氣，兩球中間用一玻管相通，管中間有一汞滴將兩邊的氣體分開。當左球的溫度為273k，右球的溫度為293k時，汞滴處在中間達成平衡。試問： (1)若將左球溫度升高10k，中間汞滴向哪

13、邊移動？ (2)若兩球溫度同時都升高10k, 中間汞滴向哪邊移動？273k293k上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題答：答： （1）左球溫度升高，氣體體積膨脹，推動汞滴向右邊移動。 （2）兩球溫度同時都升高10k，汞滴仍向右邊移動。因為左邊起始溫度低，升高10k所占比例比右邊大，283/273大于303/293，所以膨脹的體積（或保持體積不變時增加的壓力）左邊比右邊大。上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題4在大氣壓力下，將沸騰的開水迅速倒入保溫瓶中，達保溫瓶容積的0.7左右，迅速蓋上軟木塞，防止保溫瓶漏氣，并迅速放開手。請估計會發(fā)生什么現(xiàn)象？上一內容下

14、一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題答：答： 軟木塞會崩出。這是因為保溫瓶中的剩余氣體被熱水加熱后膨脹，當與迅速蒸發(fā)的水汽的壓力加在一起，大于外面壓力時，就會使軟木塞崩出。如果軟木塞蓋得太緊，甚至會使保溫瓶爆炸。防止的方法是灌開水時不要太快，且要將保溫瓶灌滿。上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題5當純物質的氣、液兩相處于平衡時，不斷升高平衡溫度，這時處于平衡狀態(tài)的氣-液兩相的摩爾體積將如何變化？上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題答：答： 升高平衡溫度，純物的飽和蒸汽壓也升高。但由于液體的可壓縮性較小，熱膨脹仍占主要地位，所以液體的摩爾體積會隨

15、著溫度的升高而升高。 而蒸汽易被壓縮，當飽和蒸汽壓變大時，氣體的摩爾體積會變小。隨著平衡溫度的不斷升高，氣體與液體的摩爾體積逐漸接近。當氣體的摩爾體積與液體的摩爾體積相等時，這時的溫度就是臨界溫度。上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題6. 有一種氣體的狀態(tài)方程為:mpvrtbp(b為大于零的常數(shù))試分析這種氣體與理想氣體有何不同？ 將這種氣體進行真空膨脹，氣體的溫度會不會下降？上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題答：答： 將氣體的狀態(tài)方程改寫為:m()p vbrt 與理想氣體的狀態(tài)方程相比，只校正了體積項，未校正壓力項。說明這種氣體分子自身的體積不能忽略，而分子之間的相互作用力可以忽略不計。所以，將這種氣體進行真空膨脹時，溫度不會下降。上一內容下一內容回主目錄o返回2021-10-9 思考題 7. 如何定義氣體的臨界溫度和臨界壓力？上一內容下一內容回主