氣體及其pVT性質

第一章氣體及其pVT性質一、什么就是物理化學應用物理學原理和方法研究有關化學現象和化學過程得一門科學。物理化學就是從物質得物理現象與化學現象得聯(lián)系入手來研究化學變化基本規(guī)律得一門科學。2024/1/22WhatisPhysicalChemistry?

Chemistry

workswithanenormousnumberofsubstance……;itisanextensivescience、Physicsontheotherhandworkswithratherfewsubstance……;itisanintensivescience、Physicalchemistryisthechildofthesetwosciences;ithasinheritedtheextensivecharacterfromchemical、Uponthisdependsitsall–embracingfeature,withhasattestedsogreatadmiration、Physicalchemistrymayberegardedasanexcellentschoolofexactreasoningforallstudentsofnaturalscience、

ArrheniusSA2024/1/23化學變化總伴隨著物理變化

例如:化學反應中常伴有能量得吸收或放出,有壓力、溫度、密度、形態(tài)等得變化,有光得發(fā)射或吸收,有聲響,有電動勢、電流等……物理條件得變化也影響著化學變化例如:壓力、溫度、濃度等變化對化學變化有影響

化學現象與物理現象之間有著密切聯(lián)系。物理化學研究得正就是這種聯(lián)系,從而找出化學反應中具有普遍性得規(guī)律。一、什么就是物理化學2024/1/24二、物理化學得內容化學變化得能量守恒:熱力學第一定律化學變化得方向和限度:熱力學第二定律化學反應進行得速度化學反應進行得具體步驟---機理化學性質與微觀結構之間得關系化學熱力學化學動力學結構化學2024/1/25三、物理化學得研究方法實驗得方法研究化學反應隨時間得變化規(guī)律;研究化學平衡得規(guī)律;研究物質性質與外界條件得關系;測定各種物理化學常數;除常用得化學實驗外,常用物理學中得一系列實驗方法:測溫度、壓力、濃度,觀顏色、聲現象,測電流、磁場等。經典熱力學統(tǒng)計熱力學量子力學理論得方法2024/1/26四、物理化學得研究內容和學習方法物理化學得內容包括:1、氣體;2、熱力學第一定律;3、熱力學第二定律;4、多組分系統(tǒng)熱力學;5、化學平衡;6、相平衡;7、電化學;8、統(tǒng)計熱力學初步;9、表面化學;10、化學動力學;11、特殊反應動力學;12、膠體化學。物理化學得學習方法:1、實驗得方法:學會從實驗得結果中總結出規(guī)律性得結論,再用于實踐;2、物理化學就是研究規(guī)律性得一門學科,在學習中學會善于思考、學會歸納和總結,從思考和總結中掌握物理化學基本原理。2024/1/27五、如何學好物理化學物理化學課得特點:

1、理論性強、有得概念相當抽象。

2、各章節(jié)相互聯(lián)系密切。

3、理論與計算并重。

4、大部分公式都有使用條件和適用范圍。要求:

1、認真聽講、及時復習,做好習題、思考題。

2、了解各章節(jié)重點、難點,注意概念之間得聯(lián)系,3、要注意每個公式得應用條件,切忌死記硬背。

4、要有一定得數學、物理基礎。2024/1/28六、物理量得表示及運算物理量=數值

單位如:壓力p=101、325kPa1、物理量常用特定符號表示,該符號即包括數值又包括單位;2、用物理量表示得方程式中,有加、減、比較時,要求量綱、單位相同。3、對數、指數中得變量應當就是純數而不就是物理量。例如:ln(X/[X])、ｅx/[x]。4、作圖、列表應當用純數。5、國際單位制常用得物理量:長度:m(米),質量:kg(千克),時間:s(秒),壓力:Pa(帕斯卡),能量:J(焦耳)。2024/1/29第一章氣體及其pVT性質§1-1理想氣體狀態(tài)方程及微觀模型§1-2道爾頓定律和阿馬格定律§1-3實際氣體得p、V、T性質§1-4范德華方程與維里方程§1-5實際氣體得液化與臨界性質§1-6對比狀態(tài)原理與壓縮因子圖2024/1/210一、理想氣體狀態(tài)方程二、氣體常數R三、理想氣體定義及微觀模型四、理想氣體p、V、T性質計算§1-1理想氣體狀態(tài)方程及微觀模型2024/1/2111、分子之間有一定距離;2、分子之間有相互作用力;3、分子不停地作無規(guī)則得熱運動。氣體:當分子之間得相互引力不足以克服分子無規(guī)則運動得分離傾向時,可充滿任意空間。固體:分子之間得引力較大,把分子束縛在固定得平衡位置上,不能分離得很遠。液體:介于如上兩者之間。知識準備:物質得三態(tài)2024/1/212大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點一、理想氣體狀態(tài)方程1、三個低壓定律波義爾定律:n、T一定p∝1/VpV=常數蓋—呂薩克定律:n、p一定V∝TV/T=常數阿費加德羅定律:T、p一定V∝nV/n=常數

且T=273、15Kp=101、325kPa時,1mol氣體

Vm=22、4×10-3m3

由三個低壓定律可導出理想氣體狀態(tài)方程2、理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT或pVm=RT單位:p—PaV—m3T—Kn—mol2024/1/214二、氣體常數R對實際氣體p

0時,符合理想氣體方程,T一定時

R=8、314J?mol-1?K-1R=0、08206atm?l?mol-1?K-1

在

pVm～p圖上畫線,

T一定時pVm～p關系曲線外推至p→0pVm為常數

Ne理想氣體O2CO2p/[p]pVm/[J.mol-1]2271.112024/1/215三、理想氣體定義及微觀模型對實際氣體討論:

p0時符合理想氣體行為一般情況低壓下可近似認為就是理想氣體溫度越高、壓力越低,越符合理想氣體

宏觀定義微觀模型凡在任何溫度、任何壓力均符合理想氣體狀態(tài)方程(pV=nRT)得氣體,稱為理想氣體。分子本身不占體積,分子間無相互作用力。2024/1/216四、理想氣體p、V、T性質計算１、p、V、T、n知三求一２、計算質量ｍ、密度、體積流量、質量流量等。如:＝m／V＝ｎ?M／V＝pM／(RT)３、兩個狀態(tài)之間得計算。當ｎ一定時:p1V1/T1=p2V2/T22024/1/217§1-2道爾頓定律和阿馬格定律一、道爾頓分壓定律二、阿馬格分體積定律三、兩者關系2024/1/218一、道爾頓分壓定律1、分壓定義:

混合氣體中某組份B單獨存在,且具有與混合氣體相同得溫度、體積時所產生得壓力稱為組份B得分壓。用PB表示。

+TVTVTV2、道爾頓分壓定律:混合氣體得總壓等于各組分單獨存在于混合氣體T、V條件下產生得壓力總和。(適用于低壓氣體):

推論:pB=p·yB

nA,pA,nB,pBnA+nB,p總2024/1/219二、阿馬格分體積定律1、分體積定義混合氣體中某組份B單獨存在,且具有與混合氣體相同得溫度、壓力時所得體積稱為組份B得分體積。用VB表示。

T,pT,pT,p2、阿馬格分體積定律:混合氣體得總體積,等于混合氣體各組分單獨存在于混合氣體T、p條件下得體積之和。(適用于低壓氣體):

推論:VB=V·yBnA+nB,v總nA,VAnB,VB2024/1/220三、兩者關系注意:pＢV＝nＢRT

pVＢ＝nＢRT

pV＝nRT

但就是pＢVＢ≠nＢRT2024/1/221§1-3實際氣體得液化與臨界性質一、飽和蒸汽壓得概念P水(g）水(l)溫度T

當水與水蒸汽達成動態(tài)平衡時,p為溫度T時得飽和蒸汽壓。且飽和蒸汽壓隨溫度得變化而變化。2024/1/222二、真實氣體在p～Vm圖上得等溫線P溫度TCO2§1-3實際氣體得液化與臨界性質2024/1/2231、T>tc氣體不可液化——一段光滑曲線2、T=tc氣體可液化得最高溫度——兩段光滑曲線中間有拐點,C點3、T<tc氣體可以液化水平線氣液共存較陡得線為液體線較平得線為氣體線CO2氣體在p

～Vm圖上得等溫線分析:§1-3實際氣體得液化與臨界性質2024/1/224

p/[P]V/[V]液氣汽-液汽從CO2得p-Vm圖中可以看出分如下幾個區(qū)域§1-3實際氣體得液化與臨界性質2024/1/225分析CO2得液化曲線可得到如下結論:

C點為臨界點,pC、VC、TC分別為臨界壓力、臨界體積、臨界溫度。

CO2得pC=73967、25kPa;VC=0、0957dm3/mol;TC=31、04℃臨界點C有如下特點：高于臨界溫度，氣體不能液化；臨界點處VC(g)=VC(l);臨界點C處：§1-3實際氣體得液化與臨界性質2024/1/2261、壓縮因子真實氣體得pVT行為偏離理想氣體行為,引入壓縮因子Z:Z=pV/(nRT)Z=pVm/(RT)Z1.0p/[Pa]CH4H2NH3理想氣體Z=1真實氣體與理想氣體沒有偏差Z>1真實氣體比理想氣體難壓縮Z<1真實氣體比理想氣體易壓縮§1-4范德華方程與維里方程

一、真實氣體得pVT性質2024/1/227CH4得Z-p圖:Zp/[Pa]1.0-70℃20℃200℃同一物質,不同溫度下有不同得pVT行為。1、p

0,Z

1;2、p較大時分子之間表現排斥力Z>1,難壓縮;3、p較小時分子之間表現吸引力Z<1,易壓縮。2024/1/228二、真實氣體得pVm-p圖及波義爾溫度在波義爾溫度下,當壓力趨于零時,pVm-p等溫線得斜率為零。波義爾溫度得定義為:pVmpT>TBT=TBT<TB引力作用占主導地位體積效應起主導作用2024/1/229三、范德華方程由理想氣體pVm=RT

進行壓力和體積修正得到范德華方程(分子之間無相互吸引力表觀壓力)(1mol分子得自由活動空間)=RTp(理)>p(真)p(理)=p(真)+p(內)p(內):正比于分子間作用力得大小,正比于碰撞在單位面積上得分子數。ab如上兩因素均于分子體積成反比,因此有:p(內)=a/Vm2壓力修正2024/1/2301mol分子得自由活動空間=Vm–4(1mol分子本身得體積)4倍得1mol分子本身得體積=4(LπR3/6)=bVm(理)=Vm(真)-babR2、體積得修正ab兩球碰撞時質心得最小距離為R,4/3πR3,每個分子得排除空間為(1/2)(4/3πR3)即4

4/3π(R/2)3∴范德華