气体实验定律和理想气体的定义.doc

气体实验定律气体实验定律，即关于气体热学行为的5个基本实验定律，也是建立理想气体概念的实验依据。这5个定理分别是：玻意耳定理、盖吕萨克定律、查理定律、阿伏伽德罗定律、道耳顿定律。玻意耳定律一定质量的气体，当温度保持不变时，它的压强p和体积V的乘积等于常量，即 pV常量式中常量由气体的性质、质量和温度确定。 盖吕萨克定律一定质量的气体，当压强保持不变时，它的体积V随温度t线性地变化，即 VV0(1avt)式中V0，V分别是0和t时气体的体积；av是压力不变时气体的体膨胀系数。实验测定，各种气体的av1273。 查理定律一定质量的气体，当体积保持不变时，它的压力p随温度t线性地变化，即pp0(1apt)式中p0，p分别是0和t时气体的压强，ap是体积不变的气体的压力温度系数。实验测定，各种气体的ap1273。 实验表明，对空气来说，在室温和大气压下，以上三条定律近似正确，温度越高，压力越低，准确度越高 ；反之，温度越低，压力越高，偏离越大。(以空气为例，在0，若压强为1大气压时体积为1升，即pV等于1大气压升，则当压力增为500和1000大气压时，pV乘积增为1.34和1.99大气压升，有明显差别。)另外，同种气体的av、ap都随温度变化，且稍有差别；不同气体的av、ap也略有不同。温度越高，压力越低，这些差别就小，常温下在压力趋于零的极限情形，对于一切气体，avap1273.15。阿伏伽德罗定律在相同的温度和压力下，1摩尔任何气体都占有同样的体积。在T0273.15K和p01大气压的标准状态下，1摩尔任何气体所占体积为V022.4141010-3米3摩尔(m3mol-1)。它也可表述为：在相同的温度和压力下，相同体积的任何气体的分子数(或摩尔数)相等。在标准状态下，单位体积气体的分子数即J.洛喜密脱常量为n02.6867731025m-3，因此，1摩尔气体所含分子数为 NA6.02213671023 mol-1称为阿伏伽德罗常量。根据摩尔的定义，组成物质系统的基本单元可以是原子，分子，也可以是离子，电子，其他粒子或这些粒子的特定组合。因此，阿伏伽德罗定律也可推广为，1摩尔任何物质所包含的基本单元数都等于阿伏伽德罗常量。 以上讨论限于化学纯气体。 道耳顿定律混合气体的压力等于各成分的分压力之和。某一成分的分压力是指该成分单独存在时（即在与混合气体的温度、体积相同，且与混合气体中所含该成分的摩尔数相等的条件下，以化学纯状态存在时）的压力。 以上5个气体实验定律分别是1662年R.玻意耳，1802年盖吕萨克，1785年J.A.C.查理，1811年A.阿伏伽德罗，1802年J.道耳顿提出的。理想气体定义定义1：一种具有以下特点的气体：(1)服从马略特和盖-吕萨克定律，因而满足理想气体的状态方程。(2)内能仅是温度的函数。(3)比热容与温度无关。 定义2：严格遵守理想气体状态方程pV=nRT的假想气体。 理想气体严格遵从气态方程(PV=(m/M)RT=nRT)的气体，叫做理想气体.有些书上，指符合气体三大定律的气体。)从微观角度来看是指：分子本身的体积和分子间的作用力都可以忽略不计的气体，称为是理想气体。分子本身不占有体积,分子之间没有作用力,实际不存在的假想气体。当温度不是很低或很高、压力不是很低或很高，或没有其他特殊条件时，一般气体均可视为理想气体。 拓展理想气体应该是这样的气体： 1、分子体积与气体体积相比可以忽略不计； 2、分子之间没有相互吸引力； 3、分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失。 4、在容器中，在未碰撞时考虑为作匀速运动，气体分子碰撞时发生速度交换，无动能损失。 5、解热学题的时候，简单的认为是分子势能为零，分子动能不为零。 6、理想气体的内能是分子动能之和。 气态方程全名为理想气体状态方程，一般指克拉珀龙方程：pV=nRT。其中p为压强，V为体积，n为物质的量，R为普适气体常量，T为绝对温度（T的单位为开尔文(字母为K)，数值为摄氏温度加273.15，如0即为273.15K）。 当p，V，n，T的单位分别采用Pa(帕斯卡)，m3(立方米)，mol，K时，R的数值为8.31。该方程严格意义上来说只适用于理想气体，但近似可用于非极端情况（低温或高压）的真实气体（包括常温常压）。 另外指的是克拉珀龙方程来源的三个实验定律：玻-马定律、盖吕萨克定律和查理定律，以及直接结论pV/T=恒量。 波义耳-马略特定律：在等温过程中，一定质量的气体的压强跟其体积成反比。即在温度不变时任一状态下压强与体积的乘积是一常数。即p1V1=p2V2。 盖吕萨克定律：一定质量的气体，在压强不变的条件下， 温度每升高（或降低）1，它的体积的增加（或减少）量等于0时体积的1/273。 查理定律指出，一定质量的气体，当其体积一定时，它的压强与热力学温度成正比。即 P1/P2T1/T2或ptP0（1t/273），式中P0为0时气体的压强，t为摄氏温度。 综合以上三个定律可得pV/T=恒量，经实验可得该恒量与气体的物质的量成正比，得到克拉珀龙方程。 说明1、理想气体又称“完全气体”理想气体是理论上假想的一种把实际气体性质加以简化的气体。人们把假想的，在任何情况下都严格遵守气体三定律的气体称为理想气体。就是说：一切实际气体并不严格遵循这些定律，只有在温度较高，压强不大时，偏离才不显著。所以一般可认为温度大于500K或者压强不高于1.01105帕时的气体为理想气体。 2、理想气体是一种理想化的模型实际并不存在。实际气体中，凡是本身不易被液化的气体，它们的性质很近似理想气体，其中最接近理想气体的是氢气和氦气。一般气体在压强不太大、温度不太低的条件下，它们的性质也非常接近理想气体。因此常常把实际气体当作理想气体来处理。这样对研究问题，尤其是计算方面可以大大简化。 3、气体处于高压或者低温条件下它们的状态变化就较显著地偏离气态方程，对方程需要按实际情况加以修正。修正的方法很多，过去常用的一种修正方程叫做范德瓦耳斯方程。它是以考虑分子间的相互作用以及分子本身的体积为前提，对理想气体状态方程进行修正的。现在已经退出历史舞台，常用的有方程。 在各种温度、压强的条件下，其状态皆服从方程pV=nRT的气体。又称完美气体。它是实际气体在压强不断降低情况下的极限，或者说是当压强趋近于零时所有气体的共同特性，即零压时所有实际气体都具有理想气体性质。pV=nRT称为理想气体状态方程，或称理想气体定律。在n、T一定时，则pV=常数，即其压强与体积成反比，这就是波义耳定律。若n、p一定，则V/T=常数，即气体体积与其温度成正比，就是盖吕萨克定律。理想气体在理论上占有重要地位，而在实际工作中可利用它的有关性质与规律作近似计算。 理想气体状态方程设某一容器内有一定的质量为M ，摩尔质量为的理想气体，初始的平衡状态为，在状态发生改变后，过渡到新的平衡态 ，其中间可以经过各种不同的过程。由气体的实验定律可以推导出气体在初、末两个平衡态的六个状态参量的关系为 (1) 上式(1)即为理想气体状态方程的初步形式。关系式(1)不仅适用于、 两个平衡态，还可推广到其他任何平衡态，即恒量其中 为标准状态下气体的状态参量。由阿伏伽德罗定律，在， 时，1mol任何气体的体积都为 ，则摩尔数为 的理想气体在标准状态下的体积为 ，代入上式，可得 我们引进一个对任何气体都普遍适用的常量R，称为普适气体常量：则上式可写成简单的形式： (2)上式表示了理想气体在任一平衡态下各宏观状态参量之间的关系，称为理想气体状态方程。理想气体状态方程还可以化为另一种常用的形式,即(3)其中n为单位气体体积内分子的个数，称为气体分子数密度；称为玻耳兹曼常量，而称为阿伏加德罗常量。理想气体状态方程，也称理想气体定律或克拉佩龙方程，描述理想气体状态变化规律的方程。质量为m，摩尔质量为M的理想气体，其状态参量压强p、体积V和绝对温度T之间的函数关系为pV=mRT/M=nRT 式中M和n分别是理想气体的摩尔质量和物质的量；R是气体常量。对于混合理想气体，其压强p是各组成部分的分压强p1、 p