冶金物理化学第一章课件

第一章气体的PVT性质,基本要求：理解和会用理想气体状态方程理解范德华方程理解饱和蒸气压、临界状态、临界参数、对比参数的概念理解对应状态原理和压缩因子,第一章气体的PVT性质,物质的聚集状态,气态,液态,固态,V受T、P影响很大,V受T、P影响很小,对于气体，PVT相互影响显著，联系PVT之间关系的方程称为状态方程,另外还有等离子体、超临界流体,物理化学中主要讨论的状态方程,n确定：,f(P,V,T)=0,n不确定：,f(P,V,T,n)=0,本章只研究气体的PVT性质，只讨论气体的状态方程,气体,理想气体(理论模型、科学抽象),实际气体,1.1理想气体状态方程,分子间力,吸引力分子相距较远时，表现为相互吸引，主要是范德华引力,排斥力分子相距较近时，表现为相互排斥，泡利排斥作用,理想气体模型,(1)据PVnRT,n和T一定时，P，V0说明：理想气体分子本身不占体积,(2)据PnRT/V,T一定时，P与n/V成正比说明：理想气体分子间无相互作用力,理想气体也可定义为：在任何情况下，都严格服从状态方程PVnRT的气体为理想气体,实际气体在高温低压下可近似为理想气体,例：计算25，101325Pa时空气的密度。（空气的分子量为29）,解：,例题：管道输送天然气，输送压力为200KPa，T25时，管道内的天然气密度是多少？(近似将天然气视作纯甲烷),解：M甲烷1.604102Kg.mol1,3.摩尔气体常数R,据理想气体状态方程PVmRT,R=PVm/T,在某一确定温度T时，PVmRT常数,但对于实际气体，实验发现：在某一确定温度T时，PVm会随P而变化如何通过实验测定摩尔气体常数R？,例如：测定300K时N2、He、CH4的PVmP关系，作图,可见，当P0时PVm2494.35J.mol1RPVm/T8.3145J.mol1.K1,只有在P0的极限条件下(理想气体)，气体的行为才服从PVmRT的定量关系，R才适用于各种气体,1.2理想气体混合物,1.混合物组成的表示方法,2.理想气体状态方程对理想气体混合物的应用,即PVnRT(nB)RT,3.道尔顿定律,混合气体(理想和非理想)分压定义：,式中：PBB气体分压P混合气体总压PB显然yB1,混合理想气体,PPB混合气体总压等于各组分分压力之和nBRT/V(nA+nB+nC+)RT/V,PBnBRT/V,道尔顿定律：混合气体的总压力等于各组分单独存在于混合气体的温度、体积的条件下，产生的压力总和,解：烃类气体的分压为PA，水蒸气分压PB,PB3.167KPa,PAPPB101.198KPa,a)由公式PByBP,可得,b)所求的混合气体初始体积(总体积),1.3气体的液化及临界参数,1.液体的饱和蒸气压,理想气体：不可以液化(分子间无相互作用力),实际气体：在一定T、P下，气液可平衡共存,可见，T升高，液体B的饱和蒸气压,饱和蒸气压外压时的温度称为沸点，tb,同理可知：P外，tb;反之亦然,饱和蒸气压101.325KPa的温度称为正常沸点,液态混合物(溶液)：饱和蒸气压除受T影响外，还受组成的影响沸点除受外压影响外，也受组成的影响,纯液体B的饱和蒸气压用PB*,“*”表示纯组分,T一定时：,如果PBPB*,B气体冷凝为液体，直到PBPB*,一般压力下，此规律不受气相中其他气体存在的影响,相对湿度的概念：相对湿度,2.临界参数,如果加压，使PBPB*,气体就会液化。PB*=f(T)T，PB*,当气体温度超过某一定值TC后，加压不再能使气体液化；,TC临界温度，气体能够液化所允许的最高温度；液体能存在的最高温度，临界温度以上不再有液体存在,没有液体，就没有液体的饱和蒸气压PB*,PB*=f(T)曲线中止于临界温度TC临界温度TC时的饱和蒸气压PB*称为临界压力PC,临界压力PC：临界温度下使气体液化所需的最低压力,临界摩尔体积Vm,c：在TC、PC下物质的摩尔体积,Vm,c、TC、PC总称为物质的临界参数，是各物质的特性常数,纯实际气体PVm等温曲线示意图,等温线：物质在一定温度下，P与Vm之间相互关系曲线图中C点代表临界点,实际气体的等温线分为三种类型：TTc不可液化TTc加压可液化TTc,(1)T0范德华常数,单位m3.mol-1,将修正后的压力和体积项代入理想气体状态方程：,范德华方程,(2)范德华常数与临界常数的关系,2.范德华方程的应用,在几个MPa的中压范围内，许多气体服从范德华方程,用范德华方程计算，在已知T、P、a、b求Vm时，需解一元三次方程：,具体可参考例题书：例1.4.1,解一元三次方程，得一个实根，二个虚根，实根为所求,1.5对应状态原理及压缩因子图,1.压缩因子,思路：引入压缩因子描述实际气体的PVT关系对理想行为的偏差，从而修正理想气体状态方程,PVZnRT或PVmZRT,真实气体最简单的状态方程,Z为无单位的纯数，可实验测定；Z的大小反映了真实气体对理想气体的偏差程度。,Z1,实际气体比理想气体更难压缩,P0，Z1，符合理想气体模型,不同气体不同条件，Z值不同,2.对应状态原理,思路：不同气体的共同点在各自临界点处饱和蒸气与饱和液体无区别,定义：对比状态参数,对比状态参数反映了气体所处状态偏离临界点的倍数,对应状态原理：不同气体，只要两个对比状态参数相同，第三个参数必相同，此时气体处于相同的对应状态,3.真实气体压缩因子图,将对比参数引入压缩因子，有：,临界点处压缩因子,对多数真实气体，Zc范围：0.27-0.29，可近似为常数,式子说明处于相同对应状态的不同性质气体，具有相同的压缩因子，即对理气的偏差程度相同,由对应状态原理得Zf(Tr,Pr),适用于所有真实气体作出函数Zf(T