理想气体状态方程

1、 热气球 热气球 00-7-222 在气液固三种聚集状态中在气液固三种聚集状态中, 气体最容易用分子模型进行研究气体最容易用分子模型进行研究. 在物质的众多宏观性质中在物质的众多宏观性质中, p, V, T三者意义明确三者意义明确, 易于测量易于测量. 下列函数关系称为下列函数关系称为状态方程状态方程: f ( p, V, T, n ) = 0 气体具有易压缩性气体具有易压缩性, 体积受压力和温度的影响很大体积受压力和温度的影响很大. 气体分子的无规则运动气体分子的无规则运动 NH3(g)和 和HCl(g)在空中在空中 化合成化合成NH4Cl(s) 高氯酸铵分解放出大量 高氯酸铵分解放出大量

2、气体气体, 用于作火箭推进剂用于作火箭推进剂 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 气体理论的三位奠基者气体理论的三位奠基者: 理想气体状态方程理想气体状态方程 00-7-224 波义尔定律波义尔定律 pV = 常数常数 (n, T 恒定恒定) 烧杯里的铅的重量增加烧杯里的铅的重量增加, 针管里的气体体积减小针管里的气体体积减小 随着烧瓶里的气体被随着烧瓶里的气体被

3、抽出抽出, 药用蜀葵内含的药用蜀葵内含的 气体体积膨胀气体体积膨胀 玻义尔玻义尔 J 管管 理想气体状态方程理想气体状态方程 波义耳定律的一个应用波义耳定律的一个应用 气压水井气压水井 00-7-225 盖盖 吕萨克定律吕萨克定律 V / T = 常数常数 (n, p 恒定恒定) 阿伏加德罗定律阿伏加德罗定律 V / n = 常数常数 (T, p 恒定恒定) 气球在液氮气球在液氮 冷却作用下冷却作用下 体积减小体积减小 相同质量相同质量, 温度温度 和压力时和压力时He 和和 Ar 具有不同的具有不同的 体积体积(和密度和密度). 两种气体的两种气体的 体积与其物质体积与其物质 的量成正比的量

4、成正比. He 0.6g/L Ar 1.6g/L 理想气体状态方程理想气体状态方程 理想气体状态方程理想气体状态方程: 上述三经验定律相结合上述三经验定律相结合, 得到得到 pV = nRT 式中式中 R 为摩尔气体常数为摩尔气体常数, 单位单位 J mol 1 K1 . 00-7-226 理想气体模型理想气体模型 任何物质内部分子之间都存在着相互作用任何物质内部分子之间都存在着相互作用. 吸引力吸引力(范德华力范德华力): 产生于永久偶极产生于永久偶极, 诱导偶极及色散效应诱导偶极及色散效应. 排斥力排斥力: 产生于两个分子的电子云之间和原子核之间产生于两个分子的电子云之间和原子核之间. 按

5、兰纳德按兰纳德-琼斯理论琼斯理论, 两个分子间的排斥作用和吸引作用两个分子间的排斥作用和吸引作用 分别与距离分别与距离r 的的12次方和次方和6次方成反比次方成反比, 总的作用势能为总的作用势能为: 126 r B r A EEE 排排斥斥吸吸引引 两分子相距较远时两分子相距较远时, 势能几乎为零势能几乎为零; 随着随着r 减小减小, 吸引力逐渐增强吸引力逐渐增强, 势能势能 逐渐下降逐渐下降; 当当r 减至减至r0时时, 吸引作用达到最大吸引作用达到最大, 势能降到最低值势能降到最低值; r 进一步减小进一步减小, 势能增大势能增大, 排斥力急排斥力急 剧增大剧增大. 当当r = 时时, 势

6、能恰好为零势能恰好为零. 00-7-227 理想气体理想气体: 凡在任何温度凡在任何温度, 压力下均服从理想气体状态方程压力下均服从理想气体状态方程 的气体称为理想气体的气体称为理想气体. 理想气体的两个特征理想气体的两个特征: (1)分子本身必定不占有体积分子本身必定不占有体积; (2)分子间无相互作用分子间无相互作用. 解释解释: (1) T 恒定时恒定时, pVm = 常数常数, 意味着意味着 p , Vm 0. (2) p = (n/V)RT, 表明在恒温下表明在恒温下, 气体分子碰撞器壁的压气体分子碰撞器壁的压 力与分子数密度成简单的比例关系力与分子数密度成简单的比例关系, 可见每一

7、分子碰可见每一分子碰 撞器壁的动量变化不受气体密度撞器壁的动量变化不受气体密度(或气体分子间距或气体分子间距)的的 影响影响, 而这只有在分子间没有相互作用时才有可能而这只有在分子间没有相互作用时才有可能. 理想气体状态方程近似适用于低压实际气体理想气体状态方程近似适用于低压实际气体. 易液化气易液化气 体的适用压力范围较窄体的适用压力范围较窄, 难液化气体则相对较宽难液化气体则相对较宽. 理想气体模型理想气体模型 00-7-228 R = pVm/T 只适用于理想气体只适用于理想气体, 故不能从任意条件下的故不能从任意条件下的 实际气体的实测实际气体的实测 pVT 数据求得数据求得. 理想气体在理想气体在273.15K时的时的 pVm = 2271.11 J mol 1 ;