气体的PVT关系（课堂PPT）

1、2021/3/2911.1 理想气体的状态方程及微观模型1.理想气体的状态方程 PV=nRT PVm=RT PV=mRT/MR=8.3145J.K-1.mol-1对于混合气体的摩尔质量 Mmix=yBMB例如 空气 y(O2)=0.21 y(N2)=0.79则 M(空气)= y(O2) MO2+ y(N2) MN2=0.2132+0.7928 =29gmol-1第一章第一章 气体的气体的PVT关系关系2021/3/2922.理想气体的定义及微观模型定义：在任何情况下都服从理想气体状态方程的气体。 说明：说明：它只是一种理想情况。 对于实际气体T一定时，PVm并不是一常数，而是与压力有关，只有P

2、 0时才服从 PVm=nRT 即理想气体实际气体0limP当P 0气体的体积无穷大，则分子之间无相互作用力，且分子的体积可忽略，因此这两个特征就是理想气体的微观模型。理想气体的模型：（1）分子间无相互作用力 （2）分子本身没有体积。2021/3/2931. 混合物的组成混合物的组成(1)混合物常用的组成标度B的质量分数AABB/defmmw1.2 1.2 理想气体混合物理想气体混合物或B的浓度B的物质的量浓度Vnc/defBBB的摩尔分数AABBB/def nnyx气体混合物或B的体积分数A*A,mA*Bm,BB/def VxVx2021/3/2942、道尔顿定律分压力（PB): 混合气体中任

3、一组分的分压力是它的摩尔分数与总压力之积。即 PB=PyB其中yB=1,所以P=PB（理想及非理想气体）道尔顿分压定律： 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、压力条件下产生的压力的总和。（仅使用于理想气体） 即 P=nB(RT/V)证明：P=nRT/V=(nA +nB +nC+)RT/V=nART/V+ nBRT/V +nCRT/V +=nB(RT/V)2021/3/2953.阿马加定律（分体积定律）该定律为理想气体混合物的总体积为各组分分体积之和。 分体积（ ): 混合气体中任一组分B单独存在于混合气体的温度压力条件下占有的体积（任何气体均适用）。BV (仅适用于 理想气体）

4、BBVVBByVVppVVyBBB/ 即理想气体混合物中某一组分的分体积与总体积之比或分压与总压之比等于该组分的摩尔分数。2021/3/2961.相变化过程与饱和蒸气压相变化过程：一定条件下聚集态的变化过程。 (i）相变化过程 气体 气化 液化 升华 凝华液体 固体() 凝固熔化(T,p)(T,p)(T,p)固体()(T,p)晶型转化1.3 1.3 气体的液化及临界参数气体的液化及临界参数2021/3/297(ii)(ii)液体（固体）饱和蒸气压：液体（固体）饱和蒸气压：饱和蒸气压：饱和蒸气压： 在一定温度下，当液（或固）体与其蒸气达成液（或固）、气两相平衡时，此时气相的压力称为该液（或固）体

5、在该温度下的饱和蒸气压。相平衡相平衡 以液气两相平衡为例，当单位时间内液 气和气 液的分子数相等时，测量出的蒸气的压力不再随时间而变化。这种不随时间而变化的状态即是平衡状态。相之间的平衡称相平衡。 处于气液平衡状态的气体称为饱和蒸气，液体称为饱和液体。 2021/3/298 p*(l) T 一定(相平衡)图1-2 液体的饱和蒸气压gl;正常沸点正常沸点: : 101.325 kPa下的沸点液体：; 标准沸点标准沸点: : 100 kPa下的沸点。如: : 水 正常沸点: : 标准沸点: :10099.67。饱和蒸气压与温度有关。液体 蒸气 蒸气压力p*(l) 平衡 T 一定或 固体 蒸气 蒸气

6、压力p*(s) 平衡 T 一定 沸点沸点: : 液体的饱和蒸气压等于外压时的温度。2021/3/2992.2.真实气体的液化及临界参量：真实气体的液化及临界参量：气体 液体 加压、降温加压：可缩小分子间距，从而增大分子间的吸引力（理想气体不能液化）。降温：减小分子间的离散倾向。2021/3/2910 因此对气体采取降温加压措施使气体体积缩小，有可能最终转化为液体。但这种转化过程的pV T 关系遵循着一定规律。以CO2的液化为例，如图1-3所示。2021/3/2911图中，每条曲线称为 p-V 定温线，c点所处状态称为临界状态临界状态。图1-3 CO2 定温p-Vm,c 图pVm,cT3cTcg

7、balT1T22021/3/2912由图可以看出，在温度低于某一温度（T3)时，每一条p-Vm 线都存在一水平段。水平段的特征： 水平段的压力恒定，因此又称定压段。（出现两相平衡） 随温度的升高，定压段对应的压力增大。（说明随温度升高，饱和蒸气压增大。） 随温度的升高，定压段的长度逐渐缩短，到某一温度（T3)时缩为一点。 说明Vm(l)= Vm(g)2021/3/2913g(气体) a(饱和气体) 加压体积缩小a(饱和气体) b(饱和液体) 定压体积显著缩小b(饱和液体) l(液体) 加压体积缩小(较小)以温度T1为例，曲线分为三段：图1-3 CO2 定温p-Vm,c 图pVm,cT3gbal

8、T1T2cTc2021/3/2914临界状态:温度临界温度临界温度(Tc),Tc(CO2)=304.2K压力临界压力临界压力(pc), pc(CO2)=7.38MPa体积临界摩尔体积临界摩尔体积(Vm,c),Vm,c(CO2)=9410-6m3mol-1Tc , pc , Vm,c 统称临界参量临界参量。一些物质的临界参量见表1.2。2021/3/2915表1.2 一些物质的临界参量物 质 Tc/K pc/MPa Vm,c/10-6m3mol-1He 5.26 0.229 58 H2 33.3 1.30 65N2 126.2 3.39 90O2 154.4 5.04 74 H2O 647.4

9、22.12 56CH4 190.7 4.64 99C2H 4 283.1 5.12 124C6H6 562.6 4.92 260C2H5 OH 516.3 6.38 1672021/3/2916 在Tc以上，无论加多大压力均不会使气体液化。所以Tc是在加压下使气体液化的最高温度。在Tc以下，对气体加压力均可使气体液化。Tc以上，压力接近或超过的Pc的流体叫超临界流体超临界流体。超临界流体特性兼有气体及液体双重特性；体积质量接近液体；粘度接近气体；扩散系数比液体大约10倍。超临界流体的以上特性在提取技术上有广泛应用。2021/3/29171.4 1.4 真实气体的状态方程真实气体的状态方程1.真

10、实气体的真实气体的pVm-p图及波义尔温度图及波义尔温度图1.4.1 气体在不同温度下的pVm-p示意图 某一温度下，不同气体pVm-p曲线有三种情况。 相同气体，在不同温度下pVm-p曲线也有三种情况。 任何一种气体都有一个特殊的温度TB,称为波义尔温度。0lim0BTmpppV 在该温度下，气体在几百千帕的压力范围内可较好的符合理想气体的状态方程或说波义尔定律。2021/3/29182.范德华方程范德华方程RTbVVapmm2nRTnbVVanp22（1）范德华方程（2）范德华常数与临界参数的关系0CTmVp022CTmVpVm,c=3b, Tc=8a/27Rb, pc=a/27b2a=27R2Tc2/64pc, b=RTC/8Pc2021/3/29193.维里方程维里方程)1 (32 mmmmVDVCVBRTpV)1 (32 pDpCpBRTpVm4.其它重要方程举例其它重要方程举例2021/3/29201.5 1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子图对应状态原理及普遍化压缩因子图1.压缩因子ZRTpVZnRTpVm或RTpVnRTpVZm理想真实mmVVZ 2021/3/2921Z1,真实气体难于压缩； Z1,真实气体易于压缩临界压缩因