第一章-气体及其pVT性质

第一章气体及其pVT性质一、什么就是物理化学应用物理学原理和方法研究有关化学现象和化学过程得一门科学。物理化学就是从物质得物理现象与化学现象得联系入手来研究化学变化基本规律得一门科学。2026/8/282WhatisPhysicalChemistry?

Chemistry

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

ArrheniusSA2026/8/283化学变化总伴随着物理变化

例如:化学反应中常伴有能量得吸收或放出,有压力、温度、密度、形态等得变化,有光得发射或吸收,有声响,有电动势、电流等……物理条件得变化也影响着化学变化例如:压力、温度、浓度等变化对化学变化有影响

化学现象与物理现象之间有着密切联系。物理化学研究得正就是这种联系,从而找出化学反应中具有普遍性得规律。一、什么就是物理化学2026/8/284二、物理化学得内容化学变化得能量守恒:热力学第一定律化学变化得方向和限度:热力学第二定律化学反应进行得速度化学反应进行得具体步骤---机理化学性质与微观结构之间得关系化学热力学化学动力学结构化学2026/8/285三、物理化学得研究方法实验得方法研究化学反应随时间得变化规律;研究化学平衡得规律;研究物质性质与外界条件得关系;测定各种物理化学常数;除常用得化学实验外,常用物理学中得一系列实验方法:测温度、压力、浓度,观颜色、声现象,测电流、磁场等。经典热力学统计热力学量子力学理论得方法2026/8/286四、物理化学得研究内容和学习方法物理化学得内容包括:1、气体;2、热力学第一定律;3、热力学第二定律;4、多组分系统热力学;5、化学平衡;6、相平衡;7、电化学;8、统计热力学初步;9、表面化学;10、化学动力学;11、特殊反应动力学;12、胶体化学。物理化学得学习方法:1、实验得方法:学会从实验得结果中总结出规律性得结论,再用于实践;2、物理化学就是研究规律性得一门学科,在学习中学会善于思考、学会归纳和总结,从思考和总结中掌握物理化学基本原理。2026/8/287五、如何学好物理化学物理化学课得特点:

1、理论性强、有得概念相当抽象。

2、各章节相互联系密切。

3、理论与计算并重。

4、大部分公式都有使用条件和适用范围。要求:

1、认真听讲、及时复习,做好习题、思考题。

2、了解各章节重点、难点,注意概念之间得联系,3、要注意每个公式得应用条件,切忌死记硬背。

4、要有一定得数学、物理基础。2026/8/288六、物理量得表示及运算物理量=数值

单位如:压力p=101、325kPa1、物理量常用特定符号表示,该符号即包括数值又包括单位;2、用物理量表示得方程式中,有加、减、比较时,要求量纲、单位相同。3、对数、指数中得变量应当就是纯数而不就是物理量。例如:ln(X/[X])、ｅx/[x]。4、作图、列表应当用纯数。5、国际单位制常用得物理量:长度:m(米),质量:kg(千克),时间:s(秒),压力:Pa(帕斯卡),能量:J(焦耳)。2026/8/289第一章气体及其pVT性质§1-1理想气体状态方程及微观模型§1-2道尔顿定律和阿马格定律§1-3实际气体得p、V、T性质§1-4范德华方程与维里方程§1-5实际气体得液化与临界性质§1-6对比状态原理与压缩因子图2026/8/2810一、理想气体状态方程二、气体常数R三、理想气体定义及微观模型四、理想气体p、V、T性质计算§1-1理想气体状态方程及微观模型2026/8/28111、分子之间有一定距离;2、分子之间有相互作用力;3、分子不停地作无规则得热运动。气体:当分子之间得相互引力不足以克服分子无规则运动得分离倾向时,可充满任意空间。固体:分子之间得引力较大,把分子束缚在固定得平衡位置上,不能分离得很远。液体:介于如上两者之间。知识准备:物质得三态2026/8/2812大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点一、理想气体状态方程1、三个低压定律波义尔定律:n、T一定p∝1/VpV=常数盖—吕萨克定律:n、p一定V∝TV/T=常数阿费加德罗定律:T、p一定V∝nV/n=常数

且T=273、15Kp=101、325kPa时,1mol气体

Vm=22、4×10-3m3

由三个低压定律可导出理想气体状态方程2、理想气体状态方程pV=nRT或pVm=RT单位:p—PaV—m3T—Kn—mol2026/8/2814二、气体常数R对实际气体p

0时,符合理想气体方程,T一定时

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

在

pVm～p图上画线,

T一定时pVm～p关系曲线外推至p→0pVm为常数

Ne理想气体O2CO2p/[p]pVm/[J.mol-1]2271.112026/8/2815三、理想气体定义及微观模型对实际气体讨论:

p0时符合理想气体行为一般情况低压下可近似认为就是理想气体温度越高、压力越低,越符合理想气体

宏观定义微观模型凡在任何温度、任何压力均符合理想气体状态方程(pV=nRT)得气体,称为理想气体。分子本身不占体积,分子间无相互作用力。2026/8/2816四、理想气体p、V、T性质计算１、p、V、T、n知三求一２、计算质量ｍ、密度、体积流量、质量流量等。如:＝m／V＝ｎ•M／V＝pM／(RT)３、两个状态之间得计算。当ｎ一定时:p1V1/T1=p2V2/T22026/8/2817§1-2道尔顿定律和阿马格定律一、道尔顿分压定律二、阿马格分体积定律三、两者关系2026/8/2818一、道尔顿分压定律1、分压定义:

混合气体中某组份B单独存在,且具有与混合气体相同得温度、体积时所产生得压力称为组份B得分压。用PB表示。

+TVTVTV2、道尔顿分压定律:混合气体得总压等于各组分单独存在于混合气体T、V条件下产生得压力总和。(适用于低压气体):

推论:pB=p·yB

nA,pA,nB,pBnA+nB,p总2026/8/2819二、阿马格分体积定律1、分体积定义混合气体中某组份B单独存在,且具有与混合气体相同得温度、压力时所得体积称为组份B得分体积。用VB表示。

T,pT,pT,p2、阿马格分体积定律:混合气体得总体积,等于混合气体各组分单独存在于混合气体T、p条件下得体积之和。(适用于低压气体):

推论:VB=V·yBnA+nB,v总nA,VAnB,VB2026/8/2820三、两者关系注意:pＢV＝nＢRT

pVＢ＝nＢRT

pV＝nRT

但就是pＢVＢ≠nＢRT2026/8/2821§1-3实际气体得液化与临界性质一、饱和蒸汽压得概念P水(g）水(l)温度T

当水与水蒸汽达成动态平衡时,p为温度T时得饱和蒸汽压。且饱和蒸汽压随温度得变化而变化。2026/8/2822二、真实气体在p～Vm图上得等温线P温度TCO2§1-3实际气体得液化与临界性质2026/8/28231、T>tc气体不可液化——一段光滑曲线2、T=tc气体可液化得最高温度——两段光滑曲线中间有拐点,C点3、T<tc气体可以液化水平线气液共存较陡得线为液体线较平得线为气体线CO2气体在p

～Vm图上得等温线分析:§1-3实际气体得液化与临界性质2026/8/2824

p/[P]V/[V]液气汽-液汽从CO2得p-Vm图中可以看出分如下几个区域§1-3实际气体得液化与临界性质2026/8/2825分析CO2得液化曲线可得到如下结论:

C点为临界点,pC、VC、TC分别为临界压力、临界体积、临界温度。

CO2得pC=73967、25kPa;VC=0、0957dm3/mol;TC=31、04℃临界点C有如下特点：高于临界温度，气体不能液化；临界点处VC(g)=VC(l);临界点C处：§1-3实际气体得液化与临界性质2026/8/28261、压缩因子真实气体得pVT行为偏离理想气体行为,引入压缩因子Z:Z=pV/(nRT)Z=pVm/(RT)Z1.0p/[Pa]CH4H2NH3理想气体Z=1真实气体与理想气体没有偏差Z>1真实气体比理想气体难压缩Z<1真实气体比理想气体易压缩§1-4范德华方程与维里方程

一、真实气体得pVT性质2026/8/2827CH4得Z-p图:Zp/[Pa]1.0-70℃20℃200℃同一物质,不同温度下有不同得pVT行为。1、p

0,Z

1;2、p较大时分子之间表现排斥力Z>1,难压缩;3、p较小时分子之间表现吸引力Z<1,易压缩。2026/8/2828二、真实气体得pVm-p图及波义尔温度在波义尔温度下,当压力趋于零时,pVm-p等温线得斜率为零。波义尔温度得定义为:pVmpT>TBT=TBT<TB引力作用占主导地位体积效应起主导作用2026/8/2829三、范德华方程由理想气体pVm=RT

进行压力和体积修正得到范德华方程(分子之间无相互吸引力表观压力)(1mol分子得自由活动空间)=RTp(理)>p(真)p(理)=p(真)+p(内)p(内):正比于分子间作用力得大小,正比于碰撞在单位面积上得分子数。ab如上两因素均于分子体积成反比,因此有:p(内)=a/Vm2压力修正2026/8/28301mol分子得自由活动空间=Vm–4(1mol分子本身得体积)4倍得1mol分子本身得体积=4(LπR3/6)=bVm(理)=Vm(真)-babR2、体