第01章 气体 2009-09-15.ppt

1、教材：物理化学核心教学，沈文霞，科学，2004 .学时64 (包括实验12学时)，4学分。主要工具书：傅献彩，物理化学(第五版)，高教，2005 .绪论1物理化学d，属于物理化学的主要任务：化学热力学，研究变化方向和平衡问题。 (2)化学反应的速度和反应历程，e.g .催化剂是化学动力学，解决反应速度和历史。 (3)物质结构与性能的关系e.g. N2结构是物质结构，是一种微观的方法。 本课程的内容主要有(1)和(2)。 (1)化学变化的方向和界限，e.g.n23 H2=2n H3，2，2 .物理化学研究方法，归纳：从个别到一般演绎：从一般到个别(推论过程)微观方法：应用直接分子概念的宏命令方法

2、：研究宏命令的性质，与直接分子无关，具体为：热力学方法(宏命令方法):多质点系统的双定律推论热力学函数根据宏命令量变化推测系统的性质变化，不需要了解过程的详细情况和粒子构造，结论是肯定的。 是经典的热力学，只适用于平衡态。 物质结构方法：统一修正力学方法：由单一或少数粒子的运动规律推定大量粒子系的规律。 e.g. p多数分子撞击器壁后动量变化的统一平均结果。 统订力学将微观与宏命令结合，有助于理解热力学定律。 动力学方法依赖于化学键分子/晶体结构性能、反应细节和实验手段。 3、物理化学发展的简单历史，从18世纪开始：燃素是指能量守恒和转化的规律。 罗蒙诺夫最初使用了“物理化学”这个术语。 十九

3、世纪： 1887年创刊了第一本物理化学杂志，缔造者为Ostwald和Vant Hoff。 二十世纪：得到迅速发展和广泛应用，形成了许多新的分支学科、e.g .热化学、电化学、溶液化学、胶体化学、表面化学、化学动力学、催化化学、量子化学和结构化学等。 现代物理化学的发展趋势： (1)从宏命令观到微观；(2)从相到表相；(3)从静态到动态；(4)从定性到定量；(5)从单一学科到边缘学科；(6)从平衡态到非平衡态；(4)物理化学的学习方法t是最基本的，都可以直接测量(混合瓦斯气体应包括组成)；压力p 33 单位：帕斯卡Pa、1Pa=1 Nm-2 (1 atm=101325 Pa )、体积V :瓦斯气

4、体所占空间大小、单位：立方分米m3、温度T :热力学温度、单位：开尔文和摄氏温度的关系：t热力学第零定律、1 .理想瓦斯气体状态方程、(1) 理想瓦斯气体状态方程，三个经验法则：波义尔法则：pV=常数，(t，n不变)，1-1理想瓦斯气体及其状态方程，盖吕萨克法则： 式中，p气体压强力、单位Pa V瓦斯气体体积、单位m3 T瓦斯气体温度、单位K n物质的量、单位mol R摩尔瓦斯气体常数、8.314 Jmol-1K-1、气体压强力越低，实验证明与上述方程式越符合。 理想瓦斯气体：可被任何t、p适应于理想瓦斯气体状态方程形式的瓦斯气体。 理想的瓦斯气体只是实际的瓦斯气体在p 0时的界限，反映了各种

5、瓦斯气体在低压下的共通性。此外，pVm=RT、Vm摩尔体积、单位m3mol1、m瓦斯气体质量、m瓦斯气体摩尔质量、以及pVT曲面、(2)摩尔瓦斯气体常数r、实际的瓦斯气体、r不是常数。 仅在p 0的情况下，存在pV=nRT、273.15K、Ne、O2和CO2的pVm p等温线，(3)理想瓦斯气体微观模型和理想瓦斯气体的两个特征： (1)分子本身不占体积： 只要分子间有力量，就没有这个简单的关系。 什么时候可以用pV=nRT来处理实际的瓦斯气体？ 应考虑的方面： (1)瓦斯气体种类、(3)工序具体要求(精度)、pV=常数、p、V 0、难气体液化常用、H2、O2等。易气体液化少用、H2O、NH3等

6、.(2)具体压力、xxx xxxx kPa之间，例如从上述三经验法则导出理想的瓦斯气体状态方程。 微分：微分：由波义尔定律：pV=常数，微分：同样，格里萨克定律：从V/T=常数，全微分：由阿伏加德罗定律： v/对于理想的气体混合物，某些成分的分压，在相同温度下该气体单独存在于容器中的压力，即分压定律(仅适用于理想的气体) 分压的物理意义：物质的量是nB的瓦斯气体b在t，v时的压力，3 .阿马加定律(略)，思考问题，(1)封闭容器中有什么理想的瓦斯气体，只要维持其压力和体积，温度就不变吗？ (2)两个密闭容器内有相同的理想瓦斯气体，它们的压力、体积相同，温度必须相同吗？题目： p19 (3个容积

7、相同的玻璃球内充满氮瓦斯气体，两个球之间有一个玻璃管连接，管之间有一个水银滴将两侧的瓦斯气体分离左球的温度为273K，右球的温度为293K时，水银滴在中间取得平衡。 q :(1)将左球的温度提高10K，中间水银滴向哪边移动？ (2)当两个球的温度上升到云同步10K时，中间汞滴向哪个方向移动的概念问题： p20(4)(8)、1-3气体的液化及临界残奥计、1 .液体的饱和蒸汽压力、气液平衡(动态平衡)饱和蒸汽饱和液体沸点正常沸点相对大气湿度、加压或降温或者可能使实际气体液化， 在任意温度下加压并不能使实际气体液化，2 .临界残奥仪，一般情况下，分子间引力、TC、容易液化。 临界温度TC :瓦斯气体

8、可以液化的最高温度。 临界压力pC : TC时液化所需的最小压力。 临界摩尔体积VC :TC、pC下的摩尔体积。 TC、pC、VC总称为临界残奥仪表。 3 .实际瓦斯气体的pVm p图和瓦斯气体的液化，实际瓦斯气体和理想瓦斯气体的偏差，3 .实际瓦斯气体状态方程，实际瓦斯气体分子有一定的体积，在实际瓦斯气体分子间有作用力：反弹力的吸引力，范德瓦尔斯方程(1873 )考虑分子间作用力：分子体积b，对理想气体模型从Vm中减去、p(Vmb)RT、减小分子间吸引力p pi )、(p pi )作为理想气体压力。 若代入理想的瓦斯气体状态方程，则对于n mol瓦斯气体，a、b为范德华常数，需要具体地测量。 pi与瓦斯气体分子数N1、碰撞器壁分子数N2成比例，即，pi N1和N2、N1和N2都与瓦斯气体密度成比例，因此pi 2与Vm成反比、概念问题： p20(3)、思考问题(a )、液体(b )、气体(c )必定气液共存(d )的数据不足如果在恒温下将该水蒸气压缩至体积为原来的1/3，则水蒸气的压力为()？ 无法确定(A) 300 kPa (B) 33.3 kPa (C) 100 kPa (D )，但在25C的情况下，密闭容器中有少量的水和水蒸气饱和的空气，总压力为100 kPa，此时的空气摩尔分数为y1=？将容器升温至100C，达到平衡后容器中仍存在水的情况