物理化學(xué)第一章-氣體

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,Chapter 1 The,pVT,Properties of Gases,1-0.Introduction,物質(zhì)的聚集狀態(tài):,氣態(tài) gas,g,液態(tài) liquid,l,固態(tài) solid,s,流體,flow liquid,fl,凝聚態(tài),Condensed Matter,對(duì)于純物質(zhì)，通常只有一種氣體和一種液體，但對(duì)于固態(tài)可以有一種以上，如硫：單斜晶體和正交晶體，冰有6種晶型。,等離子體（plasma),由離子、電子和不帶電的粒子組成的電中性的、高度離子化的氣體。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體.,液晶（li

2、quid crystal),特殊的狀態(tài)，有流動(dòng)性（液體），但分子有明顯的取向，規(guī)則的排列（固體）。有兩種可熔溫度：在第一個(gè)熔點(diǎn)溫度下，,晶體由固體變“不透明”的液體,，而當(dāng)溫度升高至第二個(gè)可熔點(diǎn)，,成為正常的透明液體,，呈現(xiàn)出固態(tài)或液態(tài)的特征。,末糕艙針垛弧鞋殺魚汾吶丑穴優(yōu)僵骯駒轟涌呢破沼恥蒲叔撓茶騙襖引試摟物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,1,物質(zhì)為什么有不同的聚集狀態(tài)？,物質(zhì)是由分子組成，分子存在：,分子的熱運(yùn)動(dòng)，包括分子的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)等是無序運(yùn)動(dòng)，,趨勢(shì)：形成氣體狀態(tài),。,分子間的相互作用，包括色散力、靜電力、氫鍵等和排斥力，形成有序排列，,趨勢(shì)：形成凝聚狀態(tài),。,這兩方面的

3、相對(duì)強(qiáng)弱不同，,物質(zhì)就呈現(xiàn)不同的聚集狀態(tài)，并表現(xiàn)出不同的宏觀性質(zhì)。,其中最基本的宏觀平衡性質(zhì)有兩類：,（1）,pVT,性質(zhì) 一定數(shù)量物質(zhì)的壓力、體積和溫度間的關(guān)系,（2）熱性質(zhì) 物質(zhì)的熱容、相變熱、生成熱、燃燒焓和熵,刷屎姻恢焚豹琳寫琶特鋪墳脂討掠寓鎮(zhèn)學(xué)墜疏滿咎掏聳胚陸羊牡效誨楓崔物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,2,在研究或解決生產(chǎn)實(shí)際問題時(shí)，需要這兩類性質(zhì)，,如合成氨工業(yè)：,3H,2,+N,2,=2NH,3,條件：高溫高壓,平衡常數(shù)：,通過三種物質(zhì)的熱性質(zhì)，計(jì)算反應(yīng)的熱效應(yīng),Q,等,pVT,性質(zhì)和熱性質(zhì)是物質(zhì)的,特有性質(zhì),，它們由3種方法得到：,直接實(shí)驗(yàn)測定,如CO,2,的,pVT

4、,測定，苯甲酸的燃燒熱測定,經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)的方法,：狀態(tài)方程(Equation of State，EOS),理論方法,統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué)、分子模擬等,耍噸替父鐵第村倚梁膘馳乏拒棍佐晴意鑲滑碗臉囚汪穿馮擊式痞勛輔媒洪物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,3,在本課程討論的物質(zhì)的,pVT,性質(zhì)氣體的,pVT,關(guān)系。第二、三章討論熱性質(zhì)和平衡性質(zhì)。,氣體的,pVT,的研究從17世紀(jì)開始，先后提出了三個(gè)經(jīng)驗(yàn)定律,1.波義耳(R.Boyle)定律（1661年）,n,T,一定,pV=,Const,2.,蓋-呂薩克定律（C.Gay-J.Lussac)（1802年）,n,p,一定,V/T=,Const,3阿

5、佛加德羅（Avogadro）定律,T,p,一定,V/n=,Const,上述3個(gè)定律在,溫度不太低、壓力不太高的情況時(shí)適用。,九吻氈附歐爵苯紀(jì)虐灘蛇吃靛也贊籍疹牧滇耽渠可鍺庇襄趴簽典嫉歡跡礦物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,4,當(dāng)壓力趨于零時(shí)，任何氣體均能嚴(yán)格遵守這3個(gè)定律，由此可引出“理想氣體”的概念。,理想氣體的,pVT,的關(guān)系,1881年范德華（van der Waals)提出了著名的范德華狀態(tài)方程（van der Waals EOS),到目前已有幾百種適用不同物質(zhì)的EOS，,pVT,關(guān)系的研究仍然是熱點(diǎn)，主要關(guān)注：超臨界狀態(tài)、電解質(zhì)溶液、高分子物質(zhì)等的,pVT,關(guān)系。,盞執(zhí)宵金便

6、絨晦人絲坎待騎屜擯麗蘇認(rèn)緬填晚褲或猛賃阮毗紗晰尸寧杖蓮物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,5,本章節(jié)將介紹：,1.理想氣體與理想氣體狀態(tài)方程,2.真實(shí)氣體與真實(shí)氣體狀態(tài)方程,3.真實(shí)氣體的臨界性質(zhì),4.壓縮因子圖,真實(shí)氣體的,pVT,計(jì)算,臺(tái)芬期庇圖懲濤黨幾蘿我犧廄蛾摹彩津舜魔也褥咆捎櫻境腐漓罕匠懂路卞物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,6,1.1 理想氣體狀態(tài)方程,Equation of State for Ideal Gases,1.,理想氣體狀態(tài)方程,理想氣體嚴(yán)格遵守,理想氣體狀態(tài)方程：,R,=8.3145 J,mol,-1,K,-1,摩爾氣體常數(shù),p,/Pa,V,/m,3,

7、T,/K(SI制）。,2.,理想氣體微觀模型,分子,在沒有接觸時(shí),相互沒有作用，分子間的碰撞是完 全彈性的碰撞。,氣體分子本身大小可以忽略不計(jì),理想氣體可以看做是,真實(shí)氣體在壓力趨近于零時(shí),的極限情況。,什么樣的氣體才能視為理想氣體?,通常一定量,n,的氣體所處狀態(tài)，可以用壓力pressure、體積volume、溫度temperature來描述,而聯(lián)系這四個(gè)量的關(guān)系的式子就是氣體的狀態(tài)方程式（Equation Of State,EOS,),哎搽扼腕親锨蒜徑九鉀庫云陀池兼獄罕沂凜緬侈捆爛胡位稍答徒締槽挾起物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,7,3.研究理想氣體的意義,實(shí)際應(yīng)用：在計(jì)算要求不

8、高或低壓時(shí),工程近似,計(jì)算。,理論意義：是簡單、抽象、最有代表性的科學(xué)模型。,任何一種氣體，當(dāng),p,0,時(shí)，它的,pVT,關(guān)系均可以用理想氣體狀態(tài)方程表示。,描述真實(shí)氣體的狀態(tài)方程，當(dāng),p,0,時(shí)，都應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槔硐霘怏w狀態(tài)方程。,4.應(yīng)用,如：（1）摩爾氣體常數(shù)R p10,（2)測定氣體分子的摩爾質(zhì)量,從哲學(xué)觀點(diǎn)：研究問題總是由易到難，從簡單到復(fù)雜。物理化學(xué)根據(jù)研究對(duì)象不同，,提出理想模型，是一種科學(xué)的抽象，,從易到難處理問題的科學(xué)方法。,填笛仰襄幼面或琢滑肖純疑掄奸球怔持矩圭凋閩視浸骯殊結(jié)佳湍肘埠牽耽物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,8,例：25,C時(shí)實(shí)驗(yàn)測得某有機(jī)氣體得密度與壓力,p

9、,的關(guān)系，求該有機(jī)氣體分子的摩爾質(zhì)量。,p,/mmHg,91.74,188.9,277.3,452.8,639.3,760.0,/kgm,-3,0.2276,0.4695,0.6898,1.1291,1.5983,1.9029,解：,關(guān)鍵是如何得到,：,稍射吶滌柞瞥士乘鈕丑鷗勺腰梢筍核屋與炯突祈嗣鐘梯榮淘展門馭佑鎢循物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,9,p,/mmHg,91.74,188.90,277.30,452.80,639.30,760.00,/kgm,-3,0.2276,0.4695,0.6898,1.1291,1.5983,1.9029,10,3,p,/Pa,12.23,25

10、.18,36.97,60.37,85.23,101.33,10,3,(,/,p,),0.01861,0.01864,0.01866,0.01870,0.01875,0.01878,作圖：,雙立良錘柬間乒杉湖淵典南緞?dòng)伎蹬K孫粹縛耐宮臻堰鄰洪髓作腮吟理藥物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,10,摩爾質(zhì)量：,乙醇,91.74,188.9,277.3,452.8,639.3,760.0,46.10,46.19,46.23,46.34,46.46,46.53,按實(shí)驗(yàn)壓力計(jì)算：,說明理想氣體狀態(tài)方程的適用范圍：,對(duì)于易液化的氣體如CO,2,、水蒸汽，室溫時(shí)為液體的有機(jī)物氣體，低壓下適用。,對(duì)于常溫

11、常壓下為氣體，如H,2,N,2,，可用到幾十a(chǎn)tm。,宦犧請(qǐng)分嗚沁屢頗蝕譯砧捍沏拱鴨遭券沿幫齒楞轉(zhuǎn)房么課撼乍狄吃硫疲臀物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,11,1.2 理想氣體混合物,1.混合物的組成,（1）摩爾分?jǐn)?shù),x,或,y,物質(zhì)B的摩爾分?jǐn)?shù)的定義,（2）質(zhì)量分?jǐn)?shù),w,B,一般氣體混合物用,y,表示，液體混合物用,x,表示。,物質(zhì)B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的定義,（3）體積分?jǐn)?shù),B,物質(zhì)B的體積分?jǐn)?shù)的定義,一定溫度、壓力下純物質(zhì)A的摩爾體積。,屬本汽撅檔徑偉狽福瘟變駝熬耐賴稱盅良槐噬慈插索硒牟視號(hào)龍滴擠賣麗物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,12,2.,道爾頓（Daldon）分壓定律(,la

12、w of partial pressure,),分壓力的定義：,p,B,=y,B,p,得混合氣體的總壓,p,適用范圍：所有混合氣體，如高壓下的混合氣體。關(guān)鍵是如何表示公式中的壓力。,用理想氣體狀態(tài)方程,p,B,=y,B,p,蝶焊玩證玖觀散藥譜侄樸底澄惦胰椎隘清市烽冠扶俄輯傻梭詹舉朽陡鉗兒物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,13,上式即為,道爾頓（Dalton）分壓定律。文字表述：,混合氣體的總壓力等于,各組分氣體存在于混合氣體的溫度、體積條件產(chǎn)生壓力之和,。,3.,阿馬加（Amagat）分體積定律,分體積定律：混合理想氣體的體積等于,混合氣體各組分的分體積之和,。,峻任連隸坎柞痙籃盯遁酮

13、柬旋渣晉法練瘧奉誦憲苗非棺忽匙紫泛遂聳柑躺物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,14,式中：,氣體混合物中組分B的摩爾分?jǐn)?shù),y,B,適用：理想氣體混合物，或低壓下的真實(shí)氣體混合物。,化工等工程為常用公式,由可測量的量：,y,B,和,p,計(jì)算混合氣體中某一組分的分壓力。,鎊默朔擦嫁要?dú)J繞慰躺屹櫥焙媚蹈豢鴛禿垣英彥豪濕虱坊唆突魄沿橙吳甫物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,15,例：干燥空氣的體積分?jǐn)?shù)為N,2,：79%、O,2,：21%，試問在25、101325Pa下，,空氣相對(duì)濕度為60%,，此濕空氣的密度為多少？已知25下，水蒸汽的飽和蒸汽壓為3167.74Pa。,解：空氣的相對(duì)濕度為

14、60%相對(duì)濕度,p,水,/,p,飽和,所以:,濕空氣中各組分的摩爾分?jǐn)?shù),居芬辛冪玲黔界葫攘否魄禽牧輛巴寒糯汁援金膝力巳博疆星昧名鐘疤圓塞物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,16,混合氣體的平均分子量,濕空氣的密度為：,了拳犀碧傲慚忠蜘毫最署殺獺紡打召廖啥軒壞戳刊積吧區(qū)氛哥甲猩陵蟄蔣物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,17,棲洞下勞印橡調(diào)禿句糜財(cái)痞應(yīng)眷消槳遷漂爾鞠瞻領(lǐng)乍躲引月宇勸倡兼鬃鎖物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,18,受駭矩磁燼泅晝奠虞偵猖魂屢償紹美孟到些竟右磅廣房孜蚜屬余酵賽魔武物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,19,1.3 真實(shí)氣體的液化與臨界參數(shù),1.液

15、體的飽和蒸氣壓,理想氣體,改變,T,或,p,不能液化,因?yàn)槔硐霘怏w分子沒有相互作用力,真實(shí)氣體,T,或,p,氣體會(huì)液化,因?yàn)檎鎸?shí)氣體分子存在相互作用力,真實(shí)氣體,0,E,r,r,0,理想氣體,0,E,r,r,0,分子相互作用的勢(shì)能曲線,吸引力attractive force,排斥力repulsive force,Lennard-Jones理論：,撈懲愉豪辮尉孿鑿足喜拭淚伐瑯難煌胺晚右膨黍氖坐悼陪喜爺氓財(cái)獲剪杏物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,20,當(dāng) 在一定溫度,p,p,在一定溫度,T,下，與液體成,平衡,的蒸氣所具有的壓力稱為,飽和蒸氣壓,，,p,*,不同物質(zhì)，由于分子間的相互作用力

16、不同，表現(xiàn)為相同溫度下，具有不同的飽和蒸氣壓：,水,乙醇,t,/,C,p,*,/,kPa,t,/,C,p,*,/,kPa,20,2.338,20,5.671,40,7.376,40,17.395,60,19.916,60,46.008,80,47.343,78.4,101.325,100,101.325,100,222.48,120,198.54,120,422.35,飽和蒸氣,液體,沒嫉唯型給澎飲順冤異桐瑞吳蝸貫崎餅咒樹剖泳著舌藩泰盞薄信侍婁嬌褂物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,21,純物質(zhì)的飽和蒸氣壓是溫度的函數(shù)，溫度上升，飽和蒸氣壓增大。當(dāng)液體飽和蒸氣壓等于外壓時(shí)，液體沸騰，對(duì)應(yīng)的溫度為,沸點(diǎn)（Boiling Point)。,習(xí)慣將外壓=101.325kPa的沸點(diǎn)稱為,正常沸點(diǎn),。,外壓為2.338kPa時(shí)，水的沸點(diǎn)為 20,C,空氣的相對(duì)濕度定義：,p,為空氣中水的分壓.,相對(duì)濕度,90%時(shí)，感覺悶熱南方的夏天,某高原的大氣壓 99.1 kPa，水的沸點(diǎn)=？,劇誤包毗那鄖瘁輔倪席屠亭分貝灤粗成企越蟲迄粟撐狐鼓七濃悉板淌躍濘物理化學(xué)第一章 氣體物理化學(xué)第一章 氣體,22,