物理化学核心教程.ppt

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1、2023/8/20,物理化学核心教程电子课件,第一章 气体,2023/8/20,第一章 气体,1.1 低压气体的经验定律,1.2 理想气体及其状态方程,1.3 理想气体混合物,1.4 真实气体的液化,1.5 真实气体的状态方程,2023/8/20,1.1 低压气体的经验定律,1.Boyle 定律,2.Charles-Gay-Lussac 定律,3.Avogadro 定律,2023/8/20,1.Boyle 定律,在较低压力下,保持气体的温度和物质的量不变,气体的体积与压力的乘积为常数。,不变,2023/8/20,2.Charles-Gay-Lussac 定律,保持气体的压力和物质的量不变,气体

2、的体积与热力学温度成正比。,不变,2023/8/20,3.Avogadro 定律,在相同温度和压力下，,相同体积的任何气体，含有的气体分子数相同。,不变,相同的T，p下,1 mol 任何气体所占有的体积相同。,2023/8/20,1.2 理想气体及其状态方程,1.理想气体的微观模型,2.理想气体的状态方程,2023/8/20,1.理想气体的微观模型,理想气体分子之间的相互作用可忽略不计,理想气体分子的自身体积可忽略不计,高温和低压下的气体近似可看作理想气体,难液化的气体适用的压力范围较宽,例如,在较大的压力范围内都可以作为理想气体处理。,2023/8/20,2.理想气体的状态方程,联系p,V,

3、T 三者之间关系的方程称为状态方程,理想气体的状态方程为,摩尔气体常量,2023/8/20,2.理想气体的状态方程,理想气体的状态方程的推导,(1)等温,(2)等压,(1),(2),由(1)(2)得:,2023/8/20,2.理想气体的状态方程,理想气体的摩尔气体常量,的准确数值可以由实验测定。,在不同温度下,同一数值,2023/8/20,1.3 理想气体混合物,1.混合物组成表示法,2.Dalton 分压定律,3.Amagat 分体积定律,2023/8/20,1.3 理想气体混合物,气体混合物,若干种气体混合在一起，形成均匀的气体混合物,2023/8/20,1.3.1 混合物组成表示法,1.

4、B 的摩尔分数,称为B的摩尔分数或物质的量分数,单位为1,混合物中所有物质的量的加和,表示气相中B的摩尔分数,2023/8/20,1.3.1 混合物组成表示法,2.B 的体积分数,称为B的体积分数,单位为1,混合前纯B的体积,混合前各纯组分体积的加和,2023/8/20,1.3.1 混合物组成表示法,3.B 的质量分数,称为B的质量分数,单位为1,B组分的质量,混合物中所有物质质量的加和,2023/8/20,1.3.2 Dalton 分压定律,B的分压等于相同T，V 下单独存在时的压力,总压等于相同T，V 下，各组分的分压之和,2023/8/20,1.3.3 Amagat 分体积定律,在相同的

5、温度 T 和总压力 p 的条件下,V，p是系统的总体积和压力，Amagat 分体积定律原则上只适用于理想气体,2023/8/20,1.4 真实气体的液化,1.液体的饱和蒸汽压,2.临界状态,3.真实气体的p-Vm图,2023/8/20,1.4.1 液体的饱和蒸汽压,在密闭容器内,蒸发与凝聚速率相等时,在一定温度下,这时蒸汽的压力,称为,达气-液平衡,该温度时的饱和蒸汽压,饱和蒸汽压是物质的性质,2023/8/20,1.4.2 临界状态,临界温度,在该温度之上无论用多大压力,无法使气体液化,临界状态,气-液界面消失,混为一体,临界参数,高于 称为超临界流体,超临界流体,2023/8/20,1.4

6、.3 真实气体的 p-Vm 图,p,g,l,2023/8/20,1.4.3 真实气体的 p-Vm 图,p,g,l,C为临界点,2023/8/20,1.5 真实气体的状态方程,1.van der Waals 方程,2.从临界参数求 a,b 值,3.van der Waals 方程的应用,4.Virial 型方程,2023/8/20,1.5.1 van der Waals 方程,荷兰科学家 van der Waals 对理想气体状态方程作了两项修正：,（1）1 mol 分子自身占有体积为 b,（2）1 mol 分子之间有作用力，即内压力,van der Waals 方程为：,2023/8/20,1

7、.5.1 van der Waals 方程,van der Waals 方程为：,或,a，b 称为van der Waals 常数,a 的单位：,b 的单位：,2023/8/20,1.5.2 从临界参数求 a,b 值,van der Waals 方程改写为：,2023/8/20,van der Waals方程的应用,(2)已知 的值，,(1)计算 等温线,气-液平衡线出现极大值和极小值,找出真实气体 之间的关系,2023/8/20,Virial 方程,式中：,称为第一、第二、第三、Virial系数,2023/8/20,思考题,1如何使一个尚未破裂而被打瘪的乒乓球恢复原状？采用了什么原理？,20

8、23/8/20,思考题,答：,将打瘪的乒乓球浸泡在热水中，使球壁变软，球中空气受热膨胀，可使其恢复球状。采用的是气体热胀冷缩的原理,2023/8/20,思考题,2在两个密封、绝热、体积相等的容器中，装有压力相等的某种理想气体。试问，这两容器中气体的温度是否相等？,2023/8/20,思考题,不一定相等。根据理想气体状态方程,若物质的量相同，则温度才会相等。,答：,2023/8/20,思考题,3 两个容积相同的玻璃球内充满氮气，两球中间用一玻管相通，管中间有一汞滴将两边的气体分开。当左球的温度为273K，右球的温度为293K时，汞滴处在中间达成平衡。试问：,(1)若将左球温度升高10K，中间汞滴

9、向哪边移动？,(2)若两球温度同时都升高10K,中间汞滴向哪边移动？,273K,293K,2023/8/20,思考题,答：,（1）左球温度升高，气体体积膨胀，推动汞滴向右边移动。,（2）两球温度同时都升高10K，汞滴仍向右边移动。因为左边起始温度低，升高10K所占比例比右边大，283/273大于303/293，所以膨胀的体积（或保持体积不变时增加的压力）左边比右边大。,2023/8/20,思考题,4在大气压力下，将沸腾的开水迅速倒入保温瓶中，达保温瓶容积的0.7左右，迅速盖上软木塞，防止保温瓶漏气，并迅速放开手。请估计会发生什么现象？,2023/8/20,思考题,答：,软木塞会崩出。这是因为保

10、温瓶中的剩余气体被热水加热后膨胀，当与迅速蒸发的水汽的压力加在一起，大于外面压力时，就会使软木塞崩出。如果软木塞盖得太紧，甚至会使保温瓶爆炸。防止的方法是灌开水时不要太快，且要将保温瓶灌满。,2023/8/20,思考题,5当纯物质的气、液两相处于平衡时，不断升高平衡温度，这时处于平衡状态的气-液两相的摩尔体积将如何变化？,2023/8/20,思考题,答：,升高平衡温度，纯物的饱和蒸汽压也升高。但由于液体的可压缩性较小，热膨胀仍占主要地位，所以液体的摩尔体积会随着温度的升高而升高。,而蒸汽易被压缩，当饱和蒸汽压变大时，气体的摩尔体积会变小。随着平衡温度的不断升高，气体与液体的摩尔体积逐渐接近。当

11、气体的摩尔体积与液体的摩尔体积相等时，这时的温度就是临界温度。,2023/8/20,思考题,6.有一种气体的状态方程为:,(b为大于零的常数),试分析这种气体与理想气体有何不同？,将这种气体进行真空膨胀，气体的温度会不会下降？,2023/8/20,思考题,答：,将气体的状态方程改写为:,与理想气体的状态方程相比，只校正了体积项，未校正压力项。说明这种气体分子自身的体积不能忽略，而分子之间的相互作用力可以忽略不计。所以，将这种气体进行真空膨胀时，温度不会下降。,2023/8/20,思考题,7.如何定义气体的临界温度和临界压力？,2023/8/20,思考题,答：,在真实气体的 图上,当气-液两相共存的线段缩成一个点时，称这点为临界点。这时的温度为临界温度，这时的压力为临界压力。临界压力是指在该临界温度时能使气体液化的最低压力。,2023/8/20,思考题,8处于临界点以上的各物质有何共同特性？,2023/8/20,思考题,答：,这时气-液界面消失，液体和气体的摩尔体积相等，成为一种既不同于液相、又不同于气相的特殊流体，称为超流体。,