物理化学第一章课件.pptxVIP

第一章 气体的pVT关系 Relations Between pVT of Gases 理想气体状态方程 理想气体混合物 真实气体的液化及临界参数 真实气体状态方程 对应状态原理及普遍化压缩因子图第一页，共四十页。物质的聚集状态一般可分为：气态 gas液态 liquid固态 solid 结构最简单结构最复杂流体 fluid凝聚体 condensing另有等离子态 plasma、超固态、中子态等。 状态方程 state equation：物质 p（pressure）、V（volume）、T（temperature）之间的关系方程。 对于一定量的纯物质，只要 p、V、T 中任意两个量确定后，第三个量即随之确定，此时就说物质处于一定的状态。处于一定状态的物质，各宏观性质都有确定的值和确定的关系。 第二页，共四十页。第一节 理想气体状态方程Perfect Gas Equation三个经验定律（17世纪中期，低压气体）： 1. 波义耳定律 Boyle’s law： 恒温下，一定量气体，体积和压力成反比。 V∝1/p2. 盖-吕萨克定律 Gay-Lussac’s law： 恒压下，一定量气体，体积和温度成正比。 V∝T3. 阿伏加德罗定律 Avogadro’s principle： 同温同压同体积气体，所含分子数相同。 第三页，共四十页。将三个经验定律综合起来，即得理想气体状态方程： (No.1)SI单位： Pa m3 mol K R = NA·k = 8.3145 J·K-1·mol-1，称为摩尔气体常数 molar gas constant；n 为物质的量 amount-of-substance。 因 Vm = V/n，n = m/M，ρ = m/V，故上述方程又可写成其它多种形式。 第四页，共四十页。（P8）例 Example：用管道输送天然气，当输送压力为200 kPa，温度为25℃时，管道内天然气（可视为纯甲烷）的密度是多少? 解 Answer：第五页，共四十页。Er00r理想气体模型 model of ideal gas： 分子之间既有相互吸引又有相互排斥。按照兰纳德-琼斯（Lennard-Jones）的理论，吸引作用与距离的6次方成反比，排斥作用与距离的12次方成反比，故总的相互作用势能为： r 很大时，相互作用很弱，几乎为零r↘，相互吸引↗r = r0时，相互吸引达到最大r 继续↘，相互排斥↗第六页，共四十页。理想气体：任何温度、压力下都服从理想气体状态方程的气体。 问：理想气体能否液化？ 理想气体是否真实存在？ 实际气体只有在压力趋于零的极限条件下才服从理想气体状态方程，此时，分子之间的距离非常大，分子之间的相互作用很小，可以忽略不计，同时，分子本身的体积与它所占的空间相比也可以忽略不计，由此抽象出理想气体概念的两个假设： ① 分子之间无相互作用（no interactions between the molecules）； ② 分子本身不占有体积（no volume occupied by the molecules themselves）——即可视为没有大小的质点。 第七页，共四十页。定温下，测量气体在不同压力 p 时的摩尔体积 Vm，用 pVm 或 对 p 作图，外推到 p→0，即得。 Ne理想气体O2CO20p摩尔气体常数 molar gas constant： 摩尔气体常数可通过实验测定： 对理想气体： 对实际气体： 但压力很低时测不准，故采用外推法：第八页，共四十页。第二节 理想气体混合物Mixtures of Ideal Gases混合物组成表示法 composition scales of mixtures： 摩尔分数 mole fraction： 质量分数 mass fraction： 量纲均为1 体积分数 volume fraction：（混合前纯B的体积与各纯组分体积总和之比） 第九页，共四十页。理想气体混合物的状态方程：理想气体状态方程同样适用：总压 总体积 总的摩尔数 总质量Mmix为混合物的平均摩尔质量： 如：空气（21%O2，78%N2，0.94%稀有气体Ne，0.03%CO2，0.03%H2O和其它杂质），M空气 = 0.21×32.00 + 0.78×28.0135 + 0.0094×40.36 + 0.0003×44.01 + 0.0003×18.0153 = 28.98。 对混合物中的某一组分，则 pV 中，一个是总量一个是分量，而不能两个都是总量或都是分量。 第十页，共四十页。道尔顿分压定律 Dalton’s law of partial pressure：分压即某一种气体所产生的压力，也即它对总压的贡献。分压等于摩尔分数乘