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1、气体1、 气体的状态：气体状态，指的是某一定量的气体作为一个热力学系统在不受外界影响的条件下，宏观性质不随时间变化的状态，这种状态通常称为热力学平衡态，简称平衡态。所说的不受外界影响是指系统和外界没有做功和热传递的相互作用，这种热力学平衡，是一种动态平衡，系统的性质不随时间变化，但在微观上分子仍永不住息地做热运动，而分子热运动的平均效果不变。 2、气体的状态参量：（1）气体的体积（V） 由于气体分子间距离较大，相互作用力很小，气体向各个方向做直线运动直到与其它分子碰撞或与器壁碰撞才改变运动方向，所以它能充满所能达到的空间，因此气体的体积是指气体所充满的容器的容积。（注意：气体的体积并不是所有气
2、体分子的体积之和） 体积的单位：米3（m3） 分米3（dm3） 厘米3（cm3） 升（l） 毫升（ml）（2）气体的温度（T） 意义：宏观上表示物体的冷热程度，微观上标志物体分子热运动的激烈程度，是气体分子的平均动能大小的标志。 温度的单位：国际单位制中，温度以热力学温度开尔文（K）为单位。常用单位为摄氏温度。摄氏度（）为单位。二者的关系：T=t+273 （3）气体的压强（P） 意义：气体对器壁单位面积上的压力。 产生：由于气体内大量分子做无规则运动过程中，对容器壁频繁撞击的结果。 单位：国际单位：帕期卡（Pa） 常用单位：标准大气压（atm），毫米汞柱（mmHg） 换算关系：1atm=760
3、mmHg=1.013105Pa 1mmHg=133.3Pa 3、气体的状态变化：一定质量的气体处于一定的平衡状态时，有一组确定的状态参量值。当气体的状态发生变化时，一般说来，三个参量都会发生变化，但在一定条件下，可以有一个参量保持不变，另外两个参量同时改变。只有一个参量发生变化的状态变化过程是不存在的。 4、气体的三个实验定律（1）等温变化过程玻意耳定律 内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。 表达式：或 图象：在直角坐标系中，用横轴表示体积V，纵轴表示压强P。一定质量的气体做等温变化时，压强与体积的关系图线在P-V图上是一条双曲线。若气体第一次做等温变化时温度是T1
4、，第地次做等温变化时温度是T2，从图上可以看出体积相等时，温度高的对应对压强大的，故T2T1。温度越高，等温线离原点越远。如果采用P-坐标轴，不同温度下的等温线是过原点的斜率不同的直线。（如图2）等温变化过程是吸放热过程 气体分子间距离约为10-9m，分子间相互作用力极小，分子间势能趋于零，可以为分子的内能仅由分子的动能确定。温度不变，气体的内能不变，即E=0。气体对外做功时，据热力学第一定律可知，E=0，W0，气体从外界吸热，气体等温压缩时，Q0，气体放热。所以，等温过程是个吸热或放热的过程。玻意耳定律的微观解释 一定质量的气体，分子总数不变。在等温变化过程中，气体分子的平均支能不变，气体分
5、子碰撞器壁的平均冲量不变。气体体积增大几倍，气体单位体积内分子总数减小为原来的，单位时间内碰撞单位面积上的分子总数也减小为原来的，当压强减小时，结果相反。所以，对于一定质量的气体，温度不变时，压强和体积成反比。玻意耳定律的适用条件 玻意耳定律是用真实气体通过实验得出的规律。因此这个规律只能在气体压强不太大，温度不太低的条件下适用。（2）气体的等容变化查理定律 内容A：一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度每升高（或降低）1，它的压强的增加（或减少）量等于在0时压强的。B：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强跟热力学温度成正比。 表达式：A： 或 P0-0时一定质量的压强（不是大气压）
6、Pt-t时一定质量的压强（不是大气压）B： 图象： A：P-t图，以直角坐标系的横轴表示气体的摄氏温度t，纵轴表示气体的压强P，据查理定律表达式可知一定质量气体在体积不变情况下，P-t图上等容图线是一条斜直线。与纵轴交点坐标表示0时压强。等容线延长线通过横坐标-273点。等容线的斜率与体积有关，V大，斜率小。 B：P-T图，在直角坐标系中，用横轴表示气体的热力学温度，纵轴表示气体的压强，P-T图中的等容线是一条延长线过原点的倾斜直线。斜率与体积有关，体积越大，斜率越小。（由于气体温度降低到一定程度时，已不再遵守气体查理定律，甚至气体已液化，所以用一段虚线表示。）查理定律的微观解释 一定质量的气
7、体，分子总数不变，在等容变化中，单位体积内分子数不变。在气体温度升高时，气体分子的平均动能增大，碰撞器壁的平均冲量增大，气体的压强随温度升高而增大。反之，温度降低时，气体的压强减小。查理定律适用条件 查理定理在气体的温度不太低，压强不太大的条件下适用。（3）等压变化过程盖吕萨克定律 内容A：一定质量的气体，在压强不变的条件下，温度每升高（或降低）1，它的体积的增加（或减少）量等于0时体积的。 B：一定质量的气体，在压强不变的条件下，它的体积跟热力学温度成正比。 表达式：A： B： 图象：在直角坐标系中，横轴分别表示摄氏温标，热力学温标；纵轴表示气体的体积，一定质量气体的等压图线分别是图5，图6
8、，如果进行两次等压变化，由图可看出温度相同时，P2对应体积大于P1对应体积，所以P2P1 盖吕萨克定律的微观解释 一定质量的气体，气体的分子总数不变，当它温度升高时，分子的平均动能增大 ，气体的压强要增大。这时使气体的体积适当增大，使单位体积内分子数减小，在单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减小，气体压强就可以保持不变。 盖吕萨克定律的适应范围： 压强不太大，温度不太低的条件下适用。 5、理想气体的状态方程：（1）理想气体：能够严格遵守气体实验定律的气体，称为理想气体。理想气体是一种理想化模型。实际中的气体在压强不太大，温度不太低的情况下，均可视为理想气体。（2）理想气体的状态方程： 一定质量
9、的理想气体的状态发生变化时，它的压强和体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。即此值为恒量。6、克拉珀龙方程 由气态方程可知恒量，对于1摩尔理想气体取T=273K时，可计算此恒量R=8.31J/mol，R叫做普适气体恒量。对于任意质量M的理想气体，其摩尔数为n=（M-质量，u-摩尔质量）因而有R，此方程叫克拉珀龙方程。（注解：这里的恒量C其实就是nR，n就是分子数，所以才特别强调一定质量的空气，如果漏气，那么这个恒量就减少了）（注解：气体的公式不多，主要的考察分为定量计算和定性分析两部分，定性分析的话，我们看到，V,T,P三个参量里，除了温度T必须是题目明确提示发生变化以外，一般不会变，更不会因
10、为压强或者体积的变化而变化，温度的变化只有两种可能，外界做功或者热传递，如果排除这两点一般不考虑气体温度变化的可能，所以绝大部分时候，我们都是控制气体体积V不变，然后看压强怎么变化）（注解：只要气体的质量没有发生变化，那么不管经历多少个过程恒量C都不会变化）7（注解：当有两部分气体且初温相同时，此公式适用，其意义为，当升高/降低相同温度时，原压强大的，增加/减少的压强就多）OTVabcd例题：17、一定质量理想气体的状态经历了如图所示的ab、bc、cd、da四个过程，其中bc的延长线通过原点，cd垂直于ab且与水平轴平行，da与bc平行，则气体压强在 Aab过程中不断变小 Bbc过程中保持不变
11、Ccd过程中不断变小 Dda过程中保持不变8导热性能良好的气缸和活塞，密封一定质量的理想气体，气缸固定不动，保持环境温度不变。现在将活塞向左缓慢压一段距离，稳定后-（ ）A单位时间内撞击到器壁上单位面积上的分子数增多B气体向外界放出热量，内能减少C气体从外界吸收热量，内能增加D每个气体分子的动能均保持不变A27如图，一容器两端是直径不同的两个圆筒，里面各有一个活塞，活塞横截面积分别是SA8cm2，SB24cm2，质量分别为MA8kg，MB12kg，它们之间用一轻杆相连并保持平衡，活塞与圆筒壁间无摩擦，活塞B的下面和大气相通，活塞A的上面是真空。若大气压强p01105Pa，重力加速度g10m/s
12、2，则被封闭气体的压强为_Pa；若略微降低桶内气体的温度，重新平衡后，桶内气体压强将_（选填“变大”、“不变”或“变小”）。24如图所示，两端封闭的玻璃管中间有一段水银柱，经适当倾斜，使上下两部分气体的体积恰好相等，并将玻璃管固定。管内气体的温度始终与环境温度相同。一段时间后，发现上面气体的体积比原来大了，则可以判断环境温度 了（填“升高”或“降低”），上下两部分气体的压强也改变了，且两部分气体压强的变化量 （填“相等”或“不相等”）。AB14如图所示，用不导热的活塞把气缸分成A、B两部分气体，两部分气体均可看成理想气体，当A、B两部分气体的热力学温度之比3:2时，它们的体积之比为2:1。如果
13、把A气体的温度提高到127，把B气体温度冷却到-73时，不计活塞与气缸间的摩擦，活塞达到平衡后，A、B两部分气体的体积之比为（ ）（A）2:1 （B）3:2 （C）5:2 （D）8:330（10分）如图所示，一端封闭的均匀玻璃管长H60cm，开口端竖直向上，用水银封住一定量的空气，水银柱长h19 cm，空气柱长L120 cm，初始温度为t127。（已知大气压强为76cmHg）求：（1）初始玻璃管内封闭气体压强p1。（2）将玻璃管缓缓顺时针转90，直至玻璃管水平时，空气柱长度L2。（3）保持玻璃管水平，对气体缓慢加热，则温度至少升高至多少摄氏度时水银全部从管中溢出。10cm31cm31如图所示，
14、长为31cm、内径均匀的细玻璃管开口向上竖直放置，管内水银柱的上端正好与管口齐平，封闭气体的长为10cm，温度为27，外界大气压强不变。若把玻璃管在竖直平面内缓慢转至开口竖直向下，这时留在管内的水银柱长为15cm，然后再缓慢转回到开口竖直向上，求：（1）大气压强的值；（2）玻璃管重新回到开口竖直向上时空气柱的长度；（3）当管内气体温度升高到多少时，水银柱的上端恰好重新与管口齐平？32（12分）如图所示，两个可导热的气缸竖直放置，它们的底部都由一细管连通（忽略细管的容积）。两气缸各有一个活塞，质量分别为和，已知，活塞与气缸无摩擦。活塞的下方为理想气体，上方为真空。当气体处于平衡状态时，两活塞位于
15、同一高度。求m1m2h（1）在两活塞上同时各放一质量为的物块，气体再次达到平衡后两活塞的高度差（假定环境温度始终保持为）。（2）在达到上一问的终态后，环境温度由缓慢上升到，气体在状态变化过程中，两物块均不会碰到气缸顶部，在这个过程中，气体对活塞做了多少功？气体是吸收还是放出了热量？551025150ABCD单位：cm31、如图所示的玻璃管ABCD，在水平段CD内有一段水银柱，玻璃管截面半径相比其长度可忽略，B端弯曲部分长度可忽略。初始时数据如图，环境温度300K。现保持CD水平，将玻璃管缓慢竖直向下插入大水银槽中，使A端在水银面下5cm。已知大气压75cmHg。（1）在插入水银槽后，玻璃管保持
16、静止，缓慢降低温度，降低到多少时，水平段水银柱回到初始位置。（2）在（1）的前提下，继续缓慢降低温度，降低到多少时，水平段水银柱刚好全部进入竖直管内。21（12分）如图，粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口，管内有一段水银柱，右管内气体柱长为39cm，中管内水银面与管口A之间气体柱长为40cm。先将口B封闭，再将左管竖直插入水银槽中，设整个过程温度不变，稳定后右管内水银面比中管内水银面高2cm，求： （1）稳定后右管内的气体压强p；（2）左管A端插入水银槽的深度h。（大气压强p076cmHg） 30（10分）一个内壁光滑的圆柱形气缸，质量为M，高度为L，、底面积为S。缸内有一个质量为m的活塞，封闭了一定质量的理想气体，不计活塞厚度。温度为t0时，如果用绳子系住活塞将气缸悬挂起来，如图甲所示，气缸内气体柱的高为L1，如果用绳子系住气缸底，将气缸倒过来悬挂起来，如图乙所示，气缸内气体柱的高为L2，设两种情况下气缸都处于竖直状态，求：（1）当时的大气压强；（2）为保证图乙情况下，活塞不从气缸中脱落，缸内气体温度的变化范围