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1、 上一内容 下一内容 回主目录O返回 物理化学核心教程电子课件 第一章 气体 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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
2、变 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 2. Charles-Gay-Lussac 定律 保持气体的压力和物质的量不变, 气体的体积与热力学温度成正比。 不变 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 1. 理想气体的微观模型 理想气体分子之间的相互作用
3、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。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 2. 理想气体的状态方程 联系p, V, 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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: Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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
4、由实验测定。 在不同温度下 时，当同一数值 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 1.3.1 混合物组成表示法 1. 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 1.3.1 混合物组成表示法 2.
5、 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 1.3.3 Amagat 分体积定律 在相同的温度 T 和总压力 p 的条件下 V，p是系统的总体积和压力，Amagat 分
6、体积定律原则上只适用于理想气体 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date
7、上一内容 下一内容 回主目录O返回 1.4.3 真实气体的 p-Vm 图 p g l Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 1.4.3 真实气体的 p-Vm 图 p g l C为临界点 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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
8、 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： Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 1.5.1 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： Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 1.5.2 从临界参数求 a, b 值 van der Waals 方程改写为： Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 1.5.3 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
9、现极大值和极小值 找出真实气体 之间的关系 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 1.5.4 Virial 方程 式中： 称为第一、第二、第三、Virial系数 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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？ Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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
10、气体的温度是 否相等？ Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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： Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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？ 273K293K Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 思考题 答： （1）左球温度升高，气
11、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。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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？ Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 思考题 答： 软木塞会崩出。这是因为保温瓶中的剩 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
12、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。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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？ Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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。
13、当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。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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？ Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 思考题 7. 如何定义气体的临界温度和 临界压力？ Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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。 Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 思考题 8处于临界点以上的各物质有何共 同特性？ Date 上一内容 下一内容 回主目录O返回 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。 Date