安徽建筑工业学院省级精品课程 物理化学电子课件 Chapter1气体 材料科学与工程系物理化学课程组 Department of Materials Science and Engineering
Department of Materials Science and Engineering 安徽建筑工业学院省级精品课程 物理化学电子课件 Chapter 1 气 体 材料科学与工程系物理化学课程组
Outline: 四1.0绪言 四1.1理想气体的行为 氤1.1.1经验公式 匐1.1.2理想气体状态方程 匐1.1.3混合理想气体行为 四1.2真实气体的行为 匐1.2.1真实气体p-V-T行为 匐1.2.2真实气体状态方程 匐1.2.3真实气体等温线 匐1.2.4对比状态定律 匐1.2.5压缩因子图 Chapter1气体 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 1 气 体 Department of Materials Science and Engineering 2 Outline: 1.0 绪言 1.1 理想气体的行为 1.1.1 经验公式 1.1.2 理想气体状态方程 1.1.3 混合理想气体行为 1.2 真实气体的行为 1.2.1 真实气体p-V-T行为 1.2.2 真实气体状态方程 1.2.3 真实气体等温线 1.2.4 对比状态定律 1.2.5 压缩因子图
四1.0绪言 首先讨论气体的目的： ()所有描述气体状态行为的状态方程几乎相同，个别分子的细致结 构对气体的总体行为不产生强烈影响。 (2)气体行为的研究较易得出规律。 (3)建立微观分子模型。 (4)对观察到的宏观现象作出微观本质的解释。 (5)为学习热力学和统计力学理论，提供一个简单易懂的物质体系。 状态方程：描述物质的宏观性质之间定量关系的方程（数学关系）。 物质最基本的宏观性质有质量m,摩尔数n,压力P,温度T,体积V, 组成x等。这些宏观性质并不是相互独立的，而是有着某种内在联系，当 某些性质确定后，其它的性质都随之确定，因此，可能用一些数学关系 式来表达某个性质随其它性质的变化。如： V=V(T.P.n) T=T(P.V.n) P=P(V.T.n) 3 Chapter1气体 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 1 气 体 Department of Materials Science and Engineering 3 1.0 绪言 状态方程：描述物质的宏观性质之间定量关系的方程（数学关系）。 物质最基本的宏观性质有质量m，摩尔数n，压力P，温度T，体积V, 组成x等。这些宏观性质并不是相互独立的，而是有着某种内在联系，当 某些性质确定后，其它的性质都随之确定，因此，可能用一些数学关系 式来表达某个性质随其它性质的变化。如： V = V(T.P.n) T = T(P.V.n) P = P(V.T.n) 首先讨论气体的目的： （1）所有描述气体状态行为的状态方程几乎相同，个别分子的细致结 构对气体的总体行为不产生强烈影响。 （2）气体行为的研究较易得出规律。 （3）建立微观分子模型。 （4）对观察到的宏观现象作出微观本质的解释。 （5）为学习热力学和统计力学理论，提供一个简单易懂的物质体系
四1.1理想气体的行为 匐1.1.1经验公式 1.Boyle's Law PV=C'(T,n) 2.Gay-Lussac's Law V =C"(P,n) 气体的P,V,T, n等性质之间的定量 3.Avogadro's Law 关系与气体的种类 N =C"(T,P) 无关。 4 Chapter1气体 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 1 气 体 Department of Materials Science and Engineering 4 1.1理想气体的行为 1.1.1经验公式 1. Boyle’s Law PV = C(T,n) 2. Gay-Lussac’s Law C (P, n) T V = 3. Avogadro’s Law C (T, P) V N = 气体的P，V，T， n等性质之间的定量 关系与气体的种类 无关
四1.1理想气体的行为 匐1.1.2理想气体状态方程 PV PV=C(n)xT =C(n) T 气体常数R 对于理想气体， V、 im(PV)入 R=8.314JK-1mo1 R=lim nT /nT =1.987cal.K-1.mol-1 =0.08206 atm-1.K-1.mol1 Chapter1气体 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 1 气 体 Department of Materials Science and Engineering 5 1.1理想气体的行为 1.1.2 理想气体状态方程 PV = C(n)T 2 2 2 1 1 1 T PV T PV = 气体常数R C(n) T PV = nT PV nT PV R p p lim ( ) lim ( ) 0 0 → → = = 对于理想气体， R＝8.314JK-1 mol-1 ＝1.987calK-1 mol -1 ＝0.08206 atmlK-1 mol-1
四1.1理想气体的行为 匐1.1.2理想气体状态方程 理想气体的模型归纳为以下两个基本点： (1)分子间无相互作用力。 (2)分子本身没有体积。 6 Chapter1气体 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 1 气 体 Department of Materials Science and Engineering 6 1.1理想气体的行为 1.1.2 理想气体状态方程 理想气体的模型归纳为以下两个基本点： ⑴ 分子间无相互作用力。 ⑵ 分子本身没有体积
四1.1理想气体的行为 匐1.1.3混合理想气体行为 1.Dalton分压定律： 1801年，Dalton: 混合理想气体的总压P等于各组分气体分压P之和。 P=∑Pi 分压：各组分气体在同温下单独占有混合气体所占据全部体积时的压力。 2.Amagat分体积定律： 1880年，Amagat 混合气体的总体积是各组分气体的分体积之和。 V=ΣVi 分体积：各组分气体在相同温度、压力下，单独存在时所占有的体积。 Chapter1气体 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 1 气 体 Department of Materials Science and Engineering 7 1.1理想气体的行为 1.1.3 混合理想气体行为 1．Dalton分压定律： 1801年，Dalton： 混合理想气体的总压P等于各组分气体分压Pi之和。 P = Pi 分压：各组分气体在同温下单独占有混合气体所占据全部体积时的压力。 2．Amagat分体积定律： 1880年，Amagat 混合气体的总体积是各组分气体的分体积之和。 V = Vi 分体积：各组分气体在相同温度、压力下，单独存在时所占有的体积
四1.2真实气体的行为 匐1.2.1真实气体p-V-T行为 用比较方便的方式来描述真实气体的PVT关系， PV =znRT z为压缩因子(Compressibility factor)。它反映了实际气体与理想气体的偏差。 讨论： (I)对理想气体，z=L,PV=nRT 对实际气体，z值取决于气体的温度、压力、特性等。 (2)z>1该气体比理想气体难压缩PV>nRT=(PV)理 z<1该气体比理想气体易压缩 (3)z与T的关系： 随着温度的升高，z~P曲线的最低点逐渐上升，并向低压方 向移动，在某一温度下，最低点落在z=1上，曲线在一段低压范围内 保持在z=l的水平线上，即服从Boyle'sLaw.该温度称为Boyle温度TB。 Chapter 1 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 1 气 体 Department of Materials Science and Engineering 8 1.2 真实气体的行为 1.2.1 真实气体p-V-T行为 用比较方便的方式来描述真实气体的PVT关系， PV = znRT z为压缩因子（Compressibility factor）。它反映了实际气体与理想气体的偏差。 0 , 0 = P TB P→ Z 讨论： (1) 对理想气体, z = 1, PV = nRT 对实际气体, z值取决于气体的温度、压力、特性等。 (2) z > 1 该气体比理想气体难压缩PV > nRT = (PV)理 z < 1 该气体比理想气体易压缩 (3) z与T的关系： 随着温度的升高，z ～ P曲线的最低点逐渐上升，并向低压方 向移动，在某一温度下，最低点落在z = 1上，曲线在一段低压范围内 保持在z = 1的水平线上，即服从Boyle’s Law.该温度称为Boyle温度TB
四1.2真实气体的行为 匐1.2.2真实气体状态方程 l.Van der Wads方程 实际气体的行为与理想气体发生偏差的原因在于： (1)实际气体分子本身具有一定体积。 (2)实际气体分子间具有相互作用力： 在T以下，一切真实气体在低压下比较容易压 缩，这是因为气体分子间有相互作用力（吸引力）；而 在高压下比较难压缩，这是由于气体体积缩小，分子间 距离较近，彼此间的斥力成了主要作用。 1873年，J.D.van der Wads:提出修正理想气体状态方 程的建议，导出较为准确的实际气体的状态方程式。 9 Chapter1气体 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 1 气 体 Department of Materials Science and Engineering 9 1.2 真实气体的行为 1.2.2 真实气体状态方程 1. Van der Wads 方程 实际气体的行为与理想气体发生偏差的原因在于： （1）实际气体分子本身具有一定体积。 （2）实际气体分子间具有相互作用力。 在TB以下，一切真实气体在低压下比较容易压 缩，这是因为气体分子间有相互作用力（吸引力）；而 在高压下比较难压缩，这是由于气体体积缩小，分子间 距离较近，彼此间的斥力成了主要作用。 1873年，J. D. van der Wads提出修正理想气体状态方 程的建议，导出较为准确的实际气体的状态方程式
四1.2真实气体的行为 匐1.2.2真实气体状态方程 范氏修正： (1)压力校正： P理=P实十P内 (2)体积校正： m -bo)=RT V2 + V-nbo)=nRT 101 Chapter1气体 Department of Materials Science and Engineering
Chapter 1 气 体 Department of Materials Science and Engineering 10 1.2 真实气体的行为 1.2.2 真实气体状态方程 范氏修正： (1) 压力校正： P理 ＝ P实＋ P内 (2) 体积校正： (V b ) RT V a p m m − = + 2 0 0 (V nb ) nRT V na p − = + 2 0 0