(农学)OO 绪论 气体

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物理化学彭俊军john_peng@wtu.edu.cn1\n绪论2\n§0.1物理化学(physicalchemistry)物理化学是研究化学运动(物质的原子、分子之间重新排列和反应变化等运动形式)普遍规律的科学，是化学学科理论的一部分。物理化学是应用物理学原理与方法，研究有关物质的物理变化与化学运动普遍规律的一门科学，也可以说，物理化学是从物质的物理现象与化学现象的联系入手，来探讨化学基本规律的一门科学，是整个化学科学与化学工艺学的理论指导，又叫理论化学，又是物理学与化学最早相互渗透的一门边缘学科，实验手段上采用物理学的方法。3\n§0.2物理化学的主要内容物理化学的主要理论支柱是热力学、统计力学和量子力学。热力学适用于宏观系统量子力学适用于微观系统统计力学则为上述二者的桥梁化学热力学（宏观的方法）量子力学（微观的方法）统计力学4\n气体的pVT关系热力学第一定律热力学第二定律多组分热力学化学平衡相平衡电化学量子力学基础统计热力学初步界面现象化学动力学胶体化学5\n§0.3学习物理化学的要求及方法遵循“实践—理论—实践”的认识过程，分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实概括到一般，再从一般推理到个别的思维过程。注意逻辑推理的思维方法，对一些重要公式加以推导，理清理论体系的主次关系。多做习题，学会解题方法。在做习题的过程中加深对重要概念和公式的理解。课前自学，课后复习，勤于思考，培养自学和独立工作的能力。理论联系实践，要认真做好物化实验。6\n（1）天津大学物理化学教研室编《物理化学》（上下），高等教育出版社，2001年（2）傅献彩编《物理化学》第四版，高等教育出版社（3）印永嘉编《物理化学简明教程》第三版，高等教育出版社（4）胡英编《物理化学》第四版，高等教育出版社§0.4参考书\n第一章气体8\n§1.1理想气体的状态方程1.理想气体状态方程低压气体定律：（1）玻义尔定律(R.Boyle，1662):pV＝常数（n,T一定）（2）盖.吕萨克定律(J.Gay-Lussac，1808)：V/T＝常数(n,p一定)（3）阿伏加德罗定律（A.Avogadro，1811)V/n＝常数(T,p一定)\n10以上三式结合理想气体状态方程pV=nRT单位：pPaVm3TKnmolRJmol-1K-1R摩尔气体常数R＝8.314472Jmol-1K-1理想气体定义：服从pV=nRT的气体为理想气体或服从理想气体模型的气体为理想气体气体压力不太高、温度不太低时。\n11理想气体状态方程也可表示为：pVm=RTpV=(m/M)RT以此可相互计算p,V,T,n,m,M,(=m/V)例：用管道输送天然气，当输送压力为200kPa，温度为25℃时，管道内天然气的密度为多少？假设天然气可看作是纯甲烷。解：M甲烷＝16.04×10－3kg·mol-1Vm为摩尔体积\n122.理想气体模型凡是在任何温度、压力下均遵循pV=nRT状态方程的气体称为理想气体。如何判断真实气体为理想气体？300.7K\n13300.7K实际气体都不是在任何条件下符合pVm＝RT(常数)方程的。压力p→0时，各种气体pVm，趋向一个定值A，Lim(pVm)＝A＝RT。理想气体的状态常数可通过外推法求得。R=2500/300.7=8.314Jmol-1K-1理想气体模型：(1)分子间无作用力(2)分子本身没有体积。理想气体的状态为或近似理想气体低压高温\n14§1.2理想混合气体1.混合物的组成⑴摩尔分数molerfraction⑵质量分数massfraction⑶体积分数volumefraction\n152.分压力与道尔顿定律分压力：描述气体混合物中某气体对总气体的贡献，为某组分气体对器壁施加的压力。定义：——混合气体总压力——组分B的摩尔分数总压力：\n16道尔顿发现：道尔顿实验+=?V,TV,TV,T黑板推导！\n17道尔顿定律：理想气体混合物的总压力等于与混合气体的温度、体积相同条件下各组分单独存在时所产生的压力之和。或：某组分B的分压等于该组分单独存在于混合气体温度及体积下所具有的压力\n18例：今有300K，104.365kPa的湿烃类混合气体（含水蒸气的烃类混合气体），其中水蒸气的分压为3.167kPa。现欲得到除去水蒸气的1kmol干烃类混合气体，试求：（1）应从湿烃混合气中除去水蒸气的物质的量；（2）所需湿烃类混合气体的初始体积。（2）所求湿烃类混合气体的初始体积VpB=3.167kPa，由公式，可得：所以解：（1）设湿烃类混合气体中烃类混合气(A)和水蒸气(B)的分压分别为pA和pB，物质的量分别为nA和nB，有：\n3.分体积与阿马格定律+=?p,Tp,Tp,T分体积：混合气体中某组分B单独存在，并与混合气体的温度、压力相同时所具有的体积VB\n阿马格定律或推导过程见黑板！！！yB=pB/p=VB/V\n题:有2.0L潮湿空气，压力为101.325kPa，其中水汽的分压力为12.33kPa.设空气中O2(g)和N2(g)的摩尔分数分别为0.21和0.79。试求：（1）H2O(g)，O2(g)和N2(g)的分体积；（2）O2(g)和N2(g)在潮湿空气中的分压力；\n22§1.3真实气体状态方程1.真实气体与理想气体的偏差1)压缩因子Z物理意义：反映一定温度、压力下真实气体偏离理想气体的程度，为量纲一的量。定义：Z，使之满足300K\n23Z>1，真实气体难以压缩Z<1，真实气体容易压缩Z=1，真实气体为理想气体\n2.真实气体的非理想气体行为(1)(2)温度越高，曲线趋向于Z=1直线(3)同样温度(－70℃)下：低压时，分子间距离大，引力大于斥力，易压缩，Z<1高压时，分子间距离小，斥力大于引力，难压缩，Z>1产生偏差原因：存在分子间作用力及分子本身有体积\n253.范德华方程真实气体的状态方程－－经验公式或半经验公式范德华在理想气体状态方程基础上进行修正，得出范德华方程理想气体状态方程范德华方程为范德华常数，可通过实验得到。或查相关化学手册\n26校正依据：(1)分子本身有体积，则分子可自由活动的空间就要比同体积下的理想气体的要小，为(2)分子间有作用力(主要为引力)，使得分子碰撞器壁的频率降低，故压力比同体积下理想气体的压力偏小，校正为范德华方程用于计算100MPa以下的真实气体行为\n27§1.4临界状态1.饱和蒸气压理想气体不液化（因分子间没有相互作用力）实际气体在某一定T时，常存在气－液可共存。气液平衡时：气体称为饱和蒸气；液体称为饱和液体；压力称为饱和蒸气压。定义：液体蒸发的速度和气体凝结的速度相等时的蒸气压力p*。\n28饱和蒸气压是温度的函数水、乙醇和苯在不同温度下的饱和蒸气压饱和蒸气压＝外压时的温度称为沸点饱和蒸气压＝101.325kPa时的温度称为正常沸点H2O乙醇苯t/℃p*/kPat/℃p*/kPat/℃p*/kPa202.338205.671209.9712407.3764017.3954024.4116019.9166046.0086051.9938047.34378.4101.32580.1101.325100101.325100222.48100181.44120198.54120422.35120308.11\n292.临界状态临界点当T＝Tc时，液相消失，加压不再可使气体液化。临界温度Tc：使气体能够液化所允许的最高温度p*=f(T)T，p*临界压力pc:在临界温度下使气体液化所需的最低压力临界摩尔体积Vm,c：在Tc、pc下物质的摩尔体积Tc、pc、Vc统称为物质的临界参数\n小结1.理想气体及状态方程、分压定律、分体积定律。2.真实气体与理想气体的偏差、范德华方程.真实气体的液化、饱和蒸气压、临界现象、临界参数。