第一章-气体及其pVT性质.pptx

第一章 气体及其pVT性质一、什么就是物理化学 应用物理学原理和方法研究有关化学现象应用物理学原理和方法研究有关化学现象和化学过程得一门科学。和化学过程得一门科学。物理化学就是从物质得物理现象与化学现物理化学就是从物质得物理现象与化学现象得联系入手来研究化学变化基本规律得一门象得联系入手来研究化学变化基本规律得一门科学。科学。2024/4/19 周五2What is Physical Chemistry?ChemistryChemistry works with an enormous number of substance;it is an extensive science、Physics Physics on the other hand works with rather few substance;it is an intensive science、Physical chemistryPhysical chemistry is the child of these two sciences;it has inherited the extensive character from chemical、Upon this depends its all embracing feature,with has attested so great admiration、Physical chemistry may be regarded as an excellent school of exact reasoning for all students of natural science、Arrhenius S A2024/4/19 周五3化学变化总伴随着物理变化化学变化总伴随着物理变化 例如例如:化学反应中常伴有能量得吸收或放出,有压力、温度、密度、形态等得变化,有光得发射或吸收,有声响,有电动势、电流等物理条件得变化也影响着化学变化物理条件得变化也影响着化学变化 例如例如:压力、温度、浓度等变化对化学变化有影响 化学现象与物理现象之间有着密切联系。物理化学研究得正就是这种联系,从而找出化学反应中具有普遍性得规律。一、什么就是物理化学2024/4/19 周五4二、物理化学得内容二、物理化学得内容化学变化得能量守恒:热力学第一定律化学变化得方向和限度:热力学第二定律化学反应进行得速度化学反应进行得具体步骤-机理 化学性质与微观结构之间得关系化学热力学化学动力学结构化学2024/4/19 周五5三、物理化学得研究方法实验得方法研究化学反应随时间得变化规律;研究化学平衡得规律;研究物质性质与外界条件得关系;测定各种物理化学常数;除常用得化学实验外,常用物理学中得一系列实验方法:测温度、压力、浓度,观颜色、声现象,测电流、磁场等。经典热力学 统计热力学量子力学理论得方法2024/4/19 周五6四、物理化学得研究内容和学习方法四、物理化学得研究内容和学习方法 物理化学得内容包括物理化学得内容包括:1、气体;2、热力学第一定律;3、热力学第二定律;4、多组分系统热力学;5、化学平衡;6、相平衡;7、电化学;8、统计热力学初步;9、表面化学;10、化学动力学;11、特殊反应动力学;12、胶体化学。物理化学得学习方法物理化学得学习方法:1、实验得方法:学会从实验得结果中总结出规律性得结论,再用于实践;2、物理化学就是研究规律性得一门学科,在学习中学会善于思考、学会归纳和总结,从思考和总结中掌握物理化学基本原理。2024/4/19 周五7五、如何学好物理化学五、如何学好物理化学 物理化学课得特点物理化学课得特点物理化学课得特点物理化学课得特点:1、理论性强、有得概念相当抽象。2、各章节相互联系密切。3、理论与计算并重。4、大部分公式都有使用条件和适用范围。要求要求要求要求:1、认真听讲、及时复习,做好习题、思考题。2、了解各章节重点、难点,注意概念之间得联系,3、要注意每个公式得应用条件,切忌死记硬背。4、要有一定得数学、物理基础。2024/4/19 周五8六、物理量得表示及运算物理量=数值单位 如:压力 p=101、325kPa1、物理量常用特定符号表示,该符号即包括数值又包括单位;2、用物理量表示得方程式中,有加、减、比较时,要求量纲、单位相同。3、对数、指数中得变量应当就是纯数而不就是物理量。例如:ln(X/X)、x/x。4、作图、列表应当用纯数。5、国际单位制常用得物理量:长度:m(米),质量:kg(千克),时间:s(秒),压力:Pa(帕斯卡),能量:J(焦耳)。2024/4/19 周五9第一章气体及其pVT性质1-1理想气体状态方程及微观模型1-2道尔顿定律和阿马格定律1-3实际气体得p、V、T性质1-4范德华方程与维里方程1-5实际气体得液化与临界性质1-6对比状态原理与压缩因子图2024/4/19 周五10一、理想气体状态方程二、气体常数 R三、理想气体定义及微观模型四、理想气体p、V、T性质计算1-1理想气体状态方程及微观模型2024/4/19 周五111、分子之间有一定距离;2、分子之间有相互作用力;3、分子不停地作无规则得热运动。气体气体气体气体:当分子之间得相互引力不足以克服分子无规则运动得分离倾向时,可充满任意空间。固体固体固体固体:分子之间得引力较大,把分子束缚在固定得平衡位置上,不能分离得很远。液体液体液体液体:介于如上两者之间。知识准备:物 质 得 三 态2024/4/19 周五12大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点一、理想气体状态方程1、三个低压定律波义尔定律:n、T 一定 p1/V pV=常数盖吕萨克定律:n、p一定 VT V/T=常数阿费加德罗定律:T 、p一定 Vn V/n=常数 且T=273、15K p=101、325kPa 时,1mol气体 Vm=22、410-3m3 由三个低压定律可导出理想气体状态方程2、理想气体状态方程pV=nRT 或 pVm=RT单位:pPa Vm3 TK nmol2024/4/19 周五14二、气体常数 R对实际气体p 0时,符合理想气体方程,T一定时 R=8、314 Jmol-1K-1 R=0、08206 atml mol-1K-1 在 pVmp 图上 画线 ,T一定时pVmp 关系曲线 外推至p0 pVm为常数 Ne理想气体O2CO2p/ppVm/J.mol-1 2271.112024/4/19 周五15三、理想气体定义及微观模型对实际气体对实际气体讨论讨论:p0时符合理想气体行为 一般情况低压下可近似认为就是理想气体 温度越高、压力越低,越符合理想气体宏观定义宏观定义微观模型微观模型 凡在任何温度、任何压力均符合理想气体状态方程(pV=nRT)得气体,称为理想气体。分子本身不占体积,分子间无相互作用力。2024/4/19 周五16四、理想气体p、V、T性质计算、p、V、T、n知三求一、计算质量、密度、体积流量、质量流量等。如:mVMVpM(RT)、两个状态之间得计算。当一定时:p1V1/T1=p2V2/T22024/4/19 周五171-2道尔顿定律和阿马格定律一、道尔顿分压定律二、阿马格分体积定律三、两者关系2024/4/19 周五18一、道尔顿分压定律1、分压定义:混合气体中某组份B单独存在,且具有与混合气体相同得温度、体积时所产生得压力称为组份B得分压。用PB表示。+TV TV TV2、道尔顿分压定律:混合气体得总压等于各组分单独存在于混合气体T、V条件下产生得压力总和。(适用于低压气体):推论:pB=p yB nA,pA,nB,pBnA+nB,p总2024/4/19 周五19二、阿马格分体积定律1、分体积定义 混合气体中某组份B单独存在,且具有与混合气体相同得温度、压力时所得体积称为组份B得分体积。用VB表示。T,p T,p T,p2、阿马格分体积定律:混合气体得总体积,等于混合气体各组分单独存在于混合气体T、p条件下得体积之和。(适用于低压气体):推论:VB=VyBnA+nB,v总nA,VAnB,VB2024/4/19 周五20三、两者关系注意:pVnRTpVnRTpVnRT但就是pVnRT2024/4/19 周五211-3实际气体得液化与临界性质一、饱和蒸汽压得概念P水(g）水(l)温度T 当水与水蒸汽达成动态平衡时,p为温度T时得饱和蒸汽压。且饱和蒸汽压随温度得变化而变化。2024/4/19 周五22二、真实气体在pVm图上得等温线P温度TCO21-3实际气体得液化与临界性质2024/4/19 周五231、T T t tc c气体不可液化一段光滑曲线2、T=tT=tc c气体可液化得最高温度两段光滑曲线中间有拐点,C点3、TtT1真实气体比理想气体难压缩Z1,难压缩;3、p较小时分子之间表现吸引力ZTBT=TBTp(真)p(理)=p(真)+p(内)p(内):正比于分子间作用 力 得大小,正比于碰撞在单位面积 上得分子数。ab如上两因素均于分子体积成反比,因此有:p(内)=a/Vm2压力修正2024/4/19 周五301mol分子得自由活动空间=Vm4(1mol分子本身得体积)4倍得1mol分子本身得体积=4(LR3/6)=bVm(理)=Vm(真)-babR2、体积得修正ab两球碰撞时质心得最小距离为R,4/3R3,每个分子得排除空间为(1/2)(4/3R3)即4 4/3(R/2)3范德华方程为:(p+a/Vm2)(Vm-b)=RT 或 (p+na/V2)(V-nb)=nRT -半经验方程2024/4/19 周五31四、范德华常数与临界参数得关系在临界点处:Vm,C=2b,Tc=8a/27Rb,pc=a/27b2 a=27R2TC2/64pC,b=RTc/8pC 2024/4/19 周五321-5对应状态原理及普遍化压缩因子图一、对比状态原理二、压缩因子图三、压缩因子图使用2024/4/19 周五33一、对比状态原理 pr、Tr、Vr之间大致存在着一个普遍适用得关系式:f(pr、Tr、Vr)=0、对比状态原理对比状态原理:若不同得气体有两个对比状态参数彼此相等,则第三个比状态参数大体上有相同得值。如:范德华方程可表示为:、定义对比参数、定义对比参数 pr=p/pc;Tr=T/Tc;Vr=Vm/Vc非极性气体(H2 He Ne):pr=p/(pc+810、6kPa);Tr=T/(Tc+8K)2024/4/19 周五34二、压缩因子图ZprTrTr 将对比状态参数引入压缩因子参数Z:由对应状态原理:f(TrprVr)=0,可得:Z=f(prTr)2024/4/19 周五35