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物理化学甲气体省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、Chapter1ThepVT PropertiesofGases1-0.Introduion物质聚集状态物质聚集状态:气态气态gas,g液态液态liquid,l固态固态solid,s流体流体,flowliquid,fl凝聚态凝聚态,CondensedMatter对于纯物质,通常只有一个气体和一个液体,但对于固态能够对于纯物质,通常只有一个气体和一个液体,但对于固态能够有一个以上,如硫:单斜晶体和正交晶体,冰有有一个以上,如硫:单斜晶体和正交晶体,冰有6种晶型。种晶型。等离子体(等离子体(plasma)由离子、电子和不带电粒子组成电中性、由离子、电子和不带电粒子组成电中性、高度离子化气体。等离子
2、体是一个很好导电体高度离子化气体。等离子体是一个很好导电体.液晶(液晶(liquidcrystal)特殊状态,有流动性(液体),但分特殊状态,有流动性(液体),但分子有显著取向,规则排列(固体)。有两种可熔温度:在第子有显著取向,规则排列(固体)。有两种可熔温度:在第一个熔温度下,晶体由固体变一个熔温度下,晶体由固体变“不透明不透明”液体,而当温度升液体,而当温度升高至第二个可熔点,成为正常透明液体,展现出固态或液态高至第二个可熔点,成为正常透明液体,展现出固态或液态特征。特征。1第1页物质为何有不一样聚集状态?物质为何有不一样聚集状态?物质是由分子组成,分子存在:物质是由分子组成,分子存在:
3、u分子热运动,包含分子平动、转动、振动等是无序运动,分子热运动,包含分子平动、转动、振动等是无序运动,趋势:形成气体状态。趋势:形成气体状态。u分子间相互作用,包含色散力、静电力、氢键等和排斥力,分子间相互作用,包含色散力、静电力、氢键等和排斥力,形成有序排列,趋势:形成凝聚状态。形成有序排列,趋势:形成凝聚状态。这两方面相对强弱不一样,物质就展现不一样聚集状态,并这两方面相对强弱不一样,物质就展现不一样聚集状态,并表现出不一样宏观性质。其中最基本宏观平衡性质有两类:表现出不一样宏观性质。其中最基本宏观平衡性质有两类:(1)pVT性质性质一定数量物质压力、体积和温度间关系一定数量物质压力、体积
4、和温度间关系(2)热性质)热性质物质热容、相变热、生成热、燃烧焓和熵物质热容、相变热、生成热、燃烧焓和熵2第2页在研究或处理生产实际问题时,需要这两类性质,在研究或处理生产实际问题时,需要这两类性质,如合成氨工如合成氨工业:业:3H2+N2=2NH3条件:高温高压条件:高温高压平衡常数:平衡常数:经过三种物质热性质,计算反应热效应经过三种物质热性质,计算反应热效应Q等等pVT性质和热性质是物质特有性质,它们由性质和热性质是物质特有性质,它们由3种方法得到:种方法得到:直接试验测定直接试验测定如如CO2pVT测定,苯甲酸燃烧热测定测定,苯甲酸燃烧热测定经验或半经验方法经验或半经验方法:状态方程:
5、状态方程(EOS,EquationofState)理论方法理论方法统计力学、量子力学、分子模拟等统计力学、量子力学、分子模拟等3第3页在本课程讨论物质在本课程讨论物质pVT性质性质气体气体pVT关系。第二、三章讨关系。第二、三章讨论热性质。论热性质。气体气体pVT研究从研究从17世纪开始,先后提出了三个经验定律世纪开始,先后提出了三个经验定律1.波义耳波义耳(R.Boyle)定律(定律(1661年)年)n,T一定一定,pV=Const2.盖-吕萨克定律(C.Gay-J.Lussac)(18)n,p一定一定,V/T=Const3阿佛加德罗(阿佛加德罗(Avogadro)定律)定律T,p一定一定,
6、V/n=Const上述上述3个定律在个定律在温度不太低、压力不太高情况时适用。温度不太低、压力不太高情况时适用。4第4页当压力趋于零时,任何气体均能严格恪守这当压力趋于零时,任何气体均能严格恪守这3个定律,由此可个定律,由此可引出引出“理想气体理想气体”概念。概念。理想气体理想气体pVT关系关系1881年范德华(年范德华(vanderWaals)提出了著名范德华状态方程提出了著名范德华状态方程(vanderWaalsEOS)到当前已经有几百种适用不一样物质到当前已经有几百种适用不一样物质EOS,pVT关系研究依关系研究依然是热点,主要关注:超临界状态、电解质溶液、高分子物然是热点,主要关注:超
7、临界状态、电解质溶液、高分子物质等质等pVT关系。关系。5第5页本章节将介绍:本章节将介绍:1.理想气体与理想气体状态方程理想气体与理想气体状态方程2.实际气体与实际气体状态方程实际气体与实际气体状态方程3.实际气体液化实际气体液化4.压缩因子图压缩因子图实际气体实际气体pVT计算计算6第6页1.1 1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程1.理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体严格恪守理想气体严格恪守理想气体状态方程:理想气体状态方程:R=8.3145J mol-1 K-1摩尔气体常数摩尔气体常数,p/Pa,V/m3,T/K(SI制)。制)。2.理想气体微观模型理想气体微观模型分子分子在
8、没有接触时在没有接触时相互没有作用,分子间碰撞是完相互没有作用,分子间碰撞是完全全弹性碰撞。弹性碰撞。气体分子本身大小能够忽略不计气体分子本身大小能够忽略不计理想气体能够看做是实际气体在压力趋近于零时极限情况。理想气体能够看做是实际气体在压力趋近于零时极限情况。什么样气体才能视为理想气体什么样气体才能视为理想气体?通通常常一一定定量量n气气体体所所处处状状态态,能能够够用用压压力力pressure、体体积积volume、温温度度temperature来来描描述述,而而联联络络这这四四个个量量关关系系式式子子就就是是气气体体状状态方程式(态方程式(EquationOfState,EOS)7第7页
9、3.研究理想气体意义研究理想气体意义实际应用:在计算要求不高或低压时工程近似计算。实际应用:在计算要求不高或低压时工程近似计算。理论意义:是简单、抽象、最有代表性科学模型。理论意义:是简单、抽象、最有代表性科学模型。任何一个气体,当任何一个气体,当p0时,它时,它pVT关系均能够用理想气体关系均能够用理想气体状态方程表示。状态方程表示。描述实际气体状态方程,当描述实际气体状态方程,当p0时,都应转变为理想气时,都应转变为理想气体状态方程。体状态方程。4.应用应用如:(如:(1)摩尔气体常数)摩尔气体常数Rp20(2)测定气体分子摩尔质量测定气体分子摩尔质量从哲学观点:研究问题总是由易到难,从简
10、单到复杂。物从哲学观点:研究问题总是由易到难,从简单到复杂。物理化学依据研究对象不一样,提出理想模型,是一个科学理化学依据研究对象不一样,提出理想模型,是一个科学抽象,从易到难处理问题科学方法。抽象,从易到难处理问题科学方法。8第8页例:例:25 C时试验测得某有机气体得密度时试验测得某有机气体得密度 与压力与压力p关系,求该关系,求该有机气体分子摩尔质量。有机气体分子摩尔质量。p/mmHg91.74188.9277.3452.8639.3760.0/kg m-30.2276 0.4695 0.6898 1.1291 1.5983 1.9029解:解:关键是怎样得到关键是怎样得到:9第9页 p
11、/mmHg91.74188.90277.30452.80639.30760.00/kg m-30.22760.46950.68981.12911.59831.9029103 p/Pa12.2325.1836.9760.3785.23101.33103(/p)0.018610.018640.018660.018700.018750.01878作图:作图:10第10页摩尔质量:摩尔质量:乙醇乙醇91.74188.9277.3452.8639.3760.046.1046.1946.2346.3446.4646.53按试验压力计算:按试验压力计算:说明理想气体状态方程适用范围:说明理想气体状态方程适用
12、范围:对于易液化气体如对于易液化气体如CO2、水蒸汽,室温时为液体有机物气体,、水蒸汽,室温时为液体有机物气体,低压下适用。低压下适用。对于常温常压下为气体,如对于常温常压下为气体,如H2,N2,可用到几十,可用到几十atm。11第11页1.2 1.2 理想气体混合物理想气体混合物1.混合物组成混合物组成(1)摩尔分数)摩尔分数 x或或y物质物质B摩尔分数定义摩尔分数定义(2)质量分数)质量分数 wB普通气体混合物用普通气体混合物用y表示,液体混合物用表示,液体混合物用x表示。表示。物质物质B质量分数定义质量分数定义(3)体积分数)体积分数 B物质物质B体积分数定义体积分数定义一定温度、压力下
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