气体物理化学

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4. 理想气体的微观模型
理想气体是指任意压力和任意温度下其状态均符合 pV = nRT 的气体。
若要具有这种性质,理想气体必须有如下特征: (1)分子本身没有体积
若有体积,在T恒定、压力p→∞ 时(pVm)不能保证为 常数。 (2)分子间无相互作用力
若有相互作用,在T恒定时,压力p = (n/V) RT ∝ n无法 满足,因为分子间的相互作用会影响压力。 实际气体性质:压力小,温度高时分子间相互作用小,体 积较大,所以行为接近理想气体。难液化的气体如H2、N2、 O2等通常可认为是理想气体 。
第一章 气体的 pVT 关系
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教学内容及目的
教学内容 1. 理想气体
状态方程,分压定律,分体积定律。 2. 真实气体
真实气体与理想气体的偏差,范德华方程; 真实气体的液化(CO2的p-V图),临界现象,临界参数。 3. 对应状态原理及压缩因子图 对比参数、对应状态原理; 用压缩因子图进行普遍化计算。 教学目的 学习或复习与物理化学相关的气体问题,为物理化学的学 习做好知识准备。
M = RT( / p) p→0 , 以(r/ p)- p 作图,外推可得( / p) p→0。
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3.(摩尔)气体常数 R
根据状态方程式R = pVm / T计算得到。 对于实际气体,R与压力、温度、气体种类有关。但温度
较高、压力较低时,R近于常数。当T 较高,p→0时,无 论何种气体,均有:
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1.2 理想气体的混合性质
1. 分压力和道尔顿定律 由于热力学计算的需要,定义任意混合气体(不管是理想
气体还是实际气体)中任一组分B的分压 pB等于总压 p 乘 以它的摩尔分数yB 即 pB = p yB 而 yB = nB / n 利用理想气体的性质,可得混合后气体的总压力: p=nRT/V=(n1+n2)RT/V = y1 nRT/V +y2 nRT/V =n1 RT/V +n2RT/V =p1+p2 即恒温恒容混合,混合后的压力等于混合前各气体的压力之和
解:根据化学反应方程式所显示出的n(NaN3)与 n(N2)的数量关系,可以进一步确定在给定条件 下,m(NaN3)与V(N2)的关系。
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气体体积的计算实例
6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(Βιβλιοθήκη Baidu)
6mol
9mol
Mr(NaN3)=65.01 m(NaN3)=390.06 g
p=pB, 此规律即为道尔顿定律。
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2. 分体积和阿马格定律
类似于分压的定义,对于任意混合气体中任一组分B的分压 VB等于总压V 乘以它的摩尔分数yB 即 VB=VyB 而 yB = nB / n
利用理想气体的性质,可得混合后气体的总体积: V = nRT/p=(n1+n2)RT/p = n1RT/p +n2RT/p =V1+V2
即恒温恒压混合,混合后的体积等于混合前各气体的体积之和 注意: (1)道尔顿定律和阿马格定律为理想气体状态方程的必然推论,
不用死记。 (2)对于理想气体的混合,恒温恒容混合前的压力等同于分压,
恒温恒压混合前的体积等同于分体积。对于实际气体,并不 相等。 (3)混合气体的(平均)摩尔质量 (见书11页)
p=748 mmHg=99.73 kPa V(N2)=223.6 dm3 T=298K
m(NaN3)=?
V(N2)=75.0dm3
m(NaN3)=390.6 g ×75÷223.6=131.0 g
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1.3 气体的液化及临界参数
1. 饱和蒸汽压的概念
恒定温度下:当水与水蒸汽达成动态平衡时,p*为温度T 时的饱和蒸汽压。且饱和蒸汽压随温度的变化而变化
2. 理想气体的定义
任何温度、任何压力下均符合状态方程 pV = nRT 的 气体。
理想气体的状态方程:pV = nRT 其它形式:已知气体的质量m、摩尔质量M、密度,
利用关系式 摩尔体积Vm = V / n,n = m / M, = m / V 则改写为: pVm = RT
pV =(m/M)RT p = RT /M 最后一式可用来计算气体的摩尔质量
g
p*(l)
液体的饱和蒸气压P* 沸点: 蒸气压等于外压时的温度;
T 一定
正常沸点: 101.325 kPa下的沸点; 标准沸点: 100 kPa下的沸点。
l
(相平衡) 如: 水的正常沸点为 100 ℃,标
准沸点为99.67℃
图1-1 液体的饱和蒸气压
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2. 真实气体的p ~Vm图及气体的液化
对气体采取降温加压措 施使气体体积缩小,有 可能最终转化为液体。 但这种转化过程的p— V —T 关系遵循着一定 规律。
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气体体积的计算实例
例:为了行车的安全,可在汽车中装备上空气袋,防止碰 撞时司机受到伤害。这种空气袋是用氮气充胀起来的,所 用的氮气是由叠氮化钠与三氧化二铁在火花的引发下反应 生成。总反应是: 6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g) 在25℃、748mmHg下,要产生75.0dm3的N2,计算需要叠 氮化钠的质量。
R = (pVm) p→0/T = 8.3145 J·mol-1·K-1 ——摩尔气体常 数 注意 (1) 实际气体只有在温度较高,压力较低时的行为符合 理想气体。 (2) 摩尔气体常数R用8.3145 J·mol-1·K-1 (3) 气体的标准体积是指1mol理想气体在273.15K、 101.325kPa下的体积, 数值为 22.414 dm3。
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本章基本要求
掌握理想气体状态方程; 掌握理想气体的宏观定义及微观模型; 掌握分压力、分体积的概念及计算; 理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象; 掌握饱和蒸气压概念; 理解范德华状态方程、对应状态原理和压缩因子图; 了解对比状态方程及其它真实气体方程。
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1.1 理想气体与状态方程
1. 低压定律 波义尔定律: pV=常数 (n,T一定) 盖―吕萨克定律: V/T=常数(n,p一定) 阿伏加德罗定律: V/n=常数(T,p一定) 且
T=273.15K p=101.325kPa 时 1mol气体的体积 Vm=22.4×10-3 m3 由三个低压定律可导出理想气体状态方程
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