气体物理化学

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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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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：
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
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
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。
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(g)
6mol
9mol
Mr(NaN3)=65.01 m(NaN3)=390.06 g
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
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）
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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
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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 。