最新物理化学课件(天大第五版)01-02真实气体
最新天津大学物理化学第五版上、下册答案
天津大学物理化学第五版上、下册答案第一章 气体pVT 性质1-1物质的体膨胀系数V α与等温压缩系数T κ的定义如下:1 1T T pV p V V T V V⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=κα 试导出理想气体的V α、T κ与压力、温度的关系? 解:对于理想气体,pV=nRT111 )/(11-=⋅=⋅=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=T TVV p nR V T p nRT V T V V p p V α 1211 )/(11-=⋅=⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=p p V V pnRT V p p nRT V p V V T T T κ 1-2 气柜内有121.6kPa 、27℃的氯乙烯(C 2H 3Cl )气体300m 3,若以每小时90kg 的流量输往使用车间,试问贮存的气体能用多少小时?解:设氯乙烯为理想气体,气柜内氯乙烯的物质的量为mol RT pV n 623.1461815.300314.8300106.1213=⨯⨯⨯== 每小时90kg 的流量折合p 摩尔数为133153.144145.621090109032-⋅=⨯=⨯=h mol M v Cl H C n/v=(14618.623÷1441.153)=10.144小时1-3 0℃、101.325kPa 的条件常称为气体的标准状况。
试求甲烷在标准状况下的密度。
解:33714.015.273314.81016101325444--⋅=⨯⨯⨯=⋅=⋅=m kg M RT p M V n CH CH CHρ1-4 一抽成真空的球形容器,质量为25.0000g 。
充以4℃水之后,总质量为125.0000g 。
若改用充以25℃、13.33kPa 的某碳氢化合物气体,则总质量为25.0163g 。
试估算该气体的摩尔质量。
解:先求容器的容积33)(0000.10010000.100000.250000.1252cm cm V l O H ==-=ρn=m/M=pV/RTmol g pV RTm M ⋅=⨯-⨯⨯==-31.301013330)0000.250163.25(15.298314.841-5 两个体积均为V 的玻璃球泡之间用细管连接,泡内密封着标准状况条件下的空气。
2024版天津大学物理化学教学课件ppt合集
天津大学物理化学教学课件ppt合集目录CONTENCT •课程简介与物理化学概述•热力学基础•化学动力学基础•电化学基础与应用•表面现象与胶体化学基础•结构化学基础与物质性质关系01课程简介与物理化学概述课程背景及教学目标课程背景天津大学物理化学课程是化学及相关专业的重要基础课程之一,旨在培养学生掌握物理化学基本原理和方法,为后续专业课程学习及科学研究打下坚实基础。
教学目标通过本课程的学习,学生应能够掌握物理化学的基本概念、原理和方法,了解物理化学在化学及相关领域的应用,培养分析问题和解决问题的能力。
物理化学学科概述学科定义物理化学是研究化学现象和物理现象之间相互联系和规律的一门科学,是化学的重要分支学科。
研究内容物理化学主要研究物质的宏观性质和微观结构之间的关系,以及化学变化过程中的物理效应。
学科地位物理化学在化学及相关领域具有重要地位,是理解化学反应本质、开发新材料和新能源等方面的重要基础。
教材与参考资料教材《物理化学》(上、下册),天津大学物理化学教研室编,高等教育出版社。
参考资料包括国内外经典物理化学教材、相关期刊论文、网络资源等。
课程安排与考核方式课程安排本课程按照教学计划分为两个学期进行,每周安排一定的课时进行课堂教学和实验教学。
考核方式采用平时成绩、期中考试和期末考试相结合的方式进行考核,其中平时成绩包括作业、课堂表现和实验报告等。
02热力学基础80%80%100%热力学系统与环境由大量微观粒子组成的宏观物体或物体集合,被选定为研究对象。
与系统发生相互作用的其他物体或物体集合。
开放系统、封闭系统和孤立系统。
热力学系统的定义环境的定义系统与环境的分类状态函数的定义过程途径的分类状态函数的特性状态函数与过程途径等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程等。
全微分性质、叠加性质和路径无关性。
描述系统状态的物理量,其值仅取决于系统的状态,与达到该状态的过程无关。
010203热力学第一定律的表述热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律的应用能量守恒和转化定律在热力学中的具体形式。
物理化学第五版_01章_气体
学平均速率与根均方速率
Maxwell 速率分布定律 设容器内有N个分子,速率在 v v dv 范围内的分子数为 d N v
则
d Nv Ndv
或
d Nv Nf (v)dv
f (v) 称为分子分布函数,
力却是一个定值,并且是一个宏观可测的物理量。
对于一定量的气体,当温度和体积一定时, 压力具有稳定的数值。 压力p是大量分子集合所产生的总效应,是 统计平均的结果。
压力和温度的统计概念
aa' , bb' 是两个半透膜
aa ' 只允许A分子出入
bb ' 只允许B分子出入
在中间交换能量,直至
双方分子的平均平动能相等
是摩尔气体常数,等于
是热力学温度,单位为 K
T (t /℃ 273.15)K
气体分子动理论的基本公式 气体分子的微观模型 (1)气体是大量分子的集合体 (2)气体分子不停地运动,呈均匀分布状态 (3)气体分子的碰撞是完全弹性的 设在体积为V的容器内,分子总数为N,单位体 积内的分子数为n(n = N/V),每个分子的质量为m。 令:在单位体积中各群的分子数分别是 n1 ,n2 , … 等。则
n1 n2 ni ni n
i
气体分子动理论的基本公式 设其中第
i
群分子的速度为
u i ,它在 x, y, z
轴方向上的分速度为
2 ui 2 ui , x
ui, x , ui, y , ui, z ,则
2 ui , z
2 ui , y
在单位时间内,
在
大学物理化学01章气体ppt课件
1.1 理想气体状态方程 1.2 理想气体混合物 1.3 气体的液化及临界参数 1.4 真实气体状态方程 1.5 对比状态原理及普通化压缩因子图
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2020/6/13
1-1 理想气体状态方程
1. 理想气体状态方程
pV nRT
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阿马加定律
定义:V=∑V*B
理想气体混合物的总体积为各组分分体积之和。 式中V*B=nBRT/p
进一步中得:
yB= V*B /V
即理想气体混合物中某一组分B的分体积与总体 积之比等于该组分的摩尔分数yB。
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2020/6/13
1-3气体的液化及临界参数
1 液体的. 维利方程Virial equation (纯经验方程)
pVm RT
(1 B2 Vm
B3 Vm2
)
pVm RT
(1 B2 ' p B3 ' p2
)
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2020/6/13
其它重要方程举例
R - K equation (Redlich and Kwong)
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2020/6/13
对应状态原理
临界压缩因子(critical compression factor )
zc
pcVm,c RTc
物质 He Ar
N2 O2 CO CO2 CH4
zc 0.299 0.291 0.289 0.294 0.288 0.274 0.289
对于大多数物质,用上式计算的zc的值约在0.26~0.29 。
《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程(第1讲 气体的pVT关系)
第1讲气体的pVT 性质《物理化学》考点精讲教程(天津大学第五版)主讲人:张彩丽网学天地《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程四、物理化学课程的内容《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程二、气体常数《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程(1)指定状态下计算系统中各宏观性质。
《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程(2)状态变化时,计算系统各宏观性质。
《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程例:某空气《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程2. 质量分数《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程5. 理想气体方程对理想气体混合物的应用《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程2. 道尔顿分压定律《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程三、阿马格分体积定律《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程物理意义:《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程四、两者关系《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程1. 指定状态下的计算《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程2. 状态变化时的计算《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程A,0200kPap=《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程2. 性质《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程二、临界参数c《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程三、真实气体的《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程1. T< T c,反映出液体的不《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程2. T = T c《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程2. 波义尔温度《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程二、范德华方程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程2. 体积修正《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程三、维里方程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程《物理化学》(天大第五版)考点精讲教程二、压缩因子图任何Tr ,pr→0,Z→1(理想气体);T r较小时,p r↑,Z先↓,后↑,反映出气体低压易压缩,高压难压缩;T r 较大时,Z ≈1。
物理化学课件(天津大学第五版)--课件:第一章 气体的pVT性质
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2020/7/30
摩尔气体常数R的求导
3) 外推至p=0,可得
R
lim (
p0
pVm )T
/T
(2494.2 /
300)J
mol1
K
用于p, V, T, n, m, M, ρ的计算
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2020/7/30
§1.1 理想气体的状态方程
例:计算25℃,101325Pa时空气的密度。
(空气的分子量为29)
解:
一定是常数么?
n V
p RT
101325
8.315
273.15
25
mol m3
40.87 mol m3
B
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2020/7/30
§1.2 理想气体混合物
• 用质量分数表示:
wB
mB mB mA m
A
wB 1
B
量纲为1
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2020/7/30
§1.2 理想气体混合物
• 用体积分数表示:
B
xBVm*, B xAVm*, A
nBVm*, B nAVm*, A
A
A
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2020/7/30
§1.1 理想气体的状态方程
理想气体:分子间无相互作用,分子本身无体积
××
×
×
×× ×
×
× ×
×
××
可无限压缩
在任何温度、压 力下均符合理想 气体模型,或服 从理想气体状态 方程的气体为理 想气体
天津大学第五版物理化学课件
2020/3/1
6.熵判据——熵增原理
对于绝热系统, Q 0 ,所以Clausius 不等式为
dS …0
> 不可逆 = 可逆
熵增原理可表述为:在绝热条件下,系统发
生不可逆过程,其熵增加。或者说在绝热条件下,
不可能发生熵减少的过程。
如果是一个隔离系统,环境与系统间既无热 的交换,又无功的交换,则熵增加原理可表述为: 一个隔离系统的熵永不减少。
§3.9 克拉佩龙方程 §3./3/1
§3.1 卡诺循环(Carnot cycle)
1824 年,法国工程师 N.L.S.Carnot (1796~1832)设计 了一个循环,以理想气体为 工作物质,从高温 (T1)热源吸 收 Q1 的热量,一部分通过理 想热机用来对外做功W,另一 部分 Q2的热量放给低温 (T2 )热 源。这种循环称为卡诺循环。
• 环境熵变的计算 • 凝聚态物质变温过程熵变的计算 • 气体恒容变温、恒压变温过程熵变的计算 • 理想气体pVT变化过程熵变的计算
2020/3/1
1.环境熵变的计算
环境恒温:
dSamb
Qamb Tamb
环境非恒温:
Samb
Qamb Tamb
Qsys Tamb
Samb
2 Qr
相除得 V2 V3
V1 V4
所以
Q1
Q2
nRT1
ln V2 V1
nRT2
ln V4 V3
nR(T1
T2
)
ln
V2 V1
2020/3/1
§3.1 卡诺循环(Carnot cycle)
整个循环:
物理化学第五版课件
相平衡状态
当单组分系统满足相平衡条件时 ,系统将处于一种稳定状态,各
相之间不会发生相互转化。
二组分系统的相平衡
定义
二组分系统是由两种不同物质组成的系统,其相平衡是指这两种 物质在气、液、固三相之间达到平衡状态的过程。
相平衡条件
二组分系统的相平衡需要满足一定的条件,如温度、压力、各相的 化学势以及两种物质的摩尔分数相等。
平衡常数的定义
在一定温度下,可逆反应达到平 衡时各生成物浓度的系数次幂的 乘积与各反应物浓度的系数次幂
的乘积之比。
平衡常数的表达式
根据化学反应方程式的书写方式不 同,平衡常数的表达式也不同。
平衡常数的意义
表示反应正向进行的程度,平衡常 数越大,反应正向进行的程度越大 。
化学反应的等温方程式
等温方程式的定义
电化学
05
电导和电导率
电导
表示物质导电能力的物理量,定 义为当施加电场时,单位时间内 通过单位面积的电流。
电导率
表示物质导电能力的参数,定义 为电导与物质厚度的比值。
电极电势和电池反应
电极电势
表示电极上发生的氧化或还原反应的 难易程度,与电极反应的自由能变化 有关。
电池反应
由两个电极反应组成的可逆反应,其 总反应为两电极反应的相反数之和。
了解反应达到平衡时的物质组成,为 实际生产和科学实验提供理论依据。
平衡组成的计算方法
通过代入化学反应方程式和平衡常数 表达式,解出各物质的平衡浓度或分 压。
相平衡
04
单组分系统的相平衡
定义
单组分系统是由一种物质组成的 系统,其相平衡是指该物质在气 、液、固三相之间达到平衡状态
的过程。
《物理化学1气体》课件
04 气体反应动力学 与速率方程
气体反应速率的概念
反应速率
单位时间内反应物浓度减 少或产物浓度增加的量。
反应速率常数
反应速率与反应物浓度的 乘积,表示反应速率与浓 度的关系。
活化能
反应速率与温度的关系, 表示反应所需的最低能量 。
速率方程的建立与求解
质量作用定律
反应速率与反应物浓度的幂次方 成正比。
《物理化学1气体》ppt课 件
目 录
• 气体的基本性质 • 气体定律与热力学基础 • 气体混合物与分压定律 • 气体反应动力学与速率方程 • 气体化学反应平衡常数与计算
01 气体的基本性质
气体的定义与分类
总结词
气体的定义、分类及特性
详细描述
气体是物质的一种聚集状态,具有无固定形状和体积、流动性强等特性。根据气 体分子间相互作用力的不同,气体可分为理想气体和实际气体。理想气体忽略了 气体分子间的相互作用力,而实际气体则考虑了这种相互作用力。
理想气体定律
理想气体假设
理想气体状态方程,即PV=nRT,其 中P表示压强,V表示体积,n表示摩 尔数,R表示气体常数,T表示温度。
理想气体是一种假设的气体模型,其 分子之间没有相互作用力,分子本身 的体积可以忽略不计。
理想气体状态方程的应用
用于计算气体的压力、体积、温度等 物理量之间的关系,以及气体的热力 学性质。
热力学第一定律
热力学第一定律
01不
能消失,只能从一种形式转化为另一种形式。
内能和热量
02
内能是系统内部能量的总和,热量是系统与外界交换能量的量
度。
热力学第一定律的应用
03
用于计算系统的内能、热量、功等物理量之间的关系,以及系
天大物理化学(第五版)第二章
也可以表述为:第一类永动机是不可 能制成的。第一定律是人类经验的总结。
第一类永动机(first kind of perpetual motion mechin对外作功的机器称为第
热 潜热--相变时,T不变,系统吸收或放出的热
反应热--化学反应时,系统吸收或放出的热
5.热力学能(也称内能) 定义:系统内部所有粒子全部能量的总和 (除整体的动能和外场中的势能外)
符号:U
单位:J(kJ)
若始态时系统的热力学能为 U1,末态 时热力学能为 U2,则绝热情况下
△U= U2- U1=W绝热 此式为热力学 能的定义式
由功的传递 方向的规定:
W =F dh=pamb As dh = pamb d(Ash)
W = - pamb dV
对于宏观过程, W = - ∑pamb dV 若环境压力恒定则: W = - pamb(V2-V1)
①恒(外)压过程(isobaric or constant pamb) 恒外压过程: W= – pamb(V2-V1) 恒压过程(pamb= p): W = – p(V2-V1)
如:体积V、物质的量n、质量m ¨¨¨ 强度量: 与物质的数量无关的性质称 为强度量或强度性质。 强度量不具有加和性。 如:压力p、温度T、组成c ¨¨¨
广度量与广度量之比是强度量。 如:摩尔体积Vm(V/n),偏摩尔内能Um ¨¨¨
(3) 平衡态
定义: 指在一定条件下,系统中各个相 的热力学性质不随时间变化,且 将系统与其环境隔离,系统的性 质仍不改变的状态。 平衡状态时,各种状态函数才具有 唯一值。
天津大学第五版物理化学课件
rGm rG RT ln J 0
$ m eq p $ eq rGm RT ln J p RT ln K $
K称为热力学平衡常数,它仅是温度的函数,在
数值上等于平衡时的压力商,是无量纲的量。因
为它与标准摩尔反应吉布斯函数有关,所以又称
为标准平衡常数。
1. 标准平衡常数
(1) C(s) O2 (g) CO2 (g)
(2) CO(g) 1 O2 (g) CO2 (g) 2
$ r Gm (1)
$ r Gm (2)
(1) - 2×(2) 得(3)
(3) C(s) CO2 (g) 2CO(g)
$ $ $ r Gm (3) r Gm (1) 2 r Gm (2)
例题
例题 298K时,正辛烷C8H18(g)的标准燃烧焓是 –5512.4 kJ· –1 ,CO2(g)和液态水的标准生成焓分别 mol 为–393.5和–285.8 kJ· –1 ;正辛烷,氢气和石墨的标 mol 准熵分别为463.71,130.59和5.69 J· –1· –1。 K mol ⑴ 试求算298K时正辛烷生成反应的K。 ⑵ 增加压力对提高正辛烷的产率是否有利?为什 么? ⑶ 升高温度对提高其产率是否有利?为什么? ⑷ 若在298K及标准压力下进行此反应,达到平衡 时正辛烷的物质的量分数能否达到0.1?若希望正辛烷 的物质的量分数达0.5,试求算298K时需要多大压力才 行?
例题
6. 其它的平衡常数
eq K p ( pB ) B B
一般有单位
对于理想气体
eq pB B $ eq B $ B K ( $ ) ( pB ) /( p ) p B B
天大物理化学(第五版)第一章
排斥力 分子相距较近时,电子云及核产生排斥作用。
Lennard-Jones理论:n = 12 A B
E 总 E吸 引+E 排 斥= - r
6
r 12
式中:A-吸引常数;B-排斥常数
(2) 理想气体模型 a) 分子间无相互作用力
b) 分子本身不占体积 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 (低压气体)p0 理想气体
道尔顿定律 阿马加定律
RT p p B nB V B B
V
V
B
B
nB RT p B
pB VB nB yB p V n
§1.3 气体的液化及临界参数
Gases liquidation and Critical paracters
1. 液体的饱和蒸气压
the Saturated Vapour Pressure
当n一定时,等 下: p1V1=p2V2 T
p/Pa
p1 p2 等V下 : T1 T2
V1 V2 等p下: T1 T2
V/m3
2. 理想气体模型及定义 (1)分子间力
the modle and definition of ideal gas
吸引力 分子相距较远时,有范德华力;
E吸引 -1/r 6 E排斥 1/r n
5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 0
CH4
N2
He
20 40 60 80 100 120
p / MPa
§1.2 理想气体混合物
Mixtures of ideal gasas 1. 混合物的组成components of mixtures
气体物理化学PPT课件
14
第14页/共32页
一些物质的临界参数
物质 6m3·mol-1
He
Tc/K 5.26
pc/MPa 0.229
Vm,c/1058
H2
33.3
1.30
N2
126.2
3.39
O2
154.4
5.04
H2O
647.4
22.12
CH4
190.7
4.64
C2H 4
283.1
5.12
C6H6
562.6
4.92
C2H5 OH 516.3
5
第5页/共32页
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 。
1mol气体的体积
3
第3页/共32页
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
度——将理想气体方程用压缩因子加以修正:PVm = ZRT
天津大学高等教育出版社第五版《物理化学》第四章PPT课件
dG dG dG
dn B dnB B B
B B
dn B B
B
<0 自发过程 =0 平衡状态
恒温恒压下非体积功等于零的条件下: dG
★
dn B B
B
<0 自发过程 =0 平衡状态 >0 非自发过程
由享利定律可知,当溶质、溶剂和温度都一定时,亨利常数就为定值, 气体的分压越大,则该气体在溶液中的溶解度也就越大。所以增加气体的 压力有利于吸收操作。 由下表可知,随温度的升高,k值增大,因而当CO2分压相同时,随 着温度的升高,CO2的溶解度xCO2将下降。反之降低温度,则xCO2的溶解 度将增大,所以低温有利于吸收操作。
§4.3
1.纯理想气体的化学势
气体组分的化学势
( g ) B ▲标准状态下的化学势:
▲任意压力下的化学势:μ
*
纯理想气体:μ =GB =Gm
T
2.理想气体混合物中任一组分的化学势
3.纯真实气体的化学势
▲标准态规定:该温度及标准压力下的假想的纯态理想气体 ▲纯真实气体的化学势:可设计下面途径
p与p0相差不大
mix G T mix S
恒温恒压下液体混合过程的吉布斯函数变△mixG<0,说明混合过程 为自发过程。
§4.6
1.溶剂的化学势
理想稀溶液
理想稀溶液(无限稀薄溶液):溶质的相对含量趋于零的溶液。
T一定,若与理想稀溶液成平衡的气体为理想气体混合物, 溶剂遵循拉乌尔定律, 溶剂A的化学势:
故组成a的系统的体积: 混合物的组成改变时:※ 两组分的偏摩尔体积也在改变 ※ 组成越接近某一纯组分时,该组分的偏摩尔体积 也就越接近于该纯组分的摩尔体积;
大学物理 章 气体
1.3.2 低压气体的经验定律
(1) Boyle-Marriotte定律 在较低压力下, 保持气体的温度和物质的量不变,
气体的体积与压力的乘积为常数。
T , n 不变
p
V 1 pV C p
p1
p2
p1V1 p2V2
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V1 V2 V
返回
2020/3/21
(2) Charles-Gay-Lussac 定律
Z pVm pV RT nRT
Z=1,ideal gases Z>1,难被压缩 Z<1,易被压缩
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2020/3/21
2. The Boyle temperature(TB)
pVm
T > TB T = TB T < TB
p 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm-p 图
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2020/3/21
1.3.3 理想气体状态方程
摩尔气体常数 R 的准确数值可以由实验测定。在一定温度下
当 p 0 时, pVm 同一数值
pVm/ J·mol-1
5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
0
N2 He CH4
1.3.3 理想气体状态方程
在压力趋于 0 的极限条件下,各种气体的行为均 服从pVm= RT 的定量关系,R 是一个对各种气体都适 用的常数。
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2020/3/21
1.3.4 理想气体混合物
1. 混合物组成表示法 2. Dalton 分压定律 3. Amagat 分体积定律
5版物理化学02章-热力学第一定律课件(3)
§2.3 热力学的一些基本概念
系统与环境
系统(system)
在科学研究时必须先确定
研究对象,把一部分物质与其
环境
余分开,这种分离可以是实际 系统
的,也可以是想象的。
这种被划定的研究对象称 为系统,亦称为体系或物系。
环境(surroundings)
与系统密切相关、有相互作用或 影响所能及的部分称为环境。
m
V
Um
U n
Vm
V n
Sm
S n
热力学平衡态 当系统的诸性质不随时间而改变,则系统
就处于热力学平衡态,它包括下列几个平衡: 热平衡(thermal equilibrium) 系统各部分温度相等
力学平衡(mechanical equilibrium) 系统各部的压力都相等,边界不再移动。如 有刚壁存在,虽双方压力不等,但也能保持力学 平衡
现在,国际单位制中已不
用cal,热功当量这个词将逐
渐被废除。
§2.4 热力学第一定律
能量守恒定律
到1850年,科学界公认能量守恒定律是自 然界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可 表述为:
自然界的一切物质都具有能量,能量有各 种不同形式,能够从一种形式转化为另一种形 式,但在转化过程中,能量的总值不变。
环境
无物质交换 封闭系统
有能量交换
经典热力学主要研究封闭系统
系统的分类 根据系统与环境之间的关系,把系统分为三类: (3)隔离系统(isolated system) 系统与环境之间既无物质交换,又无能量交换, 故又称为孤立系统。
环境 无物质交换
隔离系统(1)
无能量交换
系统的分类
根据系统与环境之间的关系,把系统分为三类:
《物理化学》(天津大学)课件 绪论
物理化学形成于十九世纪下半叶,那时的资本主 义在蒸汽机的带动下驶入了快速行进的轨道,科学与技术 都在这一时期得到了高度发展,自然科学的许多学科,包 括物理化学,都是在这一时期发展建立起来的。
十八世纪中叶罗蒙诺索夫首先提出物理化学一词; 1887年 Ostwald(德)和 Vant Hoff(荷)创办
22.4 dm 3 mol
1
12
SUCCESS
THANK YOU
2020/2/8
<<Journal of Physical Chemistry>>。 从此“物理化学”这个名词逐渐被普遍采用。
2
化学从一开始就与工业生产、国民经济紧密相联。
例如:钢铁的冶炼;
转。
煤炭燃烧产生能量带动蒸汽机的运
这些推动人类历史发展的重要动力都是通过化学 反应来实现的。
人们最关心的化学问题:
怎样通过化学反应来生产产品和获取能量?
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§0.3 物理量的表示及运算
1. 物理量的表示
物理量=数值单位
(数值为没有单位的纯数)
1) 物理量X包括数值和单位
例:T 298 K
p 101.325
kPa
同量纲的可用+,-,=运
算 2) 作图列表时应用纯数 ln(p/kPa)
例:以 lnp ~ 1/T 作图
K/T
11
2. 对数中的物理量
8
化学热力学、化学动力学、量子力学、统计力学
— —构成物理化学的四大基础
上册
下册
第一章 气体的pVT关系 第七章 电化学
第二章 热力学第一定律 第八章 量子力学基础
第三章 热力学地二定律 第九章 统计热力学初步
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2. 临界参数 Critical paracters
由表1.3.1可知:p*=f (T) T , p* 当T=Tc 时,液相消失,加压不再可使气体液 化。 Tc 临界温度:使气体能够液化所允许的最 高温度 于临界温度;
临界温度 Tc 时的饱和蒸气压称为临界压力
式中:B,C,D
B’,C’,D’
分别为第二、第三、第四维里系数
当 p 0 时,Vm 维里方程 理想气体状态方程
18
维里方程后来用统计的方法得到了证明, 成为具有一定理论意义的方程。 第二维里系数:反映了二分子间的相互作用对 气体pVT关系的影响
第三维里系数:反映了三分子间的相互作用对
21
临界点时的 Zc :
Z c
pc V m ,c RTc
多数物质的 Zc : 0.26 ~ 0.29
22
2. 对应状态原理
定义:
Law of Corresponding States
p pr pc
Vm , Vr Vm , c
T , Tr Tc
pr 对比压力 Vr 对比体积 Tr 对比温度
∵
Zc 近似为常数(Zc 0.27~0.29 )
当pr , Vr , Tr 相同时,Z大致相同,
Z = f (Tr , pr )
适用于所有真实气体 , 用图来表示压缩因子图
24
25
任何Tr,pr 0,Z1(理想气体); Tr 较小时, pr,Z先,后, 反映出气体低压易压缩,高压难压缩 Tr 较大时,Z 1
气体pVT关系的影响
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§1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子图
the Law of Corresponding States and the Popular Compressibility Factor Chart
1. 压缩因子
引入压缩因子来修正理想气体状态方程,
描述实际气体的 pVT 性质: pV = ZnRT 或 压缩因子的定义为: pVm = ZRT
§1.3 气体的液化及临界参数
Gases liquidation and Critical paracters
1. 液体的饱和蒸气压
the Saturated Vapour Pressure
理想气体不液化(因分子间没有相互作用力)
实际气体:在一定T、p 时,气-液可共存达到平衡 p* 气 气液平衡时:
Virial: 拉丁文“ 力” 的意 思 Kammerling-Onnes于二十世纪初提出的经验式
B C D pVm RT 1 2 3 V V V m m m pVm RT 1 B p C p 2 D p 3
或
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压缩因子图的应用
(1)已知 T、p , 求 Z 和 Vm T,p
1
求
Vm
3 计算(pVm=ZRT)
Tr , pr
查图
2
Z
(2)已知T、Vm,求 Z 和 pr 需在压缩因子图上作辅助线
pVm pcVm Z pr RT RT
式中 pcVm / RT 为常数,Z ~ pr为直线关系, 该直线与所求 Tr 线交点对应的Z 和pr,为所 求值
’2 l’l1
T1<T2<Tc<T3<T4
T , l-g线缩短,说明Vm(g)
与Vm(l)之差减小 T=Tc时,l-g线变为拐点C C:临界点 Tc 临界温度 pc 临界压力
2) T=Tc
p / [p]
C l2 l1 g2
T4 T3 Tc
g1
T2 g ’ T1 2 g’ 1
Vm / [Vm] 图1.3.1真实气体p-Vm等温线示意图
饱和蒸气压=外压时的温度称为沸点
饱和蒸气压=1个大气压时的温度称为正常沸点
2
T一定时:
如 pB < pB*,B液体蒸发为气体至pB=pB*
pB > pB*,B气体凝结为液体至pB=pB* (此规律不受其它气体存在的影响)
空气中 pH 2O 100% 相对湿度的概念:相对湿度= p H 2O
3
Vm,c 临界体积 临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同, 气态、液态无法区分,此时:
p V m 0 Tc , 2 p V 2 0 m Tc
9
l’l 1’2
T1<T2<Tc<T3<T4
3) T >Tc
无论加多大压力, 气态不再变为液体,等 温线为一光滑曲线
对比参数,单位为1
对比参数反映了气体所处状态偏离临界点的倍数
对应状态原理:
实际气体在两个对比参数相同时,它们的第三个 对比参数几乎具有相同的值。这时称这些气体处于相 23 同的对应状态
3. 普遍化压缩因子图
Popular Compressibility Factor Chart 将对比参数引入压缩因子,有: pcVm ,c prVr pVm p r Vr Z Zc RT RTc Tr Tr
T > Tc
l2
l1
T < Tc
T = Tc
Vm / [Vm]
图1.3.1真实气体p-Vm等温线示意图
7
1) T < Tc
l’l 1’2 T1<T2<Tc<T3<T4
气相线 g1g’1: p , Vm 气-液平衡线 g1l1 : 加压,p*不变, gl, Vm
p / [p]
C l2
l1
维里方程
B C D pVm RT 1 2 3 V V V m m m pVm RT 1 B p C p 2 D p 3
或
压缩因子
pV = ZnRT
或
pVm = ZRT
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b:1 mol 分子自身所占体积 将修正后的压力和体积项引入理想气体 状态方程:
a p 2 Vm b RT 范德华方程 V m 式中:a , b 范德华常数,见附表
p 0 , Vm , 范德华方程 理想气体状态方程
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2. 维里方程
4
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
5
3. 真实气体的 p-Vm 图及气体的液化
CO2的PV图
6
l’ 1 l’ 2
T1<T2<Tc<T3<T4
p / [p]
三个区域:
C T4 T3 g2 g1 Tc T2 T1 g’ 2 g’ 1
TB: 波义尔温度,定义为:
( pV m ) lim 0 p0 p TB
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每种气体有自己的波义尔温度;
TB 一般为Tc 的2 ~ 2.5 倍;
T= TB 时,气体在几百 kPa 的压力范围内
符合理想气体状态方程
2. 范德华(J.D.Vander Waals)方程
理想气体状态方程 pVm=RT 实质为: (分子间无相互作用力时气体的压力)×
pVm pV Z nRT RT
Z的单位为1
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Z 的大小反映了真实气体对理想气体的偏差程度
pVm Vm Vm Z RT RT / p Vm 理 想
理想气体 Z=1
真实气体 Z < 1 : 比理想气体易压缩 Z > 1 : 比理想气体难压缩 维里方程实质是将压缩因子表示成 Vm 或 p 的级数关系。 Z 查压缩因子图,或由维里方程等公式计算 由 pVT 数据拟合得到 Z ~ p关系
而同一种气体在不同温度的 pVm-p曲线亦有 三 12 种类型
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T > TB
pVm / [ pVm ]
T = TB
T > TB : p , pVm T = TB : p , pVm开始 不变,然后增加 T > TB : p , pVm先下 降,后增加
T < TB
p/[p] 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm-p 图
T4
T3
g2 g1 Tc g T1 ’2 g’ 1 T2
g1: 饱和蒸气摩尔体积Vm(g)
l1: 饱和液体摩尔体积Vm(l) g1l1线上,气液共存
n n( g ) n( l )
Vm / [Vm]
图1.3.1真实气体p-Vm等温线示意图
n( g )Vm ( g ) n( l )Vm ( l ) Vm n n 8 液相线l1l1: p, Vm很少,反映出液体的不可压缩性
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§1.4 真实气体状态方程
the State Equation of Real Gases
描述真实气体的pVT关系的方法:
1)引入压缩因子Z,修正理想气体状态方程
2)引入 p、V 修正项,修正理想气体状态方程
3)使用经验公式,如维里方程
1. 真实气体的 pVm-p图及波义尔温度
T一定时,不同气体的pVm-p曲线有三种类型,
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第一章 小结
1.理想气体
pV = nRT 道尔顿定律
RT p p B nB V B B
p
nB RT 阿马加定律 V V B
B B
pB VB nB yB p V n
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2.实际气体
范德华(J.D.Vander Waals)方程
a p 2 Vm Vm b RT
气体称为饱和蒸气; 液体称为饱和液体; 液 压力称为饱和蒸气压。
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饱和蒸气压是温度的函数