气体标准状态

标准状态
状态函数中热力学能U及焓H和吉布斯自由能G等热力学函数的绝对值是无法确定的。

为了便于比较不同状态时它们的相对值，需要规定一个状态作为比较的标准。

所谓标准状态，是在指定温度T和标准压力p下该物质的状态，简称标准态。

对具体系统而言，纯理想气体的标准态是该气体处于标准压力p(100kPa)下的状态；[1]混合理想气体的标准态是指任一气体组分的分压力为p的状态；纯液体（或纯固体）物质的标准态是标准压力p下的纯液体（或纯固体）。

溶液中溶质的标准态，是在指定温度T和标准压力p，质量摩尔浓度1 mol/kg的状态。

因压力对液体和固体的体积影响恒很小，故可将溶质的标准态浓度改用c=1 mol/L代替。

应当注意的是，由于标准态只规定了压力p，而没有指定温度，所以与温度有关的状态函数的标准状态应注明温度。

为了便于比较，国际理论和应用化学联合会（I UPAC）推荐选择273.15K（0℃）作为参考温度。

需要注意的是，在1982年以前，IUPAC曾经采用101.325kPa作为标准状态的压力。

从手册或专著查阅热力学数据时，应注意其规定的标准状态，以免造成数据误用。

1 《石油化工自动化仪表选型设计规范》P8以及1954年第十届国际计量大会(CGPM)定义标准状态为：0摄氏度，0.101MPa；
2 《自动检测技术与装置（张宏建主编）》P204以及《天然气流量的标准孔板计算方法》定义标准状态为：温度293.15K（20℃），压力101.325KPa；
3 国际标准化组织和美国国家标准规定以温度288.15K（15℃），压力101.325KPa作为计量气体体积流量的标态。

在温度压力不太高时，可以用理想气体状态方程粗算：
V0=V1*P1*T0/P0/T1
其中，P1、T1、V1和P0、T0、V0分别是实际工况和标准状况下的压力温度和体积；
若要比较精确的结果，需要进一步校正。

再查一下气体的压缩系数，修正一下就可以了
什么是气体的压缩系数？
答：气体压缩系数Compressibilitycoefficient，也称压缩因子Compressibilityfactor。

是实际气体性质与理想气体性质偏差的修正值。

通常用Z表示，Z=Pv/RT＝Pv m/R u T；Z也可以认为是实际气体比容v(v actual)对理想气体比容v ideal的比值；Z＝v actual/v ideal；v ideal＝RT/P。

其中，P是气体的绝对压力；v m是摩尔体积；R u是通用气体常数；R=R u/M；R是气体的摩尔气体常数；T是热力
学温度。

Z偏离1越远，气体性质偏离理想气体性质越远。

Z在实际气体状态方程中出现。

凡在气体流量的计算中必然要考虑压缩系数。

在压力不太高、温度较高、密度较小的参数范围内，按理想气体计算能满足一般工程计算精度的需要，使用理想气体状态方程就可以了，此时压缩系数等于1。

但是在较高压力、较低温度或者要求高准确度计算，需要使用实际气体状态方程，在计量气体流量时由于要求计算准确度较高，通常需要考虑压缩系数。

随着对气体状态方程准确度要求提高，在百余年来实际气体状态方程出现了许多不同形式，对压缩系数也有不同的表述。

比较有名的是范德瓦尔状态方程和维里状态方程。

求得压缩系数的方法：
1)
查表法，对比态参数在图表上查得。

已有的图表是通过试验对不同气体测得P、v、T（分别是压力、比容、温度）数据和相应的临界参数P c、v c、T c、计算得到对比参数P r、v r、T r绘制的Z--P r、v r图。

Z c是固定的，如图1，Z C固定为0.27。

图 1 通用气体压缩系数,纵坐标Z，横坐标是P r
式中，P c是临界压力，T c是临界温度，随物质不同而不同；对比压力P r、对比温度T r根据测量的压力、温度和临界压力、温度计算；P r=P/P c；T r=T/T c；z c为临界点处实际气体的压缩因子，称为临界压缩因子。

实验表明，临界压缩因子z c数值相近的各种气体，可以认为具有相似的热力学性质，即在相同的对比压力p r及对比温度T r下，它们的对比比体积v r的数值基本相同，都可以表示为v r＝f(p r,T r)。

于是压缩因子还可以表示为
对于临界压缩因子z c有相同数值的气体，当它们的对比参数p r及T r相同，即处于对应状态时，它们压缩因子z具有相同的数值。

于是，如果把压缩因子z随状态变化的实验关系整理成z与对比参数p r及T r的关系，并表示成如图1所示的图线，就可以用于所有具有相同临界压缩因子z c的气体，直接按其状态所对应的p r、T r的值，由图上查取该状态下压缩因子z 的数值。

因而这种表示z与p r、T r关系的线图称为通用压缩因子图。

各种气体临界压缩因子的数值大致在0.23～0.31的范围内，而60%的烃类气体的z c在0.27左右，故最常见的通用压缩因子图为z c＝0.27的线图。

该图也常用于z c不等于0.27的气体的近似计算，当用于z c＝0.26～0.28的各种气体时，除临界点附近的状态外，所得z的数值的误差小于5%。

此外，对于一些没有详细物性数据的气体，采用通用压缩因子图估算其状态变化关系有很大的实用价值。

如果在气体的状态变化范围内，压缩因子z的数值在0.95～1.05的范围内，则可当作理想气体处理。

在临界压缩因子z c数值相同的条件下，如果已知T r及P r，就可应用通用热力性质图查出相应的偏差来。

在应用通用热力性质图时，应注意该图的临界压缩因子z c的数值。

显然，使用非同组的压缩因子图，会带来较大的误差。

2) 计算法
根据维里状态方程
其中，ω是对比密度，ω＝ρ/ρc;τ是对比温度，τ＝T/T c；b i,j是维里系数，
对于空气，b i,j使用下表，b i,j是维里系数
对于天然气，按照 AGA8/1992 and ISO-12213-2/1997 ,天然气的z系数计算
其中，ρm是天然气的莫尔密度，ρr是对比密度，B是第二维里系数，C n*是温度从属系数（emperaturedependent coefficients），bn, cn和kn是ISO-12213-2/1997.给的状态方程的参数，ρm是莫尔密度，ρr是对比密度；有关参数的计算比较复杂，请参阅ISO-12213-2/1997.
3) 试验法，按照实际使用的气体，根据需要的误差，选择合适的状态方程，进行试验，得到自己需要的压缩系数，是最准确的方法。

如果要求不太高，用查表法；如果要求高，用计算法或者查专门文献及标准资料。