第一章-气体的pVT关系

物理化学电子教案—第一章

化学化工学院

物化教研室气体的pVT方程

气体的pVT方程

1.1 理想气体状态方程

1.2 理想气体混合物

1.3 真实气体及其液化和临界参数

1.4 真实气体状态方程

1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子图

理想气体状态方程

状态方程：处于一定状态时，表征系统各项性质的物理量如压力

(p)、温度(T )、体积(V )、密度(ρ)、折射率(n

D)、电导率

(к)……之间存在着一定的关系，而表示这类关系的方程，则称

为“状态方程”；常用易于直接测量的物理量如p、V、T和n（

物质的量）以描述气体的状态。

实验证明：当气体组成不变时（即n为恒量），一定状态下，p、

V、T三个变量中只有二个独立变量，即：

(,)VfpT=

对于数量可以变动的纯气体系统：(,,)VfpTn=

十七世纪中叶，人们在研究低压下的气体时发现了三个实验定

律：

（1）波义尔（Boyle）定律：1662年波

义尔由实验得出：在物质的量和温度恒

定的情况下，气体的体积与压力成反比

，即：

pV=常数=K

1（n、T 一定，低压气体，

K

1取决于气体的温度和数量）。图1-1 波义尔等温线

波义耳定律的微观解释

低压气体分子的运动基本上是彼此独立的，而压力是大量气

体分子碰撞器壁的统计行为，在恒温恒量时，若体积减少，则分

子碰撞器壁的频率增加，因此，宏观上表现为压力增加。

（2）盖—吕萨克（Gay-Lussac）定律

盖－吕萨克（Gay-Lussac）定律的微观解释

气体分子运动的平均动能与温度成正比，温度升高，动能增

加，分子碰撞器壁的频率增加，因此，宏观上表现为恒容时压

力增加；而如果要保持压力不变，则必然引起体积增大。（2）盖—吕萨克（Gay-Lussac）定律：

1802年盖－吕萨克在查理士的实验基础上

进一步总结得出如下规律：在物质的量和

压力恒定的情况下，气体的体积与热力学

温度成正比，即：

V/T =常数= K

2（n、p一定，低压气体）图1-2 盖·吕萨克等压线

(1摩尔气体)

第1页 共6页 第一章 习题解答

1.1 物质的体膨胀系数αV与等温压缩率κT的定义如下：

试导出理想气体的、与压力、温度的关系

解：对于理想气体： PV=nRT , V= nRT/P

求偏导：

1.2 气柜储存有121.6kPa，27℃的氯乙烯（C2H3Cl）气体300m3，若以每小时90kg的流量输往使用车间，试问储存的气体能用多少小时？

解：将氯乙烯(Mw=62.5g/mol)看成理想气体： PV=nRT , n= PV/RT

n=121600300/8.314300.13 (mol)=14618.6mol

m=14618.662.5/1000(kg)=913.66 kg

t=972.138/90(hr)=10.15hr

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：将甲烷(Mw=16g/mol)看成理想气体： PV=nRT , PV =mRT/ Mw

甲烷在标准状况下的密度为=m/V= PMw/RT

=101.32516/8.314273.15(kg/m3)

=0.714 kg/m3

1.4 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。水的密度按1 g.cm-3计算。

解：球形容器的体积为V=（125-25）g/1 g.cm-3=100 cm3

将某碳氢化合物看成理想气体：PV=nRT , PV =mRT/ Mw

Mw= mRT/ PV=(25.0163-25.0000)8.314300.15/(1333010010-6)

延安职业技术学院教案

序 号 1 周 次 一 授课形式 讲 授

授课章节名称 绪 论

第一章 第一节 低压气体P-V-T的关系

教 学 目 的 1、了解物化研究的主要内容、研究方法、学习方法；

2、理解低压下气体的基本定律；

3、了解理想气体的概念、理想气体状态方程。

教 学 重 点 低压下气体的基本定律、理想气体状态方程

教 学 难 点 低压下气体的基本定律

使 用 教 具

课 外 作 业 预习下次课内容P33，1、2、4、5

课 后 体 会 所讲内容学生能够接受

授 课 主 要 内 容

绪 论

一、物理化学的目的和内容

定义：物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探究化学变化基本规律的一门科学，在实验方法上也主要是采用物理学中的方法。

研究方向：

1、化学变化的方向和限度问题（化学热力学）

一个化学反应在指定的条件下能否朝着预定的方向进行？如果这个反应能够进行，则它将达到什么限度？外界条件如温度、压力、浓度等对反应有什么影响？如何控制外界条件使我们所设计的新的反应途径能按所预定的方向进行？对于一个给定的反应，能量的变化关系怎样？它究竟能为我们提供多少能量？

2、化学反应的速率和机理问题（化学动力学）

一个化学反应的速率究竟有多大？反应是经过什么样的机理（或历程）进行的？外界条件（如温度、压力、浓度、催化剂等）对反应速率有什么影响？怎样才能有效地控制化学反应、抑制副反应的发生，使之按我们所需要的方向和适当的速率进行，等等。

3、物质结构和性能之间的关系（结构化学）

物质的性质从本质上说是由物质内部的结构所决定的。深入了解物质内部的结构，不仅可以理解化学变化的内因，而且可以预见到在适当外因的作用下，物质的结构将发生什么样的变化。

我们这本书只涉及到化学热力学和化学动力学两方面的内容。

二、 物理化学研究方法

物理化学是自然科学的一个分支，它的研究方法和一般的科学研究方法有着共同点。广义的说，人们可采用微观和宏观的观点对化学体系进行研究。根据所研究的对象、方法以及现阶段的历史发展，人们可将物理化学划分为四个主要的领域，即热力学、量子化学、统计力学和化学动力学。

物理化学主要公式及使用条件

第一章 气体的pVT关系

主要公式及使用条件

1. 理想气体状态方程式

nRTRTMmpV)/(

或 RTnVppV)/(m

式中p，V，T及n单位分别为Pa，m3，K及mol。 m/VVn称为气体的摩尔体积，其单位为m3 · mol-1。 R=8.314510 J · mol-1 · K-1，称为摩尔气体常数。

此式适用于理想气体，近似地适用于低压的真实气体。

2. 气体混合物

（1） 组成

摩尔分数 yB (或xB) = AAB/nn

体积分数 /yBm,BBVAVyAm,A

式中AAn 为混合气体总的物质的量。Am,V表示在一定T，p下纯气体A的摩尔体积。AAm,AVy为在一定T，p下混合之前各纯组分体积的总和。

（2） 摩尔质量

BBBBBBBmix//nMnmMyM

式中 BBmm 为混合气体的总质量，BBnn为混合气体总的物质的量。上述各式适用于任意的气体混合物。

（3） VVppnny///BBBB

式中pB为气体B，在混合的T，V条件下，单独存在时所产生的压力，称为B的分压力。BV为B气体在混合气体的T，p下，单独存在时所占的体积。

3. 道尔顿定律

pB = yBp，BBpp

上式适用于任意气体。对于理想气体

VRTnp/BB

4. 阿马加分体积定律

VRTnV/BB

此式只适用于理想气体。

第二章 热力学第一定律

主要公式及使用条件

1. 热力学第一定律的数学表示式

WQU

或 'ambδδδdδdUQWQpVW

规定系统吸热为正，放热为负。系统得功为正，对环境作功为负。式中 pamb为环境的压力，W’为非体积功。上式适用于封闭体系的一切过程。

2. 焓的定义式

3. 焓变

（1） )(pVUH