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大学物理化学-01章_气体 ppt课件

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物理化学 第一章 绪论气体

物理化学 第一章 绪论气体
6. 界面与胶体科学：界面与高分散系统的热力学规 律
物理化学讲课的内容
第一章 气体的pVT关系 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分热力学 第五章 相平衡
3-10周 讲课 40 h
第六章 化学平衡 第七章 电化学 第八章 化学动力学 第九章 界面现象与
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，描述压缩因子Z 它们的共同特点是在低压下均可还原为理想气体状态方程
1. 真实气体的 pVm - p 图及波义尔温度
T > TB
pVm - p曲线都有左图所示三种
c
T4
说明Vm(g) 与Vm(l)之差减小。
l2 l1
l
g2 g1
T3
Tc
TT12gg´´12 g
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； Vm,c 临界体积
Vm
临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同，界
面消失气态、液态无法区分，此时：
V p m Tc 0 ,
类型。
pVm
T = TB T < TB
(1) pVm 随 p增加而上升； (2) pVm 随 p增加，开始不变， 然后增加
p 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm－p 图
(3) pVm 随 p增加，先降后升。
T > TB T = TB
对任何气体都有一个特殊温度 -
波义尔温度 TB ，在该温度下，压
（密闭容器）
水
乙醇
苯
t / ºC 20 40 60 80 100 120

物理化学第五版_01章_气体

物理化学第五版_01章_气体
Maxwell速率分布定律 *Maxwell速率分布函数的推导 分子速率的三个统计平均值——最概然速率、数
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

《物理化学第4版》第一章-8 节流过程ppt课件

《物理化学第4版》第一章-8 节流过程ppt课件
则：W1= - p1(- V1)= p1V1
W2= - p2(V2) 在压缩和膨胀时体系净功的变化应该是
两个功的代数和。 W＝p1V1- p2 V2
W=W1+W2=p1V1-p2V2
即 U2 U1 p1V1 p2V2
移项 U2 p2V2 U1 p1V1
H2=H1
节流过程是等焓过程。 T变而H不变：实际气体的H 不只是T 的函数。
实际气体的焓不仅是温度的函数，还是 压力p的函数，即 H= f(T,p)。
实际气体分子间有相互作用力，使得分子间 的势能对热力学能有贡献，即U=f(T,V)。
等温过程，实际气体的dU、dH不等于零。
3.焦-汤系数
JT
def
dT dp
H
JT 称为焦-汤系数（Joule-
Thomson coefficient),它表示经节流
过程后，气体温度随压力的变化率。
因为节流过程的dp<0 , 所以：
若 J-T＜0,则节流后 温度升高?降低?不变？ J-T＞0， 节流后 温度升高?降低?不变？ J-T＝0， 节流后 温度升高?降低?不变？
用于制冷设备的实际气体，其J-T>0，例如氨气。
低压低温气体
p ,则T
节流过程（管内有
填充物）
冰
箱
从
外
冰
侧
箱
向
内
环
吸
境
热
放
热
高压高温气体

电冰箱工作原理示意图
T1
Q T2
由环境付出电功
§1-8 实际气体的焓和热力学能
实际气体的热力学能 U＝f (T, V)
实际气体的焓
H＝f (T, p)

物理化学 第一章 气 体

物理化学 第一章 气 体


pV nRT
或
（1-1） (1-2)
pV
m RT M
其中的R称为摩尔气体常数，其值等于8.314J.K-1.mol-1，与气体种类无关。 理想气体状态方程只有理想气体完全遵守。 理想气体也可以定义为在任何温度、压强下都严格遵守理想气体状态方程的 气体。

实际气体处在温度较高、压力较低即气体十分稀薄时，能较好地符合这个关 系式。
图1.2 混合气体的分体积与总体积示意图

在压力很低的条件下，可得V=VA+VB，即混合气体的总体积等于所
有组分的分体积之和，称为阿马格分体积定律。通式为

V V i
式中 VB——组分B的分体积。 根据理想气体状态方程有
nB VB RT p
（1-5）
n总 V总 RT p
（1-
pV ZnRT
（1-16）
在压力较高或温度较低时，真实气体与理想气体的偏差较 大。定义“压缩因子（Z）”来衡量偏差的大小。
pV Z nRT

Z →
V V nRT / p V理想

等于同温、同压下，相同物质量的真实气体与理想气体的体
积之比。

理想气体的 pV=nRT ， Z =1。
对于真实气体，若Z＞1，则V＞ V(理想)，即真实气体的体积 大于理想气体的体积，说明真实气体比理想气体难于压缩；
（1-13）
称为截项维里方程，有较大的实用价值。 当压力达到几MPa时（5MPa左右），第三维里系数渐显重要，其近 似截断式为：
Z

pV B C 1 2 RT V V
（1-14）
第四节 对应态原理及普遍化压缩因子图 一.对应态原理 二.压缩因子法 三.普遍化压缩因子图

物理化学课件(天大第五版)-真实气体

物理化学课件(天大第五版)-真实气体
。2023PART 06
真实气体在相变过程中的 特性
REPORTING
相变过程的概念
相变过程
物质从一种相态转变为另一种相 态的过程，如气态转变为液态或 固态，液态转变为固态或气态，
固态转变为液态或气态。
相变点
物质发生相变的温度和压力点， 如水的冰点为0°C和1个大气压。
相平衡
在一定的温度和压力下，物质的 不同相态可以共存，形成一个平
REPORTING
真实气体的内能
总结词
真实气体的内能是指气体内部所有分子动能和势能的 总和，与温度、体积和物质的量有关。
详细描述
真实气体的内能是气体热力学状态的重要参数之一，它 反映了气体内部微观粒子所具有的能量。根据热力学的 知识，真实气体的内能与温度、体积和物质的量有关。 当温度升高时，气体分子的平均动能增大，导致内能增 加；而当体积增大时，分子间的平均距离增大，势能增 大，也会导致内能增加。物质的量越大，气体的内能也 越大。因此，在等温、等压条件下，真实气体的内能随 物质的量增加而增加。
反应速率
物质在相变过程中反应速率的快 慢，表示物质化学反应速度的变 化。
2023
REPORTING
THANKS
感谢观看
衡状态。
相变过程中的热力学性质
热容
在相变过程中，物质吸收或释放热量时温度的变 化，表示物质热稳定性的变化。
熵
物质在相变过程中熵的变化，表示物质内部无序 度的变化。
焓
物质在相变过程中焓的变化，表示物质能量的变 化。
相变过程中的动力学性质
扩散系数
物质在相变过程中扩散系数的变 化，表示物质传递速度的变化。
无序程度增加，因此气体的熵也随物质的量增加而增加。

《物理化学1气体》课件

《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

物理化学 -气体

因为物理量 n 中已包含单位 mol，T 中已包含单位 K了。
正确的表述应为：“物质的量为n”， “ 热力学温度为T ”
。2.对于复杂运算，一般不列出每一个物理量的 单位，而直接给出最后单位。
Vm
RT p
8.315 (273 .15 25) 100 10 3
m3 mol 1 24.79dm3 mol 1
1.2074 0.03575
－ 0.03564
2021/1/24
§0.4 物理量的表示及运算
1. 物理量的表示
y [y]
y
2021/1/24
x /[ x]
•示意图 x
§0.4 物理量的表示及运算
2.对数中的物理量
• ln x、ex中的 x 为无量纲的纯数
•因为 x 原为有量纲的物理量 → dx/x 无量纲 →dx/x = dlnx 无量纲→d(x /[x] d ln( x /[x]
2021/1/24
§0.4 物理量的表示及运算
注意
3.在图中表示函数关系均是数值关系，运算时即 使用数值方程。
[例如]
应用
ln
p
vap H m R
1 T
C
作 ln
P [P]
T
1 /[T ]
图，
由直线求 vapH m 时，即应用数值方程：
ln p vapH m / J mol 1 1 C
欢 迎 走 进《 物 理 化 学 》
2021/1/24
绪论
何谓物理化学(Physical chemistry)？
物理化学 是从物质的物理现象与化学现象的联系入手，
探求化学变化基本规律的一门学科。 “用物理的理论、物理的实验手段”，探求化 学变化基本规律的一门学科。

物理化学01气体


,
§1-1 理想气体的状态方程
气体理论的三位奠基者:
• 玻义尔 (1627 — 1691) Born in Ireland
00-7-22
•盖· 吕萨克 (1778 — 1850) Frenchman
• 阿伏加德罗 (1776 —1856) an Italian
3
1. 理想气体状态方程
波义尔定律 pV = 常数 (n, T 恒定)
pV (实际) nRT
Z def pV pVm (实) Vm (实) nRT RT Vm (理)
压缩因子Z:
Z 的大小描述了实际气体的关系偏离理想行为的情况:
Z 1, 理想气体; Z 1, Vm (实) Vm (理), 易压缩实际气体;
00-7-22
Z 1, Vm (实) Vm (理), 难压缩实际气体.
13
0.0323 y( Ar) 0.0094 3.452 2.694 y( N 2 ) 0.7804 3.452
00-7-22
（2）各组分气体的分压为
p( N 2 ) y( N 2 ) p 0.7804101.3 79.05kPa
p(O2 ) y(O2 ) p 0.2099101.3 21.26kPa
VB / V nB / n yB
而对非理想气体, 此二式不能成立. 应注意分压力和分体积的定义上的不同.
00-7-22 12
例：若有一空气样品，组成（质量%）如下：N275.47%，O223.19%， Ar1.29%，CO20.05%。（1）试用体积分数表示此空气的组成；（2） 计算25℃及101.325kPa下，此空气各组分气体的分压。设空气可看成理 想气体的混合物。 解：（1）体积分数即各气体的摩尔分数。设有100g空气，则

物化课件

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实际气体的液化
270K时CO2相变过程
p=3.204MPa
峭， ， 由 如 上在 体 于 果 升等 积 液 继 的温 仅 体 续 线线 有 压 增 段上 微 缩 加 。出 小 性 压 现改很力 陡变小，
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气 体 全 部 凝 结 为 液 体
以上三式结合 理想气体状态方程
pV = nRT
单位：p Pa V m3
TK
n mol R J mol-1 K-1
摩尔气体常数：R ＝ 8.314510 J mol-1 K-1
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理想气体状态方程
理想气体状态方程也可表示为： pVm=RT pV = (m/M)RT 以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
l’1 l’2 T1<T2<Tc<T3<T4
p / [Pa]
1) T < Tc 气相线 g1g’1: p , Vm 气－液平衡线 g1l1 : 加压，p*不变, gl, Vm g1: 饱和蒸气摩尔体积Vm(g) l1: 饱和液体摩尔体积Vm(l)
g’2 g’1ຫໍສະໝຸດ C l2 l1T4
T3 g2 g1 Tc
2) 质量分数wi
wi
def
mi / mi
（单位为1）
wi = 1
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理想混合气体状态方程
2. 理想气体方程对理想气体混合物的应用 因理想气体分子间没有相互作用，分子本身 又不占体积，所以理想气体的 pVT 性质与气体的 种类无关，因而一种理想气体的部分分子被另一 种理想气体分子置换，形成的混合理想气体，其 pVT 性质并不改变，只是理想气体状态方程中的 n 此时为总的物质的量。

物理化学(傅献彩著) 01章 气体

令：
p pc
Vm , Vm ,c
,
T Tc
(
3

2
)(3 1) 8
Law of corresponding state
对比状态定律（Law of corresponding state）
( 3

2
)(3 1) 8
当组成、结构、分子大小相近的物质处于对比状态时，其 许多性质（包括压缩性、膨胀系数、逸度系数、黏度、折射率
l’1 l’2
T1<T2<Tc<T3<T4
p/[p]
C l2 l1 g2 g1
T4
在临界点c：
T3 Tc Tc 2 p 0 2 Vm Tc
g ’1
Vm /[Vm]
pVT 图
由van der Waals方程式求临界常数
pVm pV Z nRT RT
Z 压缩因子 (Compressibility factor)
几种典型的 Z p 曲线
300 K
N2
He CH4
T1
5 0 0 0 4 5 0 0 2.0 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 1.0 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0
T, V, p 构成的三维空间
ABCD曲面是根据 pV = nRT绘制的。 AD、BC为等温线（isotherms）
B
AB为等压线（isobars） CD为等容线（isochores）
p
A
C
T
D
曲面上： 任一点代表一个状态 每条线代表一个过程
V
理想气体的状态图 （相图 phase diagram）
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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 。
大学物理化学-01章_气体 ppt课件
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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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2020/12/7
理想气体模型
该方程的另外两种表达方式为： pV=(m/M)RT
M为摩尔质量； m为气体的质量。 2. 理想气体模型 （1）分子之间无相互作用力 （2）分子本身不占有体积
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2020/12/7
对应状态原理
2.对应状态原理
Define : Tr= T/Tc reduced temperature pr= p/pc reduced pressure Vr= V/Vc reduced volume
任何气体只要两个对比参数相同，则第三个对比参 数也必然相同，这就是对应状态原理。此时称它们 处于相同的对比状态。
z pVm RT
zc
prVr Tr
这样可以将Z表示为两个对比参数的函数。即 Z=f(pr,Tr)
2. 范德华方程（van der Waals equation） （1）方程的形式
(pVam2)V (mb)RT
a和b称为范德华常数。a/V2m为压力修正项；b
为体积修正项。
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2020/12/7
维利方程
（2）范德华常数与临界参数的关系 a=27R2Tc2/64pc; b=RTc/8pc
混合物的摩尔质量定义为： Mmix=∑yBMB=∑mB/∑nB
3.道尔顿定律 Define: 在气体混合物中
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2020/12/7
道尔顿定律
pBpyB
pB : 气体B的分压 p： 混合气体的总压 yB: 气体B在混合气中的摩尔分数
此定义既适用于理想气体 也可适用于低压下的实际气体
（3）范德华方程的应用 2. 维利方程Virial equation (纯经验方程)
pVm RT
(1 B2 Vm
VBm32
)
pVm RT
(1B2'
pB3'
p2
)
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2020/12/7
其它重要方程举例
R - K equation (Redlich and Kwong)
p
a
pVm T>TB
T=TB
T<TB
p
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2020/12/7
真实气体状态方程
波义尔温度的定义：
Lim[(pVm)/p]TB=0 p0 波义尔温度一般是气体临界温度的2~2.5倍。不 同的气体具有不同的波义尔温度。
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2020/12/7
范德华方程
(V m b )V m T 1 /2
(V m b )RT
B-W-R方程 Berthelot方程
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2020/12/7
1-5对应状态原理及普遍化压缩因子
1 压缩因子
z pVm Vm(实际气体) RT Vm(理想气体)
对于理想气体，任何温度和压力下，z恒等于1。 对于真实气体，z<1真实气体比理想气体容易压缩；z>1 难以压缩；可见z反映了实际气体压缩的难易程度。
p pB及pBnBRT/V
B
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2020/12/7
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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2020/12/7
对应状态原理
处于相同对比状态下的气体具有相近的热力学 性质
Van der Waals 对比方程：
(pr V3r2)V (r 13)83Tr
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2020/12/7
普遍化压缩因子图
把对比状态参数的表达式引入到压缩因子的定义 式，可以得到：
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2020/12/7
摩尔气体常数
3.摩尔气体常数 R为摩尔气体常数，其值为8.314510J mol-1 K-1
。
它是通过实验方法测定的pVT数据，然后通过外推 法获得。
作pV~p图，见P.10图1.1.2。
R=lim(pVm)T/T= 8.3145 J/mol/K
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2020/12/7
1-3气体的液化及临界参数
1 液体的饱和蒸汽压
气液平衡时,饱和蒸气的压力。是温度的函数。
2 临界参数
（1）临界温度Tc：气体加压液化的最高允许温 度。
（2）临界压力Pc：临界温度时的饱和蒸汽压力
（3）临界体积Vc：在临界温度和临界压力下， 物质的摩尔体积。
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2020/12/7
1-2 理想气体混合物
1-2 理想气体混合物 1 混合物的组成 （1）摩尔分数x或y
xB(或yB)=nB/∑nA （2）质量分数
wB=mB/∑mA
（3）体积分数
B=xB V*m,B/(∑ xA V*m,A)
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2020/12/7
道尔顿定律
2.理想气体方程对理想气体混合物的应用 pV=nRT=(m/Mmix)RT
(3)T>Tc
温度和压力略高于临界点的状态，称为超临界流体。 超临界流体密度很大，具有溶解性能。在恒温变压或 恒压变温时，体积变化很大，改变了溶解性能，故可 用于提取某些物质，这种技术称为超临界萃取。
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2020/12/7
1-4真实气体状态方程
1 真实气体的pVm-p图及波义尔温度
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2020/12/7
气体的液化及临界参数
3 真实气体的p-Vm图及气体的液化
p
pc
c
T3
p2
Tc
p1
T2
T1
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Vm
2020/12/7
气体的液化及临界参数
等温线有三种类型：
(1)T<Tc
(2)T=Tc，C点称为临界点。几何意义为：压力对体积 的一阶和二阶偏导数等于零。