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物理化学(上)课件 00-01章 绪论+气体

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物理化学 第一章 气体

物理化学 第一章 气体

b) 所求初始体积为V
nRT nA RT nB RT V p pA pB 31.30 8.315 300 3 3 m 24.65 m 3 3.167 10
4. 阿马加定律 理想气体混合物的总体积V 为各组分分体积 VB*之和：V= VB*
nRT V p nB R T VB p
即 ： pV = nRT = ( nB)RT 及 pV = (m/Mmix)RT
式中：m 混合物的总质量，Mmix 混合物的摩尔质量
Mmixdef yBMB
式中：MB 组分 B 的摩尔质量
又∵ m=mB=nBMB =nyBMB=nMmix Mmix=m/n=mB / nB 即混合物的摩尔质量又等于混合物的总质 量除以混合物的总的物质的量
即理想混合气体的总压等于各组分单独存在 于混合气体的T、V 时产生的压力总和 道尔顿分压定律
例1.2.1 ：今有300 K、104.365 kPa 的湿烃类混合气体（含水蒸气的烃类 混合气体），其中水蒸气的分压为 3.167 kPa ，现欲得到除去水蒸气的 1 kmol干烃类混合气体，试求： a) 应从湿混合气体中除去水蒸气的物 质的量； b) 所需湿烃类混合气体的初始体积
g’2 g’1
p / [p]
C l2 l1 l
T4 T3 g2 g1 g Tc T2 T1
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，气液两相共存
Vm / [Vm]
图1.3.1 真实气体p-Vm等温线示意图
nn (g) n( l) n (g)Vm(g) n (l)Vm(l) Vm n n
液相线l1l1: p,Vm很少，反映出液体 的不可压缩性

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

大学物理化学01章气体ppt课件

大学物理化学01章气体ppt课件
第一章 气体pVT的性质
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》第一章 气体

《物理化学》第一章 气体

K
l C
图1-1 CO2 定温p-Vm,c 图
图中，每条曲线称为 p-V 等温线，K点所处状态称为临界状态。
以温度T1为例，曲线分为三段： {p}Leabharlann T1T2TcT3 c
加压
g(气体)
体积缩小
a(饱和气体) l
定压 a(饱和气体)体积显著缩小 b(饱和液体) 加压 b(饱和液体) 体积缩小(较小) l(液体)
ni ni 摩尔分数xi n ni
(2)Amagat分体积定理：V= Vi
（恒温、恒压下混合气体总体积等于组成混合气体的各个气 体的体积之和）
T,p相同，某一气体的体积为 Vi=xi V
压力分数、体积分数和摩尔分数的相互关系
pi Vi ni yi p V n
适用于理想气体与低压下的真实气体
对应状态：两种气体的Tr，pr和Vr中有两个参数相等，称这
两种气体处于对应状态。
Z f Tr , pr
各种气体处于对应状态下，它们对理想行为的偏离程度相同 压缩因子图: 在相同Tr下, 不同气体的Z对pr作图基本上都在一条 曲线上, 称为压缩因子图。对于除H2，He，Ne以外 的其它物质都适用。 H2，He，Ne等的Tr，pr需按下式定义后才能适用
p /kPa pr pC /kPa 810 .6 kPa
T /K Tr TC /K 8
实际气体物态方程
pVm ZnRT
理想混合气体的物态方程
(1)Daolton分压定理：P=pi
（恒温、恒容下混合气体总压P等于组成混合气体的各个气 体 的压力之和） T,V相同，某一气体的压力为 pi=xi P
在Tc下使气体液化所施加的最小压力。
临界体积Vc，m (Critical molar volume)

《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01章_气体

物理化学01章_气体

R = lim( pVm )T / T
p →0
= 2494.35J ⋅ mol −1 / 300K = 8.3145J ⋅ mol −1 ⋅ K −1
• （2）同一气体，不同温度 ）同一气体，
波义耳温度:在此温度下， 波义耳温度 在此温度下， 在此温度下 当压力趋于零时， 当压力趋于零时， pVm-p 的斜率为零。 的斜率为零。波义耳温 度一般为气体临界温度 的2－2.5倍。 － 倍
pV
m
∂( pVm ) lim p =0 p →0 气体在不同温度下的pV 气体在不同温度下的 ∂p TB
示意图 m-p示意图
对于真实气体，靠近器壁的气体分子和 对于真实气体，靠近器壁的气体分子和 不靠近器壁的气体分子受力情况不同。 不靠近器壁的气体分子受力情况不同。 的气体分子受力情况不同
第一章 气体
§1.1 理想气体状态方程
• 1.理想气体状态方程 理想气体状态方程
波义耳(Boyle R)定律 波义耳 定律
pV = C( n, T一定） 一
盖-吕萨克(Gay J—Lussac J)定律 V / T = C( n, p一定） 吕萨克 定律 一 阿伏加德罗(Avogadro A)定律 阿伏加德罗 定律 整理可得如下状态方程
pVm = ZRT
• 例题：温度为273K，在容积分别为（1） 22.4 dm3, (2) 0.2 dm3 (3) 0.05 dm3 的容器 中，分别加入1 mol 的CO2气体，试分别用 理想气体状态方程和范德华方程计算其压 力。
• 4.阿马加分体积定律（Amagat’s law of 阿马加分体积定律（ 阿马加分体积定律 partial volume） ）
对于理想气体混合物， 对于理想气体混合物，有

物理化学电子教案第一章(1).ppt

物理化学电子教案第一章(1).ppt

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2020/11/23
（1） 混合物的组成
a 摩尔分数x或y：
xB 或yB
nB nA
显然 xB 1 或 yB 1
A
B
B
b 质量分数
wB
mB mA
A
wB 1
B
c 体积分数
B
xB Vm,B xA Vm, A
A
B 1
B
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2020/11/23
§1.1 气体分子动理论
一 气体分子动理论的基本公式 二 理想气体状态方程 三 理想气体模型 四 理想气体混合物 五 分子平均平动能与温度的关系
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2020/11/23
1 气体分子动理论的基本公式
气体分子运动的微观模型
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2020/11/23
（2） 理想气体混合物状态方程
• 理想气体混合物状态方程为：
pV n总RT nB RT B
pV m RT M mix
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2020/11/23
（3） 道尔顿定律与分压力
⑴ 道尔顿定律：
混合气体的总压力等于各组分单独存在于混 合气体的温度、体积条件下所产生压力的总和。
u ( niui2 ) / n
i
n为单位体积内的分子数。
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2020/11/23
2 理想气体状态方程
• 17～19世纪三个著名的低压气体经验定律：
• 波义尔定律(R.Boyle,1662):
pV = 常数

第一课物理化学 01章 气体

第一课物理化学 01章 气体
（1）气体是大量分子的集合体。相对于分子与分子间 的距离以及整个容器的体积来说，气体分子本身的体积 很小，可以忽略不计，常将气体分子当作质点来处理。 （2）气体分子不断地做无规则的运动，均匀分布于整 个容器中。 （3）分子彼此的碰撞以及分子与器壁的碰撞是完全弹 性的（碰撞前后总动量不损失）。
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2 p0 pNO2

p总

pNO2

1 2
p0 pNO2
pNO2 2 p总 p0
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2019/12/10
（4） 阿马格分体积定律
阿马格定律：理想气体混合物的总体积V等于各组分
分体积之和。即： V VB
B
VB* 为理想气体混合物中任一组分 B 的分体积， 即纯 B 单独存在于混合气体的温度、总压力条件下
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2019/12/10
2 速率分布曲线
速率分布曲线与温度对分布曲线的影响
图1.8即为分子速 率分布曲线。纵坐标
代表速率介于～ + d之间的分子占总分
子数的分数，横坐标 代表速率。
温度升高曲线变 宽，速率分布变宽； 温度降低曲线变陡， 速率分布集中。
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Maxwell从分子落在某速率区间中的概率出发，使 用求条件极值的Lagrange乘因子法，得出速率分布定律
dN f ()d
N
f ()
4

m 2kT
1.5

exp

m 2
2kT
2

式中f()是一个与及温度有关的函数，称为分布函数。 是速率在至d范围内的分子占总分子数的分数。

第一课物理化学 气体

第一课物理化学 气体

2

3

kT 2E1
3


如果 E1 kT ，只取第一项
1
NE1 N
2

E1
e kT
E1 kT
2
这是三维空间的公式
设在平面上运动，则对于二维空间的公式为：
同理可得
N E2 N E1
N E1
E1
e kT
3
N2 (100 K)
2 N2 (300 K)
1
H2 (100 K)
H2 (300 K)
500 1000 1500
v /(m s1)
三、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
在Maxwell速率分布曲线上，最高点所对应 的速率称为最概然速率
vm
2kBT m
记住
§1.1 气体分子动理论
一、气体分子动理论的基本公式 二、压力和温度的统计概念 三、气体分子运动公式对几个经验定律的说明 四、分子平均平动能与温度的关系
§1.1 气体分子动理论
理想气体的状态方程
pV nRT
p 是压力，单位为 Pa V 是体积，单位为 m3 n 是物质的量，单位为 mol R 是摩尔气体常数，等于 8.3145 J mol1 K1 T 是热力学温度，单位为 K
或
vm
2RT M
最概然速率与分子的质量或摩尔质量的平方 根成反比，在相同的温度下，摩尔质量小的分 子，其最概然速率大。
所有分子速率的数学平均值称为分子的
平均速率
va

N1v1 N2v2 N

Nivi
i

vidNi

1绪论理想气体

1绪论理想气体

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• 物理化学是化学领域一门非常重要和关键的基 础学科。它在化学、材料、化工、生物、医药 等领域有着广泛的应用。 • 定义：应用物理学原理和方法研究有关化学现 象和化学过程的一门科学。 • 物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验 中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本 质，更好地驾驭化学，使之为生产实际服务。
用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方程）求 解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从 而指示物性与结构之间的关系。
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三、物理化学的研究内容
①化学热力学——化学变化的方向和限度，以及伴随发生的 能量转换关系； 例如合成氨，常温常压下能否进行？产率？ ②化学动力学——化学反应的速率和机理； 上例理论上可行。关键是寻找合适的催化剂和反应途径（ 模拟生物固氮） ③结构化学——物质的性质与其微观结构的关系 例如研究与氮分子有关的配合物的结构，以及它们在不同 条件下的变化，就有利于常温常压下寻找固氮的途径。
其物理意义：p是一个状态函数，dp只与始、终 态有关，而与途径无关。
⒋全微分的性质：
p p V T V T T V T V
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⒌微分法则与积分法则（查数学手册）
Chapter 1 Gas
• 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、分体积概念及计算。 • 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。
德文）。 二十世纪迅速发展：新测试手段和新的数据处理方法不断涌现，形成 了许多新的分支学科，如：热化学，化学热力学，电化学，溶液化学 ，胶体化学，表面化学，化学动力学，催化作用，量子化学和结构化 学等。

物理化学上课件：01 气体

物理化学上课件：01 气体
例如, He(g), H2 (g)
在较大的压力范围内都可以作为理想气体处理
压强的物理意义：
气体的压强是大量分子对器壁碰撞的统计平均效应.
分子平均平动动能 w 及分子数密度 n 越大，则气体
压强 p 越大. (如雨点打雨伞)
理想气体的状态方程
联系p, V, T 三者之间关系的方程称为状态方程 理想气体的状态方程为
ln n Mgh n0 RT
p Mgh ln
p0 RT
➢在登山运动、航空飞行、地质考察中，常用此式根据 大气压强的变化来估算高度.(实际温度也随高度变化)
1.8 实际气体
van der Waals 对理想气体的状态方程作了两项 修正：
（1）1 mol 分子自身占有的体积为 b
（2）1 mol 分子之间的作用力，即内压力为
(1) V V *(1) V *(2)
(2)
V *(B) V
nB n
xB
V *(k) V *(B)
B
1.6 气体分子在重力场中的分布(p34)
设 h 轴为高度； h=0处n0
Mgh
气体分子数密度n随高度的变化规律 为(近似)
n n0e
RT
n
n0
exp(
Mgh RT
)
Mgh p p0 exp( RT )
物理化学
第一章 气体
关于标准压力
p
表示标准压力
1986年以前， p 1 atm
1986年，GB 3100-86规定：
p 101.325 kPa 1 atm 101325 Pa
1993年，根据IUPAC推荐，GB 3100-93规定：
p 100 kPa 1105 Pa
1.1 气体分子动理论(p9)

物理化学-气体PPT

物理化学-气体PPT

二、道尔顿分压定律
1．分压定义
混合气体中某组份B单独存在，且具有与 混合气体相同的温度、体积时所产生的压力 称为组份B的分压。用PB表示。 2．道尔顿分压定律
分压定律(适用于低压气体) ： PPB
推论： PB PyB
B
道尔顿分压定律只适用于低压气体或理想气体
§1-2 道尔顿定律和阿马格定律
三、阿马格分体积定律
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、分体积定律及计算 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
第一章
§1-1理想气体状态方程 及微观模型
一、理想气体状态方程 二、气体常数 R 三、理想气体定义及微观模型 四、理想气体P、V、T性质计算
对实际气体p→0时，符合理想气体方程T一定时RlimpV m
T p 0
R=8.315 J•mol-1•K-1
pVm
在 pVm～p 图上 画线
T 时pVm～p 关系曲线
外推至p→0 pVm为常数
p
§1-1理想气体状态方程 及微观模型
三、理想气体定义及微观模型
宏观定义：在任何温度、任何压力均符合理想气体
２．理想气体方程变形，计算质量ｍ、密度 、体积流量、质量流量等。
如： ＝ｍ/Ｖ＝ｎ•M/Ｖ＝pＭ/(ＲＴ)
３．两个状态间的计算。
当 n 时： p1V1 p2V2
T1
T2
§1-1理想气体状态方程 及微观模型
四、理想气体p、V、T性质计算
理想气体方程变形例子
计算25℃，101325Pa时空气的密度。（空气的分子
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0.3 物理化学的研究方法
•统计力学方法：
用概率规律计算出体系内部大量质点微观运动的 平均结果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的 宏观性质。 •量子力学方法：
用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方程）求 解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从 而指示物性与结构之间的关系。
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0.1 物理化学的建立与发展 0.2 物理化学的目的和内容 0.3 物理化学的研究方法 0.4 物理化学发展概况和课程特点 0.5 物理化学课程的学习方法
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2020/10/24
0.1 物理化学的建立与发展
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2020/10/24
0.1 物理化学的建立与发展
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2020/10/24
0.3 物理化学的研究方法
•热力学方法： 以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以两
个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数及其 变量，描述体系从始态到终态的宏观变化，而不涉及 变化的细节。经典热力学方法只适用于平衡体系。
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2020/10/24
十九世纪中叶形成：
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2020/10/24
0.1 物理化学的建立与发展
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0.1 物理化学的建立与发展
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0.1 物理化学的建立与发展
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2020/10/24
物理化学—绪论
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2020/10/24
•主要内容
➢绪论 ➢热学基础知识和气体 ➢热力学第一定律 ➢热力学第二定律 ➢非平衡热力学和气体输运过程 ➢多组分系统热力学 ➢相平衡 ➢化学平衡 ➢统计热力学基础
总学时 80
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绪论
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2020/10/24
0.1 物理化学的建立与发展
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0.2 物理化学的目的和内容
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0.2 物理化学的目的和内容
上一2020/10/24
0.2 物理化学的目的和内容
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2020/10/24
0.4 物理化学的发展概况和课程特点
• 物理化学学科从19世纪初发展至今仍然相当活跃。国际、 国内有关物理化学的期刊也很多。例如：J. Phys. Chem.； 化学物理学报等。
• 化学热力学（上册）部分其数学逻辑性较强，发展至今 已比较成熟（指平衡态热力学，而不包括非平衡态热力 学。）
目的 物理化学主要是为了解决生产实际 和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示 化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为 生产实际服务。
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2020/10/24
0.2 物理化学的目的和内容
研究内容： (1) 化学变化的方向和限度问题 (2) 化学反应的速率和机理问题 (3) 物质的性质与其结构之间的关系问题
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2020/10/24
0.5 物理化学课程的学习方法
(1)注意逻辑推理的思维方法，反复体会感性认识 和理性认识的相互关系。
(2)抓住重点，自己动手推导公式。
(3)多做习题，学会解题方法。很多东西只有通 过解题才能学到，不会解题，就不可能掌握物理 化学。
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2020/10/24
0.4 物理化学的发展概况和课程特点
• 例如：在无机化学中涉及的 “电子云”、“化学 键”的概念，化学反应“平衡常数”的概念等。
• 物理化学所研究的具体对象包含无机或有机体系， 也需运用有关分析化学的知识。因此，物理化学与 其他三大化学课程有密切联系。
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2020/10/24
0.3 物理化学的研究方法
（1）遵循“实践—理论—实践”的认识过程， 分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实 概括到一般， 再从一般推理到个别的思维过程。
（2）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有： 热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。
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0.1 物理化学的建立与发展
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0.2 物理化学的目的和内容
例如: • 发生一化学反应时，总有热量的吸收或放出：
– H2 + ½ O2 → H2O 燃烧放热； – H2O → H2+ ½ O2
1500ºC 部分吸热分解；
• 电池中电极和电解液之间进行的氧化还原反 应伴随着电流的产生；
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0.4 物理化学的发展概况和课程特点
2.物理化学与其他化学课程的联系
• 所谓“四大化学”（无机、有机、分析、物 化），它们均有各自的特殊研究对象和目的。
• 物理化学是研究化学过程中普遍性的更本质 的内在规律性，无机化学、有机化学和分析 化学在解决具体问题时，常常需利用物理化 学知识和方法。
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0.2 物理化学的目的和内容
物理化学 从研究化学现象和物理现象之间 的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普 遍性的基本规律。在实验方法上主要采用物理 学中的方法。
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0.2 物理化学的目的和内容
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0.2 物理化学的目的和内容
• 双原子分子分解反应发生的必要条件是：两 个原子之间的 振动能 超过一定限度时，化学 键才能断裂；
• 两种物质之间的化学反应，通常必须经过两 种物质分子之间的 碰撞 才能发生。
• 这种例子还很多，化学现象和物理现象总是 紧密地联系着的。