重庆大学物理化学_第1章_气体

第一章 理想气体1、理想气体：在任何温度、压力下都遵循PV=nRT 状态方程的气体。

2、分压力：混合气体中某一组分的压力。

在混合气体中，各种组分的气体分子分别占有相同的体积(即容器的总空间)和具有相同的温度。

混合气体的总压力是各种分子对器壁产生撞击的共同作用的结果。

每一种组分所产生的压力叫分压力，它可看作在该温度下各组分分子单独存在于容器中时所产生的压力B P 。

P y P B B =，其中∑=BBB B n n y 。

分压定律：∑=BB P P道尔顿定律：混合气体的总压力等于与混合气体温度、体积相同条件下各组分单独存在时所产生的压力的总和。

∑=BB V RT n P )/(3、压缩因子ZZ=)(/)(理实m m V V 4、范德华状态方程 RT b V V ap m m=-+))((2 nRT nb V Van p =-+))((225、临界状态(临界状态任何物质的表面张力都等于0)临界点C ——蒸气与液体两者合二为一，不可区分，气液界面消失； 临界参数：(1)临界温度c T ——气体能够液化的最高温度。

高于这个温度，无论如何加压 气体都不可能液化；(2)临界压力c p ——气体在临界温度下液化的最低压力； (3)临界体积c V ——临界温度和临界压力下的摩尔体积。

6、饱和蒸气压：一定条件下，能与液体平衡共存的它的蒸气的压力。

取决于状态，主要取决于温度，温度越高，饱和蒸气压越高。

7、沸点：蒸气压等于外压时的温度。

8、对应状态原理——处在相同对比状态的气体具有相似的物理性质。

对比参数：表示不同气体离开各自临界状态的倍数 (1)对比温度c r T T T /= (2)对比摩尔体积c r V V V /= (3)对比压力c r p p p /= 9、rr r c r r r c c c T Vp Z T V p RT V p Z =⋅=10、压缩因子图：先查出临界参数，再求出对比参数r T 和r p ，从图中找出对应的Z 。

第一章 气 体1 两个容积均为V 的玻璃球泡之间用细管连结，泡内密封着标准状态下的空气。

若将其中的一个球加热到100℃，另一个球则维持0℃，忽略连接细管中气体。

解：由题给条件知，（1）系统物质总量恒定；（2）两球中压力维持相同。

2 一密闭刚性容器中充满了空气，并有少量的水。

但容器于300 K 条件下大平衡时，容器内压力为 kPa 。

若把该容器移至 K 的沸水中，试求容器中到达新的平衡时应有的压力。

设容器中始终有水存在，且可忽略水的任何体积变化。

300 K 时水的饱和蒸气压为 kPa 。

解：将气相看作理想气体，在300 K 时空气的分压为由于体积不变（忽略水的任何体积变化）， K 时空气的分压为由于容器中始终有水存在，在 K 时，水的饱和蒸气压为 kPa ，系统中水蒸气的分压为 kPa ，所以系统的总压()()K 15.373,O H P air P P 2+=＝ + KPa ＝第二章 热力学第一定律1. 1mol 理想气体经如下变化过程到末态，求整个过程的W 、Q 、△U 、△H.解：KnR V P T K nR V P T KnR V P T 7.243314.81101105.20262437314.811010105.20267.243314.8110101065.202333333322233111=⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯==---恒容升温过程：W 1= 0 J恒压压缩过程：W 2= -P 外(V 3-V 1) = ×103×(1-10)×10-3= kJ恒容1 mol 理想气体P 2= KPa V 2=10dm 3T 2=1 mol 理想气体P 1= KPa V 1=10 dm 3 T 1=1 mol 理想气体P 3= KPa V 3=1 dm 3 T 3=恒压J W W W k 24.1821=+=T 3=T 1, ()()J 0T T C n H J 0T T C n U 13m .P 13m .v =-⋅⋅=∆=-⋅⋅=∆， 根据热力学第一定律J W U Q 8.24k 1-24.18-0==-∆=2. 在一带活塞的绝热容器中有一固定的绝热隔板。

第一章1、水的物质的量为：2232323242424,,,200.0267600.890.950.890.020.026101.3250.9596.350.020.021370.890.020.026101.3250.02137 2.165H O C H Cl C H Cl C H Cl C H C H C H x x p p x kPa x p p x kPa ====++=⨯=⨯===++=⨯=⨯=总总根据道尔顿分压定律得：2、解：在300K 时，水的蒸气压为3.567kPa ，所以此时容器内存在水蒸气，容器内始终存在有水，因此始终存在有水蒸气。

在两个过程中，有：121122121212122121101.325373.15126.03300n n p V p V T T V V p p p T p kPa T T T =∴==⨯∴=⇒===3、① 针对理想气体，存在有PVm=RT ，则：38.314(273.1540)6833.40.381106833.45066.3%100%34.9%5066.3m RT P kPa V E -⨯+===⨯-=⨯= ② 对于CO 2 ，查表得:1624311234323.657100.42310)()8.314313.15 3.657105167.560.381100.42310(0.38110)5167.565066.3%100% 2.0%5066.3m mm m a Pa m mol b m mol aP V b RTV RT a p kPaV b V E --------=⨯⋅=⨯+-=⨯⨯∴=-=-=-⨯-⨯⨯-=⨯=（4、① 对于理想气体，存在：3138.314273.1556.0405301056.070.3%100%20.3%70.3m RT V cm mol P E --⨯===⋅⨯-=⨯=② 若为范得华气体，则查表得：3398,126.15273.15 2.165126.154053011.9283398r r Pc KPa Tc KT T Tc P P Pc ======== 根据上述对比参数，查双参数普遍化因子图得：Z=1.305，则：311.3058.314273.1573.14053073.170.3%100%4%70.3m ZRT V cm mol p E -⨯⨯===⋅-=⨯= 5、解：查表得：5080154.75273.1525 1.93154.752027045080C C r C r C p kPa T KT T T p p p ==+====== 根据上述对比参数，查双参数普遍化压缩因子图，可得Z=0.953320270104010323211.00.958.314298.15PV m kg ZRT -⨯⨯⨯=⨯=⨯=⨯⨯6、解：该气体为理想气体，所以存在：22211331111.48.3141.40.420.80.4253.31102001020.798.314(273.1520)20.820.79p m V m p m V mV m V m V m V m T V m T T V m c c RC c c c R c R c mol K c dTPV PV nRT n molRT c dT dT ⋅⋅⋅⋅--⋅⋅⋅⋅⋅-⋅-==⇒-=⇒=⇒==⨯⨯⨯=⇒===⨯+==⎰⎰⎰111T T T 而该气体恒容下，W=0，U=n U=n 20.7920.8(8020)25.925.9kJU Q W Q U kJ⨯⨯-==+⇒==根据热力学第一定律，7、解：奈燃烧的方程式为1082227104C H O CO H O +=+cm H χ 0 0 031108000101281012811010()401.727 5.1510128128c mc m c m Q x H mol QH H C H Q kJ kJ mol -∴=+--=-∆∴=-∆⇒∆=-⨯=-⨯=-⨯⋅参加反应的奈共有存在等式8、解： 25℃ Pｏ0H ∆=1)()3g O g N ++由生成热的表值查出：251(1)285.841(2)(37.6625.125.13)(25)119.235(25)4Cr m Tr m p H kJ mol H C dT T T -∆=-⋅∆=∑⋅=+⨯+⨯-=-⎰燃烧反应是瞬间完成的，所以可以看成是绝热反应，所以存在：119.235(25)285.8400119.235(25)285.8402422T T T C ο--=⇒-=⇒=1232222222122112111114(273.152422)101.32510434(273.1525)4305.312pV nRT V V n RT n RT n RT n p Tp n RT V V n T p kPa==⨯+⨯⨯∴=====⨯+=9、状态函数的基本特征为：函数的性质只决定于它现在所处的状态，而与其过去的历史无关。

教学目的 ：了解理想气体的概念和特点、气体的液化过程及饱和蒸气压的概念、对应状态参数的概念 及对应态原理；理解临界参数、压缩因子的概念；掌握分压、分体积概念及分压定律、分体积定律、压缩 因子法真实气体的计算。

教学重点 ：理想气体状态方程进行相关计算；分压定律和分体积定律计算混合气体问题；利用压缩因 子法计算真实气体的 PVT 性质。

教学难点 ：临界参数的理解；对应态原理；范德华方程、维里方程计算真实气体的PVT 性质；第一节 理想气体 PVT 关系一 . 理想气体状态方程1. 理想气体 实际气体在压力很低时，体积很大，彼此间的引力可忽略不计，即在较低压力或较高温度时实际气体 接近理想气体。

理想气体在微观上具有以下两个特征： ①分子本身的大小比分子间的平均距离小的多，可以忽略，所以认为分子本身没有体积，视为质点。

②分子间无相互作用力。

2. 理想气体状态方程通过大量实验，基于波义耳定律、查理定律、盖 - 吕萨克定律等经验定律，人们归纳出低压气体的p 、V 、 T 关系都服从的理想气体状态方程：其中的 R 称为摩尔气体常数 ，其值等于 8.314J K -1 mol -1，且与气体种类无关。

理想气体状态方程只适用理想气体。

理想气体可以定义为 : 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。

【例 1-1 】 【例 1-2 】二 . 理想气体混合物1. 分压定律如图 1-1 所示。

混合气体的总压等于组成混合气体的各组分分压之和，这个经验定律称为 道尔顿分压定律 。

通式为1-3)第一章 气 体 6 学时）1-1)(1-2)p p i pV nRT根据理想气体状态方程有p BnBRT Vn总 p 总VRT 两式相比有pB n B yB即p By B p 总（1-4）p 总 n 总上式表明混合气体中气体的压力分数等于摩尔分数， 某组分的分压等于该组分的摩尔分数与混合气体 总压的乘积。