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1、物理化学电子教案—第一章气体的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真实气体状态方程化学化工学院1.5对应状态原理及普遍化压缩因子图物化教研室É上一内容Ñ下一内容≤回主目录O返回2009-2-24É上一内容Ñ下一内容≤回主目录O返回2009-2-24十七世纪中叶,人们在研究低压下的气体时发现了三个实验定理想气体状态方程律: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(1)波义尔(Boyle)定律:1662年波义(p)、温度(T)、体积(V)、密度(ρ)、折射
2、率(nD)、电导率尔由实验得出:在物质的量和温度恒定的(к)……之间存在着一定的关系,而表示这类关系的方程,则称情况下,气体的体积与压力成反比,即:为“状态方程”;常用易于直接测量的物理量如p、V、T和n(物pV=常数=K1(n、T一定,低压气体,质的量)以描述气体的状态。K1取决于气体的温度和数量)。图1-1波义尔等温线实验证明: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: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Vfp=(,)T体分子碰撞器壁的统计行为,在恒温恒
3、量时,若体积减少,则分对于数量可以变动的纯气体系统:Vfp=(,,)Tn子碰撞器壁的频率增加,因此,宏观上表现为压力增加。É上一内容Ñ下一内容≤回主目录O返回2009-2-24É上一内容Ñ下一内容≤回主目录O返回2009-2-24(2)盖—吕萨克(Gay-Lussac)定律理想气体状态方程(2)盖—吕萨克(Gay-Lussac)定律:(3)阿佛加德罗(Avogadro)定律:(1811年)在相同温度、1802年盖-吕莎克在查理士的实验基础上压力下,1mol任何气体占有相同体积,即: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
4、体的体积与热力学V/n=常数=K3(T、p一定,1mol低压气体)温度成正比,即:结合上述三个经验定律,可得出理想气体的状态方程:图1-2盖·吕萨克等压线V/T=常数=K2(n、p一定,低压气体)(1摩尔气体)pV=nRT(推导过程见下面)盖-吕萨克(Gay-Lussac)定律的微观解释摩尔气体常量R:R=8.314Pammolii31−iK−1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3或R=8.314Jmolii−−11K1Pa⋅m=1J力增加;而如果要保持压力不变,则
5、必然引起体积增大。É上一内容Ñ下一内容≤回主目录O返回2009-2-24É上一内容Ñ下一内容≤回主目录O返回2009-2-241理想气体状态方程理想气体状态方程Vfp=(,,)Tn⎛⎞∂∂∂VVV⎛⎞⎛⎞ddddVpTn=++⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠∂∂∂pTn⎝⎠⎝⎠Tn,pn,,Tp⎛⎞∂∂∂VVV⎛⎞⎛⎞ddddVpTn=++⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠∂∂∂pTn⎝⎠⎝⎠VVVTn,pn,,TpddVpTn=−+dd+pTn⎛⎞∂VpKVV⎜⎟=−1=−=−ddddVpTn由Boyle定律pV=K1;V=K1/p得:⎝⎠∂pppp22移项:+=+T
6、n,或dlnVpTn+=+dlndlndlnVpTn不定积分⎛⎞∂VV⎜⎟==KlnV+lnp=++lnTnRlnln由GayJ-LussacJ定律V/T=K2得到:⎝⎠∂TT2pn,pV=nRT理想气体的状态方程⎛⎞∂VV⎜⎟==K由Avogadro定律V/n=K3得到:3⎝⎠∂nn⇒=pVRTorpVmMR=(/)TpT,mÉ上一内容Ñ下一内容≤回主目录O返回2009-2-24É上一内容Ñ下一内容≤回主目录O返回2009-2-242、理想气体模型2、理想气体模型(1)分子间力由图可知:当两个分子相距较远时,它E们之间几乎没有相互作用
7、,随着r的减小,分E任何一种物质,不管其存在形式如何,排斥子间开始表现出相互吸引作用,当rr=0其内部的分子之间都存在相互作用力(包时,吸引作用达到最大;当分子进一步靠近dr括分子之间的相互吸引和相互排斥);兰纳o0,则排斥作用成为主导作用。orr德-琼斯提出了兰纳德-琼斯理论,认为两0Rrr>or→ro引力起主要作用分子之间的排斥作用与距离r的12次方成反rr=平衡位置比,而吸引作用与距离r的6次方成反比:吸引orr<斥力起主要作用ABoEE=+=E−+1.3兰纳德-琼斯势能曲线1.3兰纳德-琼斯势能曲线吸引排斥612rr由兰纳德-琼
8、斯理论可得出:由于气体之间的距离比较大,故气体分子之间的相互作用比较小;而固体和液体由于分子之间的距离式中的AB,分别为吸引常数和排斥常数,其值与物质的分子结构有关。较小,所以分子间存在的相互作用力较大,但
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