1章_气体的PVT关系

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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