物理化学教案第1章 气体.pdf

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1、第一章气体（6学时）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

2、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：pVnRT（1-1）m或PVRT(1-2)M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

3、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pp（1-3）inn根据理想气体状态方程有pBRTp总RTBV总Vpn两式相比有BBy即pyp（1-4）pnBBB总总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。主要用于化工工艺设计或生产中各组分含量的计算。本书中气体混合物的摩尔分数一般用y表示，液体混合物的摩尔分数一般用x

4、表示。理想气体在任何条件下都能适用分压定律，而实际气体只有在低压下才能适用。【例1-3】【例1-4】2.分体积定律如图1-2所示。在压力很低的条件下，可得V=V+V，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AB体积定律。通式为VV（1-5）inn根据理想气体状态方程有VBRTV总RTBp总p即VyV（1-6）BB总理想气体在任何条件下都能适用分体积定律，实际气体只有在低压下才能适用。【例1-5】3.混合气体的平均摩尔质量混合气体的平均摩尔质量是1mol混合气体所具有的质量。__mmmmn1M1nMnMy

5、MyMyMM总12i22iin1122iinn总总总__（1-7）MyMBBB对于混合气体，理想气体状态方程可写成__mRTpMpV或MRT【例1-6】【例1-7】第二节真实气体的液化若以压力为纵坐标，体积为横坐标作图，如图1-3所示的一系列双曲线。每一条曲线称为pV等m温线。生产上气体液化的途径有降温和加压方法。但实践表明，降温可以使气体液化，但单凭加压不一定能使气体液化，要在一定的温度下才能实现。一.气体的液化过程图1-3为不同温度下CO的pV等温线。等温线以304.2K为界，分为高于、低于、等于304.2K的2m等温线。

6、（1）T>304.2K的等温线温度高于304.2K的pV等温线为一连续的光滑曲线。pV的连续变化说明气体无论在多大压力mm下均不出现液化现象。（2）T<304.2K的等温线①水平线段是气体能液化的特征。以温度为T=286.15K的等温线为例进行讨论。2气体的凝结趋势与液体的挥发趋势正好相当，这种平衡态的气体称为饱和蒸气，液体称为饱和液体，此时的压力称为该温度时液体的饱和蒸气压。②水平线段随温度的升高而缩短，说明随温度的上升，饱和液体与饱和气体的摩尔体积互相趋近。当温度升高到某一值后，饱和液体与饱和气体的摩尔体积完全相同，水平线段缩短成为一点，此点称为临

7、界点。（3）304.2K等温线当温度为304.2K时，pV等温线不再出现水平线段，但是气体又可以液化。实际上，此时pVmm等温线中存在一个拐点，它是由T<304.2K的p-V恒温线中的水平线段缩短而成，此点叫做临界点。m二．物质的临界状态物质在临界点时所处的状态即为临界状态。临界状态时的温度、压力和摩尔体积分别称为临界温度（T）、临界压力（p）和临界体积（V）。ccc临界温度：使气体能够液化的最高温度。临界压力：在临界温度下，使气体液化所需的最低压力。临界体积：在临界温度和临界压力下，气体的摩尔体积。临界温度、临界压力和临界体积统称为临界参数。如CO气

8、体的T=304.2K、p=7.383MPa、V=2ccc0.094