物理化学教案第1章 气体

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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

2、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、、关系都服从的理想气体状态方程：（1-1）或(1-2)其中的称为摩尔气体常数，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

3、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）6根据理想气体状态方程有两式相比有即（1-4）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】

4、【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=VA+VB，即混合气体的总体积等于所有组分的分体积之和，称为阿马格分体积定律。通式为（1-5）根据理想气体状态方程有即（1-6）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。（1-7）对于混合气体，理想气体状态方程可写成或【例1-6】【例1-7】第二节真实气体的液化6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。每一条曲线称为等温线。生产上气体液

5、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CO2的等温线。等温线以304.2K为界，分为高于、低于、等于304.2K的等温线。（1）>304.2K的等温线温度高于304.2K的等温线为一连续的光滑曲线。的连续变化说明气体无论在多大压力下均不出现液化现象。（2）<304.2K的等温线①水平线段是气体能液化的特征。以温度为=286.15K的等温线为例进行讨论。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

6、，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，此点称为临界点。（3）304.2K等温线当温度为304.2K时，等温线不再出现水平线段，但是气体又可以液化。实际上，此时等温线中存在一个拐点，它是由<304.2K的p-Vm恒温线中的水平线段缩短而成，此点叫做临界点。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（）、临界压力（）和临界

7、体积（）。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CO2气体的=304.2K、=7.383MPa、=0.0944dm3.mol-1。物质处于临界点时气－液相间的差别消失，两相的摩尔体积相等，密度等物理性质相同，处于气液不分的混沌状态。温度与压力均略高于临界点的状态为超临界流体。6超临界流体的密度大于气体，具有溶解性能。在恒温变压或恒压变温时，它的体积变化大，溶解性变化大。所以可用于萃取，称为超临界萃取。气体液

8、化的必要条件是气体的温度低于临界温度，充分条件是压力大于该温度下的饱和蒸气压。第三节真实气体的pVT关系真实气体压力越低越