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1、1,第一章 气体的 pVT 性质,Chapter1 the pVT relationships of gases,2,问题,1、为什么要首先研究气体及其pVT行为？,2、何谓理想气体？为什么要研究它？,3、理想气体状态方程式主要有哪些应用？,4、分压力的定义是什么？理想气体混合物中某组分分压 的定义及其物理意义是什么？,3,物质的状态 Matter State,三种主要的聚集状态 气体（g）、液体（l）和固体（s）气体和液体流体（fl）液体和固体凝聚相（cd）,液晶由棒状或扁盘状分子构成的物质可能处于的一种特殊的状态。有流动性，但分子有明显的取向，具有能产生光的双折射等晶体的特性,4,分子的运
2、动 Molecules Motion,物质是由分子构成的 一方面分子处于永不休止的热运动之中，主要是分子的平动、转动和振动 无序的起因 另一方面，分子间存在着色散力、偶极力和诱导力，有时还可能有氢键或电荷转移，使电子云之间还存在着斥力，分子趋向于有序排列。,5,分子运动的两方面相对强弱不同，物质就呈现不同的聚集状态，并表现出不同的宏观性质。,100、101325Pa下水蒸气的体积大致是水体积的1603倍,其中气体的流动性好，分子间距离大，分子间作用力小，是理论研究的首选对象。,6,物质的宏观性质 Macroscope Properties of Matter,包括压力p、体积V、温度T、密度、
3、质量m、物质的量n、浓度、内能U等,在众多宏观性质中，p、V、T三者是物理意义明确又容 易测量的基本性质，并且各宏观性质之间有一定的联系。,7,主要内容：,气体,理想气体,实际气体,状态方程式,分压及分体积定律,状态方程式,液化及临界现象,对应状态原理及压缩因子图,8,基本要求,【熟练掌握】,1、理想气体状态方程式的计算及应用2、分压的定义及计算；混合物的组成3、饱和蒸气压的概念及影响因素4、压缩因子、临界常数及对应状态原理,【正确理解】,1、理想气体的定义和微观模型；R的数值和单位；2、分体积的概念及分体积定律；3、实际气体与理想气体的偏差；范德华方程；4、对比参数及普遍化压缩因子图的应用,
4、【一般了解】维里方程,9,1.1 理想气体状态方程The State Equation of Ideal Gas,1、理想气体状态方程 the state equation of ideal gas2、摩尔气体常数 R mole gas constant R3、理想气体模型及定义 the modle and definition of ideal gas4、内容讨论 the discussion,10,理想气体状态方程 the state equation of ideal gas,低压气体实验定律：,（1）玻义尔定律(R.Boyle,1662):pV 常数（n,T 一定）,（2）盖.吕萨克定
5、律(J.Gay-Lussac,1808)：V/T 常数(n,p 一定),（3）阿伏加德罗定律（A.Avogadro,1811)V/n 常数(T,p 一定),11,pV=nRT pVm=RT,单位：p Pa V m3 T K n mol R J mol-1 K-1,R 摩尔气体常数,R 8.314510 J mol-1 K-1,12,2.摩尔气体常数R mole gas constant R,问题：1）是否可用理想气体状态方程式代入气体物质的量、温 度、压力及体积求出摩尔气体常数R 值？2）R是否与气体种类、温度、压力均无关？3）理想气体状态方程式是否适合任何气体于某确定 压力下？,举例：pV=
6、nRT 如果p=100,V=10,T=100,n=1,则有R=10不等于8.314。,13,（1）实际气体的pVT行为并不严格服从理想气体状态方程（2）实际气体在p0的极限情况下才严格服从理想气体状 态方程,14,R 是通过实验测定确定出来的,例：测300 K时，N2、He、CH4 pVm p 关系，作图利用极限外推法,R 是一个对各种气体都适用的常数,15,理想气体状态方程反映的是所有实际气体在p0时的极限情况，是一切客观存在的实际气体在极限情况下具有的共性，体现了一种非常简单、非常理想的pVT行为，,在极低压力下，不同气体分子不会因结构性质的差异而影响其pVT行为，但随着压力升高不同气体分
7、子就会因其结构性质的差异而影响其pVT行为。,结论：,16,3、理想气体模型及定义the modle and definition of ideal gas,（1）分子间力,E吸引 1/r 6E排斥 1/r n,Lennard-Jones理论：n=12,式中：A吸引常数；B排斥常数,兰纳德-琼斯势能曲线,17,当实际气体p0时，V 分子间距离无限大，则：（1）分子间作用力完全消失（2）分子本身所占体积可完 全忽略不计,分子间无作用力及分子本身不占体积是理想气体微观模型的两个基本特征。,（2）理想气体模型,18,（3）理想气体定义,理想气体 服从理想气体状态方程式或 服从理想气体模型的气体,理想
8、气体状态方程可用于低压气体的近似计算。对于难液化气体（如氢、氧、氮等）适用的压力范围宽一些对于易液化气体（如水蒸气、氨气等）适用的压力则低一些。,19,4、讨论 the discussion,理想气体状态方程式及其应用,基本公式:,pV=nRT pVm=RT,适用条件:,理想气体、理想气体混合物、低压实际气体,20,指定状态下计算系统中各宏观性质 p、V、T、n、m、M、(=m/V),基本公式:,21,例1.1.1(课本p8)用管道输送天然气，当输送压力为200 kPa，温度为25 oC时，管道内天然气的密度为多少？假设天然气可看作是纯的甲烷。,解：M甲烷 16.04103 kg mol-1,
9、22,状态变化时,计算系统各宏观性质 p、V、T、n、m、M、,基本公式:,23,当n 一定时,当T一定时,当p一定时,当V一定时,24,例 某空气 压缩机每分钟吸入101.3kPa,30的空气41.2m3.经压缩后，排出空气的压力192.5kPa，温度升高到90。试求每分钟排除空气的体积。,解:涉及两个状态,入口状态和出口状态,入口状态,出口状态,25,因为 n1=n2,所以,得,解题关键：找出各状态参量之间的相互联系,26,1.2 理想气体混合物Mixtures of ideal gasas,1.混合物的组成 components of mixtures2.道尔顿分压定律与分压力 Dalt
10、on Law and partial pressure3.阿马加分体积定律与分体积 Amagat Law and partial volume4.内容讨论 the discussion,27,1.混合物的组成 components of mixtures,1)摩尔分数 x 或 y(mole fraction),显然 xB=1,yB=1,28,4)混合物的摩尔质量,又 m=mB=nB MB=n yB MB=nMmix Mmix=m/n=mB/nB,即混合物的摩尔质量又等于混合物的总质量除以混合物的总的物质的量,29,pV=nRT=(nB)RT 及 pV=（m/Mmix)RT 式中：m 混合物的总
11、质量 Mmix 混合物的摩尔质量,因理想气体分子间没有相互作用，分子本身又不占体积，所以理想气体的 pVT 性质与气体的种类无关，因而一种理想气体的部分分子被另一种理想气体分子置换，形成的混合理想气体，其pVT 性质并不改变，只是理想气体状态方程中的 n 此时为总的物质的量。,理想气体方程对理想气体混合物的应用,30,pB def yB p 式中：pB B气体的分压 p 混合气体的总压 yB=1 p=pB,2.道尔顿分压定律与分压力Dalton Law and partial pressure,1)分压力定义式,适用条件:,实际气体混合物和理想气体混合物,（分压与总压的关系）,31,混合理想气
12、体：,即理想混合气体的总压等于各组分单独存在于混合气体的T、V时产生的压力总和 道尔顿分压定律,2)道尔顿分压定律,气体A nA T、V,气体B nB T、V,混合气体N=nA+nB T、V,pA,pB,p=pA+pB,+,32,3)理想气体混合物中某一组分分压,适用条件:理想气体混合物,物理意义:,在理想气体混合物中,某组分的分压等于该组分单独存在并具有与混合物相同温度和相同体积时的压力,注意与分压力的区别,33,3.阿马加分体积定律与分体积Amagat Law and partial volume,理想气体混合物的总体积V为各组分分体积VB*之和：V=VB*,1)阿马加分体积定律,2)理想
13、气体混合物中某一组分的分体积,34,理想气体混合物中物质B的分体积VB*，等于纯气体B在混合物的温度及总压条件下所占有的体积。,物理意义:,阿马加定律表明理想气体混合物的体积具有加和性，在相同温度、压力下，混合后的总体积等于混合前各组分的体积之和。,由二定律有：,35,讨论 the discussion 理想气体混合物分压的计算,基本公式:,36,：今有300 K、104.365 kPa 的湿烃类混合气体（含水蒸气的烃类混合气体），其中水蒸气的分压为3.167 kPa，现欲得到除去水蒸气的1 kmol干烃类混合气体，试求：a)应从湿混合气体中除去水蒸气的物质的量；b)所需湿烃类混合气体的初始体
14、积,解：本题仅涉及到一种状态 a)设烃类混合气的分压为pA；水蒸气的分压为pB pB=3.167 kPa;pA=p-pB=101.198 kPa,1）指定状态下的计算,37,b)所求初始体积为V,由公式 pB=yB p=(nB/nB)p,可得,38,例 在恒定温度下，向一容积为1dm3的容器中，依次充入初始状态分别为200kPa,1dm3的气体A和300kPa,2dm3的气体B。A,B 均视为理想气体，且两者间不发生化学反应，则容器中气体混合物的总压力为多少？,解：本题为理想气体等温混合过程，涉及到混合前后两种状态。,混合后,2）状态变化时的计算,39,混合后组分A的分压等于单独存在时与混合物具有相同温度、相同体积的压力，即,对于组分B,混合前后两个状态之间温度、物质的量不变所以有,混合后的总压,40,解：,同理,所以,41,小 结Summary,理想气体状态方程及其应用理想气体混合物分压力的概念及计算作业:习题 1.5 1.9 1.10 1.16 1.17,42,预习思考题,1、什么是液体的饱和蒸气压？它与哪些因素有关？能否举出日常生活中与饱和蒸气压有关的例子？2、什么是压缩因子？它的物理意义是什么？,
