《第1章_气体》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章_气体（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、（二） 低压气体的规律,(三) 高压气体的规律, 理想气体状态方程 理想混合气体, 实际气体状态方程 实际气体的液化 压缩因子图,（一） 气体分子动理论及其速率、能量分布,自学内容,宏观物质是由大量微观粒子(分子、原子等)聚集而成，一般可分为气、液、固三种不同的聚集状态。,一定条件下，宏观物质处于何种状态，主要取决于 分子的热运动； 分子间的相互作用力（引力、斥力），通常表现以引力为主。,（二） 低压气体的规律,物质的第四态？第五态？,宏观物质处于气态时，以分子热运动占主导地位。,热运动使气体分子分散开来，并向容器的全部空间扩散，因此气体总是充满整个容器。由于气体分子间有比较大的空隙，因而气体
2、易于压缩。,宏观物质处于固态时，以分子间引力占主导地位。,低温下分子热运动不足以克服分子间引力的束缚，因而以分子的聚集为主。物质处于固态时，大多形成一定晶型，分子按一定规律排列并以晶格能维系在一起。固体有一定的外形并占有一定的空间。由于固体分子间空隙很小，因而不易于压缩。,宏观物质处于液态时，由于分子间的引力不足以将分子束缚在固定的位置上，而分子热运动的强度亦不足以摆脱分子相互间的引力束缚，因此液体可以流动且无一定的外形。与气体相比，液体的可压缩性很小。,1-1 理想气体状态方程(p16-18),1、波义耳（R. Boyle 1662）定律,一定质量的气体，恒定温度下，体积与压力成反比或体积与
3、压力之积为常数。,数学式,图1 低压气体的pV关系,图2 低压气体的pVp关系,2. 盖吕萨克（J.Gay-Lussac 1808）定律,一定质量的气体，恒定压力下，体积与温度（开氏）成正比或体积与温度之比为常量,图3 低压气体的VT 关系,数学式,3. 阿佛加德罗（A.Avogadro.1811）定律,同温同压下，任何气体的体积与其物质的量之比为常数,或任何气体的摩尔体积都相同,低压下的任何气体，或p0时实际气体才严格符合三实验定律。,4、理想气体状态方程,三实验定律适用的条件：,通用气体常数R值的求解？,R = 8.314 5J mol-1 K-1 = 0.08206 atm L mol-
4、1 K-1,理想气体定义：,凡是在任何T、p下均符合理想气体状态方程的气体叫。,微观模型：,分子本身不具有体积,分子间无相互作用力,Vm=22.4dm3 mol-1=0.0224m3 mol-1,下的气体，用STP表示。,T =273.15K, p =101325Pa,气体的标准状况是指：,理想气体标况下的体积：,例1、正实气体在下述哪个条件下可近似为理想气体（ ） A、高温高压 B、低温低压 C、高温低压 D、低温高压,C,例2、在273K，101.325KPa时，M为154g/mol的CCl4（l）的蒸汽可作为理想气体，则气体密度为多少？,例3 恒温300K，钢瓶中装p1=1.80MPa的
5、理想气体B，从中放出部分B气体,压力变为p2=1.60MPa。已知放出的B气体在V3=20dm3的抽空容器中压力p3=0.10MPa，求钢瓶之体积V=？,p1压力下钢瓶中气体物质的量n1，p2时为n2 取出气体的物质的量为n，则,解：假设300K下,例4、某体积恒定的容器中装一定量温度为300K的气体，现保持压力不变，要将气体赶出1/6.需将容器加热到多少度？ 解： 法1：“要将气体赶出1/6”即体积为原来的 倍,法2：“要将气体赶出1/6”,则现有气体物质的量为原来的5/6倍,1-2 理想混合气体(p18-19),物质的量分数（摩尔分数）x：,则,1、混合气体的组成及平均分子量,体积分数 ：
6、,平均分子量：,2. Dalton分压定律,分压力定义：,适用条件：理想气体、实际气体,Dalton定律 ：,适用条件：理想混合气,理想混合气中B组分的分压力：,推论：,理想混合气,问题：,（1）将沸腾的开水迅速加入暖水瓶中，至 2/3处时迅速加上塞子，现象？原因？,（2）一定温度下，容器中有一定量的A、B 理想气体，若再充入一些B气体，则A、 B气体的分压如何改变？,3. Amagat分体积定律,分体积定义：,Amagat定律：,推论：,公式条件： 理想混合气体,例2 今有300K、104365Pa的湿烃类混合气体（含水蒸气的烃类混合气体），其中p水=3167Pa。欲得到1000mol脱除水
7、后的干烃类混合气体，试求应从湿混合气体中除去水的物质的量以及所需湿烃类混合气体的初始体积V?,解： 对混合气体有,(三) 高压气体的规律,1-3 实际气体(p40-48),1、实际气体对理想气体的偏差,图4 相同温度不同气体 的pVm-p关系,图5 不同温度相同气体 的pVm-p关系,上图表明：,（1）通常情况下实际气体不符合理想气体状态方程 即,（2）相同温度下不同实际气体对理想气体的偏差程 度不同； 不同温度下同一实际气体对理想气体 的偏差亦不同,图6 CH4气体的pVmp关系,以CH4气体 的pVmp关系为例分析：, O点 p0时, 压力p较小时，以引力为主,实际气体易于压缩,压力p较大
8、时 体积因素为主,实际气体不易被压缩, b点处 压力因素与体积因素抵消表现为, T3-波义尔（Boyle）温度 用TB表示,TB温度下在压力足够低的一段范围内气体的行为满足理想气体状态方程,或,理想气体模型： 分子看作质点，气体分子无体积，无分子间作用力。,范德华建立的实际气体模型： 钢球模型，即分子有体积，分子间有作用力，但不考虑分子的结构。,Vm理想气体分子自由活动的空间,2、范德华(van der Waals)方程,对理想气体：,实际气体分子占有体积，引入体积修正项b 实际气体分子可自由活动的空间；,得到范德华方程：,实际气体分子间有引力，引入压力修正项A,或,说明：, a、b为实际气体
9、特性常数，与物性有关, 公式适用范围： 中压(几十个大气压)下实际气体,求出,由范德华方程，利用,p0时，由范德华方程得到,3. 其它实际气体方程,Kammerlingh Onnes方程或称Virial方程,气体状态方程通式：,称为Virial系数，与温度及气体的性质有关,Redlich Kwong方程,式中a,b为常数（不同于范德华常数），适用于烃类等非极性气体 ，且适用的T,p范围较宽。,1-4 气液间的转变 实际气体等温线和液化过程(p48-53),CO2气在不同温度下加压液化的p-Vm曲线如下：,对实际气体采取降温或加压等措施使气体体积减小，可以观察到实际气体的液化以及与液化密切相关的
10、性质临界状态，实际气体气液转化过程的p关系有一定的规律性。,图7 CO2气体的p Vm关系,一、过程分析,DE 恒温加压气体的Vm减小 EF 恒温加压，Vm继续下降；F点体系出现液相 FH 气、液两相平衡体系；在压缩过程中，Vm继续 下降(气体量逐渐减少，液体量逐渐增加)； H点以后体系完全为液相，继续加压 Vm 几乎 不变显示出液体难以压缩,(1) 以273K等温线为例,图上显示：273K等温线可分为三段： D(气体)F(饱和气体)， F(饱和气体)H(饱和液体)， H(饱和液体) 液体,饱和蒸气压：,从FH，体系始终保持气、液两相平衡，称一定温度压力下气、液平衡为饱和，气相称为饱和气体，液
11、相称为饱和液体，气相的平衡压力称为液体在该温度下的饱和蒸气压。,图1-8 液体饱和蒸气压动画演示图,(2) 当T304.5K 时， 实际气体不能液化； 温度升高，水平线变短，饱和蒸气压增大。,(3) T=304.5K，图上出现拐点，在点处，气液不分 水平段消失。 304.5K 称为CO2的临界温度，C点称为临界点； C点对应的温度、压力、体积分别称为CO2的临界温 度、临界压力、临界体积。,二、小结,(1) 实际气体液化的条件 必要条件TTc ； 充分条件pp,(2) 临界点C 在C点处， Vm.l = Vm.g ， 气液不分，宏观上看 象雾状。,Tc 气体液化允许的最高温度； pc Tc下气
12、体液化的最低压力。,(3) pVm图区域 气相区、 液相区 、 气液两相区,(4) C点是Tc线上水平拐点，在此点等温线的一阶、二阶 偏导数均为零，即：,(a),(b),将范德华方程,代入(a)及(b)式中，得到,1-5 普遍化压缩因子图,一、对应状态原理,1. 对比参数,2. 对应状态方程,将对比参数及式,p53对比参数表示,代入范德华方程得对应状态方程：,3. 对应状态原理 由对应状态方程可知任何气体均有：,不同种类的实际气体处于对应状态时具有相似 的性质如压缩性、膨胀性、粘滞性等。,二、压缩因子与普遍化压缩因子图,理想气体,实际气体,令,Z 称为修正量，校正因子或压缩因子,同温同压下,Z
13、 值大小表示实际气体对理想气体的偏离程度；宏观 上反映实际气体压缩的难易程度。,1、Z 物理意义,在相同温度压力下,若Z 1,若Z 1,若Z=1,宏观上表现为实际气体比理想气体难压缩,宏观上表现为实际气体比理想气体易压缩,a. 理想气体的Z值恒为； b. 实际气体Z值可以大于、小于、等于。,注 意,2、Z的求法压缩因子图,设有A、B、C 种实际气体给定Tr1计算不同pri下的Zi值,得到一组数据：,给定Tr2 同样可以得到：,注： 是各种实际气体在此条件下Z的平均值。,用 pr 值作横坐标，Z值为纵坐标，做不同Tr值下 prZ曲线， 可得压缩因子图如下图示：,.,.,对比压力 pr,注意：利用压缩因子图求解时，对H2、He、Ne有偏差， 可作如下校正：,例1 已知某气体的Tc=385.0K，pc=4123.9kPa，用压缩因子图求366.5K、2067kPa下该实际气体的Vm值。,解：,查图可得 Z = 0.72,例2 已知CH4气在p=14186kPa下的浓度c=6.02mol dm-3，由普遍化压缩因子图求其温度。,解：查表可知CH4 的临界参数：,当pr=3.09时，查图知ZTr关系数据为：,Z 0.64 0.72 0.86 0.94 Tr 1.30 1.40 1.60 1.80,
