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1、第一章气体的PVT关系,理想气体的状态方程,理想气体混合物,气体的液化和临界参数,对应状态原理和压缩因子,状态方程,气体V受T、P影响大,固体,V受T、P影响小,联系P、V、T之间关系的方程,、,液体,物质的聚集状态,pV=nRT,1.理想气体的状态方程,单位：p-PaV-m3T-Knmol,R=8.314Jmol-1K-1R=0.08206atmlmol-1K-1,分子间有相互作用，分子本身有体积。,理想气体的模型,真实气体微观模型,吸引力：分子相距离较远时，有范德华引力,排斥力：分子相距离较近时，电子云及原子核产生排斥力,若用E代表分子间相互作用的势能，则：E吸引-1/r6E排斥1/rn,
2、所以：E总=E吸引+E排斥-A/r6+B/rn,理想气体微观模型：分子间无相互作用，分子本身无体积。,理想气体定义：在任何条件下都服从pV=nRT的气体,对实际气体讨论：p0时符合理想气体行为低压下近似认为是理想气体温度越高、压力越低，越符合理想气体,真实气体的状态方程,真实气体并不严格符合理想气体状态方程，也就是说真实气体在方程pV=nRT中的R不为常数。真实气体只在温度不太低、压力不太高的情况下近似符合理想气体状态方程。,理想气体混合物,1.混合物组成表示：用物质量的分数表示:(x表示气体，y表示液体）,对于物质B,显然,用质量分数表示:,理气状态方程对理气混合物的应用,Mmix混合物的摩
3、尔质量,3.道尔顿分压定律,分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体分压之和,p=p1+p2+,p=pB,n=n1+n2+,3.道尔顿分压定律,分压的求解：,阿马加定律（分体积定律）,1分体积定义,混合气体中某组份B单独存在，且具有与混合气体相同的温度、压力时所具有的体积称为组份B的分体积。用B表示。,2阿马格分体积定律：混合气体的总体积，等于混合气体各组分单独存在于混合气体T、p条件下的体积之和。,注意：pp但是p,两者关系,例.空气中氧气的体积分数为0.29，求101.325kPa、25时的1m3空气中氧气的摩尔分数、分压力、分体积，并求若想得到1摩尔纯氧气，至少需多少体积的空气。
4、（将空气近似看成理想气体）,解：,1-3真实气体的PVT性质,压缩因子定义：,真实气体的PVT行为偏离理想气体行为，引入压缩因子Z：,Z=pV/（nRT)Z=pVm/(RT),Z=1真实气体与理想气体没有偏差Z1真实气体比理想气体难压缩Z1真实气体比理想气体易压缩,Z体积项造成,CH4的Z-p图：,1p0，Z1；,2、p较大时分子之间表现排斥力Z1，难压缩；3、p较小时分子之间表现为吸引力Z1，易压缩。,同一物质，不同温度下有不同的pVT行为。,在等温条件下：,范德华方程,p(理)=p(真)+p(内),p（内）=a/Vm2,VM(理)=VM(真)-b,体积的修正,范德华方程为：（p+a/Vm2
5、)（Vm-b)=RT,或（p+na/V2)(V-nb)=nRT,1.3气体的液化及临界参数,1.液体的饱和蒸气压液体蒸发的速度和气体凝结的速度相等时的蒸气压力。,1.3气体的液化及临界参数,液体的饱和蒸气压同温度有关，温度不同，饱和蒸气压不同。,当液体的饱和蒸气压同外界压力相等,液体即发生沸腾，此时的温度即为沸点。,当外界压力为101325Pa时的沸点称为正常沸点。,1.3气体的液化及临界参数,3.真实气体的的pVm图及气体的液化,Vm,1.TTc气体不可液化一段光滑曲线,2.T=Tc气体可液化的最高温度两段光滑曲线中间有拐点,C点,3.TTc气体可以液化,水平线气液共存,较陡的线为液体线,较
6、平的线为气体线,临界性质C点为临界点，pC、VC、TC分别为临界压力、临界体积、临界温度。,临界点C特点：高于临界温度，气体不能液化临界点处:Vm（g）=Vm（l）,临界点C处,能够使气体液化的最高温度称为此气体的临界温度。用TC或tC表示。临界温度是气体的一个特性参数，不同的气体具有不同的临界温度。如氧气的临界温度为118.57，氮气的临界温度为147.0。,临界温度时的饱和蒸气压称为临界压力，用pC表示。临界温度和临界压力下的摩尔体积为临界摩尔体积Vm,C。此时的状态为临界状态。TC、pC、Vm,C统称为临界参数,二.P-V图,V,P,T1,T2,T3,Tc,T4,T5,汽液两相区,气,液
7、,汽,特性：,汽液两相区的比容差随温度和压力的上升而减少，外延至V=0点，可求得Pc,Vc和Tc.,在单相区，等温线为光滑的曲线或直线；高于Tc的的等温线光滑，无转折点，低于Tc的的等温线有折点，由三部分组成。,临界点处，等温线既是极值点又是拐点,C,1.5对应状态原理及普遍化压缩因子,1.压缩因子,真实气体pV=ZnRTZ压缩因子,或pVm=ZRT,Z1，Vm(真实)Vm(理想)，难压缩真实气体Z随温度、压力的种类而变化,对于理气，Z=pVm(理气)/RT=1,1.5对应状态原理及普遍化压缩因子,对比参数：,Tr=T/TC对比温度,pr=p/pC对比压力,Vr=V/VC对比体积,对应状态原理
8、各种不同的气体，只要两个对比参数相同，则第三个也相同。不同气体的对比参数相同时，压缩因子也相同。,1.5对应状态原理及普遍化压缩因子,ArgonCompressibilityT=273K,Z=pVm/RT,attractive,repulsive,超临界萃取,温度、压力略高于临界点的流体称为超临界流体。这种接近于临界点的,流体,其密度或体积与饱和液体很接近。由于超临界流体具有很高的密度,它,能像一般液体溶剂那样溶解许多固体物质或高沸点液体物质。另一方面,在,临界点附近只要恒温下略为降低压力或恒压下略微升高温度,体积将有较大,增加,密度将有较大减小,相应地那些被溶解物质的溶解度将显著下降而导致,
9、析出。超临界流体还有一个很重要的特点,即虽然它的密度接近饱和液体,粘,度却接近饱和蒸气,这些重要特性促进了一种新兴技术的发展,即超临界萃取,技术。它具有低能耗优点。通常使用的超临界流体如二氧化碳、乙烷、丙烷,等,临界温度较低,可以在室温附近操作,又无毒,因此,这种技术得到很快的发,展。目前常被用来萃取水溶液中的有机物,从茶叶和咖啡豆中萃取咖啡因,从,植物中萃取芳香油,从种子中萃取食用油脂,从中药材中萃取有效成分，从高,分子物质中萃取残留单体等。超临界流体还可以作为溶剂制造无公害涂料，,如汽车用油漆、室内环保涂料等。超临界流体的应用正方兴未艾。,CO2超临界流体-环境友好的反应介质,大多数的反应
10、需要在液体环境中进行才能进行均相反应，近年来，,在某些反应里超临界流体被发现具有特殊的效果。除了在超临界流体,中进行聚合,以制取颗粒均匀的聚甲基丙烯酸甲醋,在超临界流体中制,取超细粉末等以外,在CO2超临界流体中进行均相催化反应、配位化合,是研究的热点。这除了是由于超临界流体的特殊的性质，如接近气体,的粘度，液体的密度和溶解度，可以在室温附近操作，低能耗等外,CO2不对环境造成污染也是一个重要因素，这构成了绿色化学的一个,分支。在CO2超临界流体中进行均相催化反应，对回收贵金属催化剂如铑、铂等也极大的提高了效率。,如图所示一带隔板的容器中，两侧分别有同温同压的氢气与氮气，二者均可视为理想气体。,保持容器内温度恒定时抽去隔板，且隔板本身的体积可忽略不计，试求两种气体混合后的压力；(2)隔板抽去前后，H2和N2的摩尔体积是否相同？(3)隔板抽去后，混合气体中H2和N2的分压力之比以及它们的分体积各为若干？,解：(1)P(V1+V2)=(n1+n2)RTPV1=n1RTPV2=n2RTP=P,(2)P=nRT/V混合后两气体分数减少，体积增大（因为理想气体混合后，两气体运动空间增大），其摩尔体积增大。,(3)3P=n1RT4P=n1RTP=3P/4P氢/P氮=3/1且V氢=3dm3V氮=1dm3,
