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1、第一章第一章 气体的气体的p-V-T关系关系1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程1.2 理想气体混合物理想气体混合物1.3 气体的液化及临界参数气体的液化及临界参数1.4 真实气体状态方程真实气体状态方程1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子图对应状态原理及普遍化压缩因子图 掌握理想气体状态方程掌握理想气体状态方程 掌握理想气体的宏观定义及微观模型掌握理想气体的宏观定义及微观模型 掌握分压、分体积概念及计算掌握分压、分体积概念及计算 理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象 掌握饱和蒸气压概念掌握饱和蒸气压概念 理解范德华状态方程、对应状态原理和压缩因理解
2、范德华状态方程、对应状态原理和压缩因 子图，了解对比状态方程及其它真实气体方程子图，了解对比状态方程及其它真实气体方程本章基本要求本章基本要求 1.1 理想气体状态方程理想气体状态方程一、一、 理想气体状态方程理想气体状态方程二、二、 摩尔气体常数摩尔气体常数三、理想气体定义及微观模型三、理想气体定义及微观模型四、理想气体四、理想气体p、V、T性质计算性质计算一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程1. 低压低压 (p 1MPa) 下经验定律下经验定律且且T=273.15K p=101.325kPa 时时 1mol气体气体 Vm=22.410-3m3 波义尔定律：波义尔定律： pV=常数常数
3、(n、T一定一定)盖盖吕萨克定律：吕萨克定律： V/T=常数常数 (n、p一定一定)阿伏加德罗定律：阿伏加德罗定律： V/n=常数常数 (T、p一定一定)2. 理想气体状态方程理想气体状态方程pV= nRTpVm= RT 单位：单位：pPa Vm3 TK nmol 推论：推论：n、V一定时一定时 p/T=常数常数n一定时一定时pV/T=常数常数pV=mRT/Mp= RT/M阿伏加德罗阿伏加德罗(Avogadro A)二、摩尔气体常数二、摩尔气体常数 R对实际气体对实际气体p0时，时，符合理想气体方程符合理想气体方程温度温度T一定时：一定时：R = 8.3145 J mol-1 K-1p / M
4、PapVm/ Jmol-1N2HeCH4气体的气体的pVmp曲线图曲线图三、理想气体定义及微观模型三、理想气体定义及微观模型对实际气体对实际气体讨论：讨论： p0时符合时符合理想气体行为理想气体行为 一般情况低压下可近似认为是一般情况低压下可近似认为是理想气体理想气体 温度越高、压力越低，越温度越高、压力越低，越符合理想气体符合理想气体理想气体宏观定义：理想气体宏观定义：凡在任何温度、任何压力均符合理想凡在任何温度、任何压力均符合理想气体状态方程气体状态方程 (pV = nRT) 的气体的气体理想气体微观模型：理想气体微观模型： 分子本身不占体积分子本身不占体积 分子间无相互作用力分子间无相互
5、作用力四、理想气体四、理想气体 p、V、T 性质计算性质计算3. 导出量的计算：质量导出量的计算：质量、密度、密度 等等 如：如： /M/ p/()1. p、 知三求一知三求一2. 两个状态间的计算两个状态间的计算 当当一定时一定时 p1V1/T1 = p2V2/T21. p、 知三求一知三求一例：例：在什么温度下，在什么温度下，200g压力为压力为120kPa的的氮气的体积为氮气的体积为0.2m3。404K思考题：思考题： 两个容积均为两个容积均为V的球形玻璃管连接，其中的球形玻璃管连接，其中充满某种理想气体。已知在充满某种理想气体。已知在T1下气体的压力下气体的压力为为p1。今将一球的温度
6、变为今将一球的温度变为T2，另一球的温度，另一球的温度仍为仍为T1不变。试推导这时的压力不变。试推导这时的压力p2与与T1、T2、p1之间的关系式。假设忽略细玻璃管中气体的之间的关系式。假设忽略细玻璃管中气体的体积，玻璃球的容积体积，玻璃球的容积V不随温度变化。不随温度变化。2. 两个状态间的计算两个状态间的计算 当当一定时一定时 p1V1/T1 = p2V2/T2例：例：某气体在某气体在20 C、100kPa下的体积为下的体积为50dm3，求将该气体压缩成求将该气体压缩成80 C、200kPa状态下的体状态下的体积。积。30dm3例例：为为了了行行车车的的安安全全，可可在在汽汽车车中中装装备
7、备上上空空气气袋袋，防防止止碰碰撞撞时时司司机机受受到到伤伤害害。这这种种空空气气袋袋是是用用氮氮气气充充胀胀起起来来的的，所所用用的的氮氮气气是是由由叠叠氮氮化化钠钠与与三三氧氧化化二二铁铁在在火火花花的的引引发发下下反应生成的。总反应是：反应生成的。总反应是：6NaN3+Fe2O3(s) 3Na2O(s)+2Fe(s)+9N2(g)在在25。748mmHg下，要产生下，要产生75.0dm3的的N2，计算需要叠氮化钠的质量。计算需要叠氮化钠的质量。m(NaN3)=131g3. 导出量的计算：如质量导出量的计算：如质量、密度、密度 等等练习：练习：1、用管道输送天然气，当输送压力为、用管道输送
8、天然气，当输送压力为200kPa， 温度为温度为25 C时，管道内天然气的密度为多时，管道内天然气的密度为多 少？假设天然气可看做是纯的甲烷。少？假设天然气可看做是纯的甲烷。2、气柜内贮有、气柜内贮有121.6kPa、27 C的氯乙烯的氯乙烯(C2H3Cl) 气体气体300m3，若以每小时，若以每小时90kg的流量输往使用的流量输往使用 车间，试问贮存的气体能用多少小时？车间，试问贮存的气体能用多少小时？1. 1.291g/L 2. 10.15h3、一抽成真空的球形容器，质量为、一抽成真空的球形容器，质量为25.0000g。 充以充以4 C的水之后，总质量为的水之后，总质量为125.0000g
9、。若。若 改充以改充以25 C、13.33kPa的某碳氢化合物气体，的某碳氢化合物气体， 则总质量为则总质量为25.0163g。试估算该气体的摩尔。试估算该气体的摩尔 质量。水的密度按质量。水的密度按1g/cm3计算。计算。3. 30.31g/mol 1.2 理想气体混合物理想气体混合物一、混合物的组成一、混合物的组成二、理想气体状态方程对理想二、理想气体状态方程对理想 气体混合物的应用气体混合物的应用三、道尔顿分压定律三、道尔顿分压定律四、阿马格分体积定律四、阿马格分体积定律五、两者关系五、两者关系一、混合物的组成一、混合物的组成摩尔分数摩尔分数质量分数质量分数 体积分数体积分数x液体液体y
10、气体气体 纯物质纯物质B和和A在相同在相同T、p下的摩尔体积下的摩尔体积二、理想气体状态方程对二、理想气体状态方程对 理想气体混合物的应用理想气体混合物的应用 pV = n总总RT = mRT/Mmix对理想气体混合物：对理想气体混合物：例：用理想气体状态方程计算标况下空气的密度。例：用理想气体状态方程计算标况下空气的密度。混合物的摩尔质量：混合物的摩尔质量：三、道尔顿分压定律三、道尔顿分压定律混合气体中某组份混合气体中某组份B单独存在，且具有与混合单独存在，且具有与混合气体相同的温度、体积时所产生的压力。气体相同的温度、体积时所产生的压力。nA+nB , p总总nA , pAnB , pB
11、T V T V T V1. 分压力定义分压力定义2. 道尔顿分压定律道尔顿分压定律混合气体的总压等于各组分气体分压之和混合气体的总压等于各组分气体分压之和p = pB = p1 + p2 + 推论：推论：pB = yB p道尔顿道尔顿(Dalton J)例题：例题： 某容器中含有某容器中含有NH3、O2 、N2等气等气体的混合物。取样分析后，其中体的混合物。取样分析后，其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)= 0.180mol，n(N2) = 0.700mol。混合气体的总压混合气体的总压p=133.0kPa。试计算各组分气体的分压。试计算各组分气体的分压。练习：练习：1、在一个、在一
12、个10dm3的容器中，有的容器中，有1.258g的氢气和的氢气和 3.126g的氮气，求容器中各气体的摩尔分数的氮气，求容器中各气体的摩尔分数 和和25 C时各气体的分压。时各气体的分压。2、已知混合气体中各组分的摩尔分数分别为：、已知混合气体中各组分的摩尔分数分别为： 氯乙烯氯乙烯0.72、氯化氢、氯化氢0.10、乙烯、乙烯0.18。在保。在保 持压力持压力 101.325kPa 不变的条件下，用水洗不变的条件下，用水洗 去氯化氢，求剩余干气体去氯化氢，求剩余干气体(不考虑其中的水不考虑其中的水 蒸气蒸气)中各组分的分压力。中各组分的分压力。四、阿马格分体积定律四、阿马格分体积定律1. 分体
13、积定义分体积定义混合气体中某组份混合气体中某组份 B 单独存在，且具有与混单独存在，且具有与混合气体相同的温度、压力时所具有的体积合气体相同的温度、压力时所具有的体积nA+nB ,V总总nA,VAnB,VBT, p T, p T, p2. 阿马格分体积定律阿马格分体积定律混合气体的总体积等于各组分气体分体积之和混合气体的总体积等于各组分气体分体积之和V = VB= V1 + V2 + 推论：推论：VB = yB V五、两者关系五、两者关系注：对理想气体混合物注：对理想气体混合物1、今有、今有20 C的乙烷丁烷混合气体的乙烷丁烷混合气体，充，充入一抽成真空的入一抽成真空的200cm3的容器中，直
14、至压的容器中，直至压力达力达101.325kPa，测得容器中混合气体的质，测得容器中混合气体的质量为量为0.3897g。试求该混合气体中两种组分。试求该混合气体中两种组分的摩尔分数及分压力。的摩尔分数及分压力。练习：练习：2、在、在300.15K、200kPa下，测得下，测得Ne 与与Ar混混合气体的密度为合气体的密度为2.372kg/m3，则混合气体中，则混合气体中Ne的分压力为多少？的分压力为多少？1.3 气体的液化及临界参数气体的液化及临界参数一、液体的饱和蒸气压一、液体的饱和蒸气压二、临界参数二、临界参数三、真实气体的三、真实气体的p Vm图与气体的液化图与气体的液化 一、液体的饱和蒸
15、气压一、液体的饱和蒸气压一定温度下的气液平衡：一定温度下的气液平衡：气气液液p*气体称为气体称为饱和蒸气饱和蒸气；液体称为液体称为饱和液体饱和液体；蒸气压力称为蒸气压力称为饱和蒸气压饱和蒸气压。(1) 纯液体的饱和蒸气压纯液体的饱和蒸气压:表表1 水、乙醇和苯在不同温度下的饱和蒸气压水、乙醇和苯在不同温度下的饱和蒸气压水水乙醇乙醇苯苯t/ Cp*/kPat/ Cp*/kPat/ Cp*/kPa202.338205.671209.9712407.3764017.3954024.4116019.9166046.0086051.9938047.34378.4101.32580.1101.325100
16、101.325100222.48100181.44120198.54120422.35120308.11p* = f (T)(2) 液体混合物的饱和蒸气压：液体混合物的饱和蒸气压：p* = f (T , xB)沸点：沸点：p* = p(环环)时的温度时的温度正常沸点：正常沸点：p* = 101.325kPa时的温度时的温度相对湿度相对湿度= (空气中空气中 pH2O / p*) 100%二、临界参数二、临界参数使气体液化的关键是使气体液化的关键是温度温度、其次是、其次是压力压力临界温度临界温度(Tc)：能够使气体液化的最能够使气体液化的最高高温度温度临界温度是液体能够存在的最高温度临界温度是液体能够存在的最高温度临界压力临界压力(pc)：在临界温度下使气体液化的最在临界温度下使气体液化的最低低压力压力摩尔临界体积摩尔临界体积(Vc,m)：临界温度、压力下物质的摩尔体积临界温度、压力下物质的摩尔体积CO2的临界参数：的临界参数：pc=73967.25kPa ；Vc,m=0.0957dm3/mol；Tc=31.04 三、真实气体的三、真实气体的p Vm图与气体的液化图与气体的液化 T T4
