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1、第一章气体的PVT性质,1-0物质的聚集状态聚集状态1.定义：物质是由大量的不断流动着的分子、原子、离子等微观粒子聚集而成的，所以物质所表现出来的状态。2.产生原因：分子间相互作用力运动3.表示方法：气、液、固分别用于g、l、s表示。,11理想气体的状态方程,一、状态方程：联系p、V、T之间关系的方程称为状态方程。二、理想气体状态方程1.理想气体状态方程低压气体定律：（1）波义尔定律(R.Boyle,1662):pV常数(n,T一定）（2）盖.吕萨克定律(J.Gay-Lussac,1808)：V/T常数(n,p一定),理想气体的状态方程,（3）阿伏加德罗定律（A.Avogadro,1811)V
2、/n常数(T,p一定)以上三式结合得到理想气体状态方程pV=nRT式中：pPa；Vm3；TK；nmol；R8.314510Jmol-1K-1理想气体状态方程也可表示为：pVm=RT,理想气体的状态方程,2.理想气体模型（1）分子间力吸引力：分子相距较远时，有范德华引力；排斥力：分子相距较近时，电子云及核产生排斥作用。若用E代表分子间相互作用势能，有：E吸引1/r6E排斥1/rnLennard-Jones理论：n=12,理想气体的状态方程,式中：A吸引常数；B排斥常数分子间的相互作用力为：E0r0r,理想气体的状态方程,(2)理想气体模型理想气体分子本身没有体积分子间无相互作用力理想气体定义：在
3、任何温度、压力下均服从pV=nRT的气体为理想气体。（3）气体常数R或=8.3144NmK-1mol-1=8.3144JK-1mol-1,12理想气体混合物,一、混合物的组成(1)摩尔分数x或y定义为：物质B的物质的量与混合物总的物质的量的比。(1.2.1)(2)质量分数wB定义为：B的质量与混合物的总质量之比。（1.2.2）(3)体积分数B，定义为混合前纯B的体积与各纯组分体积总和之比（1.2.3）,12理想气体混合物,二、道尔顿分压定律表述如下：“理想气体混合物的总压力等于各个气体分压力之和”可以用下式表示：是混合气体（包括理想的和非理想的）分压“气体B的分压力等于总压力乘以B在混合气体中
4、所占的摩尔分数”这是Dolton分压定律另一种表示形式。三、阿马格分体积定律：理想气体混合物的总体积等于各个气体分体积的总和,1-3实际气体的PVT性质,一、范德华方程产生原因（1）是真实气体的分子本身是有体积的（2）是真实气体的分子间有相互作用的1.体积的改正PV=nRT中的V，实际上指的是理想气体分子运动的空间，真实气体分子所能够活动的空间假设为（Vm-b）则有P（Vm-b）=RT假设分子直径为，每个分子的体积为每一个分子的禁区是,1-3实际气体的PVT性质,2.压力的修正设分子间无引力存在时压力为Pi，有引力存在时为P，这两者之差Pi-P=内压力，称为内压力。内压力既正比于（内部分子的密
5、度），又正比于（靠近器壁的分子密度），设两者都是内压力=3.范德华方程,1-3实际气体的PVT性质,4.范德华常数及其单位范氏方程里的两个常数a、b总称为范德华常数，常数a标志了物质分子间所具有的相互吸引力，常数b则表示了分子本身所具有的体积，故a与b都是与气体种类有关的特性常数。a的量纲？Pam6mol-2b的量纲？m3mol-1二、维里方程,14高压气体的普遍化计算法,一、压缩因子z的数值标志了真实气体与理想气体之间的偏差程度。当用Z=对实际气体进行讨论时，问若Z1，则表示该气体比理想气体易压缩还是不易压缩？二、实际气体的液化和临界参数人们选择了CO2作为研究对象。可以设想，在一个带有活塞
6、的气缸里装了一定量的CO2，把气缸放在温度恒定的环境里，在气缸的活塞上面加上砝码，则活塞往下移动，直到外压力与气缸内气体的内压力相等为止，所以在活塞上面加砝码，相当于是增加气体的压力。气缸内气体的压力可自附在气缸上的压力计读出，气体的体积则可由活塞的径量来确定，现根据实验数据可绘出如左p-Vm图，图中的每一条曲线都是等温线。图示的基本规律对于各种气体都一样。分析如下：,14高压气体的普遍化计算法,1.40，等温线与理想气体情况相仿。2.31以下的等温线由三段组成。3.水平段是指气、液共存的阶段，随温度升高，水平段愈缩愈短，到了31，便缩成了一点C，如将每条等温线上的表示液化，开始之点与表示液化
7、终了之点用虚线连起来，就可以得到了一个帽形区，此条曲线称之为饱和曲线，这样，整个PV图便分成了三等份。帽形区是气-液共存区，等温线帽形区之右的部分为气态，之左为液态。,14高压气体的普遍化计算法,4.在31将气体液化5.临界参数:对应于临界点的T、P、V分别称为临界温度，临界压力和临界体积，分别用Tc、Pc、Vm,c（简作Vc）来表示，6.饱和蒸气压:气液之间是达到了平衡，在平衡状态下，蒸气的压力便是饱和蒸气压或简称蒸气压。蒸气压的数值除与液体种类有关系外，还与温度有关解释:液体中各分子所具有的能量并不相同，能量高的分子可挣脱其它分子对它的吸引力而自液面逸入到空间，这就是蒸发；而漫游在液面上方
8、的分子，当与液面相碰撞时，由于引力的存在，也有可能为液面分子重新拉回去，这就是冷却。开始时主要是蒸发，随着蒸发的进行，蒸气分子不断增加，撞击液面的分子也就愈来愈多，最后，当在单位时间里，蒸发的液体分子数和冷却成液体分子的分子数达到相等，即蒸发速度和冷凝速度达到相等，也就达到了平衡状态。三、范德华方程和临界参数用范氏方程来看PVm图，然后通过范德华的临界等温线来求CO2的临界参数，看一看范氏方程与实验结果是否相符合。,14高压气体的普遍化计算法,范氏方程同乘据此方程，在确定的T下，选定一系列的压力P，即可解得一系列的Vm，如此即可作出一条PVm等温线，对应于一系列不同的温度，即可得到一系列的等温
9、线。范氏方程等温线和实验所得到的等温线大致相符，略有不同，就是对那些低于临界温度线的等温线来说，在中等压力范围里多出了这（）上、下、上的一波三折。讨论由范氏方程求临界参数：自范氏PVm等温线可见，在C点，范氏方程出现了三重根，三个根的数值相同，也就是说在C点将范氏方程,14高压气体的普遍化计算法,即当然和是一码事比较系数，得根据此式，可得特性常数PC、VC、TC与a、b之间的关系。,14高压气体的普遍化计算法,有一个结果引起人们的关注四、普遍化范德华方程（或范德华对比状态方程）和对应状态原理。两边同乘则有令引入对比参数后，可得方程或,14高压气体的普遍化计算法,此方程称作范德华对比状态方程，它
10、和范德华方程是等效的，但式中不复存在特性常数a、b，是一个不直接含有气体特性常数的普遍化形式，故又称普遍化范德华方程。任意两种不同的气体，如果有两个彼此相等的对比参数，则它们的第三个对比参数必大致相同，此时，我们就说，这些气体是处在对应状态之下这就是对应状态原理。当两种气体具有相同的Pr、Vr、Tr值时，则它们的压缩因子大致相同。五、普遍化的压缩因子图将对比参数引入压缩因子，有：Zc近似为常数（Zc0.270.29),14高压气体的普遍化计算法,当pr,Vr,Tr相同时，Z大致相同。即处于相同对应状态的气体具有相同的压缩因子。对理想气体的偏离也相同。因为pr,Vr,Tr三个参数中只有两个独立变量，一般选Tr,pr为独立变量。Z表示为：,14高压气体的普遍化计算法,荷根(HongenO.A.)与华德生(WatsonK.M.)在20世纪40年代，用若干种无机、有机气体的实验值取平均，描绘出如图1.5.1的等Tr下Z=f(pr)曲线，称为双参数普遍化压缩因子图，如上图：,
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