物理化學核心教程 第一章氣體課件

物理化學核心教程電子教案第1章氣體物理化學核心教程電子教案第1章氣體1教學目標

1.了解氣體分子運動公式的推導(dǎo)過程，建立微觀的運動模型；2.了解前人對問題的處理方法和過程；3.了解對實際氣體的計算，正確使用壓縮因子圖；4.了解真實氣體與理想氣體的偏差，臨界現(xiàn)象；5.理解理想氣體的微觀模型，能熟練使用理想氣體的狀態(tài)方程；6.掌握分壓、分體積概念及計算。教學目標

1.了解氣體分子運動公式的推導(dǎo)過程，建立微觀的運動2

1.1低壓氣體的經(jīng)驗定律1.Boyle定律2.Charles-Gay-Lussac定律3.Avogadro定律1.1低壓氣體的經(jīng)驗定律1.Boyle定律23

1.1.1Boyle定律在較低壓力下,保持氣體的溫度和物質(zhì)的量不變,氣體的體積與壓力的乘積為常數(shù)。不變1.1.1Boyle定律在較低壓力下,保持氣體4

1.1.2.Charles-Gay-Lussac定律保持氣體的壓力和物質(zhì)的量不變,氣體的體積與熱力學溫度成正比，不變1.1.2.Charles-Gay-Lussac5

1.1.3.Avogadro定律

Avogadro

（1776—1856）意大利科學家

Avogadro1776年生于都靈，1856年卒于同地。他是都靈科學院院士，還擔任過意大利度量衡學會會長而促使意大利采用公制。他在1811年提出的分子假說：同體積的氣體，在相同的溫度和壓強下，含有同數(shù)目的分子。

在中，包含原子的數(shù)量。1.1.3.Avogadro定律Avo6

1.1.3.Avogadro定律在相同溫度和壓力下，相同體積的任何氣體，含有的氣體分子數(shù)相同不變相同的T，p下

1mol任何氣體所占有的體積相同

物質(zhì)的量n是一個重要的物理量

Avogadro常量1.1.3.Avogadro定律在相同溫度和壓7

1.2理想氣體及其狀態(tài)方程1.理想氣體的微觀模型2.理想氣體的狀態(tài)方程1.2理想氣體及其狀態(tài)方程1.理想氣體的微觀模型8

1.2.1理想氣體的微觀模型

理想氣體分子之間的相互作用可忽略不計

理想氣體分子的自身體積可忽略不計高溫和低壓下的氣體近似可看作理想氣體難液化的氣體適用的壓力范圍較寬例如,在較大的壓力范圍內(nèi)都可以作為理想氣體處理1.2.1理想氣體的微觀模型理想氣體分子之間的相9

1.2.2.理想氣體的狀態(tài)方程聯(lián)系p,V,T三者之間關(guān)系的方程稱為狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程為摩爾氣體常量1.2.2.理想氣體的狀態(tài)方程聯(lián)系p,V,10理想氣體的摩爾氣體常量常采用外推法求摩爾氣體常量。取一定量氣體，在一定溫度下測量氣體的體積和壓力用作圖將直線外推至用同一種氣體在不同溫度下做實驗，或用不同的氣體在同一溫度下做實驗，都可以得到相同的結(jié)果。就可以得到比較精確的摩爾氣體常量的數(shù)值理想氣體的摩爾氣體常量常采用外推法求摩爾氣體11用同一種氣體在不同溫度下做實驗10203040502468用同一種氣體在不同溫度下做實驗1020304050246812用不同的氣體在同一溫度下做實驗10203040502468CON2H2用不同的氣體在同一溫度下做實驗10203040502468C13

1.3理想氣體混合物1.混合物組成表示法2.Dalton分壓定律3.Amagat分體積定律1.3理想氣體混合物1.混合物組成表示法2.14

1.3理想氣體混合物理想氣體混合物若干種理想氣體混合在一起，形成均勻的氣體混合物，每種氣體都符合狀態(tài)方程1.3理想氣體混合物理想氣體混合物若15

1.3.1混合物組成表示法1.B的摩爾分數(shù)稱為組分B的摩爾分數(shù)或物質(zhì)的量分數(shù)單位為1混合物中所有組分的物質(zhì)的量之和表示與液相平衡的氣相中B的摩爾分數(shù)1.3.1混合物組成表示法1.B的摩爾分數(shù)稱為16

1.3.1混合物組成表示法2.B的體積分數(shù)稱為組分B的體積分數(shù)（相同的T，p）單位為1混合前純B的摩爾體積混合前各純組分體積的加和1.3.1混合物組成表示法2.B的體積分數(shù)稱為17

1.3.1混合物組成表示法3.B的質(zhì)量分數(shù)稱為B的質(zhì)量分數(shù)單位為1B組分的質(zhì)量混合物中所有物質(zhì)的質(zhì)量之和1.3.1混合物組成表示法3.B的質(zhì)量分數(shù)稱為18

1.3.2Dalton分壓定律B的分壓等于相同T，V下單獨存在時的壓力在相同T，V下，總壓等于各組分分壓之和原則上，該定律只適用于理想氣體1.3.2Dalton分壓定律B的分壓等于相同T19

1.3.3Amagat分體積定律在相同的溫度T和總壓力p的條件下

V，p是系統(tǒng)的總體積和壓力，Amagat分體積定律原則上只適用于理想氣體1.3.3Amagat分體積定律在相同的溫度T和20

1.4真實氣體的液化1.液體的飽和蒸氣壓2.臨界狀態(tài)3.真實氣體的

圖1.4真實氣體的液化1.液體的飽和蒸氣壓2.21

1.4.1液體的飽和蒸氣壓在密閉容器內(nèi)和一定溫度下當蒸發(fā)與凝聚的速率相等時這時蒸氣的壓力稱為達到氣-液平衡該液體在該溫度時的飽和蒸氣壓理想氣體在任何T，p下都不能被液化真實氣體在降溫或加壓下，有可能被液化加熱密閉容器中的液體，不可能觀察到沸騰現(xiàn)象。1.4.1液體的飽和蒸氣壓在密閉容器內(nèi)和一定溫度下當22

1.4.1液體的飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓是物質(zhì)的性質(zhì)，隨溫度的上升而增加在敞口容器中加熱液體，當蒸氣的壓力等于外壓時，液體沸騰，這時的溫度稱為沸點。飽和蒸氣壓大的液體，其沸點較低常見液體在不同溫度下的飽和蒸氣壓可以查表。降低外壓，其沸點也隨之降低。1.4.1液體的飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓是物質(zhì)的性質(zhì)，隨23

1.4.2臨界狀態(tài)隨著溫度升高，飽和蒸氣壓變大，氣體的密度不斷變大這種狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)這時氣-液界面消失，液體和氣體混為一體在該溫度之上無論用多大壓力，都無法使氣體液化隨著溫度升高，液體由于受熱膨脹，其密度不斷變小達到某溫度時，氣體的密度等于液體的密度溫度為臨界溫度1.4.2臨界狀態(tài)隨著溫度升高，飽和24

1.4.2臨界狀態(tài)在臨界狀態(tài)時的參數(shù)稱為臨界參數(shù)，如高于臨界狀態(tài)的物系，既具有液體性質(zhì)，又具有氣體性質(zhì)，稱為超臨界流體超臨界流體超臨界流體具有液體一樣的溶解能力超臨界流體具有氣體一樣的擴散速度如超臨界流體在萃取和合成方面用途很廣1.4.2臨界狀態(tài)在臨界狀態(tài)時的參數(shù)稱為臨界參數(shù)，如25

1.4.3真實氣體的p-Vm圖pglC為臨界點對應(yīng)臨界參數(shù)為1.4.3真實氣體的p-Vm圖pglC為臨界點對26

1.4.3真實氣體的p-Vm圖pgl臨界參數(shù)是物質(zhì)自身的性質(zhì)易液化的氣體臨界溫度較高難液化的氣體臨界溫度較低常見氣體的臨界參數(shù)可以查表1.4.3真實氣體的p-Vm圖pgl臨界參數(shù)是物質(zhì)27

1.4.3真實氣體的p-Vm圖pgl在臨界點C處是等溫線的拐點在數(shù)學上，一階和二階導(dǎo)數(shù)為零從真實氣體的狀態(tài)方程可以計算臨界參數(shù)1.4.3真實氣體的p-Vm圖pgl在臨界點C28

1.5真實氣體的狀態(tài)方程1.vanderWaals方程2.vanderWaals方程的應(yīng)用1.5真實氣體的狀態(tài)方程1.vanderWa29

1.5.1vanderWaals方程因家境貧寒無法上學，在工作之余，刻苦鉆研，自學成才vanderWaals（1837—1923）荷蘭物理學家他的博士論文“論液態(tài)和氣態(tài)的連續(xù)性”引起了學術(shù)界關(guān)注

1873年，他最先假設(shè)原子間和分子間存在某種吸引力，后來被稱為vanderWaals力。1881年，得出vanderWaals方程1910年，因研究氣態(tài)和液態(tài)方程成績顯著，獲諾貝爾物理學獎1.5.1vanderWaals方程因家30

1.5.1vanderWaals方程

vanderWaals對理想氣體的狀態(tài)方程作了兩項修正：（1）1mol分子自身占有的體積為

b（2）1mol分子之間的作用力，即內(nèi)壓力為導(dǎo)出的vanderWaals方程為1.5.1vanderWaals方程31

1.5.1vanderWaals方程或a，b

稱為vanderWaals

常量，常見氣體的vanderWaals常量值可以查表。a的單位：b的單位：1.5.1vanderWaals方程或32

1.5.2vanderWaals方程的應(yīng)用(2)如果已知常數(shù)的值，(1)用來計算等溫線用計算得到的等溫線，在氣-液平衡區(qū)域會出現(xiàn)極大值和極小值利用該狀態(tài)方程，可以找出真實氣體之間的關(guān)系。通常用該方程計算得到的真實氣體的p，V，T之間的關(guān)系，要比用理想氣體方程更精確1.5.2vanderWaals方程的應(yīng)用(2)33物理化學核心教程電子教案第1章氣體物理化學核心教程電子教案第1章氣體34教學目標

1.了解氣體分子運動公式的推導(dǎo)過程，建立微觀的運動模型；2.了解前人對問題的處理方法和過程；3.了解對實際氣體的計算，正確使用壓縮因子圖；4.了解真實氣體與理想氣體的偏差，臨界現(xiàn)象；5.理解理想氣體的微觀模型，能熟練使用理想氣體的狀態(tài)方程；6.掌握分壓、分體積概念及計算。教學目標

1.了解氣體分子運動公式的推導(dǎo)過程，建立微觀的運動35

1.1低壓氣體的經(jīng)驗定律1.Boyle定律2.Charles-Gay-Lussac定律3.Avogadro定律1.1低壓氣體的經(jīng)驗定律1.Boyle定律236

1.1.1Boyle定律在較低壓力下,保持氣體的溫度和物質(zhì)的量不變,氣體的體積與壓力的乘積為常數(shù)。不變1.1.1Boyle定律在較低壓力下,保持氣體37

1.1.2.Charles-Gay-Lussac定律保持氣體的壓力和物質(zhì)的量不變,氣體的體積與熱力學溫度成正比，不變1.1.2.Charles-Gay-Lussac38

1.1.3.Avogadro定律

Avogadro

（1776—1856）意大利科學家

Avogadro1776年生于都靈，1856年卒于同地。他是都靈科學院院士，還擔任過意大利度量衡學會會長而促使意大利采用公制。他在1811年提出的分子假說：同體積的氣體，在相同的溫度和壓強下，含有同數(shù)目的分子。

在中，包含原子的數(shù)量。1.1.3.Avogadro定律Avo39

1.1.3.Avogadro定律在相同溫度和壓力下，相同體積的任何氣體，含有的氣體分子數(shù)相同不變相同的T，p下

1mol任何氣體所占有的體積相同

物質(zhì)的量n是一個重要的物理量

Avogadro常量1.1.3.Avogadro定律在相同溫度和壓40

1.2理想氣體及其狀態(tài)方程1.理想氣體的微觀模型2.理想氣體的狀態(tài)方程1.2理想氣體及其狀態(tài)方程1.理想氣體的微觀模型41

1.2.1理想氣體的微觀模型

理想氣體分子之間的相互作用可忽略不計

理想氣體分子的自身體積可忽略不計高溫和低壓下的氣體近似可看作理想氣體難液化的氣體適用的壓力范圍較寬例如,在較大的壓力范圍內(nèi)都可以作為理想氣體處理1.2.1理想氣體的微觀模型理想氣體分子之間的相42

1.2.2.理想氣體的狀態(tài)方程聯(lián)系p,V,T三者之間關(guān)系的方程稱為狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程為摩爾氣體常量1.2.2.理想氣體的狀態(tài)方程聯(lián)系p,V,43理想氣體的摩爾氣體常量常采用外推法求摩爾氣體常量。取一定量氣體，在一定溫度下測量氣體的體積和壓力用作圖將直線外推至用同一種氣體在不同溫度下做實驗，或用不同的氣體在同一溫度下做實驗，都可以得到相同的結(jié)果。就可以得到比較精確的摩爾氣體常量的數(shù)值理想氣體的摩爾氣體常量常采用外推法求摩爾氣體44用同一種氣體在不同溫度下做實驗10203040502468用同一種氣體在不同溫度下做實驗1020304050246845用不同的氣體在同一溫度下做實驗10203040502468CON2H2用不同的氣體在同一溫度下做實驗10203040502468C46

1.3理想氣體混合物1.混合物組成表示法2.Dalton分壓定律3.Amagat分體積定律1.3理想氣體混合物1.混合物組成表示法2.47

1.3理想氣體混合物理想氣體混合物若干種理想氣體混合在一起，形成均勻的氣體混合物，每種氣體都符合狀態(tài)方程1.3理想氣體混合物理想氣體混合物若48

1.3.1混合物組成表示法1.B的摩爾分數(shù)稱為組分B的摩爾分數(shù)或物質(zhì)的量分數(shù)單位為1混合物中所有組分的物質(zhì)的量之和表示與液相平衡的氣相中B的摩爾分數(shù)1.3.1混合物組成表示法1.B的摩爾分數(shù)稱為49

1.3.1混合物組成表示法2.B的體積分數(shù)稱為組分B的體積分數(shù)（相同的T，p）單位為1混合前純B的摩爾體積混合前各純組分體積的加和1.3.1混合物組成表示法2.B的體積分數(shù)稱為50

1.3.1混合物組成表示法3.B的質(zhì)量分數(shù)稱為B的質(zhì)量分數(shù)單位為1B組分的質(zhì)量混合物中所有物質(zhì)的質(zhì)量之和1.3.1混合物組成表示法3.B的質(zhì)量分數(shù)稱為51

1.3.2Dalton分壓定律B的分壓等于相同T，V下單獨存在時的壓力在相同T，V下，總壓等于各組分分壓之和原則上，該定律只適用于理想氣體1.3.2Dalton分壓定律B的分壓等于相同T52

1.3.3Amagat分體積定律在相同的溫度T和總壓力p的條件下

V，p是系統(tǒng)的總體積和壓力，Amagat分體積定律原則上只適用于理想氣體1.3.3Amagat分體積定律在相同的溫度T和53

1.4真實氣體的液化1.液體的飽和蒸氣壓2.臨界狀態(tài)3.真實氣體的

圖1.4真實氣體的液化1.液體的飽和蒸氣壓2.54

1.4.1液體的飽和蒸氣壓在密閉容器內(nèi)和一定溫度下當蒸發(fā)與凝聚的速率相等時這時蒸氣的壓力稱為達到氣-液平衡該液體在該溫度時的飽和蒸氣壓理想氣體在任何T，p下都不能被液化真實氣體在降溫或加壓下，有可能被液化加熱密閉容器中的液體，不可能觀察到沸騰現(xiàn)象。1.4.1液體的飽和蒸氣壓在密閉容器內(nèi)和一定溫度下當55

1.4.1液體的飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓是物質(zhì)的性質(zhì)，隨溫度的上升而增加在敞口容器中加熱液體，當蒸氣的壓力等于外壓時，液體沸騰，這時的溫度稱為沸點。飽和蒸氣壓大的液體，其沸點較低常見液體在不同溫度下的飽和蒸氣壓可以查表。降低外壓，其沸點也隨之降低。1.4.1液體的飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓是物質(zhì)的性質(zhì)，隨56

1.4.2臨界狀態(tài)隨著溫度升高，飽和蒸氣壓變大，氣體的密度不斷變大這種狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)這時氣-液界面消失，液體和氣體混為一體在該溫度之上無論用多大壓力，都無法使氣體液化隨著溫度升高，液體由于受熱膨脹，其密度不斷變小達到某溫度時，氣體的密度等于液體的密度溫度為臨界溫度1.4.2臨界狀態(tài)隨著溫度升高，飽和57

1.4.2臨界狀態(tài)在臨界狀態(tài)時的參數(shù)稱為臨界參數(shù)，如高于臨界狀態(tài)的物系，既具有液體性質(zhì)，又具有氣體性質(zhì)，稱為超臨界流體超臨界流體超臨界流體具有液體一樣的溶解能力超臨界流體具有氣體一樣的擴散速度如超臨界流體在萃取和合成方面用途很廣1.4.2臨界狀態(tài)在臨界狀態(tài)時的參數(shù)稱為臨界參數(shù)，如58

1.4.3真實氣體的p-Vm圖pglC為臨界點對應(yīng)臨界參數(shù)為1.4.3真實氣體的p-Vm圖pglC為臨界點對59

1.4.3真實氣體的p-Vm圖pgl臨界參數(shù)是物質(zhì)自身的性質(zhì)易液化的氣體臨界溫度較高難液化的氣體臨界溫度較低常見氣體的臨界參數(shù)可以查表1.4.3真實氣體的p-Vm圖pgl臨界參數(shù)是物質(zhì)60

1.4.3真實氣體的p-Vm圖pgl在臨界點C處是等溫線的拐點在數(shù)學上，一階和二階導(dǎo)數(shù)為零從真實氣體的狀態(tài)方程可以計算臨界參數(shù)1.4.3真實氣體的p-Vm圖pgl在臨界點C61

1.5真實氣體的狀態(tài)方程1.va