广西大学物理化学课件-00章-绪论及01章-气体的PVT关系.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,广西大学物理化学课件-00章-绪论及01章-气体的PVT关系,广西大学物理化学课件-00章-绪论及01章-气体的PVT关系广西大学物理化学课件-00章-绪论及01章-气体的PVT关系绪论0.1 物理化学课程的内容0.2 学习物理化学的要求及方法0.3 物理量的表示及运算2021/3/23,绪论,0.1 物理化学课程的内容,0.2 学习物理化学的要求及方法,0.3 物理量的表示及运算,2026/10/17,0.1 物理化学课程的内容,物理化学,-,从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律。在实验方法上主要采用物理学中的方法。,2026/10/17,物理化学是研究化学学科中的原理和方法,研究化学体系行为最一般规律和理论的学科,是化学的理论基础。,-自然科学学科发展战略调研报告-,以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系的特殊规律的学科。,-中国大百科全书（唐有棋）-,2026/10/17,物理化学的主要内容,化学热力学,化学变化的方向和限度，以及伴随发生的能量转换关系；,例如合成氨，常温常压下能否进行？产率？,化学动力学,化学反应的速率和机理；,上例理论上可行。关键是寻找合适的催化剂和反应途径（模拟生物固氮）,结构化学,物质的性质与其微观结构的关系。,例如研究与氮分子有关的配合物的结构，以及它们在不同条件下的变化，就有利于常温常压下寻找固氮的途径。,2026/10/17,其它分支学科还包括：,电化学、表面及胶体化学、光化学等。,物理化学与能源、环境、生命、材料、信息等领域基础科学相交叉，积极推动新的学科生长点的产生。物理化学在化学和相关科学的发展中发挥越来越重要的作用。,2026/10/17,物理化学的发展史,第一阶段：1887-1920,s,化学平衡和化学反应速率的唯象规律的建立,19世纪中叶,热力学第一定律和热力学第二定律的提出,1850,Wilhelmy,第一次定量测定反应速率,1879,质量作用定律建立,1889,Arrhenius,公式的建立和活化能概念的提出,1887,德文“物理化学”杂志创刊,1906-1912,Nernst,热定理和热力学第三定律的建立,2026/10/17,第二阶段：1920,s-1960s,结构化学和量子化学的蓬勃发展和化,学变化规律的微观探索,1926,量子力学建立,1927,求解氢分子的薛定谔方程,1931,价键理论建立,1932,分子轨道理论建立,1935,共振理论建立,1918,提出双分子反应的碰撞理论,1935,建立过渡态理论,1930,提出链反应的动力学理论,2026/10/17,第三阶段：1960,s,今,由于激光技术和计算机技术的发展，,物理化学各领域向更深度和广度发展。,当前的前沿领域：,分子动态学,表面与界面物理化学,非平衡非线性化学,分子设计与分子工程学,2026/10/17,物理化学的现况和发展,宏观,微观：测定空间结构；量子化学,体相,表相：表面化学；催化,静态,动态：分子反应动力学,定性,定量：计算机,单一学科,交叉、边缘学科：生物化学、药物化学、地球化学、海洋化学、天体化学、材料化学、计算化学、表面化学、金属有机化学等,平衡态,非,平衡态。,2026/10/17,物理化学学科的战略地位,(1)物理化学是化学科学的理论基础及重要组成学科,(2)物理化学极大地扩充了化学研究的领域,(3)物理化学促进相关学科的发展,(4)物理化学与国计民生密切相关,(5)物理化学是培养化学人才的必需,2026/10/17,（1）要站在整个学科的高度纵观物理化学的主要线条。,（2）要认真对待每一个具体的基本概念和公式定理。,（,3,）要领会物理化学解决实际问题的科学方法。,0.2 学习物理化学的要求及方法,2026/10/17,如何学好物理化学,第一环节：认真听课,预习。,认真听课：注意以下三点,基本概念；,公式推导过程和,公式的限制条件,；,基本概念和公式如何在例题中应用。,作好笔记。,第二环节：课后复习和做习题,复习：整理和补充笔记，注意及时总结；,做习题：一看、二仿、三做。,2026/10/17,教材：,物理化学（上、下）（第五版）天津大学编,推荐参考书：,物理化学 傅献彩等编（南京大学,编,),物理化学 胡英主编（华东理工大学,编,）,物理化学 韩德刚 高执棣 高盘良(北京大学,编,）,物理化学习题解答 天津大学编,物理化学习题解答 王文清等编（北京大学）,2026/10/17,0.3 物理量的表示及运算,物理量由数值和单位构成,简称量。,物理量=数值,*,单位,对物理量须注意：,1.物理量x不仅包括数值,还包括单位。,2.含物理量的代数方程式中，只有量纲相同的物理量才能以加、减号或等号相联结。,例:Ykxbc中，Y、kx、b、c 四项单位须相同。,3.ln x 和 e,x,中x为无量纲的纯数。Ln p=ln p/pa,4.以物理量作图或列表时须化为纯数。,物理量/单位=数值,例:,T/K=273.15,2026/10/17,例如：纯水的饱和蒸气压：,T/K P/Pa,303.15 4242.9,323.15 12360,343.15 31157,353.15 47343,363.15 70096,373.15 101325,P/Pa,lg,（,P/Pa,）,T/K,2026/10/17,例：,2026/10/17,续,因为：P/pa=0.00315,而 P/pa=3.1510,3,因此：P/pa 10,3,=3.15 (正确）,2026/10/17,1.1,理想气体状态方程,17世纪中期,人们开始研究低压下的气体,发现对各种纯气体都适用的三个经验规律,:,R.Boyle,定律:恒温时，一定量的气体的体积与压力成反比。(),T,n,p,1/V,即：,pV=C,Gay-lussac,定律:恒压时，一定量的气体的体积与绝对温度成正比。(),p,n,V,T,即：,V/T=C,Avogadro,定律:同温同压下，相同体积的气体含有相同的摩尔数。(),T,p,V,n,即：,V/,n,=C,条件：压力越低，实验结果与三条经验规律吻合得越好。,第一章 气体的,PVT,关系,2026/10/17,1.理想气体状态方程:,2.理想气体的定义及微观模型,定义：,在任何温度,、,压力下均,服从理想气体状态方程的气体。,微观模型,：,1)分子之间无相互作用力。,2)分子本身不占有体积。,2026/10/17,3.摩尔气体常数,理想气体状态方程中的气体常数,R,是通过实验测定出来的，真实气体只有在压力趋于零时才严格服从理想气体状态方程，,R值,实际是采用外推法得到的。,R=8.3145 J mol,-1,K,-1,2026/10/17,1.2 理想气体混合物,1.混合物的组成表示,摩尔分数,质量分数,体积分数,2.理想气体状态方程对混合物的应用,混合物的摩尔质量,2026/10/17,续,3.道尔顿定律与分压力,道尔顿定律：,混合气体总压P为各组分单独存在于混合气体的温度、体积条件下产生压力 P,B,的总和。,对于理想气体：,总压 P（n,a,+n,b,+n,c,+）n,a,+n,b,+n,c,+,n,B,即,P P,B,分压力,P,B,=y,B,P,对理想气体 P,B,n,B,RT/V,2026/10/17,续,4.,阿马加定律与分体积,混合气体中任一组分,B的,分体积V,B,：是所含 n,B,的 B 单独存在于混合气体的温度、总压力条件下占有的体积。,阿马加定律：,混合气体的总体积等于各组分的分体积的总和。即,V=V,B,.,分体积 V,B,=y,B,V,对理想气体 V,B,=n,B,R T/P,对,实际气体不适用,。,2026/10/17,1.3 气体的液化及临界参数,1.处于气液平衡的气体称为饱和蒸气,液体称为饱和液体.,2026/10/17,续,2.在一定的温度下，与液体成平衡的饱和蒸气所具有的压力称为饱和蒸气压,有时简称蒸气压.,3.饱和蒸气压是由物质的本性所决定的,对于任一种物质来说,不同温度下具有不同的饱和蒸气压,饱和蒸气压是随温度的升高而急速增大的.,4.当液体饱和蒸气压与外界压力相等时,液体沸腾,此时相应的温度称为液体的沸点.习惯将101.325kPa外压下的沸点称为正常沸点.,2026/10/17,临界参数,临界温度,(Tc):,气体加压液化所允许的最高温度。,临界压力,(Pc):,气体在临界温度时发生液化所需的最小压力。,临界摩尔体积(,Vm,c,):,物质在临界温度、临界压力下的摩尔体积。,图,1.3.2,真实气体,P Vm,等温线示意图,2026/10/17,1.4 真实气体状态方程,1.,真实气体的 pV,m,p 状态方程,任何气体都有一个特殊的温度T,B,称为波义尔温度。,在T,B,下，压力趋于零时，,pV,m,p 等温线的斜率为零。,2026/10/17,2.范德华方程,(P+a/V,m,2,)(V,m,b)=R T,或(P+a n,2,/V,2,)(Vn b)=n RT,其中,a、b为范德华常数,a 值：表示分子间相互吸引力的大小。a值大相互作用力大，气体容易液化。,b 值：与分子的体积有关,b值约 4 倍于分子体积。,当P,0时,V,m,此时范方程还原为理想气体状态方程。,2026/10/17,一些气体的范德华常数：,气体 a b（l.mol,1,）,H,2,0.244 0.0237,He 0.211 0.0171,N,2,1.39 0.0391,O,2,1.35 0.0318,CH,4,2.25 0.0428,CO,2,3.59 0.0427,NH,3,4.17 0.0371,Cl,2,6.49 0.0562,CCl,4,20.39 0.1383,2026/10/17,3,.,维里方程,B,i,:virial coefficient,2026/10/17,1.5 对应状态原理及普遍化压缩因子图,1.以压缩因子Z来描述实际气体对理想气体的偏差,即：PV=,Z,nRT,压缩因子,Z,：,Z,=PV/nRT=PVm/RT,对理想气体 Z=1,比理想气体易压缩 Z 1,2026/10/17,临界压缩因子(,critical compression factor),物质,He Ar N,2,O,2,CO CO,2,CH,4,z,c,0.299 0.291 0.289 0.294 0.288 0.274 0.289,2026/10/17,续,2.对应状态原理,对比压力,:,Pr=P/Pc 对比温度:Tr=T/Tc,对比摩尔体积:Vr=Vm/Vm,c,对应状态原理,：不同气体有两个对比参数彼此相同时，则第三个对比参数大致相等。,3.压缩因子图,Z=PV/（nRT），又P=Pr,Pc，T=Tr,Tc,Z=Zc,Pr,Vr/Tr=f(Pr，Tr),由图可知,1)不同气体处于对应状态时其Z值相等,.2)Pr 0时所有气体的Z 1。,2026/10/17,压缩因子图,2026/10/17,压缩因子图的使用方法,Z,Pr,Tr=1.0,2,0.3,由,Tr=1.0,Pr=2 ,查出,Z=0.3,2026/10/17,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,