物理化学 教案全套 尚秀丽 第1--7章 气体--- 界面现象与胶体.doc

PAGE PAGE 6 第一章 气 体（ 6 学时） 教学目的：了解理想气体的概念和特点、气体的液化过程及饱和蒸气压的概念、对应状态参数的概念及对应态原理；理解临界参数、压缩因子的概念；掌握分压、分体积概念及分压定律、分体积定律、压缩因子法真实气体的计算。 教学重点：理想气体状态方程进行相关计算；分压定律和分体积定律计算混合气体问题；利用压缩因子法计算真实气体的PVT性质。 教学难点：临界参数的理解；对应态原理；范德华方程、维里方程计算真实气体的PVT性质； 第一节 理想气体PVT关系 一. 理想气体状态方程 1. 理想气体 实际气体在压力很低时，体积很大，彼此间的引力可忽略不计，即在较低压力或较高温度时实际气体接近理想气体。 理想气体在微观上具有以下两个特征： ①分子本身的大小比分子间的平均距离小的多，可以忽略，所以认为分子本身没有体积，视为质点。 ②分子间无相互作用力。 2. 理想气体状态方程 通过大量实验，基于波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律等经验定律，人们归纳出低压气体的、、关系都服从的理想气体状态方程： （1-1） 或 (1-2) 其中的称为摩尔气体常数，其值等于8.314J?K-1?mol-1，且与气体种类无关。 理想气体状态方程只适用理想气体。 理想气体可以定义为:在任何温度、压强下都严格遵守理想气体状态方程的气体。实际气体处在温度较高、压力较低即气体十分稀薄时，能较好地符合这个关系式。 【例1-1】 【例1-2】 二.理想气体混合物 1.分压定律 如图1-1所示。 混合气体的总压等于组成混合气体的各组分分压之和，这个经验定律称为道尔顿分压定律。通式为 （1-3） 根据理想气体状态方程有 两式相比有 即 （1-4） 上式表明混合气体中气体的压力分数等于摩尔分数，某组分的分压等于该组分的摩尔分数与混合气体总压的乘积。主要用于化工工艺设计或生产中各组分含量的计算。本书中气体混合物的摩尔分数一般用y表示，液体混合物的摩尔分数一般用x表示。 理想气体在任何条件下都能适用分压定律，而实际气体只有在低压下才能适用。 【例1-3】 【例1-4】 2.分体积定律 如图1-2所示。 在压力很低的条件下，可得V=VA+VB，即混合气体的总体积等于所有组分的分体积之和，称为阿马格分体积定律。通式为 （1-5） 根据理想气体状态方程有 即 （1-6） 理想气体在任何条件下都能适用分体积定律，实际气体只有在低压下才能适用。 【例1-5】 3.混合气体的平均摩尔质量 混合气体的平均摩尔质量是1mol混合气体所具有的质量。 （1-7） 对于混合气体，理想气体状态方程可写成 或 【例1-6】 【例1-7】 第二节 真实气体的液化 若以压力为纵坐标，体积为横坐标作图，如图1-3所示的一系列双曲线。每一条曲线称为等温线。 生产上气体液化的途径有降温和加压方法。但实践表明，降温可以使气体液化，但单凭加压不一定能使气体液化，要在一定的温度下才能实现。 一.气体的液化过程 图1-3为不同温度下CO2的等温线。等温线以304.2K为界，分为高于、低于、等于304.2K的等温线。 （1）304.2K的等温线 温度高于304.2K的等温线为一连续的光滑曲线。的连续变化说明气体无论在多大压力下均不出现液化现象。 （2）304.2K的等温线 ① 水平线段是气体能液化的特征。以温度为=286.15K的等温线为例进行讨论。 气体的凝结趋势与液体的挥发趋势正好相当，这种平衡态的气体称为饱和蒸气，液体称为饱和液体，此时的压力称为该温度时液体的饱和蒸气压。 ② 水平线段随温度的升高而缩短，说明随温度的上升，饱和液体与饱和气体的摩尔体积互相趋近。 当温度升高到某一值后，饱和液体与饱和气体的摩尔体积完全相同，水平线段缩短成为一点，此点称为临界点。 （3）304.2K等温线 当温度为304.2K时，等温线不再出现水平线段，但是气体又可以液化。实际上，此时等温线中存在一个拐点，它是