Chapter 02 气体.ppt

* 第二章 气 体 气、液和固体, 是物质的三种存在状态(三态). 气体: 研究得最早, 比较简单, 比较透彻. (空气). 经常有气体参加反应 研究反应机理, 经常接触气体 液体: 最复杂 固体: 为中等 §1 气体的状态方程 一 理想气体 1. 描述气体状态的物理量 摩 尔 mol 物质的量 n 开尔文 K 温 度 T 立方米 m3 体 积 V 帕斯卡 Pa (N·m-2) 压 强 P 单 位 物理量 描述气体状态的物理量 2. 理想气体的基本假定 1°忽略气体分子的自身体积, 将分子看成是有质量的几何点(质点). 2°碰撞, 包括分子与分子、分子与器壁之间的碰撞, 是完全弹性碰撞—— 无动能损耗. 分子间作用力被忽略. 在高温和低压下, 实际气体接近理想气体. 故这种假定是有实际意义的. 3. 气体压力的产生 气体的压力, 是指气体分子对器壁的作用力. 它是分子对器壁碰撞的结果. 质量为m, 速度为v 的分子碰撞器壁, 无动能损失, 则以速度 -v 弹回, 动量的改变量为: -mv - mv = -2mv 动量改变量 = 器壁对分子作用力 F’ 的冲量: F’t = -2mv, F’ = -2mv/t 分子对器壁的作用力则为: F = 2mv/t 这个力量和分子的运动方向一致, 即是碰撞造成的压力. 由于分子极多, 这种压力是连续的, 好比雨中, 雨点对雨伞的作用: 4. 理想气体的经验公式 Byele 定律: n, T 一定时, V? 1/P ( ? 为正比于) Gay-Lussac定律: n, P 一定时, V? T Avogadro定律: P, T 一定时, V? n 综合上三式: 以R做比例系数, 则有: 即: VP = nRT 此式即为理想气体状态方程, 其中: R = 8.314 J·mol-1 · K-1 PV 乘积的物理量单位: P: Pa, N·m-2 V: m3 所以 PV 单位为: N·m-2 · m3 = N·m = J 即 PV 的单位是功的单位. 二 实际气体的状态方程 从理想气体的基本假设, 退回到实际气体. 1. 实际气体的压强 P实 理想气体的 P 是忽略了分子间的吸力, 由分子自由碰撞器壁的结果. 实际气体的压强是碰壁分子受内层分子引力, 不能自由碰撞器壁的结果, 所以: P实 P 用P内表示P实与P的差, 称为内压强, 则有: P = P实 + P内 讨论 P内的大小: P内是两部分分子吸引的结果, 它与两部分分子在单位体积内的个数成正比, 即与两部分分子的密度成正比: 两部分分子共处一体, 密度一致, 故有: 令比例系数为a, 则有: (1) 2. 实际气体的体积 V实 理想气体的体积是指可以任凭气体分子运动, 且可以无限压缩的理想空间, 原因是气体分子自身无体积. 但实际气体的分子体积则因分子的体积不能忽略而不同. 5dm3的容器中, 充满实际气体, 由于分子自身体积的存在, 分子不能随意运动, 且不可无限压缩. 若分子体积为V分 = B dm3, 则 V实 = 5 dm3, 而 V = V实 - V分 V = (5 - B) dm3 V实 = 5 dm3 V = (5 - B) dm3 V分 = B dm3 设每摩尔气体分子的体积为 b dm3·mol-1, 则有: V = V实 - nb (2) 3. 实际气体的状态方程 理想气体状态方程: PV= nRT, 将(1)和(2)式子代入其中, 得: 这个方程是荷兰科学家 Van der Waals (范德华)提出的, 称范德华方程. 只