气体的PVT关系

延安职业技术学院教案

序 号 1 周 次 绪 论 第一章 第一节 低压气体P-V-T的关系 1、了解物化研究的主要内容、研究方法、学习方法； 教 学 目 的 2、理解低压下气体的基本定律； 3、了解理想气体的概念、理想气体状态方程。 教 学 重 点 教 学 难 点 使 用 教 具 课 外 作 业 课 后 体 会 低压下气体的基本定律、理想气体状态方程 低压下气体的基本定律 预习下次课内容P33，1、2、4、5 所讲内容学生能够接受 一 授课形式 讲 授 授课章节名称 授 课 主 要 内 容 绪 论 一、物理化学的目的和内容 定义：物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探究化学变化基本规律的一门科学，在实验方法上也主要是采用物理学中的方法。 研究方向： 1、化学变化的方向和限度问题（化学热力学） 一个化学反应在指定的条件下能否朝着预定的方向进行？如果这个反应能够进行，则它将达到什么限度？外界条件如温度、压力、浓度等对反应有什么影响？如何控制外界条件使我们所设计的新的反应途径能按所预定的方向进行？对于一个给定的反应，能量的变化关系怎样？它究竟能为我们提供多少能量？ 2、化学反应的速率和机理问题（化学动力学） 一个化学反应的速率究竟有多大？反应是经过什么样的机理（或历程）进行的？外界条件（如温度、压力、浓度、催化剂等）对反应速率有什么影响？怎样才能有效地控制化学反应、抑制副反应的发生，使之按我们所需要的方向和适当的速率进行，等等。 3、物质结构和性能之间的关系（结构化学） 物质的性质从本质上说是由物质内部的结构所决定的。深入了解物质内部的结构，不仅可以理解化学变化的内因，而且可以预见到在适当外因的作用下，物质的结构将发生什么样的变化。 我们这本书只涉及到化学热力学和化学动力学两方面的内容。 二、 物理化学研究方法 物理化学是自然科学的一个分支，它的研究方法和一般的科学研究方法有着共同点。广义的说，人们可采用微观和宏观的观点对化学体系进行研究。根据所研究的对象、方法以及现阶段的历史发展，人们可将物理化学划分为四个主要的领域，即热力学、量子化学、统计力学和化学动力学。 热力学是以很多质点所构成的体系为研究对象，以经验概括出的两个定律（热力学第一定律和第二定律）为基础，经过严密的逻辑推理，建立了一些热力学函数，用以判别变化的方向和平衡条件。 动力学是研究过程速率的科学，如研究化学反应（包括在电极上进行的反应）的速率和历程，研究扩散的影响。许多快速反应，如化学异构、质子传递、光分解等都可用激光进行测量。 三、物理化学的学习要求和方法 1、要求 ①掌握热力学基本概念，应用热力学的基本原理，对化工生产过程中能量转化和平衡进行分析。 ②初步掌握反应速度的概念以及各种因素对反应速度的影响。 ③基本掌握物理化学的计算方法，数据处理以及分析，绘制，图象。 ④掌握物理化学实验的基本原理和技能，要求能正确使用仪器和设备。 2、学习方法 ①了解每章的学习要求，掌握章节的重点和难点。 ②学习时，要注重基本概念和公式理解的准确性，弄清适用条件。 ③要重视习题的练习，习题是巩固和消化理论知识的重要手段应在复习的基础上进行。此外，要认真实验。实验是理论联系实际的重要手段。实验要独立操作，积极思考。 ④物理化学是一门系统性较强的课程。它常常涉及到数学、物理和化学的知识，除课堂上有选择地强调或补充相关的内容外，应自行多复习。物理化学各章节相互衔接，前后联系密切，必须及时复习，融会贯通。 第一章 气体的P-V-T关系及液化条件 第一节 低压气体的P-V-T关系 一、压力、体积和温度 1、压力 压力是垂直作用于物体单位面积上的力，用“p”表示（实际上是物理学中的压强）。单位是Pa，帕斯卡，也可以用atm（标准大气压）和mmHg（毫米汞柱）表示。 1atm=760mmHg=101325Pa 2、体积 体积是物质所占据的空间，用“V”表示。由于气体分子易扩散，能充满容器的整个空间，所以气体的体积就是容纳气体容器的容积。单位是m3,此外，体积也习惯用L，mL表示。体积单位间的换算关系为： 1m3=103L=106Ml 3、温度 温度是物质分子热运动的平均强度，是反映物质冷热程度的物理量，SI基本单位规定使用热力学温度，用T表示 ，单位为K （开尔文温度）。此外，摄氏度也是常用的温度表示法，符号是t，单位是℃。T和t的换算关系是 T=（273.15+t/ ℃）K 二、低压气体的经验定律 1、 波义耳定律 （1）、公式前提：低压气体，一定量，一定温度气体 （2）、定律表达：在一定温度下，一定量的气体其体积与压力成反比。 （3）、数学表达式：PV=k1 k1：常数，其大小取决于气体的种类、质量和温度 P1V1=P2V2 P1，V1是状态1时的压力和体积，P2、V2是状态2时的压力和体积 2、 盖。吕萨克定律 （1）、公式前提：低压气体，一定量，一定压力气体 （2）、定律表达：在一定压力下，一定量气体其体积与热力学温度成正比。 （3）、数学表达式：V=k2T k2：常数， V2/V1=T2/T1 3、 阿伏加德罗定律 （1）、公式前提：低压气体，T、P一定 （2）、定律表达；在一定压力和温度下，气体的体积与物质的量成正比。 （3）、数学表示式；V=k3n k3=V/n=Vm n----气体物质的量，单位为mol(摩尔) k----常数，其值与气体的温度和压力有关 Vm----摩尔体积，单位为m3?mol-1(无机化学中曾用过标准状况下气体的摩尔体积为22.4L?mol-1即0.0224 m3?mol-1) 三、理想气体状态方程 能定量表示物质的P、V、T等宏观性质间关系的方程叫状态方程。 理想气体状态方程： PV=nRT P：气体的压力单位Pa（帕）（米千克秒制） V：一定量气体在该温度下的体积，单位为m3（立方米） T：绝对温度，T(K)=t(℃)+273.15 R-----气体常数，8.314J?mol-1?K 理想气体状态方程是一个表达了P、V、T、n四个量间关系的方程式。这四个量之间，只要知道了其中的三个量，就可以求另一个量。理想气体状态方程适用于低压下的实际气体。 例1:体积为0.2 m3钢瓶盛有CO20.89Kg,当温度为0℃时，问钢瓶内气体的压力为多少？ 解：已知：V=0.2 m3, m=890g, M=44g·mol-1 T=273.15K,R=8.314J·K·mol-1求P n= m/M PV=nRT P=nRT/ V = mRT/MV=890?8.314?273.15/44?0.2=2.30?105Pa 例2：求在273.15K、压力为 230Kpa时某钢瓶中所装CO2气体的密度。 已知 T=273.15K P=230Kpa M(CO2)=44g/mol 求 ρ 解：ρ=m/V PV=nRT ρ= nM p/nRT =MP/RT=230?103?44/8.314?273.15g/m3=4.46?103g/m3 四、低压气体的特点和理想气体模型 1、分子实际有体积，分子之间有相互作用力。 2、理想气体：假设气体本身没有体积，分子之间没有相互作用力在任何温度和压力下都能严格遵守气体的基本定律。 3、实际气体在高温低压下，气体分子之间间距很大，作用力很小，分子本身体积与气体体积相比可以略而不计，可以近似看作理想气体。 五、低压气体 P-V-T关系的处理方法 因为低压下实际气体的行为接近于理想气体，所以低压气体P-V-T关系可以用理想气体状态方程来近似处理，由于P、V、T数值容易直接测量，所以在实际生产中的用途很大。 例3： 某厂氢气柜的设计容积为2.00?103m3 ,设计容许压力为5.00?103Kpa.设H2为理想气体，问气柜在300K时最多可装多少千克H2？ 已知 V=2.00?103m3 T=300K p=5.00?103Kpa 求 m 解：m=nM PV=n RT n =PV/RT=5.00?106?2.00?103/8.314?300mol=4.01?106mol M(H2)=2.016?10-3Kg/mol m=nM =4.01?106?2.016?10-3Kg=8.08?103Kg 例4： 某反应器操作压力为106.4Kpa,温度为723K，每小时送入该反应器的气体为4.00?104m3（STP）,试计算每小时实际通过反应器的气体体积（体积流量）？ 已知 P2=106.4Kpa T2=723K T1=273K P1=101.3Kpa V1=4.00?104m3 求 V2 解：STP ：标准状况 P1V1=n RT1 P2V2=n RT2 P1V1/T1=P2V2/T2 V2=P1V1T2/T1P2=101.3?4.00?104?723 / 106.4?273 =1.01?105 m3 【本节小结】主要介绍了物理化学的研究内容、要求学习方法，介绍了气体的基本特征、波义尔定律、查理和吕萨克定律，介绍了理想气体及理想气体状态方程。 延安职业技术学院教案

序 号 2 周 次 一 授课形式 讲 授 授课章节名称 第一章 第二节 分压定律和分体积定律 1、掌握分压定律 教 学 目 的 2、掌握分体积定律 3、混合气体的平均摩尔质量的计算 教 学 重 点 教 学 难 点 使 用 教 具 课 外 作 业 课 后 体 会 1、分压定律、分体积定律 2、压力分数、体积分数和摩尔分数的相互关系 分压定律、分体积定律 P33：7、8、9、11 要多做练习才能理解并记牢分压定律和分体积定律 授 课 主 要 内 容 第二节分压定律和分体积定律 一、混合气体的组成 混合气体的组成常用摩尔分数（物质的量分数）表示，符号是“yB”。摩尔分数定义式为 yB = nB /n yB 混合气体中任一组分B的摩尔分数 nB 混合气体中任一组分B的摩尔质量 n 混合气体总的物质的量 y1+y2+y3+……=1 例1：在300K、748.3kPa下，某气柜中有0.140Kg一氧化碳气、0.020Kg氢气，求CO和 H2的摩尔分数。 解：n(CO)=140/28mol=5mol n(H2)=20/2mol=10mol n总= n(CO)+ n(H2)=15mol y(CO)=5/15=0.333 y(H2)=1-0.333=0.667 二、分压定律 1、通常情况下气体都能以任何比例均匀地混合。 2、在一定温度下，体积为V的容器中盛有1、2两种气体，其物质的量分别为n1、n2，此时所产生的气体压力为P，即为1、2两种气体共同作用于单位容器壁上的压力称为总压力，简称气体压力P。气体1、2各自的压力称为分压力。

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