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* 化学原理 Chemical Principles （6） 第三章 气体的性质 （The Properties of Gases） 3.1 理想气体（Ideal gas or perfect gas） 1. 理想气体状态方程（State equation of ideal gas) P: 气体的压力 （Pa) V: 气体的体积（m3) Vm: 气体的摩尔体积(m3/mol) n: 气体的物质的量(mol) T: 气体的热力学温度(K) R: 摩尔气体常数 (8.315J.mol-1.K-1) 在任意温度和压力下都遵守理想气体状态 方程的气体称为理想气体 方程的其它形式： M：气体的摩尔质量(kg/mol) ρ: 气体的密度 (kg/m3) 自然界中并不存在真正的理想气体，它是 实际气体在p→0 的一种极限情况。 2、分压和道尔顿分压定律 （Partial pressure and Dolton’s law of partial pressure) Define: 在气体混合物中 pB : 气体B的分压 p： 混合气体的总压 xB: 气体B在混合气中的摩尔分数 此定义既适用于理想气体 也适用于实际气体 在理想气体混合物中，某一组分B的分 压即为该气体在与混合气同样温度下， 单独占有混合气总体积时的压力 A(g) +B(g) T,V,p,xB B(g) T ,V ,pB 3、阿马格分体积定律Amagat’s Law of Partial Volume) A(g) T, P, V1 B(g) T, p, V2 + A(g)+B(g) T, p, V1 + V2 定义： 在气体混合物中，组分B的分体积： VB ：气体B 的分体积 V : 混合气的总体积 xB : 气体B在混合气中的摩尔分数 在理想气体混合物中，组分B的分体积即 该气体在与混合气同温同压下所单独占有的 体积。 4、气体的扩散（The Diffusion of Gas) NH3 HCl NH3(g) + HCl = NH4Cl(s) 格雷姆扩散（隙流）定律 （Graham’ Law of Effusion)) 在给定的温度、压力下，气体的扩散速率 与其密度的平方根成反比（与其摩尔质量的 平方根成反比） 应用：U238 和 U235 的分离 5、理想气体分子运动论 理想气体微观模型 ① 气体分子本身的体积可忽略 ② 分子不断地作无规则运动，分子间的引力 可完全忽略不及 ③ 分子彼此之间以及分子与器壁之间的碰撞 完全是弹性的 ④ 气体分子的平均平动能 E: 一个分子的平均平动能 Em: 1mol分子的平均平动能 k = 1.381×10-23 J.K-1 Boltzmann 常数 理想气体的压强： m: 一个分子的质量 V: 气体的体积 N: 气体分子的个数 u2 : 气体分子速率平方的平均值 6、气体分子的速率和能量分布 气体分子运动速率的测定 实验结果 Maxwell 速率分布函数： 气体分子运动速率在v – v +Δv 之间的分子 数为ΔN, 则 N：总的分子数 最可几速率（最概然速率） 根均方速率 数学平均速率 2-2 实际气体（Real gas) 1、实际气体与理想气体的偏差 2、实际气体的状态方程 （1）van der Waals equation (2) R - K equation (Redlich and kwong) (3) Virial equation Bi : virial coefficient 2、气体的液化( Liquefaction of Gases ) p1 p2 p2 在一定的温度下，使气体液化所需施加的 最小外压（p2)称为该液体在此温度下的饱和蒸 汽压. 实际气体的等温线图 临界状态与临界参数 气体能够液化的最高温度称为该气体的 临界温度Tc 。 在临界温度下使气体液化所需的最低压 力称为临界压力pc。 在临界温度和临界压力下，1mol气体所 占有的体积称为临界体积Vc。 *