物理化学授课教案 0=100Ph0-(Pm 100(P26 100(P0 (P(() (1-6) 实验表明10(P心2品-(P门1对不同气体都具有相同的数值，约为 273.15,这样(1-6)式可写成 t=6=273.1 am]-273.15 (PV (1-7) 式中t是理想气体的摄氏温标，以”℃“作为单位。 定义：T=t+273.15 (1-8) 由(1-7)式得 -需 (1-9) 测定出P6的数值，即可由1-9)式得出温度T的数值，这样定义的温标称 为理想气体绝对温标，T称为绝对温度(absolute temperature),以"K"作为单 位。绝对温标与摄氏温标在每一度大小上是一样的，只是绝对温标的零度取在摄 氏温标的-273.15℃处。 可以看出，引入绝对温标的概念后，只需确定一个周定参考点P门的数值。 由于水的冰点是在一大气压下纯冰与饱和了空气的水达成平衡共存时的温度，是 受压力影响的，在实验技术上要实现起来较为困难。所以1954年第十届因际计 量大会决定，选取纯水的三相点（冰、水、水蒸气三相共存时的温度）作为一个 固定参考点，并人为地规定其温度正好等于273.16K。这 一来，1-9)式变为 7=2731q2 (P门0 (1-10) 式中P门是在水的三相点温度时，气体的(P刚~值。摄氏温标从两个周定参 考点改为一个固定参考点后，其定义可从(1-8)式得出 t=T-273.15 (1-11) .11
物理化学授课教案 - 11 - (1-6) 实验表明 对不同气体都具有相同的数值，约为 273.15，这样(1-6)式可写成 (1-7) 式中 t 是理想气体的摄氏温标，以"℃"作为单位。 定义： T ≡t＋273.15 (1-8) 由(1-7)式得 (1-9) 测定出 的数值，即可由(1-9)式得出温度 的数值，这样定义的温标称 为理想气体绝对温标，T 称为绝对温度(absolute temperature)，以"K"作为单 位。绝对温标与摄氏温标在每一度大小上是一样的，只是绝对温标的零度取在摄 氏温标的-273.15℃处。 可以看出，引入绝对温标的概念后，只需确定一个固定参考点 的数值。 由于水的冰点是在一大气压下纯冰与饱和了空气的水达成平衡共存时的温度，是 受压力影响的，在实验技术上要实现起来较为困难。所以 1954 年第十届国际计 量大会决定，选取纯水的三相点（冰、水、水蒸气三相共存时的温度）作为一个 固定参考点，并人为地规定其温度正好等于 273.16K。这样一来，(1-9)式变为 (1-10) 式中 是在水的三相点温度时，气体的(PV) P=0 值。摄氏温标从两个固定参 考点改为一个固定参考点后，其定义可从(1-8)式得出 t ≡T－273.15 (1-11)
物理化学授课教案 这样，水的三相点在摄氏温标上规定为 t=273.16-273.15=0.01℃ 这样定义的摄氏温标（一个固定参考点）与原来规定的摄氏温标（两个固定参考 点)是不 致的。在现在的摄氏温标上，水的冰点和沸点不是人为地规定的，而 是由实验测定的，其值也不再是0℃和100℃。但是，由于水的三相点规定为 273.16K,(1-11)式中的273.15与在原来摄氏温标上的数值比较接近，所以冰 点和佛点的实验值不会与0C和100℃差得很大，在近似计算工作仍可取为0C 和100℃。以水的三相点(273.16K)作为绝对温标的一个固定参考点后，从实 验测得水的冰点为0.0000±0.0001℃，水的沸点为99.975℃。 13理想气体状态方程式 1.3.1理想气体方程式 物质的一种聚集状态一气态、液态和固态一以气态的性质最为简单，研究工 作开展得较早， 人们风 它的认识比较清楚。固态和礼 态物质的结构较为 固体中分子（原子或离子）的排列具有一定的规则性，目前对它的 人识已有 的进展：而液体则呈无序状态，分子间距离短，相互作用力强，其性质规律较难 准确描述。 气体和液体同属流体，具有流动性。气体能充满容纳它的容器，而液体的形 状则随容器变化。低压下气体密度小， 可以把 分子间距离大， 14 小和无相互作用的 黄点 的简 模型可以解释低压下气体的一些基本性质。当压力增大，气体密度增加，则上述 假设与实际情况偏差较大，必须加以修正。为讨论方便起见，常把气体分为两种 类型：(1)理想气体和(2)实际气体。 本章重点讨论理想气体和实际气体状态方程式，作为后续各章讨论的基础。 1.推演 体系的状态为其各项物理性质和化学性质的综合表现。处于一定状态时，表 征体系各项性质的物理量如压力(p)、温度()、体积()、密度(P)、折射率() 电导率(x).之间存在着一定的关系，而表示这类关系的方程式，则称为“状 态方程式”。 常用易于直接测量的物理量如 (物质的量)以描述气体的状 态。实验证 气体组成不安时即 n为恒量 E状态下 变量中只有二个是独立的，也就是当压力和温度确定之后，体系的体积也随着 确定了下来： -12-
物理化学授课教案 - 12 - 这样，水的三相点在摄氏温标上规定为 t =273.16－273.15=0.01℃ 这样定义的摄氏温标（一个固定参考点）与原来规定的摄氏温标（两个固定参考 点）是不一致的。在现在的摄氏温标上，水的冰点和沸点不是人为地规定的，而 是由实验测定的，其值也不再是 0℃和 100℃。但是，由于水的三相点规定为 273.16K，（1-11）式中的 273.15 与在原来摄氏温标上的数值比较接近，所以冰 点和沸点的实验值不会与 0℃和 100℃差得很大，在近似计算工作仍可取为 0℃ 和 100℃。以水的三相点（273.16K）作为绝对温标的一个固定参考点后，从实 验测得水的冰点为 0.0000±0.0001℃，水的沸点为 99.975℃。 1.3 理想气体状态方程式 1.3.1 理想气体方程式 物质的三种聚集状态－气态、液态和固态－以气态的性质最为简单，研究工 作开展得较早，人们对它的认识比较清楚。固态和液态物质的结构较为复杂，但 固体中分子（原子或离子）的排列具有一定的规则性，目前对它的认识已有较大 的进展；而液体则呈无序状态，分子间距离短，相互作用力强，其性质规律较难 准确描述。 气体和液体同属流体，具有流动性。气体能充满容纳它的容器，而液体的形 状则随容器变化。低压下气体密度小，分子间距离大，相互作用力弱，极限情况 下可以把气体分子当成无大小和无相互作用的质点，以此为基础拟出的简单气体 模型可以解释低压下气体的一些基本性质。当压力增大，气体密度增加，则上述 假设与实际情况偏差较大，必须加以修正。为讨论方便起见，常把气体分为两种 类型：（1）理想气体和（2）实际气体。 本章重点讨论理想气体和实际气体状态方程式，作为后续各章讨论的基础。 1．推演 体系的状态为其各项物理性质和化学性质的综合表现。处于一定状态时，表 征体系各项性质的物理量如压力(p)、温度(T)、体积(V)、密度(ρ)、折射率(nD)、 电导率(к).之间存在着一定的关系，而表示这类关系的方程式，则称为"状 态方程式"。 常用易于直接测量的物理量如 p、V、T 和 n（物质的量）以描述气体的状 态。实验证实，当气体组成不变时（即 n 为恒量），一定状态下，p、V、T 三 个变量中只有二个是独立的，也就是当压力和温度确定之后，体系的体积也随着 确定了下来：
物理化学授课教案 V=f(p.T) (1-12) 对于数量可以变动的纯气体体系，描述体系性质时则需多引入另一变量一气体物 质的量n,即： =f(n,T,) (1-13) 理想气体状态方程式的实验基础是三个实验定律：(1)波义尔(Boyle)定律： (2)查理士一盖·吕萨克(Charles-Gay-Lussac)定律和(3)阿佛加德罗 (Avogadro)定律。 1662年波义尔由实验得出如下结论 ”恒温下一定量气体的体积与其压力成反比”。即 v-名口恒定) (1-14) 或 pV-K1(T,恒定) 其中五为取决于气体温度和数量的常数。 上述结论常称为”波义尔定律”。如作p~V图，则可得如图1-3所示的双曲线型 的等温线族 1802年盖·吕萨克在查理士的实验基础上进一步总结出如下规律，称为“查理 士-盖·吕萨克定律”：“恒压下一定量气体的体积与其温度成正比”。 可表示为： V=K2T(T,n恒定 (1-15) 13
物理化学授课教案 - 13 - (1-12) 对于数量可以变动的纯气体体系，描述体系性质时则需多引入另一变量－气体物 质的量 n，即： (1-13) 理想气体状态方程式的实验基础是三个实验定律：（1）波义尔（Boyle）定律； （2）查理士一盖·吕萨克（Charles-Gay-Lussac）定律和（3）阿佛加德罗 （Avogadro）定律。 1662 年波义尔由实验得出如下结论： "恒温下一定量气体的体积与其压力成反比"。即 (1-14) 或 其中 K1 为取决于气体温度和数量的常数。 上述结论常称为"波义尔定律"。如作 p～V 图，则可得如图 1-3 所示的双曲线型 的等温线族。 1802 年盖· 吕萨克在查理士的实验基础上进一步总结出如下规律，称为"查理 士-盖·吕萨克定律"："恒压下一定量气体的体积与其温度成正比"。 可表示为： (1-15)
物理化学授课教案 15 -10or 15 200K 0510 图1-3波义尔等温线 40 30 10 2040060800TK 图1-4按查理士一盖·吕萨克定律作出的等压线(1摩尔气体) 如作~T图，则可得如图1-4所示的等压线族。 1811年阿佛加德罗作出了如下假设，这一假设后经实验证实，常称为“阿佛加德 罗定律”： “温度和压力恒定时，气体的体积与其物质的量成正比”。 V=Kn(T,n恒定 (1-16) 状态函数具有单值性，其微分为“全微分”(exactdifferential)。根据这一性 质，由式(1-13)： V-f(p.T.n) -留r .14
物理化学授课教案 - 14 - 图 1-3 波义尔等温线 图 1-4 按查理士－盖·吕萨克定律作出的等压线(1 摩尔气体) 如作 V～T 图，则可得如图 1-4 所示的等压线族。 1811 年阿佛加德罗作出了如下假设，这一假设后经实验证实，常称为"阿佛加德 罗定律"： "温度和压力恒定时，气体的体积与其物质的量成正比"。 (1-16) 状态函数具有单值性，其微分为"全微分"（exactdifferential）。根据这一性 质，由式（1-13）：