1.1　氣體

1.1.1　氣體的性質(zhì)

氣體是指無形狀有體積的可變形可流動(dòng)的流體。氣體是物質(zhì)的一個(gè)態(tài)。氣體的基本特征是具有擴(kuò)散性和可壓縮性。

氣體有實(shí)際氣體和理想氣體之分。理想氣體被假設(shè)為氣體分子之間沒有相互作用力，氣體分子自身沒有體積，理想氣體只是一種人為的氣體模型，并不客觀存在。

當(dāng)實(shí)際氣體壓力不大時(shí)，分子之間的平均距離很大，氣體分子的體積可以忽略不計(jì)；溫度不低時(shí)，分子的平均動(dòng)能較大，分子之間的吸引力相比之下也可以忽略不計(jì)，此時(shí)，實(shí)際氣體的行為就十分接近理想氣體的行為，可當(dāng)作理想氣體來處理。以下內(nèi)容中討論的全部為理想氣體。

1.1.2　理想氣體狀態(tài)方程式

理想氣體狀態(tài)方程，又稱理想氣體定律，是描述理想氣體在處于平衡態(tài)時(shí)，壓強(qiáng)、體積、物質(zhì)的量、溫度間關(guān)系的狀態(tài)方程，其方程為

pV=nRT

式中　p——理想氣體的壓力，Pa或kPa；

V——理想氣體的體積，m3或dm3（L）；

n——?dú)怏w物質(zhì)的量，mol；

T——熱力學(xué)溫度，K；

R——理想氣體常數(shù)，其數(shù)值為8.314，單位為Pa·m3·mol-1·K-1。

1.1.3　分壓定律

1.1.3.1　分壓

在實(shí)際生活中，氣體多為混合氣體，在任何容器的氣體混合物中只要不發(fā)生化學(xué)變化，就像單獨(dú)存在的氣體一樣，每一種氣體都是均勻地分布在整個(gè)容器之中。在一定溫度時(shí)，各組分氣體占據(jù)與混合氣體相同體積時(shí)對(duì)容器所產(chǎn)生的壓力，叫作該組分的分壓。

1.1.3.2　分壓定律

1801年，英國科學(xué)家道爾頓（J.Dalton）通過實(shí)驗(yàn)觀察提出：混合氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體的分壓之和，這一經(jīng)驗(yàn)定律被稱為分壓定律。下面我們來做個(gè)實(shí)驗(yàn)。

在氣缸中充入N2和O2，溫度為T，體積為V。

Ⅰ：恒溫，抽出N2，氧氣充滿氣缸，單獨(dú)占有總體積V，則O2產(chǎn)生的壓強(qiáng)為分壓，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，其表達(dá)式為p（O2）V=n（O2）RT。

Ⅱ：同理，抽出O2，N2產(chǎn)生的分壓為p（N2）V=n（N2）RT。

由此可知：組分氣體i的分壓表達(dá)式為piV=niRT。

當(dāng)N2和O2單獨(dú)存在于氣缸中時(shí)，它們都對(duì)于氣缸產(chǎn)生壓力，那么當(dāng)兩者混合后產(chǎn)生的壓力是否等于各自產(chǎn)生的壓力之和呢？

Ⅲ：混合氣體亦是理想氣體，狀態(tài)方程同樣適用。

因?yàn)?span id="6laec9m" class="italic">p=nRT/V=［n（O2）+n（N2）］RT/V=［n（O2）RT/V］+［n（N2）RT/V］=p（O2）+p（N2）

所以總壓等于分壓之和。

由piV=niRT，p（總）V=n（總）RT，可知：pi/p（總）=ni/n（總）=xi，這個(gè)比值定義為xi，稱為組分氣體i的摩爾分?jǐn)?shù)。

所以pi=p（總）xi

這是分壓定律的第二種表達(dá)式，可敘述為：某組分氣體的分壓等于相同溫度下總壓與該組分氣體摩爾分?jǐn)?shù)之積。分壓定律適用于互不作用的混合氣體。

例1-1　在298.15K和總壓100kPa時(shí)，一容器中含有2.00mol O2、3.00molN2和1.00molH2，求三種氣體的分壓。

解：混合氣體的總量為：

n（總）=2.00+3.00+1.00=6.00（mol）

p（H2）=100-33.3-50.0=16.7（kPa）