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標準氣體的標準狀態

來源：www.qjihm.net 發布時間：2020年06月24日

標準氣體是物質的一個態。氣體與液體一樣是流體：它可以流動，可變形。與液體不同的是氣體可以被壓縮。假如沒有限制（容器或力場）的話，氣體可以擴散，其體積不受限制。標準氣體氣態物質的原子或分子相互之間可以自由運動。氣態物質的原子或分子的動能比較高。
標準氣體有實際氣體和理想氣體之分。標準氣體理想氣體被假設為氣體分子之間沒有相互作用力，氣體分子自身沒有體積，當實際氣體壓力不大，分子之間的平均距離很大，氣體分子本身的體積可以忽略不計，溫度又不低，導致分子的平均動能較大，分子之間的吸引力相比之下可以忽略不計，實際氣體的行為就十分接近理想氣體的行為，可當作理想氣體來處理。以下內容中討論的全部為理想氣體，但不應忘記，實際氣體與之有差別，用理想氣體討論得到的結論只適用于壓力不高，溫度不低的實際氣體。
① 標準氣體理想氣體方程
pV=nRT
標準氣體遵從理想氣體狀態方程是理想氣體的基本特征。理想氣體狀態方程里有四個變量——氣體的壓力p、氣體的體積V、氣體的物質的量n以及溫度T和一個常量（氣體常為R），只要其中三個變量確定，理想氣體就處于一個狀態，因而該方程叫做理想氣體狀態方程。標準氣體溫度T和物質的量n的單位是固定不變的，分別為K和mol，而氣體的壓力p和體積V的單位卻有多種取法，這時，狀態方程中的常量R的取值（包括單位）也就跟著改變，在進行運算時，千萬要注意正確取用R值：p
的單位V的單位R的取值（包括單位）
m3 0.08206L?atm/mol?K
82.06cm3?atm/mol?K
0.008134L?Pa/mol?K
8.314L?kPa/mol?K
8.314m3?Pa/mol?K
☆1 atm=101.325kN/m2；1Pa=1N/ m2；1N?m=1J；當各種物理量均采用SI制單位時，R=8.314J/mol?K
例：
由此我們可以計算標準氣體在標準狀況下的體積
解：
由pV=nRT得：
V=n?R?t/p
=1mol?8.314L?Pa/mol?K?
273.16K/101325Pa
=22.4127224278L
②標準氣體分壓定律
1810年道爾頓發現，混合氣體的總壓等于把各組分氣體對濃度置于同一容器里所產生的壓力之和。這個規律稱為道爾頓分壓定律。其實，道爾頓分壓定律只對理想氣體才成立，對于實際氣體，由于分子間作用力的存在，道爾頓定律將出現偏差。因此，能滿足道爾頓分壓定律的氣體混合物稱為理想氣體的理想混合物。國家測量局頒布的GB102.8—82采納IUPAC的推薦，規定混合氣體中的氣體B的分壓pB的定義為pB=xBp式中
xB為氣體B的摩爾分數，p為混合氣體在同溫度下的總壓。于是我們又可以得到：
p=p1 p2 p3 p4 …… pj pB =∑pj =∑xjp
上式表明，混合氣體的總壓等于同溫度下其組分氣體的分壓之和，此式可用于任何混合氣體。
對于理想氣體，將p總V=n總RT/V
可見分壓pB是理想氣體B單獨占有混合氣體的體積V時顯示的壓力。
例：混合氣體中有4.4gCO2,14gN2,和12.8gO2,總壓為2.026×105Pa，求各組分氣體的分壓。
解：
先求出各組分氣體的物質的量分數（摩爾分數），代入上式即可得各組分氣體的分壓
n(CO2)=4.4g/44g/mol=0.10mol
n(N2)=14g/28g/mol=0.50mol
n(O2)=12.8g/32g/mol=0.40mol
x(CO2)=n(CO2)/[n(CO2) n(N2) n(O2)]=0.10
x(N2)=n(N2)/[n(CO2) n(N2) n(O2)]=0.50
x(O2)=n(O2)/[n(CO2) n(N2) n(O2)]=0.40
p(CO2)=0.10×2.026×105Pa=2.0×104Pa
p(N2)=0.50×2.026×105Pa=1.0×105Pa
p(O2)=0.40×2.026×105Pa=8.1×104Pa
標準氣體標準狀態。理想氣體狀態方程。氣體密度。分壓定律。氣體相對分子質量測定。氣體溶解度（亨利定律）。
標準氣體常量R的取值0.08206 L?atm?mol-1?k-1 或8.314 m3?Pa?mol-1?k-1

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