- 公式和单位
- 博伊尔-马里奥特定律
- 查尔斯·盖·卢萨克定律
- 阿伏加德罗定律
- 理想气体定律说明了什么？
- 应用领域
- 气体的密度和摩尔质量的计算
- 计算化学反应中产生的气体的体积
- 计算混合物中存在的气体的分压
- 水中收集的气体量
- 计算示例
- 练习1
- 练习2
- 练习3
- 练习4
- 参考文献
在理想气体定律是描述与理想气体相关联的状态的功能之间的关系的状态方程; 例如温度，压力，体积和摩尔数。该定律允许通过将实际气体系统与理想气体系统进行比较来研究它们。
理想气体是理论气体，由随机运动的点状或球形颗粒组成。具有高动能，它们之间唯一的相互作用就是完全的弹性冲击。此外，它们符合理想的气体定律。
理想的气体定律可以研究和理解许多真实的气体系统。资料来源：Pxhere。
在标准压力和温度（STP）下：1个大气压，温度为0ºC，大多数实际气体在质量上都表现为理想气体；只要它们的密度低。较大的分子间或原子间距离（对于稀有气体）促进了这种近似。
在STP条件下，氧气，氮气，氢气，稀有气体以及某些复合气体（例如二氧化碳）的行为类似于理想气体。
理想的气体模型在低温，高压和高颗粒密度下往往会失效；当分子间的相互作用以及粒径变得重要时。
理想的气体定律由三个气体定律组成：博伊尔定律和马里奥特定律，查尔斯定律和盖伊·卢萨克定律以及阿伏加德罗定律。
公式和单位
气体定律用以下公式数学表示：
PV = nRT
其中P是气体施加的压力。尽管可以用其他单位mmHg，帕斯卡，巴等表示，但通常以大气单位（atm）表示。
气体所占的体积V通常以升（L）为单位表示。n是摩尔数，R是通用气体常数，T是用开尔文（K）表示的温度。
R中气体中最常用的表达式是0.08206 L·atm·K -1 ·mol -1。尽管气体常数的SI单位为8.3145 J·mol -1 ·K -1。只要您注意其他变量（P，T和V）的单位，两者都有效。
理想气体定律是Boyle-Mariotte定律，Charles-Gay-Lussac定律和Avogadro定律的组合。
博伊尔-马里奥特定律
通过减小容器的体积来增加压力。资料来源：GabrielBolívar
它是由物理学家罗伯特·博伊尔（Robert Boyle）（1662）和物理学家兼植物学家埃德米·马里奥特（Edme Mariotte）（1676）独立制定的。定律如下：在恒定温度下，固定质量的气体的体积与所施加的压力成反比。
∝k
通过使用冒号：
P 1 V 1 = P 2 V 2
查尔斯·盖·卢萨克定律
中国灯笼或愿望气球。资料来源：Pxhere。
该法律由盖伊·卢萨克（Gay-Lussac）于1803年出版，但它引用了雅克·查尔斯（Jacques Charles）（1787）未出版的作品。因此，该法被称为查理定律。
该法则指出，在恒定压力下，气体所占体积与其温度之间存在正比关系。
∝k 2 T
通过使用冒号：
V 1 / T 1 = V 2 / T 2
V 1 T 2 = V 2 T 1
阿伏加德罗定律
阿玛多·阿沃加德罗（Amadeo Avogadro）在1811年阐明了该法，指出在相同的压力和温度下，等体积的所有气体具有相同数量的分子。
V 1 / n 1 = V 2 / n 2
理想气体定律说明了什么？
理想气体定律在气体的四个独立物理特性之间建立关系：压力，体积，温度和气体量。知道其中三个的价值就足以获得其余之一。
该法律规定了指示气体何时表现出理想状态以及何时远离该行为的条件。
例如，理想气体的所谓压缩系数（PV / nRT）的值为1。压缩系数的值偏离1表示该气体的行为与理想气体所显示的行为相去甚远。
因此，当将理想气体方程式应用于不根据模型运行的气体时，会出错。
应用领域
气体的密度和摩尔质量的计算
理想气体定律方程可用于计算气体的密度及其摩尔质量。通过简单的修改，可以找到将气体的密度（d）与摩尔质量（M）相关的数学表达式：
d = MP /室温
并清除M：
M = dRT / P
计算化学反应中产生的气体的体积
化学计量学是化学的分支，其与参与化学反应的产物中存在的每种反应物的量相关，通常以摩尔表示。
理想气体方程的使用可以确定化学反应中产生的气体的体积。因为可以从化学反应中获得摩尔数。然后可以计算出气体量：
PV = nRT
V = nRT / P
通过测量V，可以确定所述反应的产率或进程。如果没有更多的气体，则表明试剂已完全耗尽。
计算混合物中存在的气体的分压
理想气体定律可以与道尔顿的分压定律一起用于计算混合气体中存在的不同气体的分压。
该关系适用：
P = nRT / V
求出混合物中每种气体的压力。
水中收集的气体量
进行反应产生气体，该气体通过实验设计收集在水中。总气压加上水蒸气压力是已知的。后者的值可以在表格中获得，并且通过相减可以计算出气体的压力。
根据化学反应的化学计量，可以获得气体的摩尔数，并应用以下关系式：
V = nRT / P
计算产生的气体量。
计算示例
练习1
气体在17°C时的密度为0.0847 g / L，压力为760 torr。它的摩尔质量是多少？什么是煤气？
我们从等式开始
M = dRT / P
我们首先将温度单位转换为开尔文：
T = 17ºC+ 273.15 K = 290.15 K
760托的压力相当于1个大气压的压力。现在您只需要替换值并解决：
M =（0.0847 g / L）（0.08206 L atm K -1 mol -1）（290.15 K）/ 1 atm
M = 2.016克/摩尔
该摩尔质量可以对应于单个物种：双原子氢分子H 2。
练习2
发现气相质量为0.00553 g的汞（Hg），体积为520 L，温度为507K。计算Hg施加的压力。Hg的摩尔质量为200.59g / mol。
通过使用以下方程式可以解决该问题：
PV = nRT
没有出现有关汞摩尔数的信息；但是可以通过使用它们的摩尔质量来获得：
汞摩尔数=（0.00553克汞）（1摩尔汞/ 200.59克）
= 2.757·10 -5摩尔
现在我们只需要求解P并替换值即可：
P = nRT / V
=（2,757·10 -5摩尔）（8,206·10 -2 L·atm·K -1 ·mol -1）（507 K）/ 520 L
= 2.2 10 -6大气压
练习3
计算在容积为5.25 L，温度为310 K的条件下，使4.8 g氯气（Cl 2）与氢气（H 2）反应生成的盐酸所产生的压力。摩尔质量Cl 2的摩尔数为70.9g / mol。
H 2（克） + Cl 2（克） →2 HCl （克）
通过使用理想气体方程式可以解决该问题。但是HCl的量以克表示，而不是以摩尔表示，因此可以进行适当的转化。
HCl摩尔=（4.8 g Cl 2）（1 mol Cl 2 / 70.9 g Cl 2）（2 mol HCl / 1 mol Cl 2）
= 0.135摩尔的HCl
应用理想气体定律方程：
PV = nRT
P = nRT / V
=（0.135摩尔HCl）（0.08206 L atm K -1 mol -1）（310 K）/ 5.25 L
= 0.65大气压
练习4
在70°C的温度和720 torr的压力下，0.130 g气体化合物样品的体积为140 mL。它的摩尔质量是多少？
要应用理想气体方程，必须首先进行以下更改：
V =（140毫升）（1升/ 1000毫升）
= 0.14升
以公升为单位，我们现在必须用开尔文表示温度：
T = 70ºC+ 273.15 K = 243.15 K
最后，我们必须以大气压为单位转换压力：
P =（720托）（1 atm / 760托）
= 0.947大气压
解决该问题的第一步是获得化合物的摩尔数。为此，使用理想气体方程式，我们求解n：
PV = nRT
n = PV /室温
=（0.947 atm）（0.14 L）/（0.08206 L atm K -1 mol -1）（243.15 K）
= 0.067摩尔
您只需将克数除以获得的摩尔数即可计算出摩尔质量：
摩尔质量=化合物克/摩尔数。
= 0.130克/0.067摩尔
= 19.49克/摩尔
参考文献
- 惠特顿，戴维斯，佩克和斯坦利。（2008）。化学。（第8版）。圣智学习。
- 艾拉·莱文（Ira N. Levine）。（2014）。物理化学原理。第六版。Mc Graw Hill。
- Glasstone。（1970）。物理化学条约。第二版。阿吉拉尔
- Mathews，CK，Van Holde，KE和Ahern，KG（2002）。生物化学。3 是版。出版商Pearson Addison Wesley。
- 维基百科。（2019）。理想气体。从以下位置恢复：en.wikipedia.org
- 编辑团队。（2018）。博伊尔定律或博伊尔-马里奥特定律-气体定律。从以下网站恢复：iquimicas.com
- 杰西·A·基。（科幻）。理想气体定律及其一些应用。从以下位置恢复：opentextbc.ca