第1部分第1部分，共3部分：了解气体的性质

1. 1将每种气体视为“理想”气体。在化学中，理想气体是指与其他气体相互作用而不被其分子吸引的气体。单个分子可能会相互撞击，像台球一样反弹，而不会以任何方式变形。理想气体的压力随着它们被压缩到较小的空间而增大，随着它们膨胀到较大的区域而减小。这种关系被称为博伊尔定律，以罗伯特·博伊尔的名字命名。它在数学上被写成k=pxv，或者更简单地说，k=PV，其中k代表常数关系，P代表压力，V代表体积。可以使用几个可能的单位之一给出压力。一个是帕斯卡（Pa），定义为一牛顿施加在一平方米上的力。另一种是大气（atm），定义为海平面上地球大气的压力。1 atm的压力等于101325 Pa。理想气体的温度随体积的增大而升高，随体积的减小而降低。这种关系以雅克·查尔斯的名字命名为查尔定律。它在数学上表示为k=V/T，其中k表示体积和温度之间的恒定关系，V再次表示体积，T表示温度。该方程式中气体的温度以开尔文（degrees Kelvin）为单位，将273摄氏度加到气体温度中。这两个关系可以组合成一个方程：k=PV/T，也可以写成PV=kT。

2. 2定义测量气体的数量。气体既有质量也有体积。体积通常以升（l）为单位，但有两种质量。常规质量以克为单位，如果质量足够大，则以千克为单位。由于气体通常很轻，因此也可以用另一种称为分子质量或摩尔质量的质量来测量。摩尔质量定义为气体组成化合物中每个原子的原子量之和，每个原子与碳摩尔质量的标准值12进行比较。因为原子和分子太小，无法使用，所以气体的量是以摩尔来定义的。给定气体中存在的摩尔数可以通过将质量除以摩尔质量来计算，并且可以用字母n来表示。我们可以用n、摩尔数（mol）和新常数R的乘积来替换气体方程中的任意k常数。现在可以将方程写成nR=PV/T或PV=nRT。R的值取决于用于测量气体压力、体积和温度的单位。对于以升为单位的体积、以开尔文为单位的温度和以大气压为单位的压力，其值为0.0821 L atm/K mol。这也可以写为0.0821 L atm K-1 mol-1，以避免使用带测量单位的除法斜杠。

3. 3了解道尔顿分压定律。道尔顿定律由化学家兼物理学家约翰·道尔顿提出，他首先提出了化学元素由原子组成的概念。道尔顿定律指出，气体混合物的总压力是混合物中每种气体的压力之和。道尔顿定律可以写成方程形式，即Ptotal=P1+P2+P3…等号后的加数与混合物中的气体一样多。当气体的分压未知，但我们知道它们的体积和温度时，道尔顿定律方程可以展开。气体的分压等于容器中唯一的气体是相同数量的气体时的压力。对于每一个分压，我们可以重写理想气体方程，这样我们就可以在等号的左边只有P，而不是形式PV=nRT。为此，我们将两侧除以V:PV/V=nRT/V。左侧的两个V相互抵消，留下P=nRT/V。然后我们可以替换分压方程右侧的每个下标P:Ptotal=（nRT/V）1+（nRT/V）2+（nRT/V）3…

第2部分第2部分，共3部分：计算分压，然后计算总压

1. 1定义正在使用的气体的分压方程。为了便于计算，我们假设一个2升的烧瓶可以容纳3种气体：氮气（N2）、氧气（O2）和二氧化碳（CO2）。每种气体有10g，烧瓶中每种气体的温度为37摄氏度（98.6华氏度）。我们需要找到每种气体的分压，以及气体混合物在容器中施加的总压。我们的分压方程变成Ptotal=氮+氧+二氧化碳。因为我们试图找到每种气体施加的压力，我们知道体积和温度，我们可以根据质量找到每种气体的摩尔数，我们可以把这个方程改写为：Ptotal=（nRT/V）氮+（nRT/V）氧+（nRT/V）二氧化碳

2. 2将温度转换为开氏度。摄氏温度是37度，所以我们加273到37，得到310 K。

3. 3找出样品中每种气体的摩尔数。气体的摩尔数是气体的质量除以它的摩尔质量，我们说的摩尔质量是化合物中每个原子的原子量之和。对于我们的第一种气体氮（N2），每个原子的原子量为14。因为氮是双原子的（形成两个原子分子），我们必须将14乘以2才能发现样品中的氮的摩尔质量为28。然后我们将质量除以克，10克，再除以28，得到摩尔数，当四舍五入到最接近的十分之一时，我们将其近似为0.4摩尔氮。对于我们的第二种气体，氧（O2），每个原子的原子量为16。氧也是双原子的，所以我们将16乘以2，发现样品中的氧摩尔质量为32。将10克除以32，我们得到样品中约0.3摩尔的氧气。我们的第三种气体二氧化碳（CO2）有三个原子：一个是碳，原子量为12；和两个氧，每个原子量为16。我们加上三个重量：12+16+16=44作为摩尔质量。10克除以44，我们得到大约0.2摩尔的二氧化碳。

4. 4插入摩尔、体积和温度的值。现在我们的方程是这样的：Ptotal=（0.4*R*310/2）氮+（0.3*R*310/2）氧+（0.2*R*310/2）二氧化碳。为了简单起见，我们省略了值附带的度量单位。在我们计算完之后，这些单位将被抵消，只留下我们用来报告压力的度量单位。

5. 5插入常数R的值。我们将报告大气中的分压和总压，因此我们将使用0.0821 L atm/K mol的R值。将该值插入方程式，现在我们得到Ptotal=（0.4*0.0821*310/2）氮+（0.3*0.0821*310/2）氧+（0.2*0.0821*310/2）二氧化碳。

6. 6计算每种气体的分压。现在我们有了合适的值，是时候做数学了。对于氮气的分压，我们将0.4 mol乘以常数0.0821和温度310 K，然后除以2升：0.4*0.0821*310/2=5.09 atm，大约。对于氧的分压，我们将0.3摩尔乘以常数0.0821和温度310 K，然后除以2升：0.3*0.0821*310/2=3.82 atm，大约。对于二氧化碳的分压，我们将0.2摩尔乘以0.0821的常数和310 K的温度，然后除以2升：0.2*0.0821*310/2=2.54 atm，大约。现在我们加上这些压力，求出总压力：Ptotal=5.09+3.82+2.54，或11.45 atm，大约。

第3部分第3部分，共3部分：计算总压，然后是分压

1. 1如前所述定义分压方程。同样，我们将假设一个2升的烧瓶容纳3种气体：氮气（N2）、氧气（O2）和二氧化碳（CO2）。每种气体有10g，烧瓶中每种气体的温度为37摄氏度（98.6华氏度）。开尔文温度仍然是310度，和以前一样，我们有大约0.4摩尔的氮，0.3摩尔的氧和0.2摩尔的二氧化碳。同样，我们仍然会报告大气中的压力，所以我们将使用0.0821 L atm/K mol的值作为R常数。因此，我们的分压方程在这一点上看起来仍然相同：Ptotal=（0.4*0.0821*310/2）氮+（0.3*0.0821*310/2）氧+（0.2*0.0821*310/2）二氧化碳。

2. 2将样品中每种气体的摩尔数相加，得出气体混合物中的总摩尔数。由于气体中每个样品的体积和温度都相同，更不用说每个摩尔值乘以相同的常数，我们可以利用数学的分布特性将方程改写为Ptotal=（0.4+0.3+0.2）*0.0821*310/2。添加0.4+0.3+0.2=0.9 mol的气体混合物。这进一步将方程简化为Ptotal=0.9*0.0821*310/2。

3. 3求出混合气体的总压力。大约乘以0.9*0.0821*310/2=11.45摩尔。

4. 4找出每种气体在总混合物中的比例。为此，将每种气体的摩尔数除以总摩尔数。氮含量为0.4 mol，因此0.4/0.9=样品的0.44（44%）。氮含量为0.3 mol，因此0.3/0.9=样品的0.33（33%）。二氧化碳含量为0.2 mol，因此0.2/0.9=样品的0.22（22%）。虽然上述近似百分比加起来只有0.99，但实际的小数是重复的，因此实际的总和将是小数点后9的重复序列。根据定义，这等于1，或100%。

5. 5将每种气体的比例量乘以总压，得出分压。大约乘以0.44*11.45=5.04 atm。大约乘以0.33*11.45=3.78 atm。大约乘以0.22*11.45=2.52 atm。

• 你会注意到，从先求分压，再求总压，到先求总压，再求分压，数值略有不同。请记住，给出的值是近似值，因为四舍五入到小数点后1位或2位，以便于理解。如果你自己用计算器计算，而不进行四舍五入，你会发现这两种方法之间的差异较小，或者根本没有差异。