作者:
Monica Porter
创建日期:
21 行进 2021
更新日期:
27 六月 2024
内容
在化学中，“分压”是指作用于周围环境的气体混合物中的每种气体的压力，例如实验室中的样气罐，潜水员的气罐或周围空间。大气层。如果知道混合气体的质量，体积和温度，则可以计算混合气体中每种气体的压力。然后，您可以添加分压以获得混合气体的总压力，或者先找到总压力，然后再找到分压。
脚步
第1部分，共3部分：了解气体特性
将每种气体视为“理想”气体。 在化学中，理想气体是与其他气体相互作用而不会被其分子吸引的气体。气体分子可以相互碰撞，像台球一样反弹而不会变形。
- 理想气体的压力随着压缩到较小的空间而增加，而随着分散到较大的空间而减小。这种关系称为波义耳定律（以科学家罗伯特·波义耳命名）。数学公式表明，该关系为k = P x V，或更简单地为k = PV，其中k是压力与体积之间的恒定关系，P是压力，V是物体。区。
- 可以在许多不同单位之一中给压力带来问题。其中帕斯卡（Pa）定义为牛顿作用在平方米上的力。另一个单位是大气压（atm），定义为海拔等于海平面的地球大气的压力。 1 atm的压力是101,325 Pa。
- 理想气体的温度随体积的增加而增加，随体积的减少而降低。这种关系被称为查尔斯定律（以科学家雅克·查尔斯（Jacques Charles）命名）。为此的数学公式为k = V / T，其中k为体积与温度之间的常数关系，V为体积，T为温度。
- 该方程式中的气体温度以开氏度为单位计算，而开氏度数是通过加273来计算的。
- 这两个关系可以组合成一个方程：k = PV / T，也可以写成PV = kT。
定义用于测量气体的质量单位。 气体既有质量又有体积。体积通常以升（l）为单位，但是有两种气体。- 常规质量以克为单位，或者如果质量足够大，则以千克为单位。
- 由于大多数气体通常都非常轻，因此它们也可以通过另一种形式的质量（称为摩尔质量或摩尔质量）进行测量。摩尔质量定义为气体成分中每个原子的原子质量的总和，每个原子的质量与碳的质量相比（值12）。
- 由于原子和分子太小而无法计算，因此气体的质量以摩尔为单位定义。气体量中的摩尔数可以通过将气体质量除以其摩尔质量来计算，并用字母n表示。
- 我们可以用n，摩尔数和新常数R的乘积代替气体方程式中的任何常数k。现在，方程式nR = PV / T或PV = nRT。
- R值取决于用于测量气体压力，体积和温度的单位。如果体积以升为单位，温度以开氏度为单位，压力为大气压，则为0.0821 L atm / K mol。您也可以写0.0821 L atm K mol以避免使用度量单位的除法斜线。
道尔顿分压定律。 该定律是由化学家和物理学家约翰·道尔顿（John Dalton）提出的，他首次提出了由原子构成的化学元素的概念。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总压力。- 可以在P之后将道尔顿定律写入等式总 = P1 + P2 + P3 ...的压力P等于混合物中的气体数量。
- 当处理分压未知，但体积和温度已知的气体时，可以建立道尔顿定律方程。气体的分压是指在仅包含气体的储罐中等量气体所施加的压力。
- 对于每个分压，我们可以将理想气体方程PV = nRT重写为仅在等号的左侧具有P的形式。因此，我们必须将两侧除以V：PV / V = nRT / V.消除了左侧的两个V，最后保留P = nRT /V。
- 然后将该公式替换为分压方程右侧的每个字母P：P总 =（nRT / V） 1 +（nRT / V） 2 +（nRT / V） 3 …
第2部分，共3部分：计算分压，然后计算总压
确定给定问题的分压方程。 为了说明这一计算，假设我们有一个2升的瓶子，其中装有3种气体：氮气（N2），氧气（O2）和二氧化碳（CO2）。每种气体的重量均为10克，气瓶中每种气体的温度为37摄氏度，我们需要找到每种气体的分压和作用在气瓶上的混合气体的总压力。- 分压方程写为P总 = P氮 + P氧 + P二氧化碳.
- 由于我们正在寻找每种气体的压力，因此我们知道了体积，温度，并且可以根据它们的质量找到每种气体的摩尔数，因此该等式可重写为：P总 =（nRT / V） 氮 +（nRT / V） 氧 +（nRT / V） 二氧化碳
将温度转换为开氏度。 气体的温度为37摄氏度，因此我们将37加273加到310摄氏度。
找出瓶中每种气体的摩尔数。 气体的摩尔数是气体的质量除以其摩尔质量，其中摩尔质量是构成该物质的每个原子的总质量。
- 对于第一种气体，氮的分子式为2），每个原子的质量为14。由于氮分子中有两个原子，我们必须将14乘以2才能得到分子量为28的氮，然后将质量（克）除以10g。给出28得到摩尔数，将结果四舍五入到约0.4摩尔的氮气。
- 对于第二种气体，氧气的分子式为2），每个原子的质量为16。氧分子也有两个原子，我们必须将16乘以2才能得到32的氧分子质量。将10g除以32得到的近似结果。瓶中的氧气为0.3摩尔。
- 第三种气体是二氧化碳（CO2），共有3个原子：一个碳原子的质量为12，两个氧原子的质量为16。我们将三个原子的质量相加：12 + 16 + 16 = 44为质量分子。 10g除以44得到约0.2摩尔的二氧化碳。
将摩尔，体积和温度的值插入方程式中。 现在方程式如下：P总 =（0.4 * R * 310/2） 氮 +（0,3 * R * 310/2） 氧 +（0.2 * R * 310/2） 二氧化碳.- 为简单起见，我们忽略了这些值的度量单位。求解方程式后，这些单位将被破坏，压力中仅保留结果的度量单位。
替换常数R的值。 我们将计算大气中分压和总压的结果，因此我们将使用0.0821 L atm / K mol的R值。将此值代入方程可得出P总 =(0,4 * 0,0821 * 310/2) 氮 + (0,3 *0,0821 * 310/2) 氧 + (0,2 * 0,0821 * 310/2) 二氧化碳.
计算每种气体的分压。 现在我们已经插入了值，接下来要做的就是解决它。
- 对于氮气的分压，将0.4 mol乘以常数0.0821和温度310度K，然后除以2升：0.4 * 0.0821 * 310/2 = 5.09 atm（大约）。
- 对于氧气的分压，将0.3摩尔乘以常数0.0821和温度310度K，然后除以2升：0.3 * 0.0821 * 310/2 ＝ 3.82atm（大约）。
- 对于二氧化碳的分压，将0.2摩尔乘以常数0.0821和温度310度K，然后除以2升：0.2 * 0.0821 * 310/2 = 2.54 atm（大约）。
- 现在将这些压力加起来以找到总压力：P总 = 5.09 + 3.82 + 2.54 = 11.45 atm（大约）。
第3部分，共3部分：先计算总压力，然后计算分压
如上确定分压方程。 同样，假设我们有一个2升的瓶子，里面装有3种气体：氮气（N2），氧气（O2）和二氧化碳（CO2）。每种气体的重量均为10克，钢瓶中每种气体的温度为37摄氏度。
- 开尔文温度仍然是310度，就像上面一样，我们有大约0.4摩尔的氮气，0.3摩尔的氧气和0.2摩尔的二氧化碳。
- 同样，我们将在大气下计算结果，因此我们将使用0.0821 L atm / K mol的R值。
- 此时，分压方程仍为：P总 =(0,4 * 0,0821 * 310/2) 氮 + (0,3 *0,0821 * 310/2) 氧 + (0,2 * 0,0821 * 310/2) 二氧化碳.
将气瓶中每种气体的摩尔数相加即可得出混合气体的总摩尔数。 由于气缸中气体的体积和温度相同，并且每种气体的分子质量也乘以相同的常数，因此我们可以使用数学的分布特性来重写方程式。工艺是P总 = (0,4 + 0,3 + 0,2) * 0,0821 * 310/2.
- 加入0.4 + 0.3 + 0.2 ＝ 0.9摩尔的气体混合物。等式进一步简化为P总 = 0,9 * 0,0821 * 310/2.
找到混合气体的总压力。 取0.9 * 0.0821 * 310/2 = 11.45 mol（大约）。
找到构成混合物的每种气体的比例。 将每种气体的摩尔数除以混合气体的总摩尔数。
- 我们有0.4摩尔的氮气，因此气体混合物（大约）中的含量为0.4 / 0.9 = 0.44（44％）。
- 我们有0.3摩尔的氧气，因此气体混合物（大约）中的含量为0.3 / 0.9 = 0.33（33％）。
- 我们有0.2摩尔的二氧化碳，因此气体混合物（大约）中的含量为0.2 / 0.9 = 0.22（22％）。
- 尽管上面的近似百分比总计仅为0.99，但实际上，小数点会不断重复，其总和为逗号后的9s。根据定义，这等于1或100％。
将每种气体的质量比乘以总压力即可得出分压。
- 取0.44 * 11.45 = 5.04 atm（大约）。
- 取0.33 * 11.45 = 3.78 atm（大约）。
- 取0.22 * 11.45 = 2.52 atm（大约）。
忠告
- 您会注意到分压计算和分压计算先于和分压计算之间存在细微差异。请记住，计算值仅是近似数字，因为我们在逗号后将其舍入为1或2个数字以使其更简单。如果我们使用计算器执行计算而不进行四舍五入，则这两种方法之间的偏差会更小，甚至不会更小。
警告
- 对于潜水员来说，了解气体分压特别重要，因为这与他们的生活息息相关。氧分压过低会导致意识丧失或死亡，而氮或氧分压过高则会导致中毒。
你需要什么
- 笔记本电脑
- 原子质量/摩尔质量的参考书
