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新航道解析AP化學(xué)必考知識(shí)點(diǎn) - Gas Law氣體定律

2017/5/4 14:01:28來源：新航道作者：新航道

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摘要：

今天新航道AP小編要跟各位考生談?wù)凙P化學(xué)。這是理科生都喜歡的一門課，上海新航道AP課程培訓(xùn)中心 也開設(shè)了AP化學(xué)這門課。

AP化學(xué)知識(shí)點(diǎn) - Gas Law氣體定律是AP化學(xué)的必考內(nèi)容，在 state of matter 這部分占的分值多。氣體的知識(shí)點(diǎn)需要由宏觀的氣體定律和微觀的 kinetic molecular theory 兩方面學(xué)習(xí)。

其中，氣體定律可用于氣體的定量計(jì)算題，微觀的 kinetic molecular theory 可用于解釋氣體定律和一些特別的氣體現(xiàn)象。

文字版內(nèi)容

首先，由微觀方面考慮，理想氣體行為遵循 kinetic molecular theory。

AP化學(xué)必考知識(shí)點(diǎn) - Gas Law氣體定律解析

關(guān)于這個(gè)理論，有兩點(diǎn)內(nèi)容需要著重理解領(lǐng)悟。對(duì)于理想氣體，因?yàn)橄噜徚Ｗ娱g的距離遠(yuǎn)大于粒子本身的體積，所以粒子本身的體積可忽略。另外，理想氣體粒子間的任何吸引力和排斥力也可以忽略。

對(duì)于理想氣體，平均動(dòng)能與其絕對(duì)溫度成正比。理想氣體粒子的平均速率與絕對(duì)溫度的平方根成正比，與氣體粒子 molecular weight 的平方根成反比。

理想氣體粒子對(duì)絕對(duì)溫度和 molecular weight 的速率分布都符合 Maxwell 曲線。

由宏觀方面考慮，理想氣體行為遵循一些氣體定律。

Boyle’s Law 定義的是在恒定溫度條件下，對(duì)于一定量氣體，其壓力和體積的乘積是一個(gè)不變常數(shù)，也可以表達(dá)為

的形式。

Charles’s Law 定義的是在恒定壓力條件下，對(duì)于一定量氣體，其體積與絕對(duì)溫度的比值是一個(gè)不變的常數(shù)。

Charles’s Law 的另一種表達(dá)形式為 Gay-Lussac’s Law 。在恒定體積條件下，對(duì)于一定量氣體，其壓力與絕對(duì)溫度的比值是一個(gè)不變的常數(shù)。

將 Boyle’s Law 和 Charles’s Law 綜合起來，得到的定律是The Combined Gas Law。

Avogadro’s Law 指的是，在恒定的溫度和壓力條件下，理想氣體的體積與摩爾數(shù)的比值是一個(gè)不變的常數(shù)。

這里定義了理想氣體的 standard molar volume。在標(biāo)準(zhǔn)溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓力的條件下(STP)，一摩爾理想氣體的體積定義為 standard molar volume，這個(gè)值都是22.414 liters per mole。

綜合上述氣體定律后，可以推導(dǎo)出 The Ideal Gas Equation。

其中，R是 gas constant，其取值與壓力和體積的單位有關(guān)。在氣體的研究中，當(dāng)壓力單位是atm，體積單位是 liter 時(shí)，R取值為0.0821，單位是 (L x atm) /(mol x K)。

在AP化學(xué)考試中，對(duì)氣體的考察通常會(huì)存在混合氣體的體系。需要明確的是，混合體系中每一種氣體的體積都等于容器的體積，每一種氣體的壓力稱為其 partial pressure，符合 Dalton’s law of partial pressures，體系中的總壓等于每一種氣體的 partial pressure 之和。

在制備氣體的實(shí)驗(yàn)中，如果氣體不溶于水中，通常可以用 water displacement 的方法收集氣體。但是需要注意，收集到的氣體不是純凈的單一氣體，是包括水蒸氣在內(nèi)的混合氣體。所以在求制備氣體量的過程中，需要由大氣壓中減去在實(shí)驗(yàn)溫度條件下對(duì)應(yīng)的水蒸氣壓力。得到的才是制備氣體的壓力。

最后，Graham’s law of diffusion and effusion 定義了在 diffusion 和effusion過程中，氣體的速率與 molar mass 的平方根的反比關(guān)系。

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