我們肉眼能見到的物質,按照其性質,一般分為氣體、液體和固體三大類。在液體或固體中,由于它們内部分子之間的距離一般小于原子的距離,因此,影響固體或液體的體積跟組成它們的元素的原子大小有關。例如:1mol鋁的體積為10cm³,1mol水的體積為18cm³,1mol硫酸的體積為53.6cm³。
換言之,雖然1mol任何物質所有的原子數或分子數的個數大約為6.02×10^23,但是,單位摩爾内,物質的體積是有所差異的,在氣體中,物質的體積定量又尤為特殊。
對于氣體而言,它們的分子之間的距離遠遠大于它們元素原子的體積,因此,影響氣體的體積大小因素主要為分子之間的距離。當溫度升高後,氣體分子的熱運動更加明顯,此時1mol氣體的體積會增大;當對氣體的壓強增大時,氣體的體積被壓縮了,那麼1mol氣體的體積就會減少。
故而,在研究氣體的體積時,通常會說标準狀況下,其标準狀況的定義為:當溫度為0℃,壓強為101KPa時的外部狀況稱之為标準狀況。氣體在标準狀況下,1mol任何氣體所占的體積都為22.4L(這是一個較為精确的實驗數據,在此不作過多的說明)。
這裡所說的氣體,即包括一種物質的氣體,也包括混合氣體。在化學中,為了更好的研究氣體的物理屬性,通常引入了一個量,即氣體的摩爾體積,其定義為:單位物質的量的氣體所占的體積叫做氣體的摩爾體積,公式為Vm=V/n。
其中Vm為氣體的摩爾體積,V為氣體的體積,n為氣體的摩爾質量,根據這個公式,可以推導出氣體的摩爾質量與氣體密度的關系,即M=ρ×Vm。利用這個公式,可以計算出氣體的相對分子質量。
例如:在标準狀況下,測得1.92g某氣體的體積為572ml,依次計算出該氣體的相對分子質量。分析,物質以克為單位時,其相對分子質量等于物質的摩爾質量,故而求出了摩爾質量就等于求出了該氣體的相對分子質量。
在标準狀況下,ρ=m/V,帶入數值得出該氣體的密度ρ=2.86(g/L),然後将所算出來的密度ρ帶入到M=ρ×Vm中(注:标準狀況下氣體的摩爾體積為22.4L/mol),解得該氣體的摩爾質量M=64.1(g/mol),因此該氣體的相對分子質量為64.1。
但是,很多情況下,氣體的體積是很難計算出來的,所以對氣體的定性分析也非常重要。意大利物理學家阿伏伽德羅在總結前人的基礎上,得出了阿伏伽德羅定律,就在相同溫度和壓強下,相同體積的任何氣體所含有的分子數相同,其物理表達式為:PV=nRT。
在上式中,P為壓強,V為體積,n為物質的量,R為一個常數,由這個表達式可以推導出如下結論:
(1)同溫同壓下,氣體的體積之比等于氣體的物質的量之比,即T、P相同,V1/V2=n1/n2;
(2)同溫同壓下,氣體的體積之比等于氣體的相對分子質量反比(這個結論綜合前面的闆書看);
(3)同溫同壓下,氣體的密度之比等于相對分子質量之比;
(4)體積相同、溫度相同時,氣體的壓強之比等于氣體的物質的量之比。
這四個結論在高考中屬于常考點,希望家長朋友們或莘莘學子們記住哦!
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