1811年由意大利化學家阿伏加德羅提出假說,在同溫同壓下,相同體積的氣體含有相同數目的分子。后來被科學界所承認。這一定律揭示了氣體反應的體積關系,用以說明氣體分子的組成,為氣體密度法測定氣態物質的分子量提供了依據。對于原子分子說的建立,也起了一定的積極作用。
⒈定義
同溫同壓下,相同體積的任何氣體含有相同的分子數,稱為阿伏加德羅定律。氣體的體積是指所含分子占據的空間,通常條件下,氣體分子間的平均距離約為分子直徑的10倍,因此,當氣體所含分子數確定后,氣體的體積主要決定于分子間的平均距離而不是分子本身的大小。分子間的平均距離又決定于外界的溫度和壓強,當溫度、壓強相同時,任何氣體分子間的平均距離幾乎相等(氣體分子間的作用微弱,可忽略),故定律成立。該定律在有氣體參加的化學反應、推斷未知氣體的分子式等方面有廣泛的應用。
⒉推導
中學化學中,阿伏加德羅定律占有很重要的地位。它使用廣泛,特別是在求算氣態物質分子式、分子量時,如果使用得法,解決問題很方便。下面簡介幾個根據克拉伯龍方程式導出的關系式,以便更好地理解和使用阿伏加德羅定律。
克拉伯龍方程式通常用下式表示:
PV=nRT……①
P表示壓強、V表示氣體體積、n表示物質的量、T表示絕對溫度、R表示氣體常數。所有氣體R值均相同。如果壓強、溫度和體積都采用國際單位(SI),R=8.31帕·米3/摩爾·度。如果壓強為大氣壓,體積為升,則R=0.082大氣壓·升/摩爾·度。
因為n=m/M、ρ=m/v
所以克拉伯龍方程式也可寫成以下兩種形式:
Pv=m/MRT……②
PM=ρRT……③
以A、B兩種氣體來進行討論:
⑴ 在相同T、P、V時:
根據①式:nA=nB(即阿伏加德羅定律)
若mA=mB則MA=MB。
摩爾質量之比=分子量之比=密度之比=相對密度。
⑵ 在相同T、P時:
體積之比=摩爾質量的反比;
兩氣體的物質的量之比=摩爾質量的反比;
物質的量之比=氣體密度的反比;
兩氣體的體積之比=氣體密度的反比。
⑶ 在相同T、V時:
摩爾質量的反比=兩氣體的壓強之比=氣體分子量的反比。
⒉推論
我們可以利用阿伏加德羅定律以及物質的量與分子數目、摩爾質量之間的關系得到以下的推論:
⑴ 三正比:
同溫同壓下,氣體的體積比等于其物質的量之比:T、P相同,
V1∶V2=n1∶n2
分子數相等,壓強相同的氣體,體積與其溫度成正比:n、P相同,
V1∶V2=T1∶T2;
同溫同壓下,體積相同的氣體,相對分子質量與其質量成正比:T、P、V相同,
M1∶M2=m1∶m2;
⑵ 三反比:
同溫同壓下,等質量氣體的體積與其相對分子質量成反比:T、P、m相同,
V1∶V2=M2∶M1
同溫同體積時,相同質量的任何氣體的壓強與其摩爾質量的反比:T、V相同,
P1∶P2=M2∶M1。
分子數相等,溫度相同的氣體,壓強與其體積成反比:n、T相同,
P1:P2=V2:V1;
⑶ 二連比:
同溫同體積下,氣體的壓強比等于其物質的量之比:T、V相同,
P1∶P2=n1∶n2=N1∶N2
同溫同壓下,同體積的任何氣體的質量比等于其相對分子質量(實際是摩爾質量)之比,也等于其密度之比:T、P相同,
m1∶m2=M1∶M2=ρ1∶ρ2
(注:以上用到的符號:ρ為密度,p為壓強,n為物質的量,M為摩爾質量,m為質量,V為體積,T為溫度;)
⒊相對密度
在同溫同壓下,兩種氣體密度的比值稱為氣體的相對密度:
D=ρ1:ρ2=M1:M2。
⒋注意
⑴.D稱為氣體1相對于氣體2的相對密度,沒有單位。如氧氣對氫氣的密度為16。
⑵.若同時體積也相同,則還等于質量之比,即D=m1:m2。
⑶ 阿伏加德羅定律也適用于不反應的混合氣體。
⑷ 使用氣態方程 PV=nRT 有助于理解上述推論。
⑸ 狀況條件:考查氣體時經常給非標準狀況如常溫常壓下,1.01×105Pa、25℃時等。
⑹ 物質狀態:考查氣體摩爾體積時,常用在標準狀況下非氣態的物質來迷惑考生,如H2O、SO3、已烷、辛烷、CHCl3等。
⑺ 物質結構和晶體結構:考查一定物質的量的物質中含有多少微粒(分子、原子、電子、質子、中子等)時常涉及稀有氣體He、Ne等為單原子組成和膠體粒子,Cl2、N2、O2、H2為雙原子分子等。
晶體結構:P4、金剛石、石墨、二氧化硅等結構。
⑻ 上述定律及推論僅適用于氣體,不適用于固體或液體。這些推論可以幫助我們解決各種與氣體相關的化學問題。
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