【學科乾貨】IB化學中的氣體定律你知多少?

2021-02-08 crazyIB


接觸過IB化學的同學們,

對氣體定律一定不陌生,

在Topic 1定量化學中,

氣體定律是很重要的一部分。

回顧一下,

同學們的腦子裡肯定被Boyle’s Law, Charles』 Law,Gay-Lussac’s Law等等各種人名繞暈了,

然後努力回想哪個人名對應哪個定律。

哈哈,又被機智的小編看穿了!

不急,下面就帶你們一起清楚的梳理各種Law。

 

其實千變萬變都離不開理想氣體狀態方程PV=nRT,

其中P指理想氣體的壓強,

V為理想氣體的體積,

n表示氣體物質的量,

T表示理想氣體熱力學溫度,

為理想氣體常數(8.314)。

所以同學們需要牢記這個公式,

遇到不同的條件時,

只要進行公式變換就可以了。

下面我們看看具體的幾種定律:


1Boyle’s Law: P1V1=P2V2(PV=constant),

根據Boyle定律,

在一個固定的壓強下,

氣體的壓力和體積成反比。圖示為:




記憶Tips

Boyle可以這樣記,

由於PV=constant,

想到小編讓你們一定要牢記的萬能理想氣體狀態方程PV=nRT,

那麼P1V1=constant,

P2V2=constant,

則P1V1=P2V2。


例1:氣球中氦氣的壓力在210KPa時,

它的體積為4dm3,

那麼當氣球的體積變為2.5dm3的時候它的壓力會變為多少?

根據Boyle氣體定律,

P1V1=P2V2,(210KPa)(4dm3)=P2(2.5dm3),P2=340KPa

 

2)Charles』 Law: (V=kT),

根據Charles氣體定律,

只要氣體壓力一定,

氣體的體積與開爾文溫度(=oC+273.15)成正比。

圖示為:


記憶Tips

理想氣體狀態方程可以變形為:P=nRT/V,

當氣體壓力一定時,

nRT1/V1=nRT2/V2,

n和R是不變的,則有:

例2

一種氣體在40攝氏度時佔據了2.32dm3,

當溫度上升至75攝氏度時的氣體最終體積?

首先一定不要忘記攝氏度轉換至開爾文溫度,

40oC=313K,75oC=348K,

根據Charle定律,

V1/T1=V2/T2,2.32dm3/313K=V2/348K,則V2=2.58dm3

 

 

3)Gay-Lussac’s Law:

Gay-Lussac定義了在體積一定時,

壓力和溫度成正比的關係。圖示為:





記憶方法同上。

 

4)The Combined Gas Law

如果氣體的物質的量一定,綜上則有:

記憶方法同上。


例3

在30攝氏度,110KPa下的氣體充滿在2dm3的容器裡,

溫度上升至80攝氏度,

壓力上升至440KPa時,

氣體應該充滿在多少體積的容器裡?

首先不要忘記開爾文溫度的轉換,

30oC=303K, 80oC=353K,

根據The Combined Gas Law,

=0.58dm3

 

5綜上,將開爾文溫度、壓力、體積、氣體的摩爾數結合起來就得到了理想氣體狀態方程:PV=nRT,

小編提前提出理想氣體狀態方程就是想讓同學們再記憶其他三個氣體定律時,

能夠理解性的記憶,

搞清楚條件,

從理想氣體狀態方一推導便知。

有時候為了便於記憶,

可以將後面學的知識提前拿過來用,

將知識串聯起來效果更佳。

 

例4:在20攝氏度,大氣壓為0.880時,

25g O2所佔據的容器的體積是多少?

據題意,氣體的摩爾數n=m/M=25g/32g mol-1=0.781mol,

        溫度轉換為開爾文溫度:T=20+273K=293K,

        R=0.08205 dm-3 atm mol-1K-1

根據理想氣體狀態方程PV=nRT,

V=nRT/P=21.3 dm3

 

6)理想氣體狀態方程變形模式

• 氣體密度d的計算:

m為氣體的質量,

M為氣體的摩爾質量;

• 氣體的摩爾質量M推導:M=dRT/P

d為氣體的密度(g/L)。


5:在溫度為27攝氏度,一個大氣壓下,2.10 dm3的容器裡,有4.65g氣體,那麼這個氣體的摩爾質量是多少?

根據理想氣體狀態方程的變形模式:d=M/V = PM/RT, 


其中d=m/V=4.65g/2.10dm3=2.21g/dm3

 

則 

M=54.6g/mol

 

經過小編的梳理,

每一步應該深深印在你們的腦海裡了吧,沒記住?

沒關係,記住我們萬能的理想氣體狀態方程PV=nRT,

然後在不同條件下各種變形即可!

希望同學們仔細理解我們今天的幾個氣體定律哦~


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