物理化学
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第三节 混合气体分体积定律

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设有一混合气体,压力为101.325kPa,取样气体体积为0.100dm3,用气体分析仪进行分析。首先用氢氧化钠溶液吸收CO2,吸收后剩余气体体积为0.097dm3;接着用焦性没食子酸溶液吸收O2,吸收后余下气体体积为0.096dm3;再用浓硫酸吸收乙烯,最后剩余气体的体积为0.063dm3,已知混合气体有CO2、O2、C2H4、H2四个组分,试求(1)各组分的物质的量分数;(2)各组分的分压。

一、分体积及阿玛格分体积定律

1.分体积

分体积就是指气体混合物中的任一组分B单独存在于气体混合物所处的温度、压力条件下所占有的体积VB

2.阿玛格分体积定律

低压气体混合物的总体积等于组成该气体混合物的各组分的分体积之和。

二、阿玛格分体积定律的数学表达式

VpT)=VApT)+VBpT)+…

对于理想气体混合物,在pT一定条件下,气体体积只与气体物质的量有关,根据理想气体状态方程,有

故有 V=VA+VB+VC+… 或 

适用范围:理想气体混合物或接近于理想气体性质的气体混合物。

三、气体物质的量分数与分体积的关系

气体混合物中组分B的分体积与总体积之比可用理想气体状态方程得出:

即  VB=yBV  (1-10)

式中 yB——组分B的物质的量分数。

式(1-10)表明,混合气体中任一组分的分体积等于该组分的物质的量分数与总体积的乘积。

【例1-5】有2dm3湿空气,压力为101.325kPa,其中水蒸气的分压力为12.33kPa。设空气中O2与N2的体积分数分别为0.21与0.79,求水蒸气、N2及O2的分体积以及O2、N2在湿空气中的分压力。

解 V=2dm3,湿空气中p(H2O)=12.33kPa,p=101.325kPa

y(H2O)=p(H2O)/p=12.33/101.325=0.1217

y(N2)=[1-y(H2O)]×0.79=0.6939

y(O2)=[1-y(H2O)]×0.21=0.1844

在一定Tp下,任一组分B的分体积VB=VyB

所以,V(H2O)=0.1217×2=0.2434(dm3

  V(N2)=0.6939×2=1.3878(dm3

  V(O2)=0.1844×2=0.3688(dm3

在一定VT下,任一组分B的分压力pB=pyB

所以,p(O2)=0.1844×101.325=18.684(kPa)

p(N2)=0.6939×101.325=70.309(kPa)

也可用下列方法计算O2及N2的分压,即

p(O2)=[p-p(H2O)]×0.21=(101.325-12.33)×0.21=18.689(kPa)

p(N2)=[p-p(H2O)]×0.79=(101.325-12.33)×0.79=70.306(kPa)