Word瓶装气体的基础知识气体体积与温度压力的关系 瓶装气体的基础学问——气体体积与温度、压力的关系 2022-5-29 瓶装气体的基础学问——气体体积与温度、压力的关系 气体的体积、温度、压力是确定气体状态的三个基本参数要讨论气体物理状态的变化，进行工程上的计算，就要讨论这三个基本状态参数间的关系而表示其三个基本状态参数间的数学关系式就是气体状态方程式，其方程式又有抱负气体状态方程式和真实气体状态方程式之分 一、抱负气体状态方程式 所谓抱负气体，是人们为了在讨论气体状态方程式时，忽视气体某些性质对基本状态参数计算的影响，而提出的一种假想的气体此种气体的假设条件为：1．气体分子本身不占有体积；2．气体分子间没有引力当实际气体的压力很低、温度较高时，由于气体的密度很小，其分子本身所占的体积与气体的全部空间之比小到可以忽视不计，而气体分子间的作用力也由于分子间的距离较大亦可忽视时，即可近似地作为抱负气体进行计算 前人曾总结出一些联系压力(P)、体积(V)、温度(T)和物质的量(n)之间关系的阅历规律，现分述如下： 1，波义耳-马略特定律 波义耳—马略特定律可表述为：肯定量的气体在等温时的容积(V)与压力(P)成反比。
即： 式中：V1，V2旷：分别是定量的气体在压力Pl、P2时的容积 2．查理定律 查理定律可表述为：肯定量的气体在等容时的压力(P)与热力学温度(T)成正比即： 式中P1，P2分别是定量的气体在热力学温度T1，T2时的压力 3，盖—吕萨克定律 盖—吕萨克定律可表述为：肯定量的气体在等压时的容积(V)与热力学温度(T)成正比即： 式中T1，T2分别是定量气体在容积V1，V2时的热力学温度 4．阿伏加德罗定律 阿伏加德罗定律可表述为：在肯定的温度与压力下，同体积的任何气体的摩尔数(n)相同即： 5，抱负气体状态方程 抱负气体状态方程(克莱庇隆方程)：上述四个阅历定律，总共涉及了四个变量P、V、T、n每一个定律反映了气体规律的一个侧面，即两参数间的关系综合上述四个定律，推导出P、V、T、n之间的数学关系式某气体由 P1、T1、V1变化至P2、T2、V2，假设气体先等温膨胀，即由P1、T1、V1变化至P1，Tl、V2再由Pl、T1、V2等容变化至P2、T2、V2即： 若将式中的体积(V)用lmol气体体积(Vm)即摩尔比容代入，并令常数为R则得； 其气瓶内的压力为：1．00 2-0．101 3=0．9007 MFa 对于多组分不起化学反应的混合气体，可用道尔顿可加性原理，先求出混合气体的当量摩尔质量M。
然后再代入抱负气体状态方程式进行计算道尔顿可加性原理表示为： M＝∑M1·vi (3．9) 式中：Mi——i组分气体的摩尔质量 vi——i组分气体的体积分率 二、分压定律与分容定律 实际遇到的气体，大多数是混合气体，在低压下的混合气体讨论中，前人总结了两个阅历规律，即道尔顿分压定律和阿马格分容定律严格地说该二定律都只适用于抱负气体 (一)分压定律 设在体积为r的容器内，充有k个组分的低压混合气体，温度为T，各组分的摩尔数分别为n1、n2……nk摩尔总数为： 由式(3．10)可见，式右边的niRT／V即是ni，摩尔的纯组分，单独占据总体积V时所具有的压力即式(3．10)可表示为： 则道尔顿分压定律可表述为：混合气体的总压等于各组分分压之和将式(3．12)与式(3．8)相除，得： 式中ni／n为任一组分i的摩尔数与摩尔总数之比，称为摩尔分数用y i表示气体的摩尔分数，上式变为： 此式表明分压与总压之比等于摩尔分数 (二)分容定律 阿马格分容定律可表述为混合气体的总体积是各组分的分体积之和即： 式中Vi即为组分i的分体积，按抱负气体状态方程， 将式(3.16)与式(3，8)相除，得； 式(3．17)表明分体积与总体积之比等于摩尔分数。
在实际应用时，常将分体积与总体积之比称为体积分数，由式(3．17)可见，对于抱负气体体积分数就是摩尔分数分压定律广泛应用于混合气体的计算应当留意的是；当使用分压定律时，必需用总体积；而使用分容定律时，则应用总压 例4．在温度为25℃，压力为760mmHg，容积为500mi的氧与水蒸气的混合气体中，已知此温度刀；水的蒸气压是23．8mmHg；求(1)氧的分压；(2)氧的摩尔数；(3)在标准状态下氧的体积(不包括水蒸气) 例5．设一混合气体由C O、O2、C2H4、H2等由个组分组成其压力为0．1 MPa，混合气体容积为100，OmL,先将CO2汲取后，剩余气体为97．1mL然后汲取O2，汲取后剩余96．OmL再汲取乙烯后，剩余气体仅为63．2mL试求：(1)各组分的摩尔分数；(2)各组分的分压 解： (1)CO2汲取前为100．OmL汲取后为97．1mL，明显C02的体积为100．0—97．1=2．9mL，其它气体依此类推 由于体积分数等于摩尔分数，所以， y(CO2)=0．029， y(O2)＝0．01l， y(C2H4)＝0．328 y(H2)＝0．632 (2)从分压定律Pi＝Pyi，得出各组分的分压为： P(CO2)＝Py(CO2)=0．1×0．029=0．002 9 MPa P(O2)=Py(O2)=Py(O2)＝0．1× 0．011＝0．001 1 MPa P(C2H4)＝Py(C2H4)＝0．1×0．328＝0．032 8 MPa F(H2)＝Py(H2)＝0．1×0．633 2=0．063 2 MPa 三、真实气体状态方程式 抱负气体状态方程式应用于压力较低、温度较高的气体时，获得了很大的胜利。
但随着测试技术的迅猛进展，特殊是高压和探冷技术的讨论和应用，人们发觉，建立在抱负气体模型基础上的那些状态方程和定律，只有在低压条件下才适用当压力较高和温度较低时，各种气体的计算或测试无一例外地都发生了对抱负气体规律的显著偏离为了修正真实气体与抱负气体之间的偏差，应当引入一个物理量，叫做压缩因子，用符号z表示： 当z＝1，说明应用抱负气体状态方程比较符合实际，当z≠1时，则表明真实气体对抱负气体有偏差如将式(3．18)改成； 则表明z在相同温度、压力下真实气体与抱负气体体积的比值，故称为 压缩因子由式(3．18)可知，对于真实气体，假如知道z的变化规律，便能象抱负气体状态方程一样进行P—V—T关系的计算， 表3-1 N2在不同温度，压力下的压缩因子值 表3—1是N2在不同温度、压力下的压缩因子数值，图3—2就是用这些数据绘制的由表及图可见，当压力趋近于零，各温度下的z都趋向于1但是，当压力由零不断增大，z就渐渐与1偏离在温度较低的状况下，随压力增大，z值先是减小的，当达到最低点后，z值又渐渐增大，z值从小于1逐步变为大于1，并愈来愈大在温度较高的状况下，并不消失这种先降低后上升的现象，而是随压力的增大，z值始终上升，其值始终大于1。
图3—3是不同气体在同一温度(0℃)下的z—P关系，说明不同气体有不同的特点：随P增大， - 6 -。