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克拉珀龙方程

王朝百科·作者佚名  2010-02-10  
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克拉珀龙方程式通常用下式表示:PV=nRT……①

推导:pV=nRT

推导该公式建立在Boyle-Marriote定律,Charles-Gay-Lussac定律,Avogadro定律基础上

V=f(p,T,N)

求V全微分

将Boyle-Marriote定律,以及Charles-Gay-Lussac定律代入全微分中

不定积分得到lnV+lnp=lnT+C

令C=lnR

即得pVm=RT

同乘以n得到pV=nRT

注:所有气体R值均相同。

如果压强、温度和体积都采用国际单位(SI),则P表示压强,单位Pa;V表示气体体积,单位立方米;n表示物质的量,单位mol;T表示热力学温度,单位K(开尔文);R表示气体常数,单位J·mol^-1·K^-1或kPa·L·K^-1·mol^-1。R=8.314帕米3/摩尔·K。

因为n=m/M、ρ=m/v(n—物质的量,m—物质的质量,M—物质的摩尔质量,数值上等于物质的分子量,ρ—气态物质的密度),所以克拉伯龙方程式也可写成以下两种形式:

Pv=m/MRT……②

PM=ρRT……③

以A、B两种气体来进行讨论。

(1)在相同T、P、V时:

根据①式:nA=nB(即阿伏加德罗定律)

摩尔质量之比=分子量之比=密度之比=相对密度)。若mA=mB则MA=MB。

(2)在相同T·P时:

体积之比=摩尔质量的反比;两气体的物质的量之比=摩尔质量的反比)

物质的量之比=气体密度的反比;两气体的体积之比=气体密度的反比)。

(3)在相同T·V时:

摩尔质量的反比;两气体的压强之比=气体分子量的反比)。

阿伏加德罗定律推论我们可以利用阿伏加德罗定律以及物质的量与分子数目、摩尔质量之间的关系得到以下有用的推论:

(1)同温同压时:①V1:V2=n1:n2=N1:N2

②ρ1:ρ2=M1:M2

③ 同质量时:V1:V2=M2:M1

(2)同温同体积时:④ p1:p2=n1:n2=N1:N2

⑤ 同质量时: p1:p2=M2:M1

(3)同温同压同体积时: ⑥ ρ1:ρ2=M1:M2=m1:m2

具体的推导过程请大家自己推导一下,以帮助记忆。推理过程简述如下:

(1)、同温同压下,体积相同的气体就含有相同数目的分子,因此可知:在同温同压下,气体体积与分子数目成正比,也就是与它们的物质的量成正比,即对任意气体都有V=kn;因此有V1:V2=n1:n2=N1:N2,再根据n=m/M就有式②;若这时气体质量再相同就有式③了。

(2)、从阿伏加德罗定律可知:温度、体积、气体分子数目都相同时,压强也相同,亦即同温同体积下气体压强与分子数目成正比。其余推导同(1)。

(3)、同温同压同体积下,气体的物质的量必同,根据n=m/M和ρ=m/V就有式⑥。当然这些结论不仅仅只适用于两种气体,还适用于多种气体。

相对密度在同温同压下,像在上面结论式②和式⑥中出现的密度比值称为气体的相对密度D=ρ1:ρ2=M1:M2。

注意:

①D称为气体1相对于气体2的相对密度,没有单位。如氧气对氢气的密度为16。

②.若同时体积也相同,则还等于质量之比,即D=m1:m2。

 
 
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