1.3.3、混合气体的状态方程
如果有n种理想气体,分开时的状态分别为(
、
、
),(
、
、
),…,(
、
、
),将它们混合起来后的状态为P、V、T,那么,有
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如果是两部分气体混合后再分成的部分,则有
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例1、一根一端封闭的玻璃管长96cm,内有一段20cm的水银柱。当温度为27C且开口端向上时,被封闭的气柱长60cm。试问温度至少为多少度,水银柱才可从管中全部溢出。
解:设气体温度为T时,管内的水银柱高度为x,x<20cm,大气压强
。
(1)
得到
(2)
其中P以cmHg为单位,长度以cm为单位。
要求x有实数解的条件
400+4×(76×96-
)≥0
可见
≤
,
≥
时,管内气体可以形成平衡状态。反之,T>
因而x<
时,管内气体压强总是(76+x)cmHg,(1)式不再成立,平衡态无法建立而导致非平衡状态,水银柱将全部溢出。
例2、设在恒温0℃下,测得三甲胺
的密度随压强变化的数据如下表所示,试根据这些数据要求三甲胺的摩尔质量。
|
|
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
|
|
0.5336 |
1.0790 |
1.6363 |
2.2054 |
解:为了准确测定气体的摩尔质量,必须把实际气体的压强外推到零(P→0)时应用理想气体状态方程,即由(1-15)式有
(1)
为了求出P→0时(
)的极限值,可将上述数据作如下变换:
|
|
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
|
|
2.6680 |
2.6975 |
2.7272 |
2.7568 |
现以
为纵坐标,P为横作标,作出
-P图形(图1-3-1),将图中曲线外推到P→0得到
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将上述结果代入(1)式可得
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即三甲胺的分子量为59.14。
§1.4 气体分子运动论