新航道解析AP化學必考知識點 - Gas Law氣體定律
2017/5/4 14:01:28來源：新航道作者：新航道
摘要：
今天新航道AP小編要跟各位考生談談AP化學。這是理科生都喜歡的一門課，上海新航道AP課程培訓中心 也開設了AP化學這門課。
AP化學知識點 - Gas Law氣體定律是AP化學的必考內容，在 state of matter 這部分占的分值多。氣體的知識點需要由宏觀的氣體定律和微觀的 kinetic molecular theory 兩方面學習。
其中，氣體定律可用于氣體的定量計算題，微觀的 kinetic molecular theory 可用于解釋氣體定律和一些特別的氣體現象。
文字版內容
首先，由微觀方面考慮，理想氣體行為遵循 kinetic molecular theory。
關于這個理論，有兩點內容需要著重理解領悟。對于理想氣體，因為相鄰粒子間的距離遠大于粒子本身的體積，所以粒子本身的體積可忽略。另外，理想氣體粒子間的任何吸引力和排斥力也可以忽略。
對于理想氣體，平均動能與其絕對溫度成正比。理想氣體粒子的平均速率與絕對溫度的平方根成正比，與氣體粒子 molecular weight 的平方根成反比。
理想氣體粒子對絕對溫度和 molecular weight 的速率分布都符合 Maxwell 曲線。
由宏觀方面考慮，理想氣體行為遵循一些氣體定律。
Boyle’s Law 定義的是在恒定溫度條件下，對于一定量氣體，其壓力和體積的乘積是一個不變常數，也可以表達為
的形式。
Charles’s Law 定義的是在恒定壓力條件下，對于一定量氣體，其體積與絕對溫度的比值是一個不變的常數。
Charles’s Law 的另一種表達形式為 Gay-Lussac’s Law 。在恒定體積條件下，對于一定量氣體，其壓力與絕對溫度的比值是一個不變的常數。
將 Boyle’s Law 和 Charles’s Law 綜合起來，得到的定律是The Combined Gas Law。
Avogadro’s Law 指的是，在恒定的溫度和壓力條件下，理想氣體的體積與摩爾數的比值是一個不變的常數。
這里定義了理想氣體的 standard molar volume。在標準溫度和標準壓力的條件下(STP)，一摩爾理想氣體的體積定義為 standard molar volume，這個值都是22.414 liters per mole。
綜合上述氣體定律后，可以推導出 The Ideal Gas Equation。
其中，R是 gas constant，其取值與壓力和體積的單位有關。在氣體的研究中，當壓力單位是atm，體積單位是 liter 時，R取值為0.0821，單位是 (L x atm) /(mol x K)。
在AP化學考試中，對氣體的考察通常會存在混合氣體的體系。需要明確的是，混合體系中每一種氣體的體積都等于容器的體積，每一種氣體的壓力稱為其 partial pressure，符合 Dalton’s law of partial pressures，體系中的總壓等于每一種氣體的 partial pressure 之和。
在制備氣體的實驗中，如果氣體不溶于水中，通常可以用 water displacement 的方法收集氣體。但是需要注意，收集到的氣體不是純凈的單一氣體，是包括水蒸氣在內的混合氣體。所以在求制備氣體量的過程中，需要由大氣壓中減去在實驗溫度條件下對應的水蒸氣壓力。得到的才是制備氣體的壓力。
最后，Graham’s law of diffusion and effusion 定義了在 diffusion 和effusion過程中，氣體的速率與 molar mass 的平方根的反比關系。
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