1-2 氣體定律

氣體定律 1-2 科學家用 壓力 ( pressure，P )、 體積 ( volume，V )、 溫度 ( temperature，T ) 與 莫耳數 ( number of moles，n ) 四個變數來描述氣體的狀態，本節將分別利用此等變數討論氣體定律。 2

波以耳定律 1-2.1 壓力計 閉口式壓力計 開口式壓力計 3

範例 1-2 已知大氣壓力為 755 mmHg，如右圖所示，以開口式水銀壓力計測量某氣體的壓力，左、右管水銀柱的高度差為 150 mm ，求此氣體的壓力為若干 atm ？ 解答 Pgas＝755 mmHg +150 mmHg＝905 mmHg 4

練習題 1-2 解答 Pgas ＝755 mmHg－300 mmHg 的壓力為若干 atm ？ 解答 Pgas ＝755 mmHg－300 mmHg ＝455 mmHg 5

波以耳定律 1-2.1 波以耳的實驗裝置圖： 在 J 形管右端加入水銀，發現加入的水銀愈多，左端空氣柱的長度愈短，即氣體體積愈小。 6

波以耳定律 1-2.1 波以耳的實驗數據 7

波以耳定律 1-2.1 潛水的潛在危險 【流言追追追】氣球飛到高空一定會自爆？ 8

波以耳定律 1-2.1 人類的呼吸現象與波以耳定律之關係 吸氣：胸腔體積增大、壓力降低 吐氣：胸腔體積縮小、壓力增大 9

範例 1-3 定溫時，將 2.0 atm 的氦氣裝入 8.0 升的容器中，若將容器體積壓縮為 4.0 升，求氦氣的壓力變為若干大氣壓？ 解答 因 PV＝常數，所以 P1V1＝P2V2 2.0 atm × 8.0 升＝P × 4.0 升 求得 P＝4.0 atm 10

練習題 1-3 25 ℃時，將定量氣體裝入 0.50 升的容器中，測得其壓力為 228 mmHg。若溫度不變，將氣體體積膨脹至 1.00 升時，其壓力變為若干大氣壓？ 解答 設壓力為 P 大氣壓 P＝0.15 大氣壓 11

查理定律與絕對溫度 1-2.2 查理的實驗設備示意圖： 查理使用類似波以耳實驗的設備，將一端置入定量氣體的 J 形管浸入水槽之中，改變水槽的溫度，並抽出或加入水銀來控制兩端的水銀面在相同高度，使氣體的壓力維持定值，然後觀察氣體的體積與溫度之間的關係。 12

查理定律與絕對溫度 1-2.2 定壓下，一定量氣體，每升高 1 ℃，其體積增 加 0 ℃的 13

查理定律與絕對溫度 1-2.2 絕對溫度 查理定律：定壓下，定量氣體的體積(V)與 絕對溫度(T)成正比。 定 TK＝273.15＋t℃ 假設定量氣體在 t1 ℃ 時之體積為 V1， t2 ℃ 時之體積為 V2， 則： 定 TK＝273.15＋t℃ 絕對溫度 查理定律：定壓下，定量氣體的體積(V)與 絕對溫度(T)成正比。 14

查理定律與絕對溫度 1-2.2 攝氏與克氏溫度之關係 15

查理定律與絕對溫度 1-2.2 實 例 倒入液態氮 T↓ V↓ 16

範例 1-4 25 ℃、1 大氣壓下，某定量氣體的體積為 425 毫升。壓力維持不變，當溫度上升到 100 ℃時，該氣體的體積變為若干毫升？ 解答 設體積變為 V 毫升 ð 解得 V＝532 (毫升) 17

練習題 1-4 解答 定壓下，定量氣體的溫度由 27 ℃ 上升至 87 ℃， 則氣體的體積增加為原體積之若干倍？ (A) 1.1 (B) 1.2 (C) 1.3 (D) 1.4 (E) 1.5 解答 18

亞佛加厥定律 1-2.3 基礎化學(一)－亞佛加厥定律： 定溫、定壓下，同體積的氣體含有相同的分 子數。 基礎化學(一)－亞佛加厥定律： 定溫、定壓下，同體積的氣體含有相同的分 子數。 可改其敘述為： 同溫、同壓下， 氣體的體積 (V) 與其莫耳數 (n) 成正比。 關係式： 化學示範實驗：氣球在密閉瓶中膨脹—亞佛加厥定律（Avogadro's law) 19

(standard temperature and pressure) 亞佛加厥定律 1-2.3 1. 標準溫壓 (STP)：0 ℃、1 大氣壓 (standard temperature and pressure) 2. 在 STP 下，1 莫耳任何氣體體積為 22.414 升。 動畫：氣體定律 20

範例 1-5 利用亞佛加厥定律求氣體分子 量的實驗如下：塑膠袋連同裝 置的重量為 22.32 克，充滿某 氣體後的重量為 24.48 克，換 成充滿氧氣後的重量為 22.68 克，塑膠袋容積為 1.20 升，此時的空氣的密度為 1.20 克／升，求此氣體的分子量為何？(乳頭滴管帽的體積忽略不計； 分子量：O2＝32.0) 21

範例 1-5 解答 解得 M＝64.0 在空氣中所測得的重量需加上浮力校正， 因同溫、同壓、同體積的氣體含相同分子數， 故氣體的重量比＝分子量比 設此氣體的分子量為 M 解得 M＝64.0 22

練習題 1-5 同溫、同壓下，塑膠袋連同裝置的重量為 42.50 克，充入某氣體後的重量為 43.76 克，換成充滿氧氣後的重量為 42.56 克，塑膠袋容積為 2.00 升，此時空氣密度為 1.17 克／升，求此氣體的分子量為何？ (分子量：O2＝32.0) 解答 設此氣體的分子量為 M 解得 M＝48.0 23

學習成果評量 解答 1. 於溫度 150 K、1 atm 下，取 1 m3 的空氣(以圖中 A 表示)， 該氣體在壓力、體積、溫度變 　 該氣體在壓力、體積、溫度變 　 化下，得如右之變化圖， (1) 敘述 A → B → C → D 的變化。 (2) B、C、D 點溫度各為何？ (1) A → B ⇒定容下，加熱，使壓力上升 B → C ⇒定壓下，加熱，使體積膨脹 C → D ⇒定溫下，體積膨脹，壓力下降 解答 (2) B：450 K，C：900 K，D：900 K 24

學習成果評量 2. 定量的理想氣體，在定壓下溫度升高，再於定溫下膨脹體積，則下列關係圖，何者符合該氣體的現象？（多重選擇題） 25