魯科版化學書上關于等量氣體體積差異性分析

（清流一中，福建 清流 365300）

在魯科版書本上P21，關于氣體摩爾體積的數據處理的表格中，在標準狀況下，1mol 氣體體積都約為22.4 升。可是二氧化碳為什么是22.3 升？那么大家都知道在相同的溫度和壓強下，1mol 的不同氣體的體積在數值上幾乎一樣，但是為什么二氧化碳差別明顯，具體和什么因素有關呢？

理想氣體狀態方程（也稱理想氣體定律、克拉佩龍方程）是描述理想氣體在處于平衡態時,壓強、體積、物質的量、溫度間關系的狀態方程.它建立在波義耳定律、查理定律、蓋-呂薩克定律等經驗定律上.

理想氣體狀態方程（ideal gas,equation of state of）,也稱理想氣體定律,描述理想氣體狀態變化規律的方程.質量為m,摩爾質量為M 的理想氣體,其狀態參量壓強p、體積V 和絕對溫度T 之間的函數關系為：pV=mRT/M=mrT,r=R/M,式中M 和n 分別是理想氣體的摩爾質量和物質的量；R 是氣體常量.對于混合理想氣體,其壓強p 是各組成部分的分壓強p1、p2……之和,故pV=（p1+p2+……）V=(n1+n2+……)RT,式中n1、n2、……是各組成部分的物質的量.

以上兩式是理想氣體和混合理想氣體的狀態方程,可由理想氣體嚴格遵循的氣體實驗定律得出,也可根據理想氣體的微觀模型,由氣體動理論導出.在壓強為幾個大氣壓以下時,各種實際氣體近似遵循理想氣體狀態方程,壓強越低,符合越好,在壓強趨于零的極限下,嚴格遵循.

理想氣體狀態方程是由研究低壓下氣體的行為導出的.但各氣體在適用理想氣體狀態方程時多少有些偏差；壓力越低,偏差越小,在極低壓力下理想氣體狀態方程可較準確地描述氣體的行為.極低的壓力意味著分子之間的距離非常大,此時分子之間的相互作用非常小；又意味著分子本身所占的體積與此時氣體所具有的非常大的體積相比可忽略不計,因而分子可近似被看作是沒有體積的質點.于是從極低壓力氣體的行為觸發,抽象提出理想氣體的概念.理想氣體在微觀上具有分子之間無互相作用力和分子本身不占有體積的特征.

同溫同壓下，相同體積的任何氣體含有相同的分子數，稱為阿伏加德羅定律。氣體的體積是指所含分子占據的空間，通常條件下，氣體分子間的平均距離約為分子直徑的10 倍，因此，當氣體所含分子數確定后，氣體的體積主要決定于分子間的平均距離而不是分子本身的大小。分子間的平均距離又決定于外界的溫度和壓強，標準狀況通常指溫度為0℃（273.15K）和壓強為101.325kPa（1 標準大氣壓，760mmHg）的情況。由于地表各處的溫度、壓強皆不同，即使是同一地點的溫度壓強也隨測量時間不同而相異，因此為研究方便，制定出描述物質特征的標準狀況：0 ℃（273.15 K）、101kPa，這樣的定義接近海平面上水的冰點。1 摩爾的理想氣體在STP 下占有的體積為22.413996（39）L(CODATA 2002)，為標準摩爾體積（standard molar volume），這是區別一般條件而制定的標準。

當溫度、壓強相同時，任何氣體分子間的平均距離幾乎相等(氣體分子間的作用微弱，可忽略)，故定律成立。氣體體積的大小決定于三個方面：1.氣體的多少；2.不同氣體分子的大小；3.外界壓強等因素。二氧化碳分子屬于非極性分子，分子之間的色散力和取向力不大，氣體分子大小差距不大。

實際氣體中的問題當理想氣體狀態方程運用于實際氣體時會有所偏差，因為理想氣體的基本假設在實際氣體中并不成立。如實驗測定1 mol 乙炔在20℃、101kPa時，體積為24.1 dm，而同樣在20℃時，在842 kPa下，體積為0.114 dm，它們相差很多，這是因為，它不是理想氣體所致。

一般來說，沸點低的氣體在較高的溫度和較低的壓力時，更接近理想氣體，如氧氣的沸點為-183℃、氫氣沸點為-253℃，它們在常溫常壓下摩爾體積與理想值僅相差0.1%左右，而二氧化硫的沸點為-10℃，在常溫常壓下摩爾體積與理想值的相差達到了2.4%。應用一定量處于平衡態的氣體，其狀態由p、V 和T 刻劃，表達這幾個量之間的關系的方程稱之為氣體的狀態方程，不同的氣體有不同的狀態方程。但真實氣體的方程通常十分復雜，而理想氣體的狀態方程具有非常簡單的形式。

雖然完全理想的氣體并不可能存在，但許多實際氣體，特別是那些不容易液化、凝華的氣體（如氦、氫氣、氧氣、氮氣等，由于氦氣不但體積小、互相之間作用力小、也是所有氣體中最難液化的，因此它是所有氣體中最接近理想氣體的氣體。）在常溫常壓下的性質已經十分接近于理想氣體。

此外，有時只需要粗略估算一些數據，使用這個方程會使計算變得方便很多。