化學原理啟迪73
1. 【範例】空氣中氮N2的莫耳分率(比例)是0.7808。計算在大氣壓力760torr下，空氣中氮氣N2的分壓。
2. 【解決】氮氣N2的分壓計算如下：
PN2=χN2×PTotal=0.7808×760.torr=593torr
3. 【範例】有一個固體氯酸鉀KClO3樣本，被放到試管中加熱，並分解成以下的反應：
2KClO3(s)→2KCl(s)+3O2(g)
4. 反應產生的氧氣，用排水法收集起來，收集的氣體，溫度22°C、壓力754torr。收集到的氣體，體積是0.650L，此外，水的蒸氣壓在22°C、壓力是21torr。計算在收集好的氣體中，氧氣的分壓是多少？樣本中分解出氧氣的氯酸鉀KClO3質量是多少？
5. 【解決】首先，依據道耳頓的分壓定律，我們發現氧氣的分壓是：
Ptotal= PO2+PH2O=PO2+21torr=754torr
6. 所以
PO2=754torr－21torr=733torr
7. 現在，我們要用理想氣體定律找到氧氣的莫耳數：
nO2=PO2V/RT
8. 在這裡
PO2=733torr/(760torr/atm)
V=0.650L
T=22°C+273=295K
R=0.08206 L atm K¯¹mol¯¹
9. 所以
nO2=(0.964atm)(0.650L)/(0.08206 L atm K¯¹ mol¯¹)(295K)=2.59×10² mol
10. 接下來，利用平衡過的分解氯酸鉀的化學方程式，計算製造出這麼多氧氣的氯酸鉀KClO3的莫耳數：
2.59×10ˉ²mol nO2×(2molKClO3/3molO2)=1.73×10ˉ²mol KClO3
11. 利用KClO3的莫耳數，我們計算出KClO3的公克重：
1.73×10ˉ²mol KClO3×(122.6gKClO3/1mol KClO3)=2.12g KClO3
12. 結論就是，原始樣本含有2.12g的KClO3。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》
徐弘毅：
1. 空氣中氮N2的莫耳分率(比例)是0.7808。計算在大氣壓力760torr下，空氣中氮氣N2的分壓。
2. 我們知道「氮氣」的莫耳分率，就是知道，混合著各種氣體的大氣中，「氮氣」粒子的數量，佔全部氣體粒子數量的比例。
3. 只要空間大、壓力小，氣體粒子之間的引力與氣體粒子本身的體積，影響力就很小，可以忽略，把這些氣體看成「理想氣體」，而在廣大空間中的地球大氣層，蠻符合這些條件，所以，我們把大氣中的空氣，看成理想氣體。
4. 理想氣體的「壓力」，完全來自於氣體粒子「數量、溫度、體積」。
5. 對混合氣體中的每一種氣體來說，地球大氣層的整體「體積」與「溫度」的平均值是固定的，所以，氣體粒子撞擊地球造成的「氣壓」，可以看成完全取決於氣體粒子的「數量」。
6. 因為「氣壓」，完全取決於氣體粒子的「數量」，所以，每種氣體「分壓」佔「全體氣壓」的比例，也就是每種氣體粒子「數量」，占全體氣體粒子「總數量」的比例。數量的單位是「莫耳」。
7. 「氮氣」的莫耳分率
＝「氮氣」粒子的莫耳數量÷全部大氣粒子的總莫耳數量
＝「氮氣」粒子的分壓÷全部大氣粒子的總壓力
8. 換個角度來看，氮氣的分壓＝全部大氣粒子的總壓力×莫耳分率。
9. 反應產生的氧氣，用排水法收集起來，收集的氣體，溫度22°C、壓力754torr。收集到的氣體，體積是0.650L，此外，水的蒸氣壓在22°C、壓力是21torr。計算在收集好的氣體中，氧氣的分壓是多少？樣本中分解出氧氣的氯酸鉀KClO3質量是多少？
10. 混合氣體的壓力，是每一個組成氣體壓力相加起來的結果。而我們收集到的混合氣體，包含氧氣與水蒸氣，所以，只要把「混合氣體的壓力－水蒸氣的分壓」就會找到「氧氣的分壓」。
11. 接下來的問題是，如何利用已經知道的氣體分壓、溫度、體積……等等，推算出「氯酸鉀」樣本的質量。
12. 因為收集到的氣體，壓力是754torr，低於1atm，低壓下，氣體行為接近「理想氣體」，所以，我們可以利用「理想氣體定律」，找到「氧氣」的莫耳數。
13. 已經求出的「氧氣分壓」，加上題目提供的「體積、溫度」資訊，就能計算出「氧氣」的莫耳數。計算的時候，要特別注意把「torr」轉換成「atm」，溫度從「℃」轉換成「絕對溫標K」，因為「常數R=0.08206」的單位是 「L atm/K mol」。
14. 利用「氧氣」的莫耳數，與平衡的「氯酸鉀KClO3」分解方程式，就可以得到樣本「氯酸鉀KClO3」的莫耳數；再利用「氯酸鉀KClO3」的分子量（每莫耳的公克重），計算出「氯酸鉀KClO3」的質量。
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