理想氣體定律

化學原理啟迪68

1.     我們透過實驗觀察，了解關於氣體性質的三個定律：

2.     這些關係顯示出，氣體的體積是如何受到壓力、溫度和氣體分子莫耳數的影響，把所有定律結合起來，就得到以下的結果：

3.     在這裡，把各定律中的固定比例常數統合起來，得到常數R，稱為「氣體常數 universal gas constant」。當壓力單位是大氣壓力atm，而體積單位是升L，R的數值就是0.08206 L atm K¯¹ mol¯¹。

4.     上面的理想氣體定律，重新調整排列，就得到下面這個常見的理想氣體定律ideal gas law：

5.     理想氣體定律是一個說明氣體狀態的方程式，氣體狀態指的是氣體在「特定時間點」的狀態。氣體的種種狀態，可用它的「壓力」、「體積」、「溫度」和「莫耳數」來描述。

6.     某個氣體，只要能確定「壓力」、「體積」、「溫度」和「莫耳數」中的3個資訊，我們就能說出（定義）這個氣體的狀態，因為這些資訊加上「理想氣體定律」就能明確指出這個氣體的4種性質面向。

7.     我們必須清楚認知，理想氣體定律是從經驗而來的方程式，它是建立在實際去實驗測量氣體性質的數據。

8.     如果某個氣體遵守理想氣體定律，我們會說這個氣體的行為模式是理想的ideally。也就是，這個方程式定義了一個理想氣體的行為，這是一個假設出來的物質。

9.     我們應該把「理想氣體方程式」看成有界線的定律，它說明的是真實氣體在低壓、高溫下的行為。大部分的氣體在低於1大氣壓的情況下的行為會相當遵守理想氣體定律，與假設的理想氣體行為，誤差非常地小。

10.  【範例】有一個氫氣H2樣品，在0°C與1.5atm之下，體積是8.56L。計算這個氣體樣品含有多少莫耳的氫氣H2分子。

11.  【解決】調整理想氣體定律，來解決莫耳數的問題：

n = PV/RT   莫耳數=(壓力×體積)÷(常數×溫度)

12.  在這裡，壓力P=1.5atm，體積V=8.56L，T=0°C +273=273K，

R＝0.08206 L atm K¯¹ mol¯¹

所以，氫氣H2的莫耳數

n=(1.5atm) (8.56L)/(0.08206 L atm/K mol)(273K)＝0.57mol

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

 

徐弘毅：

1.        人有「求生與學習」的本能，老師要訓練學生，不要忘記這個本能。

2.        學習的第一重要的重點是語言的學習，意會、聽、說、讀、寫的階段性教育。

3.        學習的第二重要的重點是品德教育，也就是對大師的「道理」心服口服與實現。

4.        學習的第三重要的重點不是記憶知識，而是訓練好「邏輯思考」，也就是熟練「演繹法與歸納法」。

5.        演繹法，是根據「肯定不移」的信念，作推論的「前提」，然後再根據因果關係的「法則」，加以推測、預估，使推論的結果也變成肯定不移的信念。例如：人必死亡；仇人也是人；結論是仇人一定會死。

6.        我們相信，所有的物質運動都會符合牛頓三大運動定律，氣體粒子也不例外。

7.        然後，我們假設，氣體粒子在沒有體積、彼此沒有交互作用下，氣體粒子無數運動，都可分解成最基本的動作：「撞擊容器牆壁，並且反彈一次」。

8.        因為牛頓定律說：「作用力等於反作用力」，所以，粒子的「反彈的速率」與「第一次撞擊牆壁」的速率完全一樣。

9.        然後，以這個模型來分析，氣體粒子「動能」，與容器承受粒子「撞擊力量」（反映在壓力、體積上）之間的因果關係，又進一步推論出粒子的「運動速率」、「各種速率粒子的數量比例」、「撞擊率」、「粒子二次碰撞之間相隔的時間」等等。

10.     因為前提是根據「肯定不移」的物理學信念，推論過程依據「壓力」、「體積」、「溫度」和「莫耳數」的因果關係，所以，推論的結果也變成肯定不移的信念，可以應用在各種計算上。

11.     歸納法，是根據人的「感官與經驗」充分的「認知」事物，經過「分析與分類」的思考程序，把相類似的事物予以統合出「判斷結論」。例如：摘下蘋果，看見顏色、聞到香味、敲一敲硬度、嘗試咬一咬，根據過去的經驗，判斷是食物、香甜、水果、有益等。

12.     經過無數次實驗的結果，人類的感官充分認知到氣體「壓力」、「體積」、「溫度」和「莫耳數」四個面向，經過分析，歸類出波以爾定律、查理定律、亞佛加厥定律，把這三大定律統合起來，就得到「理想氣體定律」的判斷結果。

13.     大部分的人，年幼時適合採歸納法教育，年長時適合演繹法教育。

14.     道德教育的基本學習項目：1尊重別人。2追求博學。3反省自律。4負責任。5同理心。6公義心。7立志與實踐。道德教育最好的時機，是生活中的機會教育，也就是平常身教，學生做事、經歷時的言教。