混合气体的分压

混合気体の全圧と分圧

II 物質の状態と変化／気体の性質

一句话结论

总压等于各成分分压之和（道尔顿定律）；而分压比＝物质量比＝混合前的体积比。分压＝总压 × 摩尔分数。排水集气时，该气体的分压＝大气压 − 该温度的水蒸气压。

空气是氮气和氧气的混合物，可我们平时只说「大气压是 1.013×10⁵ Pa」。那其中有多少是氮气「贡献」的、多少是氧气的？这个「各自贡献多少」就是分压 —— 而它和物质量的比是同一件事。

为什么是这样

分压的定义是：把其他气体全部拿走、只留这一种时，它在同样的容器里显示的压力。而总压是混合气体实际显示的压力。两者的关系是 总压＝各分压之和，这叫道尔顿分压定律。

为什么可以简单相加？因为气体的压力来自分子撞击器壁，而一个分子撞击的平均效果与它是哪种气体无关 —— 同温下只取决于分子的数目。所以把两种气体混在一起，撞击总数就是两者之和，压力也就是两者之和。

这条也解释了另一个结论：既然压力只看分子数，那么分压之比就等于物质量之比。再加上同温同压下体积与物质量成正比，就得到三个相等的比：分压比＝物质量比＝混合前的体积比。所有分压计算都从这里出发。

混合气体的状态方程与单一气体形式完全相同:pV=nRT，只要把 p 当总压、n 当总物质量。同时每个成分单独也成立：pAV=nART。两式相除立刻得到分压比等于物质量比。

摩尔分数是某成分的物质量占总物质量的比例，于是有很好用的一式：分压＝总压 × 摩尔分数。空气按物质量算氮气 80 %、氧气 20 %，所以在 1.0×10⁵ Pa 的空气里，氮气分压 0.8×10⁵ Pa、氧气分压 0.2×10⁵ Pa。

由摩尔分数还能算平均相对分子量（视在分子量）：各成分的分子量按摩尔分数加权求和。空气是 28.0×0.80+32.0×0.20=28.8。有了它就能把空气当成单一气体代进状态方程，也能算别的气体相对空气的密度 —— 二氧化碳 44.0⁄28.8=1.53，所以它比空气重，会沉在低处。

排水集气时必须减掉水蒸气压。用排水法收集的氢气里混着水蒸气，量筒内的总压等于大气压，所以氢气的分压＝大气压 − 该温度的水蒸气压。水蒸气压只由温度决定（上一节讲过的独立性），查表即得。忘掉这一步会把气体的量算大 —— 这是这一节最常见的失分点。

给各成分的量求分压时，先算物质量、再用摩尔分数乘总压。

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