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理想气体状态方程

理想気体の状態方程式

II 熱 / 理想気体の状態方程式
一句话结论

pV = nRT。同一封闭气体在两个状态间满足 p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂。温度必须用 K,这是本节最高频的失分点。

pV = nRT 把三个宏观量锁在一起:只要气体量不变,知道任意两个就能定第三个。它同时也是三条经验定律(玻意耳、查理、盖-吕萨克)的统一形式,不必分别记忆——固定哪个量,就退化成哪一条。

为什么是这样

pV=nRT 把三个宏观量锁在一起:只要气体量不变,知道任意两个就能定第三个。它同时也是三条经验定律的统一形式——固定温度得玻意耳定律,固定压强得查理定律,固定体积得盖-吕萨克定律,不必分别记忆。

为什么必须用绝对温度?因为 pV/T 这个比例关系要求温度有一个绝对的零点。摄氏度的零点是水的冰点,纯属人为选择;用它代入会得到 0 °C 时 pV = 0 这种荒谬结论。

这一点是本节最高频的失分点,而且错了之后结果往往「看起来像个数」,不容易自查。所以拿到题的第一个动作就该是把所有温度加 273。

等压加热:体积与绝对温度成正比300 K2.0 L400 K2.67 L等压加热活塞可自由移动 ⇒ 压强不变 ⇒ V ∝ T(T 用 K)若误用摄氏度 127/27,会算出约 9.4 L —— 明显荒谬

定量表达

pV=nRT,其中 R ≈ 8.31 J/(mol·K)。做题时更常用的是两状态比较式 p1V1⁄T1=p2V2⁄T2——它的前提是气体量 n 不变,也就是密闭容器、无泄漏。

用比较式的好处是 R 和 n 都被约掉了,不需要知道具体有多少摩尔。等压过程 p 约掉、等温过程 T 约掉、等容过程 V 约掉,式子会自动退化成对应的单一比例关系。

理想气体的适用范围:压强不太高、温度远离液化点。EJU 范围内一般直接当理想气体处理,但要知道这是近似。

p1V1T1=p2V2T2
p1
状态 1 的压强[Pa]
V1
状态 1 的体积[m³]
T1
状态 1 的绝对温度[K]
p2
状态 2 的压强[Pa]
V2
状态 2 的体积[m³]
T2
状态 2 的绝对温度[K]
适用条件
  • 气体量 n 不变(封闭容器、无泄漏)
  • T 用 K

怎么用

以例题为例:封闭气体在 27 °C 时体积 2.0 L,等压加热到 127 °C,求新体积。第一步换算温度:T₁ = 300 K,T₂ = 400 K。

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