1.2　气体混合物

由两种或两种以上的气体混合在一起组成的体系， 称为混合气体， 组成混合气体的每种气体， 都称为该混合气体的组分气体。显然， 空气是混合气体， 其中的 O2、N2、CO2 等， 均为空气的组分气体。

组分气体的物质的量用ni表示，混合气体的物质的量用n表示，则n=∑ni，第i组分气体的摩尔分数用xi表示，则xi=ni/n。

混合气体所占有的体积称为总体积，用V总表示，当某组分气体单独存在，且占有总体积时，其所具有的压力，称为该组分气体的分压，用pi表示。有如下的状态方程，将组分气体的分压pi、物质的量ni和混合气体总体积V总联系在一起

piV总=niRT　　（1-2）

混合气体所具有的压力，称为总压，用p总表示；当某组分气体单独存在，且占有总压时，所占有的体积，称为该组分气体的分体积，用Vi表示。如下状态方程成立

p总Vi= niRT　　（1-3）

而Vi/V总称为该组分气体的体积分数。

1.2.1　分压定律

当两种和两种以上的气体在同一容器中混合时，相互间不发生化学反应，分子本身的体积和它们相互间的作用力都可以略而不计，这就是理想气体混合物，其中每一种气体都称为该混合气体的组分气体。

混合气体中某组分气体对器壁所施加的压力叫做该组分气体的分压。对于理想气体混合物来说，由于分子间无相互作用，故在容器中碰撞器壁产生的压力与独立存在时是相同的，即在混合气体中，组分气体是各自独立的，所以某组分气体的分压力等于在相同温度下该组分气体单独占有与理想气体混合物相同体积时所产生的压力。

1801年，英国科学家J.Dalton在大量实验基础上，提出理想气体的混合物，其本身也是理想气体，在温度T下，占有体积为V，混合气体各组分为i（=1，2，3，…，i，…）。

由理想气体方程式得：

故

即

p总=∑pi　　（1-4）

文字叙述：在温度和体积恒定时，混合气体的总压等于各组分气体单独存在时的压力，即分压之和。这一经验定律被称为Dalton分压定律。

另一种表达形式为：

即

pi=p总xi　　（1-5）

在温度和体积恒定时，理想气体混合物中，各组分气体的分压（pi）等于总压（p总）乘以该组分的摩尔分数（xi）。

Dalton分压定律是处理混合气体的基本定律，也是处理与气体反应有关的化学平衡、反应速率等问题中经常应用的重要公式。

例1-1　某温度下，将2×105 Pa，3dm3的O2和3×105Pa，1dm3的N2充入6dm3的真空容器中，求混合气体的各组分的分压及总压。

解：O2　　p1=2×105 Pa　　V1=3dm3

　　　　　p2=？　　　　　V2=6dm3

O2 的分压：

p（O2）=p1V1/V2=（2×105×3/6） Pa=1×105 Pa　　

同理 N2的分压：

p（N2）=（3×105×1/6）Pa=0.5×105Pa　　

混合气体的总压力：

p总=p（O2 ） +p（N2）=（1×105 +0.5×105）Pa=1.5×105 Pa 

例1-2　制取氢气时，在22℃和100.0kPa下，用排水集气法收集到气体1.26dm3，在此温度下水的蒸气压为 2.7kPa，求所得氢气的质量。

解：由此法收集到的是氢气和水蒸气的混合气体。

则其中水蒸气的分压：

p（H2O）=2.7kPa　　

那么

p（H2）=100kPa-2.7kPa=97.3kPa　　

由

piV总=niRT　　

ni=piV总/（RT）=［97.3×103×1.26×10-3/（8.314×295）］mol=0.05mol　　

故所得氢气的质量为m（H2）=2g·mol-1×1×0.05mol=0.1g。

1.2.2　分体积定律

在混合气体的有关计算中，常涉及体积分数问题，这就有必要讨论分体积概念及分体积定律内容。混合气体中某组分i单独存在，并且和混合气体的温度、压力相同时，所具有的体积Vi，称为混合气体中第i组分的分体积。分体积定律是19世纪由阿玛加提出的，分体积定律仍然是理想气体性质的必然结果。根据理想气体方程可以说明之。

由理想气体方程式得：

即

V=∑Vi　　（1-6）

文字叙述：当温度、压力相同时，混合气体的总体积等于各组分分体积之和，这一经验定律被称为阿玛加分体积定律。

另一种表达形式：

即

Vi=V总xi　　（1-7）

在温度和压力恒定时，理想气体混合物中，各组分气体的分体积（Vi）等于总体积（V总）乘以该组分的摩尔分数（xi）。

阿玛加分体积定律是处理混合气体的基本定律。