压强、体积、绝对温度、摩尔数一起改,就看不出哪一对才是原因。玻意耳定律要先按住温度和摩尔数,P 与 V 才剩下反比;查理定律要先按住压强和摩尔数,V 与 T 才剩下正比。再在同一条件下叠上阿伏伽德罗关系,四个量收成 PV = nRT 一行,这时的 T 是开尔文,不是摄氏。混合气体里,道尔顿的位置贴在这式旁边:每种气体按自己的摩尔分数往总压上加。不先写下固定了什么,同一套字母就会指向不同的定律。
💡 类比:充满乒乓球的房间
①气体分子 = 四处飞的乒乓球
②温度↑ → 球飞得更快 → 撞壁更强
③压强 = 球撞墙的合力
④房间(体积)变小 → 同时间撞击更频 → 压强↑
⑤球(mol)更多 → 撞击频率↑ → 压强↑
理想气体定律可视化
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气体容器与PV图 — 压强·温度引起的体积变化
左边是带活塞的容器,里面十五个点位置固定,温度越高,只是点的半径和亮度变大。容器高度用 L 写出体积 V,上方三支箭头用 atm 写出压强 P。右边 PV 栏画着金色等温线,红点是当前状态。把压强滑块从 0.5 atm 升到 5.0 atm,同温下活塞坐下、体积变小,红点沿等温线改打;把温度滑块从 -50°C 改到 200°C,先按 T = °C + 273 换成开尔文,再重画整条等温线。这幅图的 n 固定为 1 mol,R 是 0.0821。
1 atm
27 °C
理想气体方程
PV = nRT
P:压强[atm]、V:体积[L]、n:摩尔数、R = 0.0821、T:绝对温度[K]
🔍 尝试两个滑块!
①P↑ → V↓(玻意耳定律:T恒定时PV恒定)
②T↑ → V↑(查理定律:P恒定时V/T恒定)
③PV图等温线为反比例曲线
④红点表示当前状态
⑤此图 n = 1 mol 固定
三大定律合并 → 理想气体方程
把摄氏刻度直接拿去相乘,靠近 0°C 时关系会垮。气体定律里的 T 是绝对温度,只有先用 K = °C + 273 挪过去,V/T 和 PV = nRT 才成立。压强和体积同时随便改,玻意耳的前提(T、n 一定)和查理的前提(P、n 一定)会一起破,所以要先在式子旁边写清按住了哪一格。高压、低温下,分子体积和引力开始把真实气体拉离理想式;STP 的 22.4 L 刻度也只在 0°C、1 atm 才是同一个数。先对齐单位和开尔文换算,再算比值更稳妥。