1、第 1 章 氣 體 31. 了解大氣的組成及氣體的性質。2. 知道氣體壓力的定義及測定方法。3. 描述氣體性質的三大定律。4. 清楚理想氣體方程式的來源及應用。5. 區分理想氣體與真實氣體。6. 認識混合氣體之分壓與總壓。定義：地球上空所覆蓋的氣體稱為大氣，其厚度約一千公里，靠近地表的部分俗稱空氣大氣 組成：氮氣約占 78，而氧氣約占 21分層：可分為對流層、平流層、中氣層、游離層及外氣層等五層氣體具有擴散、膨脹及可壓縮的通性氣體較容易量測的性質有體積、溫度及壓力壓力（P）為單位面積（A ）所承受的力（F），即大氣壓力 PFA1 atm76 cmHg 760 mmHg760 torr1.013
2、10 5 N/m21.01310 5 Pa1.01310 3 hPa閉口式壓力計：此時氣體壓力即等於左右兩管高度差，即氣體壓力（P gas）h當容器內氣體壓力等於大氣壓力時，兩端高度相等，則：P gasP atm開口式壓力計 當容器內氣體的壓力小於大氣壓力時，開口端的水銀柱高度低於氣體端，則：P gasP atmh當容器內氣體壓力大於大氣壓時，開口端的水銀柱高度會高於氣體端，則：P gasP atmh將氣體粒子視為質點，即粒子具有質量但不占有體積氣體粒子間的作用力為零氣體粒子彼此與器壁之間為彈性碰撞氣體粒子的平均速率與絕對溫度有關，溫度愈高，平均速率愈大氣體粒子碰撞容器壁產生壓力：器壁所受壓力
3、大小取決於單位時間撞擊器壁的次數及單位面積上碰撞力的大小第 1 章 氣 體年度 96 97 98 99 100 101 102題數 2 3 1 4 3 3 2氣體的性質與大氣壓力氣體的通性氣體粒子的運動模型氣體壓力計大氣與氣體的性質1-1氣體粒子模型的假設4 高中基礎化學(三)學習講義氣體粒子在容器內彼此碰撞，造成某些粒子速率較快，某些粒子速率較慢，因此同一溫度，氣體粒子的速率並非完全相同溫度可改變速率分布曲線。低溫時，速率分布曲線較為狹窄，平均速率較小；溫度增高時，曲線較為寬廣，但整個曲線往高速率方向偏移，使得平均速率變大波以耳定律：定溫時，壓力漸大，密閉端的氣體體積漸小，但兩者乘積接近定值
4、，即V 或 P 或 P1V1P 2V21P 1V氣體化合體積定律：1808 年法國科學家給呂薩克發現氣體間的反應，或有氣體生成時，在同溫同壓下各氣體間的體積恆成簡單整數比亞佛加厥定律 亞佛加厥假說：1811 年亞佛加厥首先提出，同溫同壓下，相同體積的氣體含有相同個數的粒子莫耳體積：物質一莫耳的體積稱為莫耳體積。氣體 1 莫耳在 0及 1 大氣壓下的體積約為 22.4 公升。若在室溫 25、1 大氣壓下，氣體的莫耳體積約為 24.5 公升攝氏溫標（）：將水銀溫度計的水銀球浸在 1大氣壓下的冰水和沸水中，分別得到兩個刻度，將其訂為零度和一百度，再將兩點的距離平分為 100 個等距溫度定義 華氏溫標
5、（）：歐美常用於播報氣溫高低的華氏溫標是以冰的熔點及水的沸點分別當作 32 度和 212 度，再加以等距均分刻度而成克氏溫標（K ）：克氏溫標則為絕對溫標，絕對零度（0 K）為理論上的最低溫度查理定律 溫度數值換算：T（K ）t （）273.15t 2（）t 1（） 3295查理定律：定壓時，定量氣體的體積 （V ） 和絕對溫度 （T ） 成正比V V0（1 t） （273.15t ）1273.15 V0273.15氣體定律1-2氣體粒子的速率第 1 章 氣 體 5（ ）TV0273.15波以耳定律：V （n、T 為定值）1P公式推導 查理定律：V T（n、P 為定值）亞佛加厥定律：V n（P
6、 、T 為定值）V Tn V R 或1P nTPPVnRT，其中 R 通常稱為理想氣體常數理想氣體常數（R）的數值：R0.082 atmLmol 1 K 1 8.31 Jmol 1 K 1可用來測量氣體或揮發性液體的分子量（M）PMDRT，其中 D 為氣體或蒸氣的密度理想氣體的條件：氣體粒子本身所占的體積為零，彼此間為彈性碰撞，且粒子間並無吸引力，因此 PVnRT 又稱為理想氣體方程式真實氣體的粒子本身占有體積，且粒子間具吸引力，故真實氣體的行為與理想氣體會有差距狀態：當溫度高而壓力小時，氣體的行為較能遵循理想氣體方程式氣體種類：氫氣、氦氣、氖氣、氬氣、氮氣、氧氣等氣體因粒子間的引力小、難液化
7、，在常溫常壓下較接近理想氣體擴散（diffusion）：定溫定壓下，氣體擴散速率（ ）與分子量平方根（ ）成反比，稱為格雷姆擴M散定律： 1 2逸散（effusion ）：所謂逸散是氣體經由針孔進入真空或低壓的現象。格雷姆的實驗結果也顯示，在定溫定壓時，氣體逸散速率也與氣體分子量的平方根成反比，同樣適用 來表示 1 2理想氣體1-3理想氣體方程式理想氣體與真實氣體的比較應用及衍生式真實氣體真實氣體趨近於理想氣體的條件氣體的擴散與逸散6 高中基礎化學(三)學習講義分壓與總壓：若混合氣體置於容器中彼此間不發生作用，則混合氣體對器壁所產生的壓力稱為總壓，而各成分氣體單獨存在於同一容器中所產生的壓力稱
8、為分壓內容：定溫下，彼此間不發生作用的混合氣體，在容器中的總壓力（P t）等於各成分氣體的分壓（P i）和P tP 1P 2P 3道耳頓分壓定律 莫耳分率：某一種氣體的莫耳數占所有氣體總莫耳數的比例，可以表示如下：X in i nt相關公式：P iX iPt氣體混合若發生化學反應：混合後之總壓力並非道耳頓分壓定律之直接結果，需由化學計量處理後，得知最後存在氣體之總壓氣體壓力的校正：實驗室常以排水集氣法收集難溶於水的氣體，以此種方法收集的氣體，還包含飽和水蒸氣。因此必須扣除飽和水蒸氣的壓力，才是真正該氣體的壓力當內外液面等高P gP aP H2O mmHg液面高度（內外）壓力校正情況 P gP
9、aP H2O mmHgh11013.6液面高度（內外）P gP aP H2O mmHgh21013.6道耳頓分壓定律氣體的分壓1-4道耳頓分壓定律的應用第 1 章 氣 體 7大氣與氣體的性質 學 習 概 念 1. 定義：地球上空所覆蓋的氣體稱為大氣，其厚度約一千公里，靠近地表的部分俗稱空氣。2. 組成：氣體種類 氮氣 氧氣 氬氣 二氧化碳 其他乾燥空氣中含量 78.08 20.95 0.93 0.033 不足 0.0033. 分層：(1) 對流層： 013 km ，所有氣候變化及生物活動皆在此範圍。(2) 平流層： 1350 km ，其中 2030 km 處因含臭氧較多，因此又稱臭氧層，大氣中
10、約有 90的臭氧集中在這個區域，此層具有吸收紫外光的功能，可保護地表上的生物減少遭受紫外光的侵害。(3) 中氣層（光化層）：5085 km，含 O2、O 3及氮的氧化物，會進行O2 光分解，最低溫約90 。(4) 游離層（增溫層）：85550 km，原子產生游離現象，可用於反射長波長之無線電波，溫度相當高。(5) 外氣層： 5501000 km，以氫、氦為主，為外太空的起點。大氣 （南一版 p.7）18 高中基礎化學(三)學習講義範例 大氣結構及性質 基礎題下列有關各大氣分層的敘述，哪些正確？(A)引起光化作用最明顯的大氣層在中氣層，且此區域已無氣候現象 (B)溫室效應主要發生在對流層中 (C
11、)大氣層中含有大量臭氧的區域在對流層中，它可吸收紫外線，因此地球表面生物可免於受其高能量的傷害 (D)大氣中，其垂直結構厚度最小者為對流層，但其所含的水蒸氣含量最多 (E)在平流層中，溫度隨距地面愈高，則溫度愈低答案 解析 (C)臭氧主要存在於平流層中；(E)在平流層中，離地面高度愈高，其溫度愈高。類題 根據氣溫分布的特性，地球大氣圈可分為對流層、平流層、中氣層及增溫層。下列有關這四個分層的敘述，何者正確？(A)陽光首先照射到地球大氣圈的最外層，因而在此產生對流層 (B)陽光中的紫外線穿透地球大氣圈抵達地面後，其量絲毫不減 (C)對流層中的水氣與二氧化碳，均具有替地球保溫的作用 (D) 水循環
12、主要發生在對流層與平流層之交界面上 【90.學測】： 。答 學 習 概 念 1. 氣體的通性：(1) 氣體具有擴散、膨脹及可壓縮的通性，主要歸因於氣體粒子間的距離遠大於粒子本身的大小。因此每個氣體粒子好像不受其他粒子約束般快速自由運動，結果不同種類的氣體便表現出極類似的行為。說明：將氣體置入一固定容器時，氣體粒子從高濃度區域向低濃度區域移動至整個容器，而達到均勻混合，此過程稱為擴散；因此，氣體的體積可視為容器體積。 溴水揮發後溴蒸氣粒子在密閉容器的擴散現象(2) 氣體較容易量測的性質有體積、溫度及壓力。依據我們為籃球充氣的經驗，洩氣的籃球經充氣後即可變硬，且充氣愈多，籃球變得愈硬，籃球變硬的原
13、因是因為籃球內部的氣體粒子數增加，碰撞器壁的頻率增加，而使壓力增加而變硬。（(A)對流層與外氣層不同；(B) 紫外線會在平流層被臭氧吸收；(D)水循環發生於對流層的底部。）氣體的性質與大氣壓力 （南一版 p.9）21 籃球因氣體粒子碰撞壁上的頻率增加而壓力變大，籃球變硬第 1 章 氣 體 92. 大氣壓力：(1) 壓力（ pressure，縮寫為 P）為單位面積（area，縮寫為 A）所承受的力（force ，縮寫為F），可以表示如下：PFA(2) 大氣施於海平面的壓力，稱為大氣壓力，即在 1 平方公尺的面積上所承受的力（F ）為氣體質量（m）乘以重力加速度（g）（9.8 公尺 秒 2）。說明
14、：因空氣柱內的氣體密度不均，空氣存在的高度亦無法確定。因此不易準確的算出此長方柱內空氣的總重量，也就無法算出 1 大氣壓力。(3) 十七世紀，科學家 托里切利所設計的氣壓計可用來測量大氣壓力。說明：將水銀灌滿一端封口的細長管子，再將開口處插至水銀槽中，緩慢調整使其直立於水銀槽（如右圖），管中部分水銀會流至槽內，直至管中高於槽中水銀面的水銀柱壓力等於外部的大氣壓力為止。(4) 我們將一標準大氣壓訂在溫度為 0 ，緯度 45 度海平面上的氣壓，簡稱為 1 大氣壓（1 atm），它的數值為 760 mm Hg。為紀念托里切利，我們將毫米汞柱稱為托（torr），即1 atm76 cmHg760 mmH
15、g 760 torr1.01310 5 N m21.01310 5 Pa1.013 103 hPa標準國際單位 SI 制將帕斯卡（簡稱為帕 Pa）訂為壓力的單位，即 1 Pa1 N m2。說明：由 P ，而 Fmg，FAPmgA而 m體積 密度底面積 高度密度AhdP h dg（水銀密度13.6 g cm313.610 3 kg m3）故 1 atm0.76 m 13.6103 kg m39.8 m s21.013 105 kg ms 21.01310 5 kgm s2m 21.01310 5 N m2氣壓計：管中上方的真空稱為托里切利真空，高於水銀面的水銀柱高度即為大氣壓力10 高中基礎化學
16、(三)學習講義3. 氣體壓力計：實驗室中常用水銀壓力計測量氣體壓力，水銀壓力計可分為閉口式和開口式兩種。(1) 閉口式壓力計：常用來測量壓力較小的氣體。當下圖(A) 左側的容器為真空時，兩邊水銀高度相等，若於左側容器中加入一些氣體（下圖(B)），氣體的壓力會使左側水銀柱下降，而右側水銀柱升高。由於水銀上方幾近真空，此時氣體壓力即等於左右兩管高度差，即氣體壓力（P gas）h mmHg。(A) (B) 閉口式水銀壓力計：(A)氣體壓力為 0；(B)氣體壓力：P gash20 mmHg(2) 開口式壓力計：將裝入水銀的 U 型管一端連接於待測氣體的容器上，另一開口處與大氣相通：當容器內氣體壓力等於
17、大氣壓力時，兩端高度相等（如下圖(A)）。 1當容器內氣體壓力小於大氣壓力時，開口端的水銀柱高度低於氣體端（如下圖(B)）。 2當容器內氣體壓力大於大氣壓力時，開口端的水銀柱高度高於氣體端（如下圖(C)）。 3(A) (B) (C) Pgas Patm760 mmHg Pgas Patmh760 mmHg20 mmHg740 mmHgPgas Patmh760 mmHg20 mmHg780 mmHg第 1 章 氣 體 11範例 壓力單位 基礎題下列壓力的單位換算何者錯誤？(A) 1 atm76 cmHg (B) 1 cmHg1 torr (C) 1 Pa1N m2 (D) 760 torr10
18、13 hPa答案 解析 1 atm760 mmHg760 torr 1 cmHg10 torr。類題 152 cmHg 2 atm 2067.2 gw cm2 2026 百帕。範例 氣壓的測定 基礎題(1) 下圖實驗當時大氣壓力為 1 atm，求下列各氣壓計內氣體壓力為多少 mmHg？(a) (b) (c) (2) 若將(c)的氣體改為開口式壓力計，則開口端汞柱比閉口端汞柱高或低若干 cm？答案 (1) (a) 835 mmHg，(b) 730 mmHg，(c) 45 mmHg；(2) 低 71.5 cm解析 (1) (a) 76075835（mmHg）；(b) 76030 730（mmHg）
19、；(c) 45 mmHg。(2) 76045 715 mmHg71.5 cmHg。類題 某閉口式壓力計充入 X 氣體後，閉口端水銀柱高度為氣室端的 3 倍；再改換 Y 氣體後，閉口端水銀柱高度為氣室端的 4 倍，則 Y 氣體的壓力為 X 氣體的若干倍？(A) 1.8 (B) 1.6 (C) 1.4 (D) 1.2： 。答2（ 2 atm；21033.62067.2 gw cm2；2 10132026 hpa。）152763（水銀量相同，4x5y 1.2。）yx 45 PyPx 3y2x 342512 高中基礎化學(三)學習講義 學 習 概 念 1. 氣體粒子模型的假設：1857 年由魯道夫克勞
20、修斯（Rudolf Clausius）提出。(1) 氣體是由極小粒子組成。(2) 氣體粒子間的距離遠大於粒子本身的大小，氣體粒子本身的體積可以忽略不計。(3) 氣體粒子以任意方向，持續不停的撞擊器壁而施加壓力於容器上。(4) 各氣體粒子單獨行動，互不影響，因此氣體粒子間的引力及斥力非常小，可以忽略不計(5) 氣體粒子的平均速率與絕對溫度有關，溫度愈高，平均速率愈大。(6) 氣體粒子彼此與器壁之間為彈性碰撞。2. 氣體粒子碰撞容器壁產生壓力：器壁所受壓力大小取決於單位時間撞擊器壁的次數及單位面積上碰撞力的大小，因此定容下，單位時間碰撞器壁次數增大而使得氣體壓力增大。3. 氣體粒子的速率：(1)
21、氣體粒子在容器內彼此碰撞，造成某些粒子速率較快，某些粒子速率較慢，因此同一溫度，氣體粒子的速率並非完全相同。一般所指的氣體粒子速率均為其平均速率（ ），如右圖所示的分布情形，顯示平均速v率及曲線（曲線所圍的面積代表容器內的粒子總數） 。說明：圖中之峰值，代表出現最可能速率（ vP）之粒子數目。(2) 溫度可改變速率分布曲線。低溫時，速率分布曲線較為狹窄，平均速率較小；溫度增高時，曲線較為寬廣，但整個曲線往高速率方向偏移，使得平均速率變大。說明：根據氣體粒子模型假設可推論出，氣體分子之平均速率會與絕對溫度（T）之平方根成正比，而與其分子量（M）之平方根成反比。 v氣體粒子的運動模型 （南一版 p
22、.18）3 氣體粒子數與速率關係圖 氣體粒子在容器中自由移動 氮氣在不同溫度時的速率分布曲線第 1 章 氣 體 13範例 氣體的速率分布曲線 基礎題氣體分子在容器內的移動速率隨著溫度的升高而增快，單位時間內碰撞次數也隨之變大，參與反應的分子比率也跟著增大。某氣體分子在不同溫度 T1、T 2 及 T3 下，其移動速率及分子數目分布曲線的示意圖如右圖。下列敘述哪些正確？(A)溫度高低順序為： T3T 2T 1 (B)溫度高低順序為： T2T 1T 3 (C)在相同溫度時，每一個氣體分子移動的速率均相同 (D)溫度升高後，具有較高動能的分子數目增加，因此反應速率增快 (E)溫度升高後，具有較高動能的
23、分子數目減少，因此反應速率增快 【94.學測】答案 解析 溫度愈高， 愈大 T3T 2T 1；由圖可知溫度愈高，具有高動能之分子數會增加而低動能的分v子數會減少。類題 右圖為水蒸氣、氧氣及氦氣在同溫時，其分子數目對分子速率的分布示意圖，試問圖中甲、乙及丙三曲線依序為何種氣體？(A)氧、水蒸氣、氦 (B) 氧、氦、水蒸氣 (C)水蒸氣、氧、氦 (D)水蒸氣、氦、氧 (E)氦、水蒸氣、氧： 。答一 、 基 礎 題 ( ) 1. 在定溫時，將密閉容器內的氣體壓縮而使體積變小時，下列敘述何者正確？(A)氣體分子的運動速率變小 (B)氣體分子的個數減少 (C)氣體分子碰撞器壁次數減少 (D) 氣體分子的
24、平均動能不變 （1. (A) 不變；(B) 分子總數不變；(C) 碰撞次數增加。）v( ) 2. 壓力為 38 cmHg 時相當於多少 torr？ （2. 38 cmHg38 10 mmHg380 torr 。）(A) 0.5 (B) 38 (C) 516.8 (D) 380( ) 3. 常溫常壓下，16 克氧和 7 克氮的體積比為若干？(A) 16：7 (B) 4：1 (C) 2：1 (D) 1：1 （4. 選皆為氣體者。）( ) 4. 在常溫時，下列何組物質同體積時含有相同的分子數？(A) Ne，Cu (B) O 2，Ar (C) O 2，Fe (D) H 2，H 2O( ) 5. 下列何
25、者 不是氣體具有的通性？(A)氣體是由不斷運動的分子所組成 (B)氣體可充滿任何容器，故無一定的形狀(C)氣體分子間的距離不大，故不具壓縮性 (D) 物質在氣態時比在液態時具有較多的潛熱4（同 T，氣體分子的平均動能（ M 2）相同，又 甲 乙 丙 ，M 甲 M 乙 M 丙 ，所以甲為氧，乙12v v v v為水蒸氣，丙為氦。）（3. ： 2：1。）1632 728（* 多重選擇題）14 高中基礎化學(三)學習講義( ) 6. 打開汽水瓶蓋，先有少許氣體逸出，接著又有大量氣泡從汽水中冒出，因此汽水溫度略為下降。上述現象詮釋下列事實中的哪一項？(A)水變為水蒸氣時，吸收熱量 (B)該氣體的溶解度
26、與壓力有關，壓力愈大，溶得愈多 (C) 水在低壓之下，沸點下降 (D)該氣體是二氧化碳 【84.學測】( ) 7. 右圖為開口式壓力計，封閉容器中的壓力為多少 cmHg？(A) 16 (B) 20 (C) 36 (D) 40 ( ) 8. 有一容器為 V 的密閉鋼製容器，其中盛有質量為 M 的某種氣體。如將容器中的氣體抽掉一半，使氣體質量降為 M 2，則密閉容器中剩下的氣體體積最後會多大？(A)比 V 2 小 (B) V 2 (C) V (D) 2V 【88.學測】( ) 9. 家庭用液化瓦斯筒內裝的主要成分是丙烷，室溫時丙烷飽和蒸氣壓約為 10 atm，當瓦斯用盡時，筒內壓力最接近幾大氣壓？
27、 （9. 氣室與外界接通，平衡時內、外壓力相同。）(A) 0 (B) 1 (C) 9 (D) 10( )10. 右圖是一均勻管徑且一端開口、一端封閉的水銀壓力計。將 X、Y 兩種不同的理想氣體，分別注入壓力計中。在標準狀況時，測 X 氣體、Y 氣體個別的壓力，結果量得水銀高度差均為 h 公分，則下列哪一項敘述正確？(A) X 與 Y 的壓力均為 h cmHg (B) X 氣體的壓力大於 Y氣體的壓力 (C) X 氣體的壓力小於 Y 氣體的壓力 (D)所測得 X 與 Y 的分子數目一定相同 ? 陜 X 與 Y 一定都是純物質 【87.學測】( )11. 下列四圖中，小藍球代表氦原子，大紅球代表氮
28、原子。哪一個圖最適合表示標準狀態（STP ）時，氦氣與氮氣混合氣體的狀態？ 【91.學測】(A) (B) (C) (D) ( )12. 下列哪些為氣體的通性？ (A)無色、無臭、無味 (B)沒有一定的體積 (C)沒有一定的形狀 (D)具有可壓縮的特性 (E) 由一群快速移動的粒子所組成( )13. 下列哪些為氣體壓力產生的原因？(A)大氣壓力因大氣的重力而產生 (B)因大氣的體積而產生 (C)氣體粒子撞擊器壁的推力 (D) 氣體粒子互相撞擊的力量 (E)氣體粒子相互吸引的作用力( )14. 在大氣壓力為 755 mmHg，以閉口壓力計測量一氮氣試料之壓力，測得水銀柱差為 105 mmHg，則下
29、列敘述哪些正確？(A)氮氣之壓力為 105 mmHg (B)氮氣之壓力為 650 mmHg (C)加熱氮氣時，二管水銀面高度差增大 (D) 導入少量氧氣時，二管水銀面高度差減小 (E) 外界大氣壓力增為 760 mmHg 時，二管水銀面高度差不變（6. 當溫度愈低、壓力愈大，則氣體溶解度愈大。）（7. 76（6020）xx36（cmHg）。）（8. 氣體存在容器中，則容器的體積即為氣體的體積。）（10. 由壓力計得 X 與 Y 壓力相同，又同V、T，故分子數也相同。）（14. (A)(B)閉口式壓力計，P gh105 mmHg；(C)(D)兩管水銀面增加；(E) 閉口式不受外界壓力影響。）（1
30、1. (1)氦氣為單原子分子（He ）；(2) 氮氣為雙原子分子（N 2）；(3)兩氣體均勻混合，故選(B)。）（12. (A)某些氣體有顏色、有臭味。）*第 1 章 氣 體 1515. 在右圖的圓底燒瓶內，裝有下列何種氣體時，從 Y 處的乳頭滴管擠入水會產生噴泉效應？ 【85.學測】(A) N2 (B) O 2 (C) CO 2 (D) CH4 (E) HCl (F) NH3 (G) He： 。答二 、 進 階 題 ( ) 1. 下列有關物質數量的敘述，何者正確？(A)在同溫同壓時， 1 升氦氣與 1 升氫氣所含的原子數目相同 (B) 22.4 升的氧氣中含有 6.02 1023 個氧分子
31、(C)在同溫同壓時，同體積的任何物質皆含有相同數目的分子 (D)在同溫同壓時，若二氧化碳與甲烷所含的原子數目相同，則體積比為 5：3( ) 2. 已知離地面愈高時大氣壓力愈小，溫度也愈低，現有一氣球由地面向上緩慢升起，試問大氣壓力與溫度變化對此氣球體積的影響為何？ 【88.學測】(A)大氣壓力減小有助使氣球體積增大 (B)大氣壓力減小有助使氣球體積變小 (C)大氣壓力減小對氣球體積沒有影響 (D)溫度降低有助使氣球體積增大 (E) 溫度降低有助使氣球體積變小 (F)溫度降低對氣球體積沒有影響 （ 2. (B) P，V；(D) T，V。）3. 如右圖，氣壓計總長 90 cm，初始時（如左管），真
32、空管柱長為 9.5 cm，擠一些乾燥空氣進去後（如右管），空氣管柱長度為 28.5 cm，若當時大氣壓力為 748 mmHg，請回答下列問題：(1) 左管中，水銀柱上方的真空稱為：(A)凡得瓦力真空 (B)卜力士利真空 (C) 亞佛加厥真空 (D)托里切利真空 (E)伽利略真空(2) 右管中乾燥空氣管內水銀面上所含的微量汞蒸氣可忽略不計的話，則右管中空氣的氣壓為多少 mmHg？(A) 190 (B) 285 (C) 368 (D) 463 (E) 515 【90.建國中學】： (1) ；(2) 。 （ 3. (2) 28.5 9.519（cm） Pgas190（mmHg）。）答（15. 因 H
33、Cl 與 NH3 均容易溶入 H2O，造成燒瓶內的壓力驟降，而將燒杯中的水吸上來形成噴泉效應。）（1. (A)分子數相同；(B) 在 STP 時才成立；(C)任何物質應改成氣體才對；(D) VCO2：V CH4 ： 5：3。）n3 n5*（* 多重選擇題）16 高中基礎化學(三)學習講義氣 體 定 律 學 習 概 念 1. 實驗內容：1662 年，英國科學家波以耳開始以如右下圖的 J 型管來研究氣體體積和壓力的關係：先將水銀加入管中，保留一些空氣於密閉端，隨後在開口端慢慢加入水銀，記錄每次的空氣柱高度及兩端的水銀柱高度差，最後將結果整理如下表。 波以耳研究氣體體積與壓力關係的實驗數據體積 壓力
34、 PV 體積 壓力 PV 48 29 216 1.40103 28 50 516 1.4110346 30 916 1.41103 26 54 516 1.4110344 311516 1.40103 24 581316 1.4110342 33 816 1.41103 22 64 116 1.4110340 35 516 1.41103 20 701116 1.4010338 37 1.41103 18 771116 1.4010336 39 116 1.41103 16 871116 1.4110334 41 316 1.42103 14 100 716 1.4110332 44 316
35、1.41103 12 117 916 1.4110330 47 116 1.41103 體積以左側玻璃管空氣端上的刻度（英吋 in）表示。 1壓力以英吋汞柱（inHg）為單位。氣體壓力可由大氣壓力與兩端的汞柱高度差求得。 2表格中 PV 相乘的數值皆接近 1.41103。 32. 實驗結論：定溫時，壓力漸大，密閉端的氣體體積漸小，但兩者乘積接近定值，此關係被後人稱為波以耳定律（Boyles law ），即：V 或 P，可寫為： 或 P1V1 P2V21P 1V P1P2 V1V2說明：定溫時，定量氣體的體積與壓力成反比，即 P1V1P 2V2，P V或 PV波以耳定律 氣體體積與壓力的關係 （
36、南一版 p.20）1 波以耳研究氣體體積與壓力的關係所使用的 J 型管第 1 章 氣 體 173. 數學函數圖： 氣體體積與壓力的關係圖：(A)壓力對體積作圖；(B)壓力對體積的倒數作圖；(C)壓力與體積的乘積對壓力作圖4. 實例與應用：(1) 波以耳定律可由氣球在密閉容器內壓力的變化導致汽球體積改變看出（如下圖）。 氣球的壓縮與膨脹：(A)氣球在常壓時；(B)氣球在加壓下體積會縮小；(C) 氣球在負壓下體積會膨脹(2) 波以耳定律亦可以實驗室用來吸取液體的滴管來說明（如下圖）。 波以耳定律的應用：(A)用手先擠壓滴管末端；(B)將滴管前端插入液體中；(C) 鬆手後大氣壓力將液體壓入滴管中範例
37、 波以耳定律 基礎題口徑為 0.50 公分的上方密閉空間中填充氦氣，於 25 、1 大氣壓時，其體積為 5 毫升，此時左右玻璃管中之汞柱高度差為 14 公分。假設氦氣可視為理想氣體，今在右方開口處加入一些汞，使得最終左右汞柱高度差為 24 公分。試問此時氦氣的體積應為若干毫升？ 【91.指考】(A) 2.9 (B) 3.5 (C) 4.5 (D) 4.9答案 解析 P 1761490 cmHg，V 15 mLP27624100 cmHg，由 P1V1P 2V2 V24.5 mL1(A) (B) (C)18 高中基礎化學(三)學習講義類題 有一測量體積裝置如右圖，定溫時在 1 大氣壓下，左右兩邊
38、水銀面的高度差 h 為 380 mm，氣體體積為 V。如將左邊的水銀槽降低，使左右兩邊水銀面的高度差減少至 h 為 190 mm，則此時右邊量管內 V 之變化為何？ 【88.學測】(A) V 減半 (B) V 增大 20 (C) V 增大 50 (D) V 加倍 (E) V 不變： 。答範例 波以耳定律 基礎題於 1 大氣壓下，將 112.6 cm 長，一端封閉、內徑一定的玻璃管，以管口向下，垂直插入水銀槽中，完全沒入（封閉端與水銀面齊），則管內氣柱長度為何？(A) 62 cm (B) 36 cm (C) 34 cm (D) 18 cm答案 解析 P 176 cmHg ，h 1 A112.6
39、A，設空氣柱長 x，P 276x，V 2x A，76112.6（ 76x） x x62。類題 1 大氣壓下如右圖，一端封閉的細長管中，封入 19 cm 之汞柱，保持水平時，被封入空氣柱長有 30 公分，當此管之管口垂直向下時，被封入之空氣柱長為多少公分？： 40 cm 。答學 習 概 念 1. 氣體化合體積定律：1808 年法國科學家給呂薩克發現氣體間的反應，或有氣體生成時，在同溫同壓下各氣體間的體積恆成簡單整數比。：氫氣和氧氣反應生成水蒸氣的反應中，若在同溫同壓下仔細測量用掉的氫氣、氧氣以 例 及生成的水蒸氣體積，其間的比值恆為 2：1：2。 同溫同壓下，氫氣和氧氣反應生成水蒸氣的反應，其體
40、積比恆為 2：1：2（設原先氣體體積為 V1，改變高度後之氣體體積為 V2，則 P17603801140，P 2760190950，依波以耳定律，n、T 一定時 P1V1P 2V2 1140V 1950 V2 V 21.2 V 1體積增加之百分率 10020。）1.2V1 V122亞佛加厥定律 （南一版 p.24）2第 1 章 氣 體 192. 亞佛加厥假說：1811 年亞佛加厥首先提出。亞佛加厥假說可以用來解釋氣體化合體積定律內容。(1) 同溫同壓下，氣體的體積是由組成氣體粒子的個數決定。(2) 同溫同壓下，相同體積的氣體含有相同個數的粒子。說明：該假說被忽略了近 50 年，直到亞佛加厥死後
41、才獲得重視，後來的科學家稱此定律為亞佛加厥定律。3. 公式：（亞佛加厥定律）同（T）同壓（P）下 ，或 V n。V1V2 n1n24. 莫耳體積：物質一莫耳的體積稱為莫耳體積。氣體 1 莫耳在 0 及 1 大氣壓下（STP）的體積約為 22.4公升。若在室溫 25 、1 大氣壓下（NTP），氣體的莫耳體積約為 24.5 公升。 在 0 、1 atm 下，同為 22.4 L 的氫氣、氮氣、氧氣等氣體所含的分子莫耳數、分子數、分子量及密度範例 莫耳體積 基礎題關於物質莫耳體積的問題，下列敘述何項錯誤？(A)同一物質之氣體莫耳體積最大，液體、固體之莫耳體積較小 (B)等莫耳數之不同氣體，在相同狀況下
42、，有相同的體積 (C)在 1 atm、0 時，氣體之莫耳體積約為 22.4 升 (D) 等重之不同氣體，其體積相同 (E)在 1 atm、25時，氣體之莫耳體積約為 24.5 升答案 解析 (D)等重之不同氣體，若分子數相同，體積才會相同。類題 同溫同壓下，甲箱的 CO 及乙箱的 CO2 兩箱中所含原子總數相等，甲、乙二箱體積之比為 3：2 。3（同 P、 T 下，氣體體積比等於分子數比 V 甲 ：V 乙 ： 3：2 。） 12 1320 高中基礎化學(三)學習講義 學 習 概 念 1. 溫度：可用來表示物質的冷熱程度。(1) 攝氏溫標（ Celsius scale，）：將水銀溫度計的水銀球浸
43、在 1 大氣壓下的冰水和沸水中，分別得到兩個刻度，將其訂為零度和一百度，再將兩點的距離平分為 100 個等距，這就是攝氏溫標。(2) 華氏溫標（ Fahrenheit scale，）：歐美常用於播報氣溫高低的華氏溫標是以冰的熔點及水的沸點分別當作 32 度和 212 度，再加以等距均分刻度而成。(3) 克氏溫標（ Kelvin scale，K）：克氏溫標則為絕對溫標，絕對零度（0 K）為理論上的最低溫度。依國際公制規定，以 K表示絕對溫標，而不以 K 表示。(4) 溫度數值換算：T（K）t （）273.15t2（）t 1（） 3295 華氏、攝氏及克氏溫標的比較圖 0100 0 32212 3
44、2 K 273.15373.15 273.152. 查理定律：(1) 法國科學家 查理和給呂薩克兩人因研製氫氣球，發現定壓時，定量氣體的體積隨溫度的升高而增大，其關係式如下：VV 0（1t），=1 273，其中 V0 為 0 時的體積，t 為攝氏溫標。由上式可見，氣體溫度升高 1 時，其體積的增加量為 0 時的 1 273。說明：後來經過較精密的測量， 值現在公認為 1 273.15。查理定律 氣體體積與溫度的關係 （南一版 p.26）3第 1 章 氣 體 21(2) 將體積與攝氏溫度的關係圖以外插法延伸至體積為零（如下圖中的虛線部分），則橫軸均相交於273.15 處，此溫度即為絕對零度（0
45、K ）。 在不同定壓下，1.0 公克氧氣體積與溫度的關係圖，以外插法可求出當氣體體積為 0 時，此時溫度為273.15VV 0（1 t） （273.15t）（ ）T1273.15 V0273.15 V0273.15即 或 V TV1V2 T1T2故查理定律可簡述為定壓時，定量氣體的體積（V ）和絕對溫度（T ）成正比。(3) 數學函數圖：範例 溫度數值的換算 基礎題一般所指的室溫為 25 ，試問此溫度相當於多少克氏溫標（K ）？答案 298.15 K解析 K25273.15298.15（K）。類題 若目前溫度為 32 ，則攝氏溫度相當於多少 K？： 273K 。 （320273 K。）答422
46、 高中基礎化學(三)學習講義範例 查理定律 基礎題某乾燥的氮氣在 27 ，而壓力為 1 大氣壓時的體積為 120 毫升。如溫度突然降低，而仍然要保持其壓力為 1 大氣壓，其體積變為 60 毫升，問此時的溫度為攝氏若干度？答案 123解析 由 ，T 2150 K123。V1V2 T1T2 12060 273 27T2類題 根據查理定律： VtV 0（1 ），則在定量定壓下之理想氣體，溫度由 127 升高至t273128 時，氣體體積增加為原來的若干倍？(A) 1 127 (B) 2 128 (C) 1 400 (D) 1 401： 。答範例 絕對溫度 進階題定壓下，定量氣體在 0 及 100 時
47、的體積比為 a：b，試問絕對零度的攝氏溫度為：(A) (B) (C) (D) 100 aa b 100 ab a 100 ba b 100 bb a答案 解析 設 0（K）t（） ，t 。ab 0 t100 t 100 aa b類題 定壓下，定量氣體在溫度 t1、t 2（）時之密度比為 3：2，則絕對零度之攝氏度數為若干 ？： 。答 x 3 t1 2 t2範例 查理定律 進階題一容器內裝理想氣體，以一能自由滑動之活塞隔成左右二室（如右圖），在 27 平衡時左右二室之體積均為 V，今將左室緩慢加熱至 127 ，右室保持原來溫度，則左室氣體之體積增加了多少？(A) V 3 (B) V 4 (C) V 5 (D) V 7答案 解析 左、右兩室中的氣體壓力及莫耳數相同，故 V T ， x 。V左V
