混合气体与水上集气

实验一

给混合气体逐项记账

你可能会这样想：容器里只测到一个总压，三种气体的“贡献”还能分开吗？在同温、同体积、近似理想且各组分不发生反应的混合气中，可以。先调节配方和总压，看看每一种气体的分压怎样随摩尔分数变化。

氧气 O₂ 的物质的量氧气

氮气 N₂ 的物质的量氮气

二氧化碳 CO₂ 的物质的量二氧化碳

容器总压 P单位：千帕

pᵢ = xᵢP，xᵢ = nᵢ / n_总

混合气瓶P = 120.0 kPa

组分摩尔分数 xᵢ分压 pᵢ / kPa

氧气 O₂——

氮气 N₂——

二氧化碳 CO₂——

分压之和 Σpᵢ— kPa

实验二

倒扣集气瓶里看似只收到了目标气体，其实瓶内上方通常还有水蒸气。压力计给的是混合气的总压；若气体与液态水达到平衡，水蒸气也要占一份。先自己算，再核对。

压强计读到的是瓶内所有气体的总压

待收集的
干燥气体

水蒸气

设装置内外液面已调平，瓶内总压等于外界压强。温度已给定，因此水蒸气压也能从数据表查得。

读到的总压 P_总101.32 kPa

输入温度对应的水蒸气压 p_水2.64 kPa

修改总压单位：千帕

该温度下水蒸气压单位：千帕

kPa

先写下你的结果。提示：总压不是目标气体独享的压强。

P_干燥气体 = P_总 − p_水蒸气

它适用于可近似视为理想气体的混合物，并要求各组分在所讨论的时间内不因化学反应而被消耗。此时总压等于各组分分压之和。

水蒸气压由温度决定，不是一个永远固定的数。水上集气后，只有在瓶内有液态水且气液达到平衡时，才可把该温度的饱和水蒸气压作为校正项。

注意，这是另一个陷阱：若瓶内外液面有高度差，瓶内气体总压不等于外界压强。应先按液柱压强关系校正总压，再扣除水蒸气分压。

不宜简单照搬。二氧化碳在水中有明显溶解并可与水发生反应，收集量和组成会受影响；“扣水蒸气压”只是在压力读数层面的校正，不能弥补目标气体的损失。

想一想：若总压为 99.80 kPa，而同温度水蒸气压为 3.17 kPa，干燥气体压强是多少？

答案为 96.63 kPa。先扣除水蒸气的分压，再报告目标干燥气体的压强；不要把两者相加。

教学示意：空气按钮只将所列 O₂、N₂、CO₂ 三组分归一化，省略 Ar 等。初始水蒸气压是所给温度的示例；默认 2.64 kPa 对应约 22 ℃；手动改值须由相应温度的蒸气压数据取得。排水集气须已校正内外液面压差。