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阿伏伽德罗定律及其推论是什么?怎么得出的?

阿伏伽德罗定律及其推论如下:

定义

在相同的温度和压强下,相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。

推论

同温同压下:气体的体积比等于物质的量之比,即 \( V1:V2 = n1:n2 \)。

同温同体积时:压强比等于物质的量之比,也等于分子数之比,即 \( p1:p2 = n1:n2 = N1:N2 \)。

同温同压等质量时:气体的体积比等于相对分子质量之比,即 \( V1:V2 = M2:M1 \)。

同温同压同体积时:气体的质量比等于相对分子质量之比,即 \( M1:M2 = \rho1:\rho2 \)。

推导过程

阿伏伽德罗定律的推论可以通过理想气体状态方程 \( PV = nRT \) 进行推导:

同温同压下

在温度 \( T \) 和压强 \( P \) 保持不变的情况下,体积 \( V \) 与物质的量 \( n \) 成正比,即 \( V \propto n \)。

因此, \( V1:V2 = n1:n2 \)。

同温同体积时

在体积 \( V \) 和温度 \( T \) 保持不变的情况下,压强 \( p \) 与物质的量 \( n \) 成正比,即 \( p \propto n \)。

因此, \( p1:p2 = n1:n2 \)。

由于 \( n1:n2 = N1:N2 \)(分子数之比),所以 \( p1:p2 = N1:N2 \)。

同温同压等质量时

设两种气体的质量分别为 \( m1 \) 和 \( m2 \),则 \( m1:m2 = M2:M1 \)。

在相同的温度和压强下,气体的体积与质量成正比,即 \( V \propto m \)。

因此, \( V1:V2 = m1:m2 = M2:M1 \)。

同温同压同体积时

在相同的温度、压强和体积下,气体的物质的量 \( n \) 相同。

根据物质的量与质量和摩尔质量的关系 \( n = \frac{m}{M} \),可得 \( m1:m2 = M1:M2 \)。

由于密度 \( \rho = \frac{m}{V} \),在相同的体积下,密度之比等于质量之比,即 \( \rho1:\rho2 = M1:M2 \)。

应用

阿伏伽德罗定律在化学和物理学中有广泛的应用,例如:

在气体反应中,可以根据反应前后气体的体积变化推断出生成的物质量。

在测定未知气体的分子量时,可以利用阿伏伽德罗定律和气体密度法进行计算。

在研究气体分子结构和性质时,阿伏伽德罗定律提供了重要的理论基础。

这些推论和定义共同构成了阿伏伽德罗定律的完整表述,并在实验和理论中得到了广泛的验证和应用。

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