理想气体定律计算器:求 PV = nRT 中的任意变量
由其余三个量求气体的压强、体积、物质的量或温度。计算器使用 R = 8.314 L·kPa/(mol·K),初始值为 273.15 K、101.325 kPa 下的 1 mol 气体,其体积为 22.414 L。
PV = nRT
R = 8.314 L·kPa/(mol·K)
计算器的使用方法
在“求解”下选择 P、V、n 或 T,该输入框将显示答案。另外三个量请分别以千帕(kPa)、升(L)、摩尔(mol)和开尔文(K)输入。答案随输入实时更新。
请先换算数据。25 °C 请输入 298.15 K;1.50 atm 请输入 1.50 × 101.325 = 151.99 kPa;500 mL 请输入 0.500 L。
例题
2.00 mol 理想气体在 300 K 和 101.325 kPa 下占多大体积?把 PV = nRT 变形为 V = nRT ÷ P。
先相乘:nRT = 2.00 mol × 8.314 L·kPa/(mol·K) × 300 K = 4,988.4 L·kPa。再相除:V = 4,988.4 L·kPa ÷ 101.325 kPa = 49.232 L。摩尔、开尔文和千帕相互约去,剩下升。保留三位有效数字,答案为 49.2 L。
公式详解
在 PV = nRT 中,P 是压强,V 是体积,n 是以摩尔计的气体的量,T 是热力学温度,R 是气体常数。变形后:P = nRT ÷ V,V = nRT ÷ P,n = PV ÷ RT,T = PV ÷ nR。
这条定律综合了玻意耳定律(压强升高,体积减小)、查理定律(体积与开尔文温度成正比)和阿伏加德罗定律(体积与物质的量成正比)。
单位与小提示
因为 1 L·kPa 恰好等于 1 焦耳,所以 R = 8.314 L·kPa/(mol·K) 与 8.314 J/(mol·K) 相同。常用换算:1 atm = 101.325 kPa = 760 mmHg,1 bar = 100 kPa,1 m³ = 1,000 L。
一定要使用开尔文:K = °C + 273.15。使用更多位数的 R(8.314462618)只会改变最后一位小数,上例会得到 49.234 L 而不是 49.232 L。
常见问题
气体在标准状况下的摩尔体积是多少?
1 摩尔理想气体在 0 °C 和 1 atm(101.325 kPa)下占 22.414 L。按 IUPAC 现行的标准状况定义(0 °C 和 100 kPa),摩尔体积约为 22.711 L。
PV = nRT 中 R 的值是多少?
R 为 8.314 J/(mol·K),即 8.314 L·kPa/(mol·K)。换用其他单位则为 0.08206 L·atm/(mol·K) 或 62.36 L·mmHg/(mol·K)。
为什么温度必须用开尔文?
气体的压强和体积与从绝对零度算起的热力学温度成正比。如果用摄氏度,0 °C 的气体似乎体积为零,更冷的气体则体积为负。
理想气体定律在什么时候不适用?
在高压和低温下它会变得不准确,因为此时气体粒子靠得很近并相互吸引。化学家这时会使用范德华方程等修正式。