理想氣體定律計算機:求解 PV = nRT 的任意變數
由其他三個值求氣體的壓力、體積、量或溫度。計算機使用 R = 8.314 L·kPa/(mol·K),預設為 273.15 K 和 101.325 kPa 下的 1 mol 氣體,體積為 22.414 L。
PV = nRT
R = 8.314 L·kPa/(mol·K)
計算機的使用方法
在「求解」下選擇 P、V、n 或 T,該欄位會顯示答案。其他三個值請分別以千帕(kPa)、公升(L)、莫耳(mol)和克耳文(K)輸入。答案會隨你輸入即時更新。
請先換算你的資料。25 °C 請輸入 298.15 K。1.50 atm 請輸入 1.50 × 101.325 = 151.99 kPa。500 mL 請輸入 0.500 L。
演算範例
2.00 mol 的理想氣體在 300 K 和 101.325 kPa 下佔多少體積?把 PV = nRT 改寫成 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。莫耳、克耳文和千帕互相約掉,剩下公升。取三位有效數字,答案是 49.2 L。
公式說明
在 PV = nRT 中,P 是壓力,V 是體積,n 是氣體的莫耳數,T 是絕對溫度,R 是氣體常數。改寫後:P = nRT ÷ V、V = nRT ÷ P、n = PV ÷ RT、T = PV ÷ nR。
這個定律結合了波以耳定律(壓力升高,體積減小)、查理定律(體積與克耳文溫度成正比)和亞佛加厥定律(體積與莫耳數成正比)。
單位與小提示
因為 1 L·kPa 正好是 1 焦耳,所以 R = 8.314 L·kPa/(mol·K) 等同於 8.314 J/(mol·K)。有用的換算:1 atm = 101.325 kPa = 760 mmHg,1 bar = 100 kPa,1 m³ = 1,000 L。
一定要使用克耳文:K = °C + 273.15。使用更多位數的 R(8.314462618)會改變最後一位小數,上面的例子會得到 49.234 L,而不是 49.232 L。
常見問題
氣體在標準狀況(STP)下的莫耳體積是多少?
一莫耳理想氣體在 0 °C 和 1 atm(101.325 kPa)下佔 22.414 L。依 IUPAC 目前對 STP 的定義(0 °C 和 100 kPa),莫耳體積約為 22.711 L。
PV = nRT 中 R 的值是多少?
R 是 8.314 J/(mol·K),等於 8.314 L·kPa/(mol·K)。用其他單位表示則是 0.08206 L·atm/(mol·K) 或 62.36 L·mmHg/(mol·K)。
為什麼溫度必須用克耳文?
氣體的壓力和體積與絕對溫度成正比,絕對溫度是從絕對零度開始量起的。用攝氏溫度的話,0 °C 的氣體看起來體積為零,更冷的氣體則會有負體積。
理想氣體定律在什麼情況下不適用?
在高壓和低溫下它會變得不準確,因為此時氣體粒子彼此靠近並互相吸引。化學家便會使用凡得瓦方程式等修正。