氣體分壓計算器
運用道耳頓定律,求出理想混合氣體中某一組分的分壓與莫耳分率。
氣體分壓
輸入組分莫耳數、混合氣體總莫耳數,以及以標準大氣壓為單位的總壓。
關於氣體分壓
分壓表示混合氣體中某種氣體對壓力的貢獻。道耳頓定律指出,彼此不反應的理想氣體混合物,其總壓等於所有組分分壓的總和。每種氣體的行為,就如同它在混合物的溫度與體積下單獨占據容器。此概念應用於氣體收集、呼吸生理學、大氣科學、潛水、燃燒及實驗室氣體製備。
對理想混合氣體而言,組分分壓等於其莫耳分率乘以總壓。莫耳分率是該組分莫耳數除以所有氣體的總莫耳數,沒有單位,介於零與一之間。因此,占分子總數百分之四十的氣體,也貢獻總壓的百分之四十。本計算器同時提供這兩個數值,方便一併確認組成與壓力貢獻。
所有莫耳數都必須採用相同的計量基準。混合氣體總量包含選定組分與其他所有氣體,組分數量不可超過總量。總壓與分壓使用相同單位;本頁採用標準大氣壓,以確保結果明確。只要組分與總量的單位一致,不論以莫耳、毫莫耳或成比例的分子數表示,都不影響此比值。
以排水集氣法收集氣體時,道耳頓定律特別實用。此時量測壓力包含目標氣體分壓與水蒸氣分壓。將總壓減去收集溫度下的水蒸氣分壓,即可得到乾燥氣體的壓力。空氣中氧氣的莫耳分率接近 0.21,因此總壓為一個標準大氣壓時,其理想分壓約為 0.21 個標準大氣壓。高海拔地區的氧氣比例大致相同,但較低的大氣總壓會使氧氣分壓下降。
真實氣體在高壓、低溫及接近凝結的條件下,會偏離理想行為。組分也可能反應或具有強烈交互作用,使單純按莫耳分率換算較不準確。實際量測時,濕度、溫度變化、溶解氣體及儀器校正都可能造成影響。對一般課堂計算與中等壓力的混合氣體而言,道耳頓關係通常是有效的模型。在理想範圍之外需要工程精度時,應使用實測逸度或適當的狀態方程式。
分壓計算範例
每個範例皆以組分莫耳分率乘以總壓。
| 混合氣體 | 分壓 | 計算說明 |
|---|---|---|
| 組分 2 mol,總量 5 mol,10 atm | 4 atm | 莫耳分率為 0.4,因此該組分貢獻總壓的百分之四十。 |
| 組分 0.75 mol,總量 3 mol,2.4 atm | 0.6 atm | 莫耳分率為 0.25,貢獻總壓的四分之一。 |
| 氧氣 0.21 mol,空氣 1 mol,1 atm | 0.21 atm | 此理想化範例近似表示海平面乾燥空氣中的氧氣。 |
如何計算分壓
- 輸入目標氣體組分的莫耳數。
- 輸入所有氣體的總莫耳數,包括該組分。
- 輸入量測或指定的總壓,單位為標準大氣壓。
- 選擇「計算分壓」,查看莫耳分率與分壓。
分壓計算器常見問題
道耳頓定律說明什麼?
彼此不反應的理想混合氣體,其總壓等於各組分分壓的總和。每個分壓等於莫耳分率乘以總壓。
分壓與總壓使用相同單位嗎?
是的。莫耳分率沒有單位,因此乘以總壓後,壓力單位不變。
如何處理排水集氣法收集的氣體?
將水蒸氣視為混合氣體的另一組分。從總壓減去量測溫度下的水蒸氣壓,即可求得收集到的乾燥氣體壓力。
分壓可能超過總壓嗎?
有效的理想混合氣體不會如此,因為組分莫耳分率不可超過一。若有這種結果,表示數量或壓力資料不一致。
道耳頓定律何時會不準確?
當氣體交互作用強烈,或在高壓、低溫下接近凝結時,偏差會增加。此時較進階的計算會採用逸度與真實氣體狀態方程式。