【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的備注。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。??

第六章阿佛加德羅定律

§6-1阿佛加德羅定律

【01】學(xué)完了前面各章，我們對(duì)無(wú)機(jī)物部分的化學(xué)知識(shí)，已經(jīng)有了比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。今后我們將轉(zhuǎn)入有機(jī)物部分的學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)之前，有必要先來(lái)認(rèn)識(shí)一個(gè)重要的定律一一阿佛加德羅定律。根據(jù)這個(gè)定律，可以推導(dǎo)出物質(zhì)的分子式；還可以說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)里氣態(tài)物質(zhì)的體積間的相互關(guān)系?；衔锓肿邮降臏y(cè)定，是研究有機(jī)化合物的組成和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，有關(guān)這方面的計(jì)算，在有機(jī)化學(xué)部分是應(yīng)用得很廣泛的。

【02】在本章里我們將首先認(rèn)識(shí)阿佛加德羅定律。接著在掌握阿佛加德羅定律的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)怎樣測(cè)定氣態(tài)物質(zhì)分子量。然后，明確化合物分子式的確定過(guò)程，并研究有關(guān)確定分子式的綜合性問(wèn)題的解答途徑。最后學(xué)習(xí)根據(jù)化學(xué)方程式，計(jì)算氣態(tài)物質(zhì)的體積的方法。

【03】阿佛加德羅定律是表明氣態(tài)物質(zhì)在一定條件下的體積和它們所含分子個(gè)數(shù)的關(guān)系的定律。

【04】這一定律可以在第一冊(cè)里已經(jīng)學(xué)過(guò)的克分子和克分子體積的概念（第一冊(cè)§3-11)【山注，化1-3-11，傳送門(mén)CV20623994】，以及物理學(xué)上所曾學(xué)過(guò)的理想氣體的氣態(tài)方程的基礎(chǔ)上來(lái)加以認(rèn)識(shí)。

【05】我們知道，1克分子的任何氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占的體積都是22.4升，這個(gè)體積就叫做氣體克分子體積。又知道1克分子的任何物質(zhì)，所含的分子數(shù)，都是6.02×1023個(gè)。因此在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，22.4升的任何氣態(tài)物質(zhì)，都含有相同的分子數(shù)6.02×1023個(gè)。也就是說(shuō)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，相同體積的任何氣體，都含有同數(shù)目的分子。

【06】那末在非標(biāo)準(zhǔn)狀況下，相同體積的任何氣體，是否也含有相同數(shù)目的分子呢？例如在溫度20℃，壓強(qiáng)750毫米的狀況下，1升氧氣和1升氫氣所含的分子個(gè)數(shù)是否相同？

【07】根據(jù)理想氣體的氣態(tài)方程

【

【08】（P代表壓強(qiáng)；T是絕對(duì)溫度，即T=t+273；V代表體積）是理想氣體的狀態(tài)方程，簡(jiǎn)稱為氣態(tài)方程。這一方程表明：一定質(zhì)量理想氣體的壓強(qiáng)和體積的乘積和它的絕對(duì)溫度成正比，在一般溫度和壓強(qiáng)下，許多實(shí)際氣體都可以近似地應(yīng)用這個(gè)方程。

【09】在這里，我們把作為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的狀態(tài)（參見(jiàn)第一冊(cè)§3-11【山注，化1-3-11，傳送門(mén)CV20623994】），即P?=760毫米，T?為攝氏零度，即T?=273，V?為所求的標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的體積。為已知的非標(biāo)準(zhǔn)狀況。

【10】有關(guān)這方面內(nèi)容，可參考物理中氣體性質(zhì)的部分，或參閱本叢書(shū)物理第二冊(cè)第四章§4-9。

】

【11】我們把在非標(biāo)準(zhǔn)狀況下1升氧氣或氫氣的體積折算到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：

【12】即它們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)狀況下的體積都是0.9196升。從這一計(jì)算可以看出，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積相同的任何氣體，在溫度和壓強(qiáng)發(fā)生同樣的變化時(shí)，它們的體積仍然是相同的。也就是說(shuō)，幾種氣體在非標(biāo)準(zhǔn)狀況下，只要都是處于同樣的溫度和壓強(qiáng)之下，同體積仍含有同數(shù)的分子。為什么在一定狀況下，一定體積的任何氣體都含有相同數(shù)目的分子呢？原來(lái)氣體具有這樣一種特性，就是氣體分子間的空隙特別大，分子與分子間的距離和分子本身的大小相比，要大上很多倍數(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氣體分子間的平均距離約大于分子直徑的15~20倍（見(jiàn)圖6·1）。例如，1克水在液態(tài)時(shí)僅占1毫升左右的體積，但變?yōu)闅怏w時(shí)（溫度100℃，壓強(qiáng)是760毫米），它的體積約有1700毫升。即水分子由原來(lái)本身所占的體積還不到1毫升（因?yàn)橐簯B(tài)時(shí)分子之間還是有一定的孔隙的），變?yōu)闅怏w之后，竟擴(kuò)大了1699毫升的空間，可見(jiàn)氣態(tài)物質(zhì)分子間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了液態(tài)時(shí)分子間的距離。因此，氣體分子本身的大小和它們間的距離相比，就可以略而不計(jì)，氣態(tài)物質(zhì)的體積也就主要決定于它的分子之間的平均距離。當(dāng)改變溫度和壓強(qiáng)時(shí)，一定體積的氣體，只是分子間的距離發(fā)生了變化，也就是體積發(fā)生了變化，而所含的分子數(shù)目并沒(méi)有改變。

【13】所以不論是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下或是在非標(biāo)準(zhǔn)狀況下，同溫同壓下，同體積的任何氣體，都含有同數(shù)目的分子。這就是阿佛加德羅定律【阿佛加德羅是意大利人，1811年他提出上述假說(shuō)，后經(jīng)別人用實(shí)驗(yàn)證明了這個(gè)假說(shuō)，得到普遍公認(rèn)，稱為“阿佛加德羅定律”】。

【14】阿佛加德羅定律不適用于液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)。因?yàn)橐簯B(tài)或固態(tài)物質(zhì)的分子間的距離和氣態(tài)物質(zhì)比起來(lái)要小得多，它們的體積不但與分子間的距離有關(guān)，而且與分子本身的大小也有影響。不同的液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)的分子大小是不同的，因此，就是在同樣狀況之下，同體積的液體或固體不可能含有同數(shù)目的分子。

【15】關(guān)于阿佛加德羅定律，我們可以通過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)裝置如圖6·2。

【16】用兩根直徑相同、體積是1比2的玻管，加塞子，中間用一支具有活栓的導(dǎo)管連接，可使兩管相通或者隔斷。下管的體積是上管的兩倍。

【17】實(shí)驗(yàn)時(shí)，先在短管里充滿水銀，倒插在水銀槽里，用排汞法收集干燥的氯化氫氣體，集滿后，在水銀槽里塞上塞子，然后取出【氯化氫和氨均易溶于水，所以不能用排水法集氣。排汞法就是用汞（水銀）代替水，和排水法一樣操作以集氣。不用汞也可用石蠟油代替】。在長(zhǎng)管中用同樣方法收集干燥的氨氣，集滿后仍放在水銀槽里，裝置如圖6·2(a)。這樣，在管子里就有一體積的氯化氫和2體積的氨氣。

【18】開(kāi)啟活栓，玻缸中的汞逐漸進(jìn)入下管，上管中出現(xiàn)了白煙，這是氯化氫跟氨反應(yīng)生成的氯化銨晶體微粒。當(dāng)汞上升到活栓時(shí)就停止了，如圖6·2(b)，可見(jiàn)這時(shí)兩種氣體已不再反應(yīng)。但上管中還有一體積的氣體沒(méi)有作用掉，否則汞應(yīng)當(dāng)把兩個(gè)管子完全充滿【生成的氯化銨固體僅占有極微小的體積，可以不計(jì)】。剩下的是什么氣體呢？取去管口塞子，用潤(rùn)濕的紅色石蕊試紙檢試，試紙變藍(lán)，證明它是氨氣。氯化氫和氨的體積原來(lái)是1：2，現(xiàn)在剩下的是1體積的氨氣，可見(jiàn)氯化氫和氨正好是1體積和1體積發(fā)生了反應(yīng)。我們知道，氯化氫跟氨反應(yīng)是1個(gè)氯化氫分子跟1個(gè)氨分子結(jié)合：

【19】現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)結(jié)果是，同體積的氨跟氯化氫完全反應(yīng)。顯然，在相同條件下，同體積的氨和氯化氫所含的分子數(shù)目是相同的。

習(xí)題6-1

1、在下面兩種情況下，兩種氣體是否含有相同數(shù)目的分子？為什么：

(1)在相同的溫度和壓強(qiáng)下，這兩種氣體的體積不同？

(2)在不同的溫度和壓強(qiáng)下，這兩種氣體的體積相同？

2、用阿佛加德羅定律解釋：在同溫同壓下，1體積的氫氣跟1體積的氯氣完全化合后生成2體積的氯化氫。[提示：從1克分子體積的氯氣、氫氣、氯化氫里，含有多少個(gè)氯原子、氫原子來(lái)論證]

3、為什么阿佛加德羅定律不適用于液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)？