(1-6). 在实验室中用排水集气法收集制取的氢气。在23℃,100.5kPa-|||-压力下,收集了370.0mL的气体(23℃时,水的饱和蒸气压为2.800 kPa)。试-|||-求:(1)23℃时该气体中氢气的分压;(2)氢气的物质的量;(3)若在收集氢气-|||-之前,集气瓶中已充有氮气20.0mL,其温度也是23℃,压力为100.5 kPa;收集-|||-氢气之后,气体的总体积为390.0mL。计算此时收集的氢气分压,与(2)相比,-|||-氢气的物质的量是否发生变化?
题目解答
答案
解析
考查要点：本题主要考查分压概念、道尔顿分压定律、理想气体状态方程的应用，以及分体积概念的理解。
解题核心思路：
- 分压计算：总压强等于各气体分压强之和，需扣除水蒸气的分压。
- 物质的量计算：利用理想气体状态方程 $n = \frac{PV}{RT}$，注意单位统一。
- 混合气体分压分析：通过分体积比例计算分压，理解温度、压力不变时体积变化对分压的影响。
破题关键点：
- 分压与分体积关系：分压与分体积成正比（同温同压下）。
- 系统守恒分析：氮气的存在不影响氢气的物质的量，因总压和温度不变时，氢气的物质的量由其分体积决定。
(1) 氢气的分压
总压强为 $p = 100.5 \, \text{kPa}$，水蒸气分压为 $p_{\text{H}_2\text{O}} = 2.800 \, \text{kPa}$。
根据道尔顿分压定律，氢气分压为：
$p_{\text{H}_2} = p - p_{\text{H}_2\text{O}} = 100.5 \, \text{kPa} - 2.800 \, \text{kPa} = 97.7 \, \text{kPa}.$
(2) 氢气的物质的量
分体积 $V_{\text{H}_2} = 370.0 \, \text{mL} = 0.3700 \, \text{L}$，温度 $T = 23^\circ \text{C} = 296 \, \text{K}$。
代入理想气体状态方程：
$n_{\text{H}_2} = \frac{p_{\text{H}_2} V_{\text{H}_2}}{RT} = \frac{97.7 \, \text{kPa} \times 0.3700 \, \text{L}}{8.314 \, \text{L·kPa·mol}^{-1}\text{·K}^{-1} \times 296 \, \text{K}} \approx 0.0147 \, \text{mol}.$
(3) 氢气分压与物质的量分析
系统总压强仍为 $100.5 \, \text{kPa}$，水蒸气分压不变。
分体积关系：氢气与新增水蒸气体积和为 $370.0 \, \text{mL}$，占总气体体积 $390.0 \, \text{mL}$ 的比例为 $\frac{370.0}{390.0}$。
氢气分压为：
$p'_{\text{H}_2} = \frac{370.0}{390.0} \times 97.7 \, \text{kPa} \approx 92.7 \, \text{kPa}.$
物质的量不变：因温度、压力不变，氢气的分体积未改变（仍为 $370.0 \, \text{mL}$），故 $n_{\text{H}_2}$ 不变。