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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 基础物理 » 是我钻牛角脚尖了？
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sdzccww

金虫 (小有名气)

打酱油

[求助] 是我钻牛角脚尖了？

问大家一个很简单的问题：假如一个容器中有1molH2和1molN2（实际气体），如果静置足够长的时间，容器内的H2和N2是不是均匀混合的？会不会因为N2的密度较H2大而积聚在底部？（本人非物理专业，大家别见怪）
其实我要做的是一个气体反应实验A(g)---B(g)+C(g),在一个容器中加入A（g）物资，然后逐渐增加温度，让其逐渐反应生成B和C（有副产物生成）。由于高温下容器内压力会过大，需要泄压（采用泄压阀）。一边反应一边泄压，这样会不会使得密度较小的物质聚集在顶部而被先泄放掉，从而改变了气体中各物资的百分含量(%)?还是说各物质（都是气态）会均匀混合，即使泄放掉一部分气体，但容器内各物质的百分含量没有改变？
多谢各位朋友指点~~是不是我想多了？
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选择的同时必然意味着你也会失去很多东西~~
1楼 2012-07-23 09:30:31
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xiaoweifang_ren

铁虫 (初入文坛)

【答案】应助回帖

★ ★
感谢参与，应助指数 +1
sdzccww: 金币+2, ★★★很有帮助 2012-07-24 11:03:21
如果不考虑重力的话，足够长的时间后，他们确实会均匀分布，和气体种类无关。但是实验室是处在地球重力之中，理论上应该考虑重力，理想气体（可认为H2和N2均为理想气体）在引力场中的分布遵从自由粒子在外场（重力场）场中的玻尔兹曼分布，具体形式可在任何一本《热学》书中查到。简单说来，分子数密度随高度z正比于exp(-M_m gz/RT)，因此这个分布是和气体的摩尔质量M_m有关的。摩尔质量越大的，下面的数密度越大。因此从理论上说，楼主的推断是正确的。只是楼主需要考虑的问题是，这种效应有多大，是否足够影响到实验的结果？这估计得需要具体计算一下了
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6楼2012-07-24 00:56:11
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dreamyeye

木虫 (著名写手)
引用回帖:
9楼: Originally posted by sdzccww at 2012-07-24 10:23:22
我刚才算了一下，分子量相差200的误差在2%以内，很不错~~不过现在有点担心的就是麦克斯韦—波尔兹曼的应用前提，它说的是平衡状态的气体....这个问题，你有什么理解么？望赐教（我做的实验，相当于气体一直在裂解（ ...

物理化学里说，体系的平衡包含四个内容：力学平衡，热平衡，相平衡和化学平衡，恐怕不能全部满足，比如在反应未达平衡之前，体系的组成会随着时间而变化，就不满足化学平衡，那么体系是非平衡态。另外，我认为体系是否平衡和体系是否均匀分布并没有必然联系，没达平衡，可能也是均匀分布的，特别是随着反应时间的增加，个人感觉分布应该趋于平均化的。但是根据化学平衡的一些原理，体系压强不便，温度不断升高，那反应平衡应该不断向温度降低的方向，也就是逆反应方向移动，或者说，虽然未达化学平衡，但是随着温度的变化，那么反应的平衡点也是不断变化的，不同温度的平衡，组分是不同的。这个观点也请大家指正。
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11楼2012-07-24 14:33:19
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wuj49

新虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
H2和N2应均匀。反应出的气体是均匀的。
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2楼2012-07-23 11:44:37
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dreamyeye

木虫 (著名写手)
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2楼: Originally posted by wuj49 at 2012-07-23 11:44:37
H2和N2应均匀。反应出的气体是均匀的。

那为何二氧化碳会让更低一些的蜡烛先熄灭？
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3楼2012-07-23 18:32:04
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sdzccww

金虫 (小有名气)

打酱油
为么就2个人回答？还请大师帮帮忙啊
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选择的同时必然意味着你也会失去很多东西~~
4楼2012-07-23 19:34:52
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sdzccww

金虫 (小有名气)

打酱油
引用回帖:
3楼: Originally posted by dreamyeye at 2012-07-23 18:32:04
那为何二氧化碳会让更低一些的蜡烛先熄灭？...

我也了解你说的，比如说我们玩的氢气球会上升等等，但是如果这样理解的话，地表应该没有H2才对啊，为什么空气的组成基本不变啊~~纠结啊~我这样理解没错吧
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选择的同时必然意味着你也会失去很多东西~~
5楼2012-07-23 19:42:36
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sdzccww

金虫 (小有名气)

打酱油
引用回帖:
6楼: Originally posted by xiaoweifang_ren at 2012-07-24 00:56:11
如果不考虑重力的话，足够长的时间后，他们确实会均匀分布，和气体种类无关。但是实验室是处在地球重力之中，理论上应该考虑重力，理想气体（可认为H2和N2均为理想气体）在引力场中的分布遵从自由粒子在外场（重力场 ...

多谢~我会计算一下的~~如果温度很高呢？最高可以达到1000度，这时分子热运动会很剧烈，是不是可以认为分子均匀分布？
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选择的同时必然意味着你也会失去很多东西~~
7楼2012-07-24 08:57:10
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dreamyeye

木虫 (著名写手)
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7楼: Originally posted by sdzccww at 2012-07-24 08:57:10
多谢~我会计算一下的~~如果温度很高呢？最高可以达到1000度，这时分子热运动会很剧烈，是不是可以认为分子均匀分布？...

可把T=1273K代进那个公式算算。
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8楼2012-07-24 09:02:27
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sdzccww

金虫 (小有名气)

打酱油
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8楼: Originally posted by dreamyeye at 2012-07-24 09:02:27
可把T=1273K代进那个公式算算。...

我刚才算了一下，分子量相差200的误差在2%以内，很不错~~不过现在有点担心的就是麦克斯韦—波尔兹曼的应用前提，它说的是平衡状态的气体....这个问题，你有什么理解么？望赐教（我做的实验，相当于气体一直在裂解（等压，恒定的升温速率），是否可以看做平衡呢？怎么感觉有点牵强啊）
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选择的同时必然意味着你也会失去很多东西~~
9楼2012-07-24 10:23:22
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sdzccww

金虫 (小有名气)

打酱油
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8楼: Originally posted by dreamyeye at 2012-07-24 09:02:27
可把T=1273K代进那个公式算算。...

我又想了一下，气体的平衡态是这样定义的：“气体在平衡态时，系统与外界在宏观上无能量和物质的交换；系统的宏观性质不随时间变化．当系统处于热平衡态时，组成系统的大量粒子仍在不停地、无规则地运动着，大量粒子运动的平均效果不变，这是一种动态平衡.”气体分子热运动是杂乱无章的、无规则的，并且温度越高，无规则热运动的剧烈程度越大；而且在温度不太低，压强不大时，实际气体都可近似地当作理想气体来处理，压强越低，温度越高，这种近似的准确度越高．是否可以得出结论;非平衡态的高温气体分布更杂乱无章、也就更均匀，可以忽略重力影响？应该比平衡时分布更均匀吧:
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选择的同时必然意味着你也会失去很多东西~~
10楼2012-07-24 10:57:10
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