前置知識：物質的量和摩爾質量同種物質的質量與物質的量成正比，質量也與其體積成正比，那么同種物質的物質的量與它的體積有什么關系呢

前置知識：物質的量和摩爾質量

同種物質的質量與物質的量成正比，質量也與其體積成正比，那么同種物質的物質的量與它的體積有什么關系呢？

初中時我們學過電解水的反應，方程式是 。這個方程式的含義可以從兩個角度來解讀。從質量的角度，每36 g水被電解，會生成4 g 和32 g ；從物質的量的角度，每2 mol水電解會產生2 mol 和1 mol 。也就是說水被電解生成的氫氣和氧氣的物質的量的比值 。

下面請觀看水電解反應實驗，記錄下電解產生的氣體的體積，并計算氫氣和氧氣的體積比。

實驗中生成的氫氣體積 = 20 mL，生成的氧氣體積 = 10 mL，二者的體積比 。我們可以發現電解水反應中生成的氫氣和氧氣的物質的量的比值和體積的比值相等，也就是：

對上式做變式，得到

（k為定值）

對這個式子可以做什么解讀呢？電解水反應中的氣體體積與其物質的量成正比，且氫氣和氧氣的比值相同。

再對上式做變式，可以得到方程組：

當氫氣和氧氣的物質的量都為1 mol時，兩者的體積也相同。當兩種氣體的物質的量相同時，它們的體積也相同，這是電解水反應中的巧合嗎？我們可以從其他途徑再驗證一次。

已知標準狀況下氫氣密度是0.0899 g/L，氧氣密度是1.429 g/L，分別計算1 mol 和1 mol 的體積。

先計算1 mol 的的體積。

= 1 mol×2.016 g/mol = 2.016 g

= 2.016 g÷0.0899 g/L≈22.42 L

用同樣的方法可以計算1 mol 的體積。

= 1 mol×32.00 g/mol÷1.429 g/L≈22.39 L

可以看出1 mol 和 的體積確實十分接近，并非巧合。

對于氫氣和氧氣來說，其體積與物質的量成正比，且兩者的比值相同；當兩者物質的量相同時，其體積也相同。實際上這一結論適用于任何氣體，包括混合氣體。也就是說，任何氣體的體積與其物質的量的比值均為定值，當兩種氣體的物質的量相同時，它們的體積也相同。這一結論適用于固體和液體嗎？我們可以計算1 mol物質的體積來驗證。

已知若干種物質的密度：Fe 7.86 ，Al 2.70 ， 0.998 ， 1.83 ，分別求上述1 mol物質各自的體積。

計算結果顯示相同物質的量的固體和液體體積并不相同。“相同物質的量的物質體積相同”這一結論只適用于氣體。計算結果還顯示了當物質的量相同時，通常氣體的體積大于液體的體積，液體的體積大于固體的體積。

為什么相同物質的量的氣體的體積相同，而固體和液體卻不相同呢？下面我們來探究影響物質體積的因素。同種物質的質量與物質的量成正比，也與其體積成正比，所以同種物質的體積與其物質的量成正比。小學時我們就知道了物質具有熱脹冷縮的性質，也就是當溫度升高時，物體體積會變大；當溫度降低時，物體體積會變小。生活經驗告訴我們，當用力壓縮氣體（例如礦泉水瓶中的氣體）時，氣體的體積變小。這說明當壓強增大時，氣體的體積會變小；反之，當壓強減小時，氣體的體積會變大。溫度和壓強也會影響固體和液體的體積，但是效果較弱。

我們找到了三個影響物質體積的宏觀因素，那么從微觀角度看，物質的體積與什么因素有關呢？我們知道物質由分子構成，分子之間有間隙，因此物質的體積等于構成物質的分子的體積與分子間隙的體積之和。顯然分子數目（相當于宏觀角度的物質的量）會影響物質的體積，分子數目越大，物質體積越大。除此以外，分子大小和分子間距也會影響物質的體積。對于固體和液體來說，分子間距比分子要小得多，因此當分子數相同時，分子間距對物質體積的影響可忽略不計，分子大小是決定物質體積的主要因素。分子大小由物質種類決定，不同種類物質的分子大小一般不同。所以當物質的量相同時，不同種類的固體和液體體積不同。對于氣體來說，分子間距比分子本身要大得多，因此當分子數相同時，雖然不同種類氣體分子大小不同，但是分子大小對物質體積的影響可忽略不計，只有分子間距是決定物質體積的主要因素。而什么會影響氣體分子間距呢？是溫度和壓強。

初中時我們已經知道物質分子處于永不停歇、毫無規律的熱運動之中，氣體中分子的熱運動比固體和液體中的要劇烈得多。氣體分子不停運動，靠近固液界面的分子常常會撞擊界面，這些分子的合力在宏觀上就表現為氣體壓力。這有點像雨點打在雨傘上。在暴雨中打傘會明顯感覺到傘變沉了，這是因為雨點落在傘布上會對傘有個短暫的向下的力，雨點持續不斷且均勻地落在雨傘上，其綜合效果是傘受到大小基本不變的向下的壓力。這里雨點類似于氣體分子，傘布類似于固液界面。氣體分子之間也會互相撞擊，撞擊的兩個分子會迅速分離，擴大兩者之間的距離，使得氣體分子間的距離較大，比固體和液體分子間的距離大得多。當溫度升高時，氣體分子熱運動會加劇，分子運動速度變大，撞擊力度變強，撞擊后兩分子分離的距離也變大，分子間距比之前更大，導致物質體積增大；反之，當溫度減小時，氣體分子熱運動會減緩，分子運動速度變小，撞擊力度變小，撞擊后兩分子分離的距離變短，分子間距比之前更小，導致物質體積減小。當固液界面對界面附近氣體的壓強增大時，界面對氣體的壓力也增大，而此時氣體對界面附近氣體的壓力仍然不變，因此界面會向氣體推進，壓縮氣體的體積。隨著氣體體積減小，單位體積中的氣體分子數和單位面積上的氣體分子數都增加，導致撞擊界面的分子增加，界面所受氣體壓力增加。直到界面對氣體的壓力和氣體對界面附近氣體的壓力相等時，氣體體積才不再減小。相反的情況不再做分析。上述溫度和壓強對氣體體積影響的分析也適用于固體和液體，只是固體和液體分子間距太小，所以溫度和壓強對固體和液體體積的影響較小。

從上述分析中可以看出，分子數目、溫度和壓強是影響氣體體積的因素，而物質種類不是影響氣體體積的因素。由于分子數目與物質的量成正比，我們可以把前邊與氣體體積和物質的量有關的結論添加限定條件：當溫度和壓強相同時，任意氣體的體積與其物質的量成正比，物質的量相同的任意兩種氣體的體積相同，相同體積的任意兩種氣體的物質的量相同。

為了方便在氣體體積和其物質的量之間換算，規定單位物質的量的氣體所占的體積叫做氣體摩爾體積，符號為 。氣體摩爾體積、物質的量與氣體體積之間的關系可以表示如下：

氣體摩爾體積 = 氣體體積÷物質的量

用符號表示為： 。

由于溫度和壓強會影響氣體摩爾體積，所以在提及氣體摩爾體積時，應當指明溫度和壓強。0℃、101 kPa條件下，氣體摩爾體積約為22.4 L/mol，意思是在0℃、101 kPa條件下，1 mol氣體的體積約為22.4 L。上述描述中的溫度和壓強一般稱作標準狀況。