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同温・同圧・同体積の理想気体に含まれる分子の数は、気体の種類に関わらず同じです。
これをアボガドロの法則と言います。
つまり、何の気体でも、同温・同圧・同体積なら、同じ物質量です。
(実在気体では分子間力や、分子自身の体積の影響で誤差が生じます。)
また、理想気体はどれも、標準状態(0℃,1013hPa)では 1molあたり 22.4L です。
今回は計算しやすいように、標準状態の、
窒素と二酸化炭素が合計 1mol の混合気体と仮定して考えましょう。
標準状態の混合気体と同温・同圧・同体積の
酸素の物質量は、もちろん1molとなります。
酸素の分子量は 16×2=32 なので、
この1molの酸素は32gです。
混合気体はの質量は酸素の1.2倍なので、
32 × 1.2 = 38.4 (g) です。
1mol あたり 38.4g ということは、
混合気体は、38.4g/mol となります。
したがって、平均分子量は、38.4 です。
次に、窒素の分子量は28、二酸化炭素の分子量は44ですから、窒素は 28g/mol 、二酸化炭素は 44g/mol です。
それぞれ何molずつ混合すれば、
合計 1mol で質量 38.4g の気体ができるでしょう。
ここで、混合気体が窒素を x(mol) 含むとすると、
二酸化炭素は 1-x(mol) 含むことになります。
これを用いて混合気体の質量を表し、等式を作ると、
28x + 44(1-x) = 38.4 (g)
これを計算して、
16x = 5.6
x = 0.35
1-x = 0.65
よって、1mol の混合気体には、窒素 0.35mol と、
二酸化炭素 0.65mol が含まれているとわかります。
したがって、窒素のモル分率は、
0.35mol / 1mol より、0.35 となります。
御丁寧に有難うございます。