定理定義
處于平衡态的氣體，可用體積V、壓強P、溫度T三個宏觀狀态參量來描述，在溫度不太低、壓力不太大的範圍内，遵守玻意耳-馬略特定律，蓋呂薩克定律和查理定律。滿足上述氣體實驗三定律的氣體稱為理想氣體。理想氣體是一個理想模型，實際氣體在P→0時（密度足夠低）的極限情況下可視為理想氣體。在平衡态下，一定量氣體的狀态參量P、V、T之間的關系式稱為氣體的狀态方程。理想氣體在平衡态下狀态參量P、V、T之間的關系式稱為理想氣體狀态方程。
概念
平衡态
平衡态的英文是equilibrium state。在不受外界影響的條件下，系統的宏觀性質不随時間改變的狀态，稱為平衡态。處于平衡态的氣體分子仍在做熱運動，但系統的宏觀量不随時間改變，是一種動态平衡。
系統
由大量分子組成的物體叫作熱力學系統，簡稱系統，系統以外的物體統稱外界。
宏觀量
描述體系整體性質的物理量。例如壓強、溫度、體積。
微觀量
描寫體系中每個粒子微觀運動狀态的物理量，例如質量、位置、速度。
定理推廣
公式如圖示。
其中M為氣體的質量，μ為氣體的摩爾質量，R＝8.31J/（mol·K）為氣體的普适常數。上式可作為理想氣體的定義式。該式還可表示如圖示二。
其中n—分子數密度，即單位體積的分子數，k = (R/NA) = 1.38×10-23 J/K—玻耳茲曼常數（Boltzman constant）。
經驗規律
理想氣體狀态方程是描述氣體宏觀運動的經驗規律。
驗證推導
經驗定律
（1）玻意耳定律（玻—馬定律）
當n，T一定時V，p成反比，即V∝（1/p）①
（2）查理定律
當n，V一定時，p，T成正比，即p∝T ②
（3）蓋-呂薩克定律
當n，p一定時，V，T成正比，即V∝T ③
（4）阿伏伽德羅定律
當T，p一定時，V，n成正比，即V∝n ④
由①②③④得
V∝（nT/p） ⑤
将⑤加上比例系數R得
V=（nRT）/p 即PV=nRT
實際氣體中的問題當理想氣體狀态方程運用于實際氣體時會有所偏差，因為理想氣體的基本假設在實際氣體中并不成立。如實驗測定1mol乙炔在20℃、101kPa時，體積為24.1dm，，而同樣在20℃時，在842kPa下，體積為0.114dm，它們相差很多，這是因為，它不是理想氣體所緻。
一般來說，沸點低的氣體在較高的溫度和較低的壓力時，更接近理想氣體，如氧氣的沸點為-183℃、氫氣沸點為-253℃，它們在常溫常壓下摩爾體積與理想值僅相差0.1%左右，而二氧化硫的沸點為-10℃，在常溫常壓下摩爾體積與理想值的相差達到了2.4%。
應用一定量處于平衡态的氣體，其狀态由p、V和T刻劃，表達這幾個量之間的關系的方程稱之為氣體的狀态方程，不同的氣體有不同的狀态方程。但真實氣體的方程通常十分複雜，而理想氣體的狀态方程具有非常簡單的形式。
雖然完全理想的氣體并不可能存在，但許多實際氣體，特别是那些不容易液化、凝華的氣體（如氦、氫氣、氧氣、氮氣等，由于氦氣不但體積小、互相之間作用力小、也是所有氣體中最難液化的，因此它是所有氣體中最接近理想氣體的氣體。）在常溫常壓下的性質已經十分接近于理想氣體。
此外，有時隻需要粗略估算一些數據，使用這個方程會使計算變得方便很多。
發展簡史
狀态方程
描寫理想氣體狀态變化規律的方程。對于一定質量的氣體，可以用壓強p和體積V來描述它的平衡态，而溫度T是p和V的函數，F(T,p,V)=0。這個關系式叫做氣體的狀态方程，它的具體形式需由實驗确定。玻意耳定律
又稱玻意耳—馬略特定律，是英國化學家R.玻意耳在1662年和法國物理學家E.馬略特在1679年分别獨立發現的。它的内容是：一定質量的氣體，當溫度保持不變時，壓強和體積成反比且乘積是一個常數：
p1V1=p2V2=p3V3=…或pV=C。
常數C在不同溫度時有不同數值。
大量實驗結果表明,該定律對理想氣體完全正确。對于各種實際氣體，隻要它的壓強不太高,溫度不太低,都近似地遵從此定律；氣體的壓強越低，它遵從玻意耳定律的精确度就越高。
蓋－呂薩克定律
一定質量的氣體，當體積不變時，它的壓強随溫度作線性變化：
p=p0(1+αt),p0
是0°C時的氣體壓強，
p是t°C時的氣體壓強,
α是在氣體體積不變時的壓強系數。對于理想氣體,
α的數值為一普适常數，其值為1/273.15，于是：
若令
T=t＋273.15，則上式簡化為：pt=p0αT,T
即為熱力學溫标，其單位是開爾文(K)；t=0時，T0=273.15K。
理想氣體狀态方程
根據玻意耳定律、阿伏伽德羅定律和理想氣體溫标的定義，可以确定玻意耳定律中常數C與溫度的關系，并可導出：
式中
p0、V0、T0為标準狀況下一摩爾理想氣體的壓強、體積、溫度；v為摩爾數。因此數值對各種氣都一樣。該數值叫摩爾氣體常數并用r表示：
于是n
式中M代表氣體的質量，μ是氣體的分子量。這就是理想氣體狀态方程。
在壓強為幾個大氣壓以下時，各種實際氣體一般都近似地遵從理想氣體狀态方程。壓強越低，符合的程度越高。在壓強趨于零的極限情況下，一切氣體都嚴格地遵從它。根據理想氣體模型從氣體分子運動論出發,也可以推導出該物态方程。
摩爾氣體常數R的數值可由一摩爾理想氣體在水的三相點(273.16K)及一個大氣壓下的體積推出。也可以由一摩爾理想氣體在冰點(273.15K)及一個大氣壓下的體積V0推出。用V0來推算的原因V0可根據實驗結果求得比較準确的數值。由
V0=22.41383×10 m/mol
可算得
r=8.31441±0.00026J/(mol·K)。
定理意義
一定量處于平衡态的氣體，其狀态由p、V和T刻劃，表達這幾個量之間的關系的方程稱之為氣體的狀态方程，不同的氣體有不同的狀态方程。但真實氣體的方程通常十分複雜，而理想氣體的狀态方程具有非常簡單的形式。
雖然完全理想的氣體并不可能存在，但許多實際氣體，特别是那些不容易液化、凝華的氣體（如氦、氫氣、氧氣、氮氣等，由于氦氣不但體積小、互相之間作用力小、也是所有氣體中最難液化的，因此它是所有氣體中最接近理想氣體的氣體。）在常溫常壓下的性質已經十分接近于理想氣體。
此外，有時隻需要粗略估算一些數據，使用這個方程會使計算變得方便很多。
物質含量
從數學上說，當一個方程中隻含有1個未知量時，就可以計算出這個未知量。因此，在壓強、體積、溫度和所含物質的量這4個量中，隻要知道其中的3個量即可算出第四個量。這個方程根據需要計算的目标不同，可以轉換為下面4個等效的公式：
求壓力： p=nRT/v
求體積： v=nRT/p
求所含物質的量：n=pv/RT
求溫度：T=pv/nR
化學平衡
根據理想氣體狀态方程可以用于計算氣體反應的化學平衡問題。
根據理想氣體狀态方程可以得到如圖示三推論。
通過結合化學反應的方程式，很容易得到化學反應達到平衡狀态後制定物質的轉化率。
