Азот массы m 15 г находится в закрытом сосуде при температуре 300



Азот массы m 15 г находится в закрытом сосуде при температуре 300

Некоторое количество азота находится в замкнутом сосуде при температуре 300 К и давлении 2 атм. Когда температуру сосуда повысили до 3000 К, часть молекул азота распалась на атомы, и в результате этого давление увеличилось до 30 атм. Какая часть молекул азота распалась на атомы?

Воспользуемся уравнением Менделеева — Клапейрона: pV = νRT. Так как при постоянном объёме V температура T возросла в 10 раз, а давление p увеличилось в 15 раз, то общее количество частиц возросло в 1,5 раза. Обозначим через N исходное число частиц, а через α — искомую долю распавшихся молекул азота. Тогда из уравнения 2 · αN + (1 − α)N = 1,5N находим: α = 0,5.

Какое уравнение использовано в конце при нахождении доли распавшихся молекул азота?

молекул азота распалось на атомы азота ( атомов),

молекул азота не распалось,

всего частиц,

по расчётам число частиц должно быть

Источник статьи: http://phys-ege.sdamgia.ru/problem?id=6468

Азот массы m 15 г находится в закрытом сосуде при температуре 300

Некоторое количество азота находится в замкнутом сосуде при температуре 300 К и давлении 2 атм. Когда температуру сосуда повысили до 3000 К, часть молекул азота распалась на атомы, и в результате этого давление увеличилось до 30 атм. Какая часть молекул азота распалась на атомы?

Воспользуемся уравнением Менделеева — Клапейрона: pV = νRT. Так как при постоянном объёме V температура T возросла в 10 раз, а давление p увеличилось в 15 раз, то общее количество частиц возросло в 1,5 раза. Обозначим через N исходное число частиц, а через α — искомую долю распавшихся молекул азота. Тогда из уравнения 2 · αN + (1 − α)N = 1,5N находим: α = 0,5.

Какое уравнение использовано в конце при нахождении доли распавшихся молекул азота?

молекул азота распалось на атомы азота ( атомов),

молекул азота не распалось,

всего частиц,

по расчётам число частиц должно быть

Источник статьи: http://phys-ege.sdamgia.ru/problem?id=6468

Азот массы m 15 г находится в закрытом сосуде при температуре 300

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

В закрытом сосуде находится масса m = 14 г азота при давлении р₁ = 0,1 МПа и температуре t₁ = 27 °C. После нагревания давление в сосуде повысилось в 5 раз. До какой температуры t₂ был нагрет газ? Найти объем V сосуда и количество теплоты Q, сообщенное газу.

находим температуру после нагревания

Из у равнения Менделеева — Клапейрона

К оличество теплоты Q, сообщенное газу

Ответ:

Источник статьи: http://www.bog5.in.ua/problems/sav/molecular/probl%20mol17.html

Азот массы m 15 г находится в закрытом сосуде при температуре 300

5.81. В сосуде объемом V = 0,1 МПа находится азот при давлении p = 0,1 МПа. Какое количество теплоты Q надо сообщить азоту, чтобы: а) при p = const объем увеличился вдвое; б) при V = const давление увеличилось вдвое?

5.82. В закрытом сосуде находится масса m = 14г азота при давлении pх = 0,1 МПа и температуре t = 27° С. После нагревания давление в сосуде повысилось в 5 раз. До какой температуры t2 был нагрет газ? Найти объем V сосуда и количество теплоты Q, сообщенное газу.

5.83. Какое количество теплоты Qнадо сообщить массе

m = 12г кислорода, чтобы нагреть его на dt= 50° С при p = const ?

5.84. На нагревание массы m = 40 г кислорода от температуры t1 = 16° С до t2 = 40° С затрачено количество теплоты Q = 628Дж. При каких условиях нагревался газ (при постоянном объеме или при постоянном давлении)?

5.85. В закрытом сосуде объемом V = 10 л находится воздух при давлении p = 0,1 МПа. Какое количество теплоты Qнадо сообщить воздуху, чтобы повысить давление в сосуде в 5 раз?

5.86. Какую массу m углекислого газа можно нагреть при p = const от температуры t1 =20° С до t2=100° С количеством теплоты Q = 222Дж? На сколько при этом изменится кинетическая энергия одной молекулы?

5.87. В закрытом сосуде объем V = 2 л находится азот, плотность которого р = 1,4 кг/м3 Какое количество теплоты Q надо сообщить азоту, чтобы нагреть его на dT = 100 К?

5.88. Азот находится в закрытом сосуде объемом V = 3 л при температуре t1=27° С и давлении p1 = 0,ЗМПа. После нагревания давление в сосуде повысилось до p2=2,5МПа. Найти температуру t2азота после нагревания и количество теплоты Q, сообщенное азоту.

5.89. Для нагревания некоторой массы газа на dt1 =50° С при p = const необходимо затратить количество теплоты Q<= 670 Дж.

Если эту же массу газа охладить на dt2 = 100° С при V = const, то выделяется количество теплоты Q2=1005Дж. Какое число степеней свободы i имеют молекулы этого газа?

5.90. Масса m = 10 г азота находится в закрытом сосуде при температуре t1 = 7° С. Какое количество теплоты Qнадо сообщить азоту, чтобы увеличить среднюю квадратичную скорость его молекул вдвое? Во сколько раз при этом изменится температура газа? Во сколько раз при этом изменится давление газа на стенки сосуда?

5.91. Гелий находится в закрытом сосуде объемом V = 2 л при температуре t1 = 20° С и давлении p1= 100 кПа. Какое количество теплоты Q надо сообщить гелию, чтобы повысить его температуру на dt = 100° С? Каковы будут при новой температуре средняя квадратичная скорость его молекул, давление p2, плотность p2гелия и энергия теплового движения W его молекул?

5.92. В закрытом сосуде объемом V = 2 л находится масса m азота и масса m аргона при нормальных условиях. Какое количество теплоты Q надо сообщить, чтобы нагреть газовую смесь на dt = 100°С?

5.93. Найти среднюю арифметическую v, среднюю квадратичную sqr(v2) и наиболее вероятную vв скорости молекул газа, который при давлении p = 40 кПа имеет плотность p = 0,3 кг/м.

5.94. При какой температуре Т средняя квадратичная скорость молекул азота больше их наиболее вероятной скорости на dv = 50 м/с?

5.95. Какая часть молекул кислорода при t = 0° С обладает скоростями v от 100 до 110 м/с?

5.96. Какая часть молекул азота при t = 150° С обладает скоростями v от 300 до 325 м/с?

5.97. Какая часть молекул водорода при t = 0° С обладает скоростями v от 2000 до 2100 м/с?

5.98. Во сколько раз число молекул dN1, скорости которых лежат в интервале от vB до vB + dv , больше числа молекул dN2,

скорости которых лежат в интервале от sqr(v2)до sqr(v2) + dv ?

5.99. Какая часть молекул азота при температуре Т имеет скорости, лежащие в интервале от vB до vB + dv , где dv = 20 м/с.

5.100. Какая часть молекул азота при температуре t = 150° С имеет скорости, лежащие в интервале от v1=300m/c до

В данной работе предлагается определенный подход к классификации и способам решения задач на газовые законы. Такой подход позволит быстро сориентироваться в большом количестве задач на свойства газов и применить к ним те или иные приемы решения.

Основные теоретические сведения

Состояние газа характеризуется совокупностью трех физических величин или термодинамических параметров:объемом газа V, давлением Р и температурой Т. Состояние газа, при котором эти параметры остаются постоянными считают равновесным состоянием.В этом состоянии параметры газа связаны между собой уравнением состояния. Самый простой вид уравнение состояния имеет для идеального газа. Идеальным газом называют газ, молекулы которого не имеют размеров (материальные точки) и взаимодействуют друг с другом лишь при абсолютно упругих соударениях (отсутствует межмолекулярное притяжение и отталкивание). Реальные газы тем точнее подчиняются законам идеальных газов, чем меньше размеры их молекул (т.е. газ одноатомный), и чем больше он разряжен.

Уравнение состояния идеального газа или уравнение Менделеева-Клапейрона имеет вид:
– универсальная газовая постоянная

Из этого закона вытекает, что для двух произвольных состояний газа справедливо равенство, называемое уравнением Клапейрона:

Так же для идеальных газов имеют место следующие экспериментальные законы:

Закон Бойля — Мариотта:

Закон Гей-Люссака:
Закон Шарля:
Если в сосуде находится смесь нескольких газов, не вступающих друг с другом в химические реакции, то результирующее давление определяется по закону Дальтона: давление смеси равно сумме давлений, производимых каждым газом в отдельности, как если бы он один занимал весь сосуд.

Задачи, решение которых основывается на данных уравнениях, можно разделить на две группы:

§ задачи на применение уравнения Менделеева-Клапейрона.

ЗАДАЧИ НА ПРИМЕНЕНИЕ УРАВНЕНИЯ МЕНДЕЛЕЕВА-КЛАПЕЙРОНА.

Уравнение Менделеева-Клапейрона применяют тогда, когда

I. дано только одно состояние газа изадана масса газа (или вместо массы используют количество вещества или плотность газа).

II. масса газа не задана, но она меняется, то есть утечка газа или накачка.

При решении задач на применение равнения состояния идеального газа надо помнить:

1.если дана смесь газов, то уравнение Менделеева-Клапейрона записывают для каждого компонента в отдельности.Связь между парциальными давлениями газов, входящих в смесь и результирующим давлением смеси, устанавливается законом Дальтона.

2.если газ меняет свои термодинамические параметры или массу, уравнение Менделеева-Клапейрона записывают для каждого состояния газа в отдельности и полученную систему уравнений решают относительно искомой величины.

§ Необходимо пользоваться только абсолютной температурой и сразу же переводить значения температуры по шкале Цельсия в значения по шкале Кельвина.

§ В задачах, где рассматривается движение сосуда с газом (пузырька воздуха, воздушного шара) к уравнению газового состояния добавляют уравнения механики.

§ если между газами происходит реакция, то надо составить уравнение реакции и определить продукты реакции

ПЕРВЫЙ ТИП ЗАДАЧ: НЕТ ИЗМЕНЕНИЯ МАССЫ

Определить давление кислорода в баллоне объемом V = 1 м3 при температуре t=27 °С. Масса кислорода m = 0,2 кг.

Записываем уравнение Менделеева-Клапейрона и находим из него давление, производимое газом:

Баллон емкостью V= 12 л содержит углекислый газ. Давление газа Р = 1 МПа, температура Т = 300 К. Определить массу газа.

Записываем уравнение Менделеева-Клапейрона и находим массу газа

При температуре Т = 309 К и давлении Р = 0,7 МПа плотность газа ρ = 12 кг/м3. Определить молярную массу газа.

Записываем уравнение Менделеева-Клапейрона

Так как масса газа может быть определена через плотность газа и его объем имеем:

Отсюда находим молярную массу газа:

Какова плотность водорода при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С.

Нормальное атмосферное давление – это давление, равное 105 Па. И эту информацию запишем как данные задачи. Записываем уравнение Менделеева-Клапейрона

Так как масса газа может быть определена через плотность газа и его объем имеем:

Отсюда находим плотность газа:

До какой температуры Т1 надо нагреть кислород, чтобы его плотность стала равна плотности водорода при том же давлении ,но при температуре Т2 = 200 К?

Записываем уравнение Менделеева-Клапейрона для кислорода и для водорода через плотности газов:

Так как по условию давление у двух газов одинаковое, то можно приравнять правые части данных уравнений:

Сократим на R и на плотность ρ (по условию плотности газов равны) и найдем Т1

В сосуде объемом 4·10-3 м3 находится 0,012 кг газа при температуре 177°С. При какой температуре плотность этого газа будет равна 6·10-6 кг /см3, если давление газа остается неизменным.

Смесь газов

В баллоне объемом 25 литров находится 20г азота и 2 г гелия при 301К. Найдите давление в баллоне.

Определить плотность смеси, состоящей из 4 граммов водорода и 32 граммов кислорода при давлении 7°С и давлении 93кПа?

Сосуд емкостью 2V разделен пополам полупроницаемой перегородкой. В одной половине находится водород массой mВ и азот массой mА. В другой половине вакуум. Во время процесса поддерживается постоянная температура Т. Через перегородку может диффундировать только водород. Какое давление установиться в обеих частях сосуда?

Диффундирует только водород. Следовательно, после завершения установочных процессов, в отсеке I будет водород, массой на

половину меньшей, чем была, и весь азот. А во втором отсеке только половина массы водорода. Тогда для первого отсека установившееся давление равно:

Для отсека II можно так же определить установившееся давление:

Вакуумированный сосуд разделен перегородками на три равных отсека, каждый объемом V. В средний отсек ввели одинаковые массы кислорода, азота и водорода. В результате чего давление в этом отсеке стало равно Р. Перегородка I проницаема только для молекул водорода, перегородка II проницаема для молекул всех газов. Найти давления Р1 Р2 и Р3, установившиеся в каждом отсеке, если температура газа поддерживается постоянной и равной Т.

После диффундирования газов через перегородки в первом отсеке окажется треть массы водорода. Во втором и в третьем отсеках будет треть водорода, половина массы кислорода и половина всей массы азота. Тогда для первого отсека установившееся давление равно:

Если до диффундирования первоначальное давление во втором отсеке было Р, то можно записать:

Находим выражение для давления во втором и в третьем отсеках

И тогда давление в первом отсеке равно:

С химическими реакциями

В сосуде находится смесь азота и водорода. При температуре Т, когда азот полностью диссоциирован на атомы, давление равно Р (диссоциацией водорода можно пренебречь). При температуре 2Т, когда оба газа полностью диссоциированы, давление в сосуде 3Р. Каково отношение масс азота и водорода в смеси?

При температуре Т параметры газов в сосуде следующие:

И результирующее давление в сосуде по закону Дальтона равно:

При температуре 2Т параметры газов в сосуде следующие:

И результирующее давление в сосуде по закону Дальтона равно:

В герметично закрытом сосуде находится 1 моль неона и 2 моля водорода. При температуре Т1=300К, когда весь водород молекулярный, атмосферное давление в сосуде Р1=105 Па. При температуре Т2=3000К давление возросло до Р2=1,5∙105 Па. Какая часть молекул водорода диссоциировала на атомы?

При температуре Т1 давление газа в сосуде складывается из парциальных давлений двух газов и равно:

При температуре Т2 давление газа равно:

Из первого находим объем V:

В закрытом баллоне находится смесь из m1= 0,50 г водорода и m2 = 8,0 г кислорода при давлении Р1= 2,35∙105 Па. Между газами происходит реакция с образованием водяного пара. Какое давление Р установится в баллоне после охлаждения до первоначальной температуры? Конденсации пара не происходит.