Молекулярно-кинетическая теория
ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
Основные законы и формулы
· Основное уравнение молекулярно-кинетической теории:
,
где – давление газа;
– концентрация молекул;
– масса одной молекулы;
– средняя квадратичная скорость одной молекулы;
– плотность газа;
– абсолютная температура;
– постоянная Больцмана.
· Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы
.
· Изопроцессы (газовые законы) для :
1) – изотермический:
;
2) – изобарный:
;
3) – изохорный
.
· Уравнение Менделеева-Клапейрона:
,
где – объём газа;
– масса газа;
– молярная масса;
) – универсальная газовая постоянная.
· Количество вещества
,
где – общее число молекул;
– постоянная Авогадро.
· Скорости молекул:
– средняя квадратичная,
– средняя арифметическая,
– наиболее вероятная.
· Нормальные условия:
-объём одного моля газа.
· Закон распределения молекул идеального газа по скоростям:
.
· Закон распределения молекул идеального газа по энергиям:
.
Задания
5.1. В сосуде объёмом находится газ при нормальных условиях. Определите число молекул газа в сосуде и концентрацию молекул. [
].
5.2. Газ находится в цилиндре под поршнем при нормальных условиях. Во сколько раз изменится концентрация молекул газа при увеличении объёма газа в 5 раз при прежней температуре? [уменьшится в 5 раз].
5.3. Газ находится в цилиндре под поршнем при нормальных условиях. Во сколько раз изменится концентрация молекул газа при увеличении температуры газа до при прежнем давлении? [уменьшится в 1,37 раза].
5.4. В баллоне находилось 10 кг газа при давлении Найдите, какое количество газа взяли из баллона, если окончательное давление стало равно
Температуру газа считать постоянной. [7,5 кг].
5.5. 12 г газа занимают объём при температуре
. После нагревания газа при постоянном давлении его плотность стала равна
До какой температуры нагрели газ? [1400 К].
5.6. В баллоне объёмом 10 л находится гелий ( ) под давлением 1 МПа и при температуре 300 К. После того как из баллона было взято 10 г гелия, температура в баллоне понизилась до 290 К. Определите давление гелия, оставшегося в баллоне. [0,364 МПа].
5.7. В сосуде объёмом находится 0,02 кг азота (
) под давлением
. Определите среднюю квадратичную скорость молекул газа; число молекул, находящихся в сосуде; плотность газа. [
].
5.8. Плотность некоторого газа , а средняя квадратичная скорость молекул этого газа равна 600 м/с. Определите давление, которое оказывает газ на стенки сосуда. [600 Па].
5.9. Определите среднюю квадратичную скорость молекул некоторого газа, плотность которого при давлении равна r=0,24 кг/м3 Какова масса одного моля этого газа, если значение плотности дано при температуре
? [1172,6 м/с; 0,005 кг/моль].
5.10. 6 г углекислого газа ( ) и 5 г закиси азота (
) заполняют сосуд объёмом
. Найдите общее давление в сосуде при температуре 400 К. [
].
5.11. Определите молярную массу смеси кислорода ( ) массой 25 г и азота (
) массой 75 г. [
].
5.12. Определите плотность смеси газов водорода ( ) массой 8 г и кислорода (
) массой 64 г при температуре 290 К и при давлении 0,1 МПа. Газ считать идеальным. [
].
5.13. Баллон вместимостью 20 л содержит смесь водорода ( ) и азота (
) при температуре 290 К и давлении 1 МПа. Определите массу водорода, если масса смеси равна 150 г. [ 6,3 г].
5.14. В закрытом сосуде вместимостью 20 л находятся водород ( ) массой 6 г и гелий (
) массой 12 г. Определите давление и молярную массу газовой смеси в сосуде, если температура смеси 300 К. [0,75 МПа; 3.10-3 кг/моль].
5.15. Смесь кислорода ( ) и азота (
) при температуре
находится под давлением 230 Па. Масса кислорода составляет 75% от общей массы смеси. Определите концентрацию молекул каждого из газов. [
].
5.16. В сосуде вместимостью 0,3 л при температуре 290 К находится некоторый газ. На сколько понизится давление газа в сосуде, если из-за утечки выйдет молекул? [133 Па].
5.17. Два сосуда одинакового объёма содержат кислород ( ). В одном сосуде давление 2 МПа и температура 800 К, в другом давление 2,5 МПа, а температура 200 К. Сосуды соединили трубкой и охладили находящийся в них кислород до 200 К. Определите установившееся в сосудах давление. [1,5 МПа].
5.18. Определите среднюю кинетическую энергию поступательного движения одной молекулы и температуру газа при давлении 0,5 кПа, если концентрация молекул газа равна . [
].
5.19. Во сколько раз средняя квадратичная скорость пылинки, взвешенной в воздухе, меньше средней квадратичной скорости молекул воздуха? Масса пылинки Воздух считать однородным газом, молярная масса которого равна 0,029 кг/моль. [в
раз].
5.20. Определите среднюю квадратичную скорость молекулы газа, заключённого в сосуд вместимостью 2 л под давлением 2 кПа. Масса газа 3 г. [4 км/с].
5.21. Определите наиболее вероятную скорость молекул газа, плотность которого при давлении 40 кПа составляет . [478 м/с].
5.22. Определите наиболее вероятную, среднюю арифметическую и среднюю квадратичную скорости молекул азота ( ) при 300 К. [422 м/с; 476 м/с; 517 м/с].
5.23. При какой температуре средняя квадратичная скорость молекул кислорода ( ) больше их наиболее вероятной скорости на 100 м/с. [381 К].
5.24. Определите среднюю арифметическую скорость молекул газа, если известно, что их средняя квадратичная скорость 1 км/с. [920 м/с].
5.25. Смесь гелия ( ) и аргона (
) находится при температуре 1200 К. Определите среднюю квадратичную скорость и среднюю кинетическую энергию поступательного движения атомов гелия и аргона. [гелий: 2730 м/с;
; аргон: 864 м/с;
)].
5.26. Используя закон распределения молекул идеального газа по скоростям, найдите формулу наиболее вероятной скорости. [ ].
5.27. Используя закон распределения молекул идеального газа по скоростям, найдите среднюю арифметическую скорость молекул. [ ].
5.28. Используя закон распределения молекул идеального газа по скоростям, найдите среднюю квадратичную скорость. [ ].
5.29. Используя функцию распределения молекул идеального газа по энергиям, найдите среднюю кинетическую энергию молекул. [3/2 ].