Chất Khí: Chương 6 [Chuẩn SEO]

ƯƠ Ấ NG VI. CH T KHÍ

ử ấ ấ ạ Ắ ế ộ ấ ch t khí c u t o ch t CH Ế A. TÓM T T LÝ THUY T: I. Thuy t đ ng h c phân t

ơ ả ệ

ượ ộ ố ấ ử ọ 1. Các khái ni m c b n a. Mol: 1 mol là l ng ch t trong đó có ch a m t s phân t hay nguyên t ử ằ b ng

ứ ch a trong 12 gam Cacbon 12.

ố s nguyên t ố

ử ố ử ứ ấ ề ủ ằ ọ hay phân t ch a trong 1 mol c a m i ch t đ u b ng nhau

ọ ố ử ứ b. S Avogadro: S nguyên t và g i là s Avogadro N

NA = 6,02.1023 mol1

ố ượ

ng mol: ủ ộ ệ ấ ượ ố ượ ằ ng mol c a m t ch t (ký hi u µ) đ c đo b ng kh i l ủ ng c a

ộ

ộ ấ ượ ể ằ ộ ủ c đo b ng th tích c a m t mol ch t y.

oC, 1atm), th tích mol c a m i ch t khí đ u b ng ằ ủ

ệ ẩ ể ấ ọ ấ ấ ề c. Kh i l ố ượ Kh i l ấ ấ m t mol ch t y. ể d. Th tích mol: ể ủ Th tích mol c a m t ch t đ Ở ề đi u ki n chu n (0

22,4 lít/mol hay 0,0224 m3/mol.

ọ

ấ ướ ấ ư ể ỏ ử ấ ế ộ 4. Thuy t đ ng h c phân t ch t khí: ử ồ có kích th Ch t khí g m các phân t ấ c r t nh (có th coi nh ch t

đi m).ể

ử ệ ộ ừ ạ Các phân t t đ càng

ể ộ chuy n đ ng nhi ể

ậ ố ữ ể ề ẳ

ị

ệ ỗ t h n lo n không ng ng. Nhi ờ t càng l n. ư ự ộ do và chuy n đ ng th ng đ u. g n nh t ạ ạ ể ậ ố ớ ớ ử ặ ươ ể ạ ộ

ộ ệ cao thì v n t c chuy n đ ng nhi ạ ử ầ Gi a hai va ch m, phân t ổ ộ va ch m v i nhau làm chúng b thay đ i Khi chuy n đ ng, các phân t ấ ng và v n t c chuy n đ ng, ho c va ch m v i thành bình t o nên áp su t ấ

ậ ị

ph ủ c a ch t khí lên thành bình. II. Đ nh lu t Boyle – Mariotte

ủ ủ ể ấ ổ ộ ượ ị nhi ng khí

ố ị ậ Đ nhlu tBoyle–Mariotte: Ở ệ ộ t đ không đ i, tích c a áp su t p và th tích V c a m t l ộ ằ xác đ nh là m t h ng s .

ằ = =…

ể ớ ổ ụ ấ ộ ng khí có th tích không đ i thì áp su t p ph thu c vào nhi ệ t

ố pV = h ng s = p V p V p V 2 1 3 3 1 2 ệ ố ệ ộ ị III. Đ nh luât charles – nhi t đ tuy t đ i ậ ị : 1. Đ nh lu t Charles ộ ượ V i m t l ư ộ ủ đ t c a khí nh sau: = +

)

( p p 1 0

ị ư ố ớ ấ ọ ọ ệ ộ t đ và

b ng ằ độ1.

ưở ự ư ấ áp su t th p, có th coi khí th c nh là khí lý t ng.

ể ấ ệ ố ệ ộ t đ tuy t đ i

ươ ệ ộ ứ Trong đó (cid:0) có giá tr nh nhau đ i v i m i ch t khí, m i nhi 1 273 Ở 2. Nhi ị Nh êt giai Kelvin là nhi t giai trong đó không đ (0 K) t ớ ng ng v i

nhi ệ ộ t đ

ệ ộ ả

oC. ệ ố

ệ ộ ằ t đ 1kelvin (1K) b ng kho ng cách 1 ọ ượ 273oC và kho ng cách nhi Nhi ị t đ đo trong nh êt giai Kelvin đ ả ệ ộ c g i là nhi t đ tuy t đ i, ký

ệ hi u T.

ệ ượ ế T = t +273 ậ Trong nhi ị t giai Kelvin, đ nh lu t Charles đ c vi ư t nh sau:

= const p T ủ ạ ị IV. Ph

ươ 1.Ph ng trình tr ng thái c a khí lý t ạ ươ ng trình tr ng thái khí lý t ậ ng. đ nh lu t gay lussac ng:

ưở ưở p V p V = 1 2 2 T T 2 1

Hay:

=

const

ộ ượ ủ ấ Th tích V c a m t l ng khí có áp su t không 2. Đ nh lu t Gay Lussac:

ệ ộ ậ ị ỉ ệ ớ v i nhi ổ đ i thì t l

=

const

pV T ể ệ ố ủ t đ tuy t đ i c a khí. V T

V. Ph

ươ Ph ng trình Clapeyron – Mendeleev: ươ ng trình Clapeyron – Mendeleev:

m = =n pV RT RT m

ố ủ ằ Trong đó: R =8,31J/mol.K h ng s c a các khí.

ệ ộ ở nhi

0C. Khi 0C. Tính áp su t không khí trong l p xe lúc

ấ ấ ạ ớ t đ 25 ố i 50

Ậ Ụ B. BÀI T P VÍ D ế ớ ứ ộ Bài 1: M t chi c l p ô tô ch a không khí có áp su t 5at và ố xe ch y nhanh l p xe tăng lên t này.

ướ ẫ ả H ng d n gi i:

Ta có:

T1 = 25 + 273 = 298K T2 = 50 + 273 = 323K

ụ ể ậ ố ổ ị ơ Vì th tích khí trong l p xe là không đ i. Áp d ng đ nh lu t Sac – L :

= = (cid:0) p p 1 T 1 p 2 T 2 p T 1 2 T 1

Thay số p1 = 5 bar, T2 = 323 K, T1 = 298 K

42,5

.5 323 298

(cid:0) p2 = (at)

ố ượ ủ ng riêng c a không khí

ỗ t r ng m i khi lên cao thêm 10m thì áp su t khi quy n gi m 1mmHg. Nhi

ố ượ ệ ẩ

Bài 2: Tính kh i l ế ằ Bi ỉ ộ đ trên đ nh núi là 2 ấ su t 760 mmHg, nhi

ướ ẫ ả i:

ươ ở ỉ đ nh núi Phan Xi Pang cao 3140m. ệ ả ể ấ t 0C. Kh i l ở ề ủ ng riêng c a không khí đi u ki n chu n (áp ệ ộ 0C) là 1,29 (kg/m3) t đ 0 H ng d n gi ạ ụ Áp d ng ph ng trình tr ng thái

P1 = p0 p V p V = 2 1 2 T T 2 1 h 10

m V m

r = � r = 0 = m V m r = ; V 0 m V 1

m p p 1 r r = � T 1 T 0

r � r = 1 =0,75 (kg/m3)

ồ ố

3 đ

c là 7 ộ ướ 0C còn trên m t h là 22

ặ ướ ừ

p V p V = 1 0 0 T T 0 1 p T 1 0 p T 0 1 ệ ộ ủ t đ c a i đáy h nhi 0C. Áp su t khí quy n ể ấ cượ ể c, th tích không khí = ướ r c

ố ể ng riêng c a n 2)

H ng d n gi ở ỏ ơ ượ

ọ ọ ủ ự ụ

2 > t1)

ế ả ấ ả ầ ọ ồ

ươ ạ Bài 3: M t cái h sâu 15m d ặ ồ ướ n ộ ọ là 1 atm. M t b t không khí có th tích 1 mm Ở ồ sát m t n đáy h lên. nâng t ố ượ ế ủ t kh i l là bao nhiêu cho bi 1000 kg/m3 gia t c tr ng tr ọ ườ ng g = 9,8 (m/s ướ ẫ ả i: ọ ượ ọ ồ Khi b t khí đáy h do tr ng l ng ng riêng c a khí nh h n tr ng l ẽ ượ ủ ướ ọ ả ầ c nâng d n lên. L c tác d ng lên b t khí gi m c nên b t khí s đ riêng c a n ề ờ ẫ ộ ướ (do chi u cao c t n c gi m) d n đ n áp su t gi m, b t khí to d n ra đ ng th i ệ ộ t đ tăng lên (t nhi ụ áp d ng ph ng trình tr ng thái

p V p V = 2 1 2 T T 2 1

p1 = pKQ + r gh

dm3

400

T(0K)

200

3 2.610 m 2.6mm

+ r - (p gh).V T 1 2 = = = = � . V 2 p V p V = 2 1 2 T T 2 1 p V T 2 1 1 T p 1 p T 2 1

ộ ưở ệ ẽ ộ ng th c hi n m t chu trình 1 2 3 4 (hình v ). Bi ế t

1, p2, p3, p4

ị ự Bài 4: M t mol khí lý t T1=T2 = 400K, T3= T4= 200K, V1 = 40 dm3, V3= 10 dm3. Xác đ nh p

ẫ H ng d n gi

ướ ẳ v i T. Các quá trình 1 – 2, 3 –

1 = 2T4 , T2 = 2T3 , nên theo đ nh lu t Gayluy xác:

ậ t v ì T

= = = = = � � 20dm 20dm V 4 V 2 V 1 2 ả i ỉ ệ ớ Các quá trình 4 – 1, 2 – 3 là đ ng áp vì V t l ị ẳ 4 là đ ng nhi V V = 3 2 T T 2 3 ệ V V = 4 1 T T 1 4 V .T 1 4 T 1 V .T 3 2 T 3

Ta có:

ượ p1V1 = p2V2; p3V3 = p4V4 , p1 = p4; p2 = p3 ng trình ta đ Gi c: p

ố ằ ằ

ệ ở ượ ố ớ 0Ở 0C gi a ng có m t gi

1 = p4 = 0.83.105 Pa, p2 = p3 = 1,66.105 Pa c n i v i nhau b ng m t ng n m ngang có hai 0C bình kia là

ộ ế

2. t di n 20 mm ỗ ỷ

ọ ị Bài t p 5:ậ ế ti ể bên. Th tích m i bình là V t0C thì gi t đ m t bình là t ệ ộ t đ t

ướ ả ệ ươ i h ph ộ ố Hai bình gi ng nhau đ ữ ố ọ ỷ t thu ngân ngăn không khí 0 = 200 cm3. N u nhi ệ ộ ộ ị ả i

ủ ể ệ ộ 1 = 273 + t; V2 là th tích c a bình ằ ấ ở hai bình b ng t đ T ủ ể 1 là th tích c a bình có nhi ệ ộ 2 = 273 – t. Gi

ể t thu ngân d ch chuy n 10 cm. Xác đ nh nhi ẫ H ng d n gi t đ T ọ ứ t thu ngân khi đ ng yên, thì áp su t ộ ỷ ố ượ ị ng khí, v y áp d ng đ nh Gayluyxác:

2 T 2

= = = ậ =� V 1 - 2V 0 + + 273 t 273 t ụ V T 0 1 273 V 0 273 G i Vọ có nhi ứ nhau. Hai bình ch a cùng m t kh i l + V V V V = 1 1 2 + T T T 1 1 2

- - 1) ( = = Sd 0,2.10 2 = D = V V 0 V V ( 0 T - = 1 273 T 273 = 1 )V 0 273 V t = 0 273 200t = 273

0 2,73 C.

= = � t 2.273 200

Ệ Ậ

ổ ế ng khí không đ i, n u áp su t bi n đ i 2.10

5 Pa thì th tích bi n ế ể ế 5 Pa thì th tích bi n đ i 5l. Tính áp su t và th ể ổ

ổ ế ấ ể ấ

ế ổ ệ ộ Ậ C. BÀI T P LUY N T P ộ ượ Bài 1: M t l ế ổ đ i 3l. N u áp su t bi n đ i 5.10 ế ầ tích ban đ u. Bi ấ t nhi ổ t đ không đ i

nP V PV P 2atm

1 1

ơ ộ ệt đ không đ iổ (cid:0) ĐS:

ộ

ể

II ĐS: V = 9l; P1 = 4. 105 Pa Bài 2: B mơ không khí ở áp su tấ P 1 = 1at vào m tộ quả bóng bang cao su, m iỗ lần nén pittông thì đẩy đư cợ V1 125cm3. Nếu nén 40 lần thì áp su tấ khí trong bóng là bao nhiêu? Biết dung tích bóng lúc đó là V = 2,5lít. Cho r ngằ trư cớ khi b mơ trong quả bóng không có không khí và khi b m nhi = Bài 3: M tộ bóng đèn dây tóc chứa khí trơ 27oC và dư iớ áp su tấ 0,6atm. Khi đèn cháy sáng áp su tấ trong đèn là 1atm và không làm vỡ bóng đèn.Tính nhiệt đ khí trong đèn khi cháy sáng? ĐS: 227oC. Bài 4: M tộ bánh xe dư cợ b mơ vào lúc sáng s mớ khi nhiệt độ không khí xung quanh là 7oC. H iỏ áp su tấ khí trong ru tộ bánh xe tăng thêm bao nhiêu phần trăm vào giữa tr aư , lúc nhiệt đ lộ ên đến 35oC. Coi th tích xăm không thay đ i. ổ ĐS: 10,75%. Bài 5: Có 0,4g khí Hidrô ở nhiệt độ 27oC, áp suất 105Pa, đư cợ biến đ i tổ rạng thái qua hai giai đoạn: nén đẳng nhiệt đến áp suất tăng gấp đôi, sau đó cho dãn nở đẳng áp tr vở ề thể tích ban đầu.

a. Xác đ nh các thông số (p,V,T) chưa biết của II I

ị từng trạng thái. I V O b. Vẽ đồ thị mô tả quá trình biến đ iổ c aủ kh iố

1 =

10 Pa, T 3

P 10 Pa, T 300K, V 4,986.10 m 1 3 5 ) 300K, V 2, 493.10 m 2.10 Pa, T 2 = = = III( 600K, V 4,986.10 m P 3 có thể tích 100 cm3, nhiệt đ 177 ộ lý tư ng ở 2 quá trình sau: P ố

khí trên trong h ệ tr cụ (Op,OV). - ) - I( = ĐS: II( P 2 - ) ố oC, áp su t 1ấ atm, ổ ộ Bài 6: M t kh i khí đư cợ biến đ i qua

đư cợ biến đ iổ Từ trạng thái đầu, kh i khí II I đ ngẳ tích sang trạng thái 2 có áp su t tấ ăng gâp 2 lần. II T từ rạng thái 2 biến đ i ổ đ ngẳ nhiệt, thể tích sau

cùng là 50cm3. I V O a. Tìm các thông s tố rạng thái chưa biết cüa kh iố

khí.

= P 1, 013.10 Pa, T 450K, V 10 m 1 1

b. Vẽ đồ thị bi uể diễn các quá trình biến đ iổ trong hệ t aọ đ ộ (pOV) . - ) -

900K, V 10 m 2 3

2, 026.10 Pa, T 2 4, 052.10 Pa, T 3

= Bài 7: Chât khí trong xy lanh c aủ m tộ đ ngộ cơ nhiệt có áp suât 2atm và nhiệt đ làộ 1270C.

- ) = 900K, V 5.10 m ĐS: I( II ( P 2 III ( P 1 )

a. Khi th ể tích không đ i, ổ nhiệt độ giảm còn 270C thì áp su t tấ rong xy lanh là bao nhiêu?

ay đ i thổ ế nào? b. Khi nhiệt độ trong xy lanh không thay đ iổ , mu nố tăng áp su t lấ ên 8atm ể thì th tích th c. Nếu nén, th ể tích khí giảm 2 lần. Áp su t ấ tăng lên 3atm thì nhiệt đ lúcộ đó b ngằ bao nhiêu? ĐS: a. 1,5atm; b. giảm 4 lần; c. 270C. ộ ộ ủ ơ đ t ố trong h n ỗ h p ợ khí

ở áp su tấ Bài 8: Trong xy lanh c a m t đ ng c 1atm, nhiệt độ 470C có thể tích 40dm3. Tính nhiệt đ ộ c a ủ khí sau khi nén? Biết thể tích sau khi nén là 5dm3, áp su tấ 15atm ĐS: 3270C. ủ

ộ máy nén, sau m i ỗ lần nén đưa đư c ợ 4 lít khí ở Bài 9: Pittông c a m t nhiệt độ 270C và áp su tấ 1 atm vào bình chứa khí có thể tích 2m3. Tính nhiệt độ khí trong bình khi pittông thực hiện dư cợ 1000 lần nén. Biết áp su tấ lúc đó là 2,1 atm.

ĐS: 420C. ộ cơ vào cu iố kỳ nén là bao đến 2500C; thể tích ừ 0,75 lít đ ĐS: 80,96. 104 N/m2.

iớ nhiệt độ 3270C, r iồ sau đó, biến đ iổ đẳng áp lư ngợ khí ấ Bài 10: Áp su tấ khí trong xy lanh c aủ m tộ đ ng nhiêu? Biết trong quá trình nén, nhiệt độ tăng từ 500C ến 0,12 lít. Áp su t bấ an đầu là 8.104 N/m2 giảm t Bài 11: M tộ lư ngợ khí ở áp suât 1atm, nhiệt độ 270C chiếm thể tích 5 lít. Biến đ iổ đẳng tích t này, biết nhiệt đ ộ trong quá trình đ ẳng áp tăng 1200C Tìm áp su t và th ể tích khí sau khi biến đ i.ổ

ệ ế ụ ạ ĐS: 2atm; 6 lít. ế t di n S = 10cm

2 có d ng (hv). Lò ố ượ ng 2,5kg. Bên trong ỏ áp su t khí quy n. B qua m i ma sát. L y g =

m ể ấ ấ ở ọ

ộ Bài 12: M t áp k hình tr , có ti ộ ứ xo có đ c ng K = 100N/m. Píttong có kh i l ứ ch a 0,02g khí H 10m/s2

0C. Tính

ị ệ ộ ẳ ng, lò xo b nén 2cm, nhi t đ 27 a. Đ t th ng đ K ề chi u dài t ướ nhiên lò xo?

ế ể ề ị ệ ộ t đ lên đ n gía tr nào đ lò xo có chi u dài t ự ặ ự b. Tăng nhi

nhiên?.

0C mà đ bi n d ng lò xo v n không đ i. Tính

ệ ộ ế ộ ế ạ ẫ ổ c. Tăng nhi t đ lên đ n 37

D +

= n

= P 1, 243.10 Pa � l

�

K l PS P S mg = = l V / S 24,93cm

RT V 24,93.10 m

l 0

ượ l (cid:0) ị ng khí đã b dò ra ngoài? a. - ĐS: =

= + D = l ở

ứ ằ

ơ ộ t đ 27

cm 26,93 ấ áp su t 5Mpa và 0C. Dùng bình này b m sang bình s t, sau khi b m hai bình có áp su t ấ ắ t đ 15

0C.

ệ ộ Bài 13: M t bình b ng thép có dung tích 30 lít ch a khí Hiđrô ơ ệ ộ nhi 3MPa, nhi

(cid:0)

mol

g /2

ắ (cid:0) ế ắ ng khí Hiđrô trong bình s t. Bi t .

ắ ắ ả ể a. Tính th tích bình s t. ố ượ b. Tính kh i l ấ ố c. Mu n áp su t trong bình s t là 3,5MPa thì bình s t ph i có nhi ệ ộ t đ là

bao nhiêu ?

ĐS : 18l ; 45g ; 63oC

0C. Sau khi nén áp

ệ ộ ợ ỗ

0C ?

ướ c khi nén h n h p khí trong xylanh có nhi ầ ầ ệ ộ ể ả ấ ỏ Bài 14: Tr su t tăng 8 l n, th tích gi m 4 l n. H i nhi t đ 47 t đ sau khi nén là bao nhiêu

ệ ộ ở ượ ể ẳ ĐS : 367oC 0C đ t đ 25 nhi ấ c đun nóng đ ng tích đ áp su t

Bài 15: Có 0,5g khí Oxy tăng g p đôi. Tính :

ề ế ệ ủ ẳ ệ ộ t đ khí sau khi đun. ệ ượ t l ng truy n cho khí, bi t nhi t dung riêng đ ng tích c a Oxy là

ấ a. Nhi b. Nhi 0,913J/g.0C

ĐS : 596K ; 136J

ầ ơ trong bóng đèn tăng bao nhiêu l n khi đèn sáng. Bi ế t

0C.

0C, khi đèn t

ệ ộ Bài 16: Áp su t khí tr nhi ấ t đ khi đèn sáng là 350

ơ ấ ơ

ỗ ầ ấ ả ơ ả ộ 3 không khí vào qu bóng. Sau khi b m 12 l n áp su t trong qu c 125cm

ướ ứ ơ ở t Vế

ấ ắ t là 25 ĐS : 2,1 l nầ Bài 17: B m không khí có áp su t 1atm vào m t qu bóng da, m i l n b m ta ả ư ượ đ a đ bóng là bao nhiêu ? Bi áp ệ ộ su t 1atm, coi nhi

ể ể ượ ẳ ở ầ c khi b m bóng ch a không khí bóng 2,54 lít, tr ổ t đ không khí là không đ i. ĐS : 1,6atm ệ ộ 0C đ t đ 7 c đun nóng đ ng áp đ th tích nhi

Bài 18: Có 6,5g khí Hiđrô tăng g p đôi. Tính :

ề ế ệ ủ ẳ ệ ộ t đ khí sau khi đun. ệ ượ t l ng truy n cho khí, bi t nhi t dung riêng đ ng áp c a Hiđrô là

ấ a. Nhi b. Nhi 14,3kJ/kg.K

5Pa và thể

ộ nhi t đ 27

0C, áp su t 0,6.10 ấ ấ

ỏ ĐS : 3270C ; 27,9kJ ệ ộ ở ộ ơ ng 2g ế ố ượ ấ Bài 19: M t ch t khí có kh i l tích 2,6lít. H i khí đó là khí gì ? Bi

ẳ ể ế t đó là m t đ n ch t. Cho R = 8,31J/mol.K. ĐS : Oxi ở 0C. sau khi đun nóng đ ng áp kh i l ố ượ ng

7 ệ ộ ủ ủ Bài 20: 12g khí chi m th tích 4lít riêng c a khí là 1,2g/l. Tìm nhi t đ c a khí sau khi đun.

ĐS : 4270C