KIẾN THỨC CHUNG VÀ BÀI TẬP VẬN DỤNG CHƯƠNG V.CHẤT KHÍ

Đường đẳng nhiệt: - Đường đẳng nhiệt là đổ thị biểu diễn quan hệ giữa áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định ở nhiệt độ không đổi.. Định luật Sác lơ:  Nội dung định luật: Tr

CHƯƠNG V : CHẤT KHÍ

CHỦ ĐỀ I: THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ – CẤU TẠO CHẤT

A KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1 Cấu tạo chất

- Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt là phân tử

- Các phân tử chuyển động không ngừng

- Các phần tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao

Tùy theo lực tương tác phân tử yếu hay mạnh mà chất tồn tại ở thể khí, thể lỏng hay thể rắn

* Các trạng thái cấu tạo chất :

Lực phân tử

Rất nhỏ Chỉ đáng

kể khi va chạm

Lớn Liên kết các phân tử

ở gần nhau

Rất lớn Liên kết mọi phân tử

Sắp xếp phân tử Hoàn toàn hỗn độn

Có trật tự, nhưng chưa chặt chẽ, chưa tạo thành mạng tinh thể Rất trật tự, tạo thành mạng tinh thể

Chuyển động phân tử Tự do về mọi phía

Dao động quanh các vị trí cân bằng dịch chuyển được

Dao động quanh các vị trí cân bằng cố định ở các mạng tinh thể Thể tích Có thể tích của bìnhchứa Có thể tích riêng xác địnhCó thể tích riêng xác định Hình dạng

Có hình dạng của toàn bình chứa

Có hình dạng của phần chứa bình

Có hình dạng riêng xác định

2 Tính chất của chất khí :

 Mỗi chất khí được tạo thành từ các phân tử giống hệt nhau

 Khi đựng trong bình kín, chất khí chiếm toàn bộ dung tích của bình chứa – ta nói chất khí có tính

bành trướng.

 Chất khí dễ nén, khi tăng áp suất tác dụng lên một lượng khí thì thể tích chất khí giảm đi đáng kể

 Chất khí có khối lượng riêng nhỏ hơn chất rắn và chất lỏng

3 Thuyết động học phân tử chất khí :

 Chất khí bao gồm các phân tử, kích thước mỗi phân tử rất nhỏ coi như một chất điểm

 Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng, chuyển động này phụ thuộc vào nhiệt độ, không có hướng ưu tiên và gọi là chuyển động nhiệt của các phân tử khí

 Khi chuyển động các phân tử va chạm với nhau và với thành bình … Khi có rất nhiều phân tử khí

va chạm với thành bình sẽ gây ra áp suất chất khí lên thành bình chứa

* Khí lí tưởng: Chất khí trong đó các phân tử được coi là các chất điểm và chỉ tương tác khí và chạm được gọi là khí lí tưởng

CHỦ ĐỀ II: CÁC ĐẲNG QUÁ TRÌNH

A KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

I QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT – ĐỊNH LUẬT BÔI-LƠ – MA-RI-ỐT.

1 Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt:

 Nhiệt độ tuyệt đối (K): T  t  273

 Nội dung định luật: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích

 Biểu thức định luật: p 

V

1

hay p.V  hằng số

Xét ở hai trạng thái (1) và (2) , ta có biểu thức: p1 V1  p2.V2

2 Đường đẳng nhiệt:

- Đường đẳng nhiệt là đổ thị biểu diễn quan hệ giữa áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định ở nhiệt độ không đổi

- Trong hệ tọa độ (p, V), đường đẳng nhiệt là đường hyperbol Ứng với các nhiệt độ khác nhau của cùng một lượng khí có các đường đẳng nhiệt khác nhau

Hệ tọa độ (p,V) Hệ tọa độ ( V , T) Hệ tọa độ ( p , T)

II QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH – ĐỊNH LUẬT SÁC-LƠ.

1 Định luật Sác lơ:

 Nội dung định luật: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối

 Biểu thức: p ~ T => = hằng số

Gọi p1 , T1 là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của khối khí ở trạng thái 1

Gọi p2 , T2 là áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của khối khí ở trạng thái 2

2

1 2

1

T

T p

p



2 Đường đẳng tích :

- Trong hệ tọa độ (p,T) đường đẳng tích là đường thẳng mà nếu kéo dài sẽ đi qua gốc tọa độ

- Với những thể tích khác nhau của cùng một khối lượng khí,ta có những đường đẳng tích khác nhau

- Các đường đẳng tích ở trên ứng với thể tích nhỏ hơn các đường đẳng tích ở dưới

Hệ tọa độ (p,T) Hệ tọa độ (p,V) Hệ tọa độ (V,T)

III QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP – ĐỊNH LUẬT GAYLUY-XẮC.

1 Định luật Gayluy-xắc:

 Nội dung định luật: Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối

 Biểu thức định luật : V hay const

T

V



Khí biến đổi đẳng áp từ trạng thái (1) sang trạng thái (2) ,có :

2

2 1

1

T

V T

V



2 Đường đẳng áp:

- Đường đẳng áp là đồ thị biểu diễn quan hệ giữa thể tích và nhiệt độ của một lượng khí xác định ở

áp suất không đổi

- Trong hệ tọa độ (V,T), đường đẳng áp là nửa đường thẳng có đường kéo dài đi qua gốc tọa độ Ứng với các áp suất khác nhau của cùng một lượng khí có các đường đẳng áp khác nhau

Hệ tọa độ (V,T) Hệ tọa độ (p,V) Hệ tọa độ (p,T)

IV PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG PHƯƠNG TRÌNH CLA-PÊ-RÔN –MEN-ĐÊ-LÊ-ÉP.

1 Khí thực và khí lí tưởng

- Các khí thực ( chất khí tồn tại trong thực tế ) chỉ tuân theo gần đúng các định luật về chất khí

- Chỉ có khí lí tưởng là tuân theo đúng các định luật về chất khí đã học

- Khi ở nhiệt độ thấp, sự khác biệt giữa khí thực và khí lí tưởng không quá lớn nên ta có thể áp dụng các định luật về chất khí

2 Phương trình trạng thái của khí lí tưởng:

- Phương trình trạng thái của khí lí tưởng là phương trình biểu thị mối quan hệ giữa 3 thông số trạng thái (p ; V ; T) của một khối lượng khí xác định

- Phương trình: = hằng số

- Xét một lượng khí xác định ở 2 trạng thái (1) và (2) : =

PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG

m = hằng số

= hằng số => =

Quá trình đẳng nhiệt Quá trình đẳng tích Quá trình đẳng áp

T = hằng số ( T1 = T 2 ) V = hằng số ( V1 = V 2 ) p = hằng số ( p1 = p 2 )

p 

V

1

hay p.V  hằng số

p 1 V 1  p 2 V 2

p ~ T => = hằng số

2

1 2

1

T

T p

p



T

V



2

2 1

1

T

V T

V



Biểu đồ tư duy chương Chất khí:

B PHÂN DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

CHỦ ĐỀ 1: THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ – CẤU TẠO CHẤT

1 Tính chất nào sau đây không phải là của phân tử của vật chất ở thể khí?

A Chuyển động hỗn loạn

B Chuyển động không ngừng.

C Chuyển động hỗn loạn và không ngừng

D Chuyển động hỗn loạn xung quanh các vị trí cân bằng cố định

2 Tính chất nào sau đây không phải là của phân tử?

A Chuyển động không ngừng

B Giữa các phân tử có khoảng cách

C Có lúc đứng yên, có lúc chuyển động

D Chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao

3 Câu nào sau đây nói về chuyển động của các phân tử khí là không đúng ?

A Chuyển động của phân tử là do lực tương tác phân tử gây ra

B Các phân tử chuyển động không ngừng

C Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao

D Các phân tử chuyển động hỗn loạn

4 Chất khí gây áp suất lên thành bình chứa là do :

A Nhiệt độ B Va chạm C Khối lượng hạt D Thể tích

5 Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về chất khí ?

A Lực tương tác giữa các phân tử là rất yếu

B Các phân tử khí ở rất gần nhau

C Chất khí không có hình dạng và thể tích riêng

D Chất khí luôn luôn chiếm toàn bộ thể tích bình chứa và có thể nén được dễ dàng

6 Chọn câu sai khi nói về cấu tạo chất:

A Các phân tử luôn luôn chuyển động hỗn độn không ngừng

B Các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao và ngược lại

C Các phân tử luôn luôn đứng yên và chỉ chuyển động khi nhiệt độ của vật càng cao

D Các chất được cấu tạo từ các hạt riêng biệt là phân tử

7 Trong chuyển động nhiệt, các phân tử lỏng

A chuyển động hỗn loạn

B chuyển động hỗn loạn quanh vị trí cân bằng

C chuyển động hỗn loạn quanh vị trí cân bằng xác định

D dao động quanh vị trí cân bằng nhưng những vị trí này không cố định mà di chuyển

8 Chất khí dễ nén vì:

A Các phân tử khí chuyển động hỗn loạn không ngừng

B Lực hút giữa các phân tử rất yếu

C Các phân tử ở cách xa nhau

D Các phân tử bay tự do về mọi phía

CHỦ ĐỀ 2: ĐỊNH LUẬT BÔILƠ – MARIỐT

Phương pháp giải

 Áp dụng cho khối khí có khối lượng không đổi, không có biến đổi hóa học, không thay

đổi nhiệt độ, chỉ thay đổi thể tích, áp suất.

- Liệt kê hai trạng thái 1( p1, V1) và trạng thái 2 ( p2, V2)

- Sử dụng định luật: p1 V1  p2.V2

Chú ý: Khi tìm p thì V1, V2 cùng đơn vị và ngược lại

 Về áp suất, cần chú ý:

- Các đơn vị thường dùng:

* 1N/m2 = 1Pa

* 1atm = 1,031.105 Pa

* 1mmHg = 133Pa = 1torr

* 1atm = 1bar = 760mmHg = 105Pa = 105N/m2

 Về đồ thị :

- Trong hệ tọa độ (p, V) đường đẳng nhiệt là đường hyperbol

- Trong hệ tọa độ (p, T) đường đẳng nhiệt là đường thẳng song song với trục Op

- Trong hệ tọa độ (V, T) đường đẳng nhiệt là đường thẳng song song với trục OV

VẬN DỤNG:

Bài 1: Một lượng khí có thể tích 10 lít và áp suất 1 atm Người ta nén đẳng nhiệt khí tới áp suất 4

atm Tính thể tích của khí nén Coi nhiệt độ không đổi

Giải :

Ở trạng thái 1 : P1 = 1atm, V1 = 10lít

Ở trạng thái 2 : P2 = 4atm, V2 = ?

Áp dụng định luật Bơi lơ – Mariơt: P1V1 = P2V2

Suy ra : V2 = P1V1/P2 =1.10/4 = 2,5 lít

Bài 2: Một xilanh chứa 200cm3 khí ở áp suất 2.105Pa Pittông nén khí trong xilanh xuống còn 100cm3.Tính áp suất khí trong xilanh lúc này Coi nhiệt độ không đổi

Giải :

Ở trạng thái 1 : P1 = 2.105Pa, V1 = 200cm3

Ở trạng thái 2 : V2 = 100cm3, p2 = ?

Áp dụng định luật Bơi lơ – Mariơt: P1V1 = P2V2

Suy ra : p2 = P1V1/V2 =2.105.200/100 = 4.105Pa

Bài 3: Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 9(l) đến thể tích 6 (l) thì thấy áp suất tăng lên một lượng

40

  Hỏi áp suất ban đầu của khí là bao nhiêu?

Giải

- Gọi p1 là áp suất của khí ứng với V1 = 9 (l)

- Gọi p2 là áp suất ứng với p2 = p1 + p

- Theo định luật luật Bơi-lơ – Ma-ri-ot : p1V1 = p2V2

9p 6 p p

1 2 2.40 80

Bài 4: Một khối khí xác định chứa trong bình cĩ thể tích 4l, ở áp suất 2atm Nếu tăng áp suất thêm

0,5atm thì thể tích của khối khí là bao nhiêu?

Giải:

V1 = 5l ; P1 = 2atm

P2 = P1 + ∆P = 2,5atm

Áp dụng: P1V1 = P2V2

Suy ra: V2 = 4l

Bài 5: Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 9l đến thể tích 4l thì thấy áp suất tăng thêm một lượng 50kPa.

Áp suất ban đầu của chất khí là bao nhiêu?

Giải:

V1 = 9l ; V2 = 4l ; ∆P = 50KPa

Ta cĩ:

p1 =

1

2

V

V

p2 = 94 (p1 + ∆p )

Hay 5p1 = 4∆p  p1 = 40kPa

Bài 6: Bơm không khí có áp suất p1=1atm vào một quả bóng có dung tích bóng không đổi là V=2.5 lít Mỗi lần bơm ta đưa được 125cm3không khí vào trong quả bóng đó.Biết rằng trước khi bơm bóng chứa không khí ở áp suất 1at và nhiệt độ khơng đổi.Sau khi bơm 12 lần,áp suất bên trong quả bóng là bao nhiêu ?

Giải:

Ở trạng thái 1: p1=1at ; V1 = 12.125cm3 = 12.125.10-3 dm3(lít)

ở trạng thái 2 : V2 = 2.5 lít ; p2 = ?

Aùp dụng định luật Bôilơ –Mariốt: P1V1 = P2V2

Suy ra : p2 = p1V1/V2 = 0,6atm

Vậy áp suất bên trong quả bĩng là : 1 + 0,6 = 1,6 atm

LUYỆN TẬP:

TR

ẮC NGHIỆM:

1 Phát biểu nào sao đây là đúng với nội dung định luật Bôilơ-Mariốt ?

a Trong quá trình đẳng áp, nhiệt độ không đổi, tích của áp suất và thể tích của một khối lượng khí xác định là một hằng số

b Ttong quá trình đẳng tích, ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất và thể tích của một lượng khí xác định là một hằng số

c Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích.

d Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định áp suất tỉ lệ thuận với thể tích

2.Quá trình biến đổi trạng thái trong đĩ nhiệt độ được giữ khơng đổi gọi là quá trình

A Đẳng nhiệt B Đẳng tích C Đẳng áp D Đoạn nhiệt

3 Hệ thức nào sau đây phù hợp với định luật Bôi- lơ-Ma-ri-ốt?

A.p1V1 = p2V2 B

2

2 1

1

V

p V

p

 C p  V D

2

1 2

1

V

V p

p



4.Biểu thức sau p1V1 = p2V2 biểu diễn quá trình

A.đẳng áp B.đẳng tích C.đẳng nhiệt D đẳng áp và đẳng nhiệt

5.Trong hệ toạ độ (p, V) đường đẳng nhiệt có dạng là:

A đường parabol B đường thẳng đi qua gốc toạ độ

C đường hyperbol D đường thẳng nếu kéo dài qua gốc toạ độ

6 Biểu thức nào sau đây không phù hợp với quá trình đẳng nhiệt ?

A p  V1 B p.V const C V  1p D V T

7.Định luật Boyle – Mariot chỉ đúng

a khi áp suất cao b khi nhiệt độ thấp c với khí lý tưởng d) với khí thực

8 Đồ thị nào sau đây biểu diễn đúng định luật Bơilơ – Mariơt:

9 Nén đẳng nhiệt từ thể tích 10 lít đến thể tích 4 lít thì áp suất của khí tăng lên bao nhiêu lần:?

A 2.5 lần B 1.5 lần C 3 lần D 2 lần.

10 Nén đẳng nhiệt từ thể tích 9 lít đến thể tích 6 lít thì thấy áp suất của khí tăng lên một lượng 50

Pa hỏi áp suất ban đầu của khí là bao nhiêu?

A 2.5 Pa B 25 Pa C 10 Pa D 100 Pa.

0

p

V A

0

p

V B

0

p

V C

0

p

V D

hít vào áp suất của phổi là 101,01.103Pa Coi nhiệt độ của phổi là khơng đổi, dung tích của phổi khi hít vào bằng:

A 2,416 lít B 2,384 lít C 2,4 lít D 1,327 lít

12 Dưới áp suất 105 Pa một lượng khí cĩ thể tích là 10 lít Nếu nhiệt độ được giữ khơng đổi và áp suất tăng lên 1,25 105 Pa thì thể tích của lượng khí này là:

A V2 = 7 lít B V2 = 8 lít C V2 = 9 lít D V2 = 10 lít

13 Một xilanh chứa 100 cm3 khí ở áp suất 2.105 Pa Pit tơng nén đẳng nhiệt khí trong xilanh

xuống cịn 50 cm3 Áp suất của khí trong xilanh lúc này là :

A 2 105 Pa B 3.105 Pa C 4 105 Pa D 5.105 Pa

I.TỰ LUẬN:

1 Một khối khí có thể tích 50 lít, ở áp suất 105Pa Nén khối khí với nhiệt độ không đổi sao cho áp suất tăng lên 2.105Pa thì thể tích của khối khí đó là: Đ S 25 lít

2 Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 10 lít đến thể tích 4 lít thì áp suất của khí tăng bao nhiêu lần?

ĐS :Tăng 2,5 lần 3.Dưới áp suất 10000N/m2một lượng khí có thể tích là 10 lít Thể tích của lượng khí đó dưới áp suất 50000N/m2 là bao nhiêu ? Đ S : 2 lít

4.Một bình có dung tích 10 lít chứa một chất khí dưới áp suất 30atm.Coi nhịet độ của khí không đổi và áp suất của khí quyển là 1 atm Nếu mở nút bình thì thể tích của chất khí là bao nhiêu ?

ĐS :300lít 5.Khí được nén đẳng nhiệt từ thể tích 20 lít đến thể tích 15 lít,áp suất khí tăng thêm 0,6at.Tìm

áp suất ban đầu của khí? ĐS:1,8 at( p2 = p1 +

0,6 )

6 Dưới áp suất 105 Pa một lượng khí có thể tích là 2,5lít Ở áp suất 1,25.105 Pa, lượng khí này có thể tích là bao nhiêu ? Đ S : 2lít

7 Một khối khí được nhốt trong một xilanh và pittông ở áp suất 1,5.105 Pa Nén pittông để thể tích còn 1/3 thể tích ban đầu( nén đẳng nhiệt) Aùp suất của khối khí trong bình lúc này là bao nhiêu ?

ĐS : 45.10 4 Pa ( V2 =

1

3V1 )

CHỦ ĐỀ 2: ĐỊNH LUẬT SÁC – LƠ

Phương pháp giải

- Định luật này áp dụng cho lượng khí có khối lượng và thể tích không đổi

- Liệt kê hai trạng thái 1( p1, T1) và trạng thái 2 ( p2, T2)

- Sử dụng định luật Sac – lơ:

2

1 2

1

T

T p

p



Chú ý: khi giải thì đổi t0C ra T(K): T(K) = t0C + 273

* Về đồ thị :

- Trong hệ tọa độ (p, T) đường đẳng tích là đường thẳng di qua gốc tọa độ O

- Trong hệ tọa độ (p, V) đường đẳng tích là đường thẳng song song với trục Op

- Trong hệ tọa độ (V, T) đường đẳng tích là đường thẳng song song với trục OV

VẬN DỤNG:

Bài 1: Một bóng đèn dây tóc chứa khí trơ, khi đèn sáng nhiệt độ của bóng đèn là 400oC, áp suất trong bóng đèn bằng áp suất khí quyển 1atm Tính áp suất khí trong bóng đèn khi đèn chưa sang

ở 22oC

Giải

Trạng thái 1 Trạng thái 2

T1 = 295K T2 = 673K

P1 = ? P2 = 1atm

Theo ĐL Sác – lơ

1 2

1

1 2

0,44

Bài 2: Khí trong bình kín có nhiệt độ 350K và áp suất 40atm Tính nhiệt độ của khí khi áp suất

tăng lên 1,2 lần Biết thể tích không đổi

Giải

Trạng thái 1 : P1 = 40atm, T1 = 350K

Trạng thái 2 : P2 = 1,2P1 , T2 = ?

Theo định luật Sáclơ : P1/T1 = P2/T2 => T2 = P2T1/P1 = 1,2T1 = 420K

Bài 3: Biết thể tích của một lượng khí không đổi Lượng khí này ở 00C có áp suất 5 atm Tính

áp suất của nó ở 137 0C Cần đun nóng lượng khí này ở 10 0C lên bao nhiêu độ để áp suất của nó tăng lên 4 lần

Giải :

Áp suất ở 137 0C: p2 = 5273.410

1

2 1



T

T p

= 7,5 atm

Nhiệt độ cần đun nóng để áp suất tăng 4 lần:

T2 =

1

1 1

1

2 4 283

p

p p

T p

 = 1132 (K) => t2 = 859 (0C)

Bài 4: Một săm xe máy được bơm căng không khí ở nhiệt độ 200C và áp suất 2 atm Hỏi săm có

bị nổ không khi để ngoài nắng nhiệt độ 420C? Coi sự tăng thể tích của săm là không đáng kể và biết săm chỉ chịu được áp suất tối đa là 2,5 atm

Giải

1 2 2

1

2.315

2,15 2,5 293

p T

T

Săm không bị nổ