Do tính chất này mà hình dạng và thể tích của một lượng khí là hình dạng và thể tích của bình chứa nó.. - Dễ nén: Khi áp suất tác dụng lên một lượng khí tăng thì thể tích của khí giảm đá
Trang 1NHIỆT HỌC CHƯƠNG VI: CHẤT KHÍ
A TÓM TẮT LÝ THUYẾT
35 THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ CHẤT KHÍ -
CẤU TẠO CHẤT
1 Tính chất của chất khí
- Bành trướng: chiếm toàn bộ thể tích của bình chứa Do tính chất này mà hình dạng và thể tích của một lượng khí là hình dạng và thể tích của bình chứa nó
- Dễ nén: Khi áp suất tác dụng lên một lượng khí tăng thì thể tích của khí giảm đáng kể
- Có khối lượng riêng nhỏ so với chất lỏng và chất rắn
2 Cấu trúc của chất khí
Chất được tạo từ các phân tử, các phân tử tương tác liên kết với nhau tạo thành những phân tử
Mỗi chất khí được tạo thành từ các phân tử giống hệt nhau Mỗi phân tử có thể bao gồm một hay nhiều nguyên tử
3 Các khái niệm cơ bản
a Mol:
1 mol là lượng chất trong đó có chứa một số phân tử hay nguyên tử bằng số nguyên tử chứa trong 12 gam Cacbon 12
b Số Avogadro:
Số nguyên tử hay phân tử chứa trong 1 mol của mọi chất đều bằng nhau và gọi là số Avogadro NA
NA = 6,02.1023 mol-1
c Khối lượng mol:
Khối lượng mol của một chất (ký hiệu µ) được đo bằng khối lượng của một mol chất ấy
d Thể tích mol:
Thể tích mol của một chất được đo bằng thể tích của một mol chất ấy
Ở điều kiện chuẩn (0oC, 1atm), thể tích mol của mọi chất khí đều bằng 22,4 lít/mol hay 0,0224
m3/mol
4 Thuyết động học phân tử chất khí:
- Chất khí gồm các phân tử có kích thước rất nhỏ (có thể coi như chất điểm)
- Các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng Nhiệt độ càng cao thì vận tốc chuyển động nhiệt càng lờn
- Giữa hai va chạm, phân tử gần như tự do và chuyển động thẳng đều
- Khi chuyển động, các phân tử va chạm với nhau làm chúng bị thay đổi phương và vận tốc chuyển động, hoặc va chạm với thành bình tạo nên áp suất của chất khí lên thành bình
5 Cấu tạo phân tử của chất:
- Chất được cấu tạo từ những phân tử (hoặc nguyên tử) chuyển động nhiệt không ngừng
- Ở thể khí, các phân tử ở xa nhau, lực tương tác giữa các phân tử yếu nên chúng chuyển động về mọi phía nên một lượng khí không có thể tích và hình dạng xác định
- Ở thể rắn và thể lỏng, các phân tử ở gần nhau, lực tương tác giữa chúng mạnh, nên các phân tử chỉ dao động quanh một vị trí cân bằng Do đó khối chất lỏng và vật rắn có thể tích xác định
- Ở thể rắn, các vị trí cân bằng của phân tử là cố định nên vật rắn có hình dạng xác định
- Ở thể lỏng thì các vị trí cân bằng có thể di chuyển nên khối chất lỏng không có hình dạng xác định mà có thể chảy
36 ĐỊNH LUẬT BOYLE – MARIOTTE
1 Nhần xét:
Khi nhiệt độ khối khí không đổi thì ta có:
3 3 2 2 1
1V p V p V
2.ĐịnhluậtBoyle–Mariotte:
Trang 2Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số
pV = hằng số
37 ĐỊNH LUÂT CHARLES – NHIỆT ĐỘ TUYỆT ĐỐI
1 Định luật Charles:
Với một lượng khí có thể tích không đổi thì áp suất p phụ thuộc vào nhiệt độ t của khí như sau: p=p0(1 +γt)
Trong đó γ có giá trị như nhau đối với mọi chất khí, mọi nhiệt độ và bằng
273
1
độ-1
2 Khí lý tưởng
Khí lý tưởng (theo quan điểm vĩ mô) là khí tuân theo đúng hai định luật Boyle-Mariotte và Charles
Ở áp suất thấp, có thể coi khí thực như là khí lý tưởng
3 Nhiệt độ tuyệt đối
- Nhịêt giai Kelvin là nhiệt giai trong đó không độ (0 K) tương ứng với nhiệt độ
-273oC và khoảng cách nhiệt độ1kelvin (1K) bằng khoảng cách 1oC
- Nhiệt độ đo trong nhịêt giai Kelvin được gọi là nhiệt độ tuyệt đối, ký hiệu T
T = t +273
- Trong nhiệt giai Kelvin, định luật Charles được viết như sau: const
T
p
=
38 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG.
ĐỊNH LUẬT GAY LUSSAC
1.Phương trình trạng thái khí lý tưởng:
Xét một khối khí biến đổi từ trạng thái 1 (p1, V1, T1) sang trạng thái 2 (p2, V2, T2) Chia quá trình thành hai đẳng quá trình: đẳng nhiệt (1-2’) và đẳng tích (2’-2)
Trong quá trình (1-2’), định luật Boyle-Mariotte cho ta:
2
' 2 1
p = (1) Trong quá trình (2’-2), định luật Charles cho ta:
2
1 2
' 2
T
T p
p
= hay
2
1 2
' 2
T
T p
p = (2)
Từ (1) và (2):
2
2 2 1
1 1
T
V p T
V p
=
Vì các trạng thái 1 và 2 được chọn bất kỳ nên ta có thể viết: const
T
pV
=
Đây là phương trình trạng thái của khí lý tưởng
2 Định luật Gay Lussac:
Trong quá trình đẳng áp (p = const) thì phương trình trạng thái cho ta: const
T
V =
Phát biểu định luật: Thể tích V của một lượng khí có áp suất không đổi thì tỉ lệ với nhiệt
độ tuyệt đối của khí
39 PHƯƠNG TRÌNH CLAPEYRON – MENDELEEV
1 Thiết lập phương trình
pV RT m RT
µ
=
PT này gọi là phương trình Clapeyron – Mendeleev
Với: R = 8,31 J/mol.K
R có cùng giá trị với mọi chất khí và được gọi là hằng số chất khí
p : áp suất (Pa), V : thể tích (m3)
* Các đơn vị thường sử dụng: 1atm = 1,013.105 Pa
1torr = 1mmHg = 1,33 Pa
Trang 31atm = 760mmHg
B BÀI TẬP
Bài.1 Cột bên trái gh tên định luật, cột bên phải ghi công thức và điều kiện áp dụng của định luật
Hãy một nội dung ở cột bên trái với nội dung ở cột tương ứng bên phải
1 Định luật
Bôi-lơ-Ma-ri-ốt
2 Định luật Sác-lơ
3 Định luật Gay
Luy-xác
4 Phương trình trạng
thái
3 Phương trình
Cla-pê-rôn-Men-đê-lê-ép
a) V
T = hằng số Một lượng khí có áp suất không đổi.
b) 0
t
p = p 1 +
273
Quá trình đẳng tích.
c) pV = RTm
µ Một khối khí ở trạng thái xác định.
d) pV = hằng số Một lượng khí có nhiệt độ không đổi
e) pV
T = hằng số Một lượng khí xác định.
f) p
t + 273 = hằng số Quá trình đẳng áp.
g) p
T = hằng số Một lượng khí có thể tích không đổi.
h) p V = p V Quá trình đẳng nhiệt.1 1 2 2
Bài 2: lượng chất (số mol) chứa trong 1kg khí CO2 là bao nhiêu?
Bài 3: Tính số phân tử chứa trong 0,2kg nước.
Bài 4: Dưới áp suất 10000N/m2 một lượng khí có thể tích là 10l Tính thể tích của lượng khí đó dưới áp suất 50000Pa
Bài 5: Một bình có dung tích 10l chứa một chất khí dưới áp suất 30atm Coi nhiệt độ của khí
không đổi Tính thể tích của chất khí nếu mở nút bình
Bài 6: Tìm hệ thức liên hệ giữa khối lượng riêng và áp suất chất khí trong quá trình đẳng nhiệt Bài 7: Bơm không khí có áp suất p1=1atm vào một quả bóng có dung tích bóng không đổi là V=2,5l Mỗi lần bơm ta đưa được 125cm3 không khí vào trong quả bóng đó Biết rằng trước khi bơm bóng chứa không khí ở áp suất 1atm và nhiệt độ không đổi Tính áp suất bên trong quả bóng sau 12 lần bơm
Bài 8: Khí được nén đẳng nhiệt từ thể tích 6lít đến thể tích 4lít, áp suất khí tăng thêm 0,75atm
Tính áp suất ban đầu của khí
Bài 9: Một bọt khí có thể tích tăng gấp rưỡi khi nổi từ đáy hồ lên mặt nước Giả sử nhiệt độ ở đáy
và mặt hồ là như nhau Tính độ sâu của hồ
Bài 10: biết áp suất của một lượng khí hiđrô ở 0oC là 700mmHg Tính áp suất của một lượng khí
đó ở 30oC, biết thể tích của khí được giữ không đổi
Bài 11: Chất khí ở 0oC có áp suất Po Cần đun nóng chất khí lên bao nhiêu độ để áp suất của nó tăng lên 3lần
Bài 12: Khi đun nóng đẳng tích một khối khí để nhiệt độ tăng 1oC thì áp suất tăng thêm 1/360 áp suất ban đầu Tính nhiệt độ ban đầu của khí
Bài 13: Có 12g khí chiếm thể tích 4lít ở 7oC Sau khi đun nóng đẳng áp lượng khí trên đến nhiệt
độ t thì khối luợng riêng của khí là 1,2g/l Tính nhiệt độ t của khí
Bài 14: Coi áp suất của khí trong và ngoài phòng là như nhau Khối lượng riêng của khí trong
phòng ở nhiệt độ 27oC lớn hơn khối lượng của khí ngoài sân nắng ở nhiệt độ 42oC bao nhiêu lần?
Bài 15: Trong phòng thí nghiệm người ta điều chế 40cm3 khí hiđrô ở áp suất 750mmHg và nhiệt
độ 27oC Hỏi thể tích của lượng khí trên ở áp suất 720mmHg và nhiệt độ 17oC là bao nhiêu?
Bài 16 : Vẽ dạng tổng quát các đường biểu diễn sau :
a Đường đẳng nhiệt trong hệ tọa độ OTV và OTP
b Đường đẳng áp trong hệ tọa độ OTP và OVP
Trang 4c Đường đẳng tích trong hệ tọa độ OTV và OVP
Bài 17 : vẽ lại đồ thị sau trong các hệ tọa độ còn lại
Bài 18 : Sự biến đổi trạng thái của 1 khối khí lí tưởng được
mô tả như hình vẽ V1=3lít ; V3=6lít
a Xác định P, V , T của từng trạng thái
b Vẽ lại đồ thị trên trong các hệ tọa độ (P, V) và (V, T)
Bài 19 : Một cột không khí chứa trong một ống nhỏ, dài, tiết
diện đều Cột không khí được ngăn cách với khí quyển bởi
một cột Hg có chiều dài d=150mm Chiều dài cột không khí
trong ống nằm ngang là lo=144mm Giả sử nhiệt độ không
đổi
a Tính chiều dài của cột không khí khi ống đặt thẳng đứng, miệng ống ở trên
b Tính lại câu a khi miệng ống ở dưới
Bài 20 : Trong xilanh của một động cơ đốt trong có 2dm3 hỗn hợp khí đốt dưới áp suất 1atm và nhiệt độ 47oC Pittông nén xuống làm cho hỗn hợp khí chỉ còn 0,2dm3 và áp suất tăng lên 15lần Tính nhiệt độ của hỗn hợp khí nén
Bài 21 : Pittông của một máy nén sau mỗi lần nén đưa được 4lít khí ở nhiệt độ 27oC và áp suất 1atm vào bình chứa khí có thể tích 3m3 Khi pittông đã thực hiện 1000lần nén và nhiệt độ khí trong bình là 42oC Tính áp suất của khí trong bình sau khi nén
Bài 22 : Bình A có dung tích 3lít, chứa một chất khí ở áp suất 2atm Bình B dung tích 4lít chứa
một chất khí ở áp suất 1atm Nhiệt độ trong hai bình là như nhau Nối hai bình thông nhau bằng một ống nhỏ Biết không có phản ứng hóa học nào xảy ra giữa khí trong hai bình Tính áp suất của hỗn hợp khí sau khi nối hai bình
Bài 23 : Một lượng khí có áp suất 750mmHg, nhiệt độ 27oC và thể tích 76cm3 Tính thể tích của khí ở điều kiện chuẩn
Bài 24 : Một quả bóng có thể tích không đổi 2lít chứa không khí ở áp suất 1atm Dùng một cái
bơm để bơm không khí ở áp suất 1atm vào bóng Mỗi lần bơm được 50cm3 không khí Sau 60 lần bơm áp suất không khí trong bóng là bao nhiêu ? Cho nhiệt độ không đổi
Bài 25 : Một xilanh kín được chia thành hai phần bằng nhau bởi một pittông cách nhiệt Mỗi phần
có chiều dài 30cm, chứa một lượng khí giống nhau ở 27oC Nung nóng một phần thêm 10oC và làm lạnh phần kia đi 10oC Tính độ dịch chuyển của pittông khi đó
Bài 26 : Một khối O2 có thể tích 30dm3 ở 5oC và 760mmHg Tính thể tích của khối O2 ấy tại 30oC
và 800mmHg
Bài 27 : Tìm thể tích của 4g O2 ở điều kiện chuẩn
Bài 28 : 1,29lít một chất khí có khối lượng 2,71g khí đó ở 18oC và 765mmHg Hãy tìm khối lượng mol của khí đó
Bài 29 : Tìm hệ thức liên hệ giữa khối lượng riêng , áp suất và nhiệt độ.
Bài 30 : Đỉnh Phăng-xi-păng trong dãy Hoàng Liên Sơn cao 324m, biết mỗi khi lên cao thêm 10m
áp suất khí quyển giảm 10mmHg và nhiệt độ trên đỉnh núi là 2oC Khối lượng riêng của khí ở điều kiện chuẩn là 1,29kg/m3 Tính khối lượng riêng của không khí trên đỉnh núi
P
T
3
P
V
3
V
T
3 4
P(atm)
T 1
2
3
1(atm)
600