Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 5: Chất khí

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 10 - Chủ đề 5: Chất khí

1. CHỦ ĐỀ 5: CHẤT KHÍ PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Cấu tạo chất và thuyết động học phân tử chất khí 1. Phương pháp giải Với các câu hỏi lí thuyết, vân dụng lí thuyết để trả lời. Với những bài tập tính số nguyên tử, số mol hay Ví dụ: Trong 2 mol khí hiđrô có chứa: thể tích, áp dụng công thức để tính. 23 N n.NA 2.6,02.10 phân tử hiđrô. 2. Ví dụ minh họa Trang 1
2. Ví dụ 1: Tính chất nào sau đây không phải là của phân tử chất khí? 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 chất khí càng cao. Hướng dẫn Theo thuyết động học phân tử, các phân tử chuyển động không ngừng, chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ của chất khí càng cao. → Chọn C. Ví dụ 2: Trong 1,8 g nước có bao nhiêu phân tử H2O? Khối lượng mol phân tử của nước là 18 g/mol. A. 6,02.1022 .B. 6,02.1021 .C. 6,02.1023 .D. 6,02.1024 . Hướng dẫn m 1,8 Số mol có trong 1,8 g nước là: n 0,1 mol M 18 23 22 Suy ra số phân tử có trong 1,8 g nước: N n.NA 0,1.6,02.10 6,02.10 → Chọn A. Ví dụ 3: Một lượng khí có chứa 1,2046,02.1023 phân tử khí. Thể tích của lượng khí đó ở điều kiện tiêu 23 1 chuẩn đó bằng bao nhiêu? Biết số Avôgađrô NA 6,02.10 mol . A. 2,24 lít.B. 3,36 lít.C. 4,48 lít.D. 8,96 lít. Hướng dẫn Thể tích của n mol khí ở điều kiện tiêu chuẩn là 22,4 n (lít). Do đó muốn tính được thể tích ta phải tính được số mol. N 1,204.1023 Bài cho biết số phân tử khí N ta có: N n.NA n 23 0,2 mol NA 6,02.10 Thể tích của lượng khí này: V 22,4.n 22,4.0,2 4,48 (lít) → Chọn C. Dạng 2: Bài tập về phương trình trạng thái và các đẳng quá trình 1. Phương pháp giải Bài tập về sự thay đổi trạng thái của chất khí ta Ví dụ: Một lượng khí ở nhiệt độ 200C có thể tích làm theo 4 bước sau: 4 lít và áp suất 1 atm. Người ta nén khí sao cho nhiệt độ không đổi và áp suất tăng tới 4 atm. Tính thể tích của khí nén? Hướng dẫn Bước 1: Xác định quá trình là thay đổi cả 3 trạng Nén khí sao cho nhiệt độ không đổi nên đây là quá thái hay hay một trong ba đẳng quá trình. trình đẳng nhiệt p.V = hằng số Trang 2
3. Bước 2: Xác định thông số trạng thái ở trạng thái Trong quá trình đẳng nhiệt ta cần xác định p và V. đầu và cuối đối với quá trình đó. Trạng thái đầu: p1 1 atm ; V1 = 4 lít Trạng thái sau: p2 4 atm ; V2 = ? Bước 3: Áp dụng phương trình ứng với quá trình Quá trình đẳng nhiệt: p1V1 p2V2 đó và rút ra đại lượng cần tính. p1.V1 V2 p2 1.4 Bước 4: Thay số và tính. Thay số ta được: V 1 lít 2 4 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Người ta điều chế ra khí ôxi và chứa vào một bình lớn dưới áp suất 1 atm ở nhiệt độ 20 0C. Phải lấy ra từ bình đó bao nhiêu thể tích khí để có thể nạp đầy một bình nhỏ thể tích 20 lít dưới áp suất 20 atm? Coi nhiệt độ không đổi. A. 200 lít.B. 300 lít.C. 400 lít.D. 800 lít. Hướng dẫn Vì nhiệt độ khí không đổi nên đây là quá trình đẳng nhiệt. Giả sử ta phải lấy ra V (lít) khí trong bình lớn để nạp. Trạng thái thứ nhất của khí: p1 1 atm ; V1 = V (lít) Khí được chuyển sang nạp đầy một bình nhỏ ở có trạng thái: p2 20 atm ; V2 = 20 (lít) Quá trình đẳng nhiệt nên: p1V1 p2V2 p2 .V2 20.20 V1 40 (lít) p1 1 → Chọn C. Ví dụ 2: Một bình kín chứa khí ở nhiệt độ 20 0C và áp suất bằng 2.105 Pa . Khi đem phơi nắng ở nhiệt độ 400C thì áp suất trong bình bằng bao nhiêu? Bỏ qua sự nở vì nhiệt của bình. A. 4.105 Pa.B. 2,14.105 Pa . C. 105 Pa .D. 1,87.105 Pa Hướng dẫn Vì bỏ qua sự nở vì nhiệt nên thể tích của bình kín không thay đổi. Do tính chất của khí luôn chiếm toàn bộ thể tích của bình nên thể tích của khí không đổi. Vậy đây là một quá trình đẳng tích. 0 5 Ở trạng thái đầu tiên, khí có: t1 = 20 C suy ra T1 t1 273 293K,p1 2.10 Pa 0 Sau khi phơi nắng, khí có trạng thái: t1 = 40 C suy ra T2 t2 273 313K,p2 ? Quá trình đẳng tích nên ta có: p1 p2 T2 5 313 5 p2 p1. 2.10 . 2,14.10 Pa T1 T2 T1 293 → Chọn B. Chú ý: Trong các bài tập, nhiệt độ phải đổi ra đơn vị K. Trang 3
4. Ví dụ 3: Ở nhiệt độ 27 0C, một lượng khí có thể tích 300 lít. Tính thể tích lượng khí ấy nếu tăng nhiệt độ lên đến 770C và giữ cho áp suất không đổi. A. 350 lít.B. 856 lít.C. 105 lít.D. 400 lít. Hướng dẫn Vì áp suất không đổi nên đây là quá trình đẳng áp. 0 Ở trạng thái đầu tiên, khí có: t1 = 27 C suy ra T1 t1 273 300K,V1 300 lít 0 Ở trạng thái sau, khí có: t2 = 77 C suy ra T2 t2 273 350K,V2 ? lít Quá trình đẳng áp nên ta có: V1 V2 T2 350 V2 V1. 300. 350 (lít) T1 T2 T1 300 → Chọn A. Ví dụ 4: Một lượng khí chứa trong xilanh có pit-tông chuyển động được. Lúc đầu thể tích xilanh là 10 lít, áp suất bằng 2 atm và nhiệt độ 300 K. Khi dùng pit-tông để nén khí đến áp suất 4 atm, thể tích giảm còn 6 lít thì nhiệt độ của khí bằng A. 87 K.B. 87 0C.C. 360 0C.D. 36 K. Hướng dẫn Ta thấy ba thông số p, V, T của khí đều thay đổi. Ở trạng thái thứ nhất: p1 = 2 atm, V1 = 10 lít, T1 = 300K. Ở trạng thái thứ hai: p2 = 4 atm, V2 = 6 lít, T2 = ? Theo phương trình trạng thái: p1V1 p2V2 p2 V2 4 6 T2 . .T1 . .300 360K T1 T2 p1 V1 2 10 0 Ta có: t2 T2 273 87 C → Chọn B. Ví dụ 5: Một quả bóng bay hình cầu có bán kính 20 cm từ mặt đất bay lên trời. Biết nhiệt độ và áp suất tại mặt đất là 27 0C, áp suất 105 Pa . Khi bay đến độ cao mà tại đó áp suất bằng 104 Pa , nhiệt độ tại đó là 4 - 330 C thì bán kính của quả bóng là bao nhiêu? Thể tích hình cầu tính bởi công thức V R3 3 A. 40 cm.B. 10 cm.C. 5 cm.D. 80 cm. Hướng dẫn Xét lượng khí trong quả bóng không đổi nên ta có thể sử dụng phương trình trạng thái. Khi ở mặt đất áp suất trong quả bóng bằng áp suất khí quyển, lượng khí có trạng thái: 5 p1 10 Pa, V1, T1 27 273 300K , bán kính R1 = 20 cm. Khi bay lên cao, áp suất trong quả bóng luôn cân bằng với áp suất khí quyển, lượng khí có trạng thái: 4 p2 10 Pa, V2 , T2 33 273 240K , bán kính R2 = 20 cm. Áp dụng phương trình trạng thái: Trang 4
5. p V p V V p T 105 240 1 1 2 2 2 2 2 . 4 . 8 T1 T2 V1 p1 T1 10 300 Lại có: 4 3 R 3 3 V 2 R R R 2 3 2 2 2 3 3 8 3 8 2 R2 2R1 40cm V 4 3 R R R 1 R 1 1 1 3 1 → Chọn A. 3. Bài tập tự luyện Câu 1. Một bình kín chứa N 3,01.1023 nguyên tử khí hêli ở nhiệt độ 0 0C và áp suất 1 atm thì khối lượng khí hêli trong bình và thể tích của bình là A. 2 g và 22,4 m3.B. 4 g và 11,2 lít. C. 2 g và 11,2 dm3.D. 4 g và 22,4 dm 3. Câu 2. Ở điều kiện tiêu chuẩn 16 g hêli có thể tích là bao nhiêu? A. 89,6 m3.B. 89,6 dm 3.C. 8,96cm 3.D. 44,8 dm 3. Câu 3. Nén khí đẳng nhiệt từ thể tích 10 lít đến thể tích 4 lít thì áp suất của khí tăng lên A. 2,5 lần.B. 2 lần.C. 1,5 lần.D. 4 lần. Câu 4. Một bình có áp suất không đổi được nạp khí ở nhiệt độ 33 0C dưới áp suất 300kPa, sau đó bình được chuyển tới một nơi có nhiệt độ 370C. Độ tăng áp suất của khí trong bình là A. 3,92 kPa.B. 4,16 kPa.C. 3,36 kPa.D. 2,67 kPa. Câu 5. Ở nhiệt độ 273 0C thể tích của một lượng khí là 10 lít. Thể tích lượng khí đó ở 546 0C khi áp suất không đổi nhận giá trị nào sau đây? A. V = 5 lít.B. V = 10 lít.C. V = 15 lít.D. V = 20 lít. Câu 6. Nén 10 lít khí ở nhiệt độ 27 0C để cho thể tích của nó chỉ còn 4 lít, vì nén nhanh khí bị nóng đến 600C. Áp suất chất khí tăng lên mấy lần? A. 2,53 lần.B. 2,78 lần.C. 4,55 lần.D. 1,75 lần. Câu 7. Khi nén đẳng nhiệt từ thể tích 6 lít đến 4 lít, áp suất khí tăng lên 0,25 atm. Áp suất lúc sau của khí là giá trị nào sau đây? A. 0,75 atm.B. 1 atm.C. 0,5 atm.D. 1,75 atm. Câu 8. Một chai bằng thép có dung tích 50 lít chứa khí hiđrô ở áp suất 5 MPa và nhiệt độ 37 0C. Dùng chai này bơm được bao nhiêu quả bóng bay, dung tích mỗi quả 10 lít, áp suất mỗi quả là 1,05.105 Pa , nhiệt độ khí trong bóng bay là 120C. A. 200 quả.B. 250 quả.C. 237 quả.D. 214 quả. 1 Câu 9. Khi đun nóng đẳng tích một khối khí để nhiệt độ tăng 1 0C thì áp suất tăng thêm áp suất ban 360 đầu. Nhiệt độ ban đầu của khí là A. 360C.B. 72 0C.C. 78 0C.D. 87 0C. Câu 10. Một lượng khí có áp suất 750 mmHg, nhiệt độ 27 0C và thể tích. Thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, 760 mmHg) là giá trị nào sau đây? Trang 5
6. 3 3 3 3 A. V0 22,4 cm .B. V0 2,24 cm .C. V0 86,25cm .D. V0 88,25cm . Đáp án: 1 – C 2 – B 3 – A 4 – A 5 – C 6 – B 7 – A 8 – D 9 – D 10 – C Trang 6