Химия. Как определить в продуктах реакции газ.
как определить газ. Осадок это когда на пересечение стоит НЕ РАСТВОРЯЕТСЯ. А вот газ? Ведь уравнение будет проходить если образуется газ или осадок. Вот осадок я знаю как определить. А вот как газ?
Нужно выучить основные газы . и смотреть, когда они получаются в реакции
Таблица растворимости показывает какие вещества могут растворятся у воде а какие нет. Реакция идёт с выделением 1 воды. 2 выделяется осадок. 3 выделяется газ. Там у таблице растворимости есть сероводород он растворяется у воде но если его много то он выйдет у виде газа. Смотрите какое вещество получается и узнайте его свойства это может быть жидкая кислота или газ или другое соединение. Газообразные вещества там не указаны. Пример из амиаком да он газ но растворимый у воде надо большие концентрации реагентов чтобы реакция (забулькала) . Также слабая угольная кислота она растворима у воде но большая её часть сразу же распадается на воду и газ получаем много (бульканья, или вспенивание) как гашение уксуса карбонатом натрия.
появление запаха, дыма, пузыпения или вспенивания (закипания)
зМБЧБ 1. пУОПЧОЩЕ ЪБЛПОЩ ИЙНЙЙ
1.2 зБЪПЧЩЕ ЪБЛПОЩ ИЙНЙЙ
1.2.1 ъБЛПО бЧПЗБДТП Й УМЕДУФЧЙЕ ЙЪ ОЕЗП
уТЕДЙ ЧЕЭЕУФЧ У ТБЪМЙЮОЩН БЗТЕЗБФОЩН УПУФПСОЙЕН ОЕПВИПДЙНП ЧЩДЕМЙФШ ЗБЪЩ, ЛПФПТЩЕ ЙЗТБАФ ПЗТПНОХА ТПМШ ОЕ ФПМШЛП Ч ОБЫЕК ЦЙЪОЙ, ОП Ч ТБЪМЙЮОЩИ ФЕИОПМПЗЙЮЕУЛЙИ РТПГЕУУБИ. оЕПВИПДЙНП РПНОЙФШ, ЮФП ДМС ЛПМЙЮЕУФЧЕООПК ИБТБЛФЕТЙУФЙЛЙ МАВПЗП ЗБЪБ ЙУРПМШЪХАФ ДБЧМЕОЙЕ, ФЕНРЕТБФХТХ Й ЪБОЙНБЕНЩК ПВЯЕН. оБЙВПМЕЕ ЮБУФП РТЙНЕОСАФ ФБЛ ОБЪЩЧБЕНЩЕ ОПТНБМШОЩЕ ХУМПЧЙС (О.Х.), ЛПФПТЩЕ УППФЧЕФУФЧХАФ ДБЧМЕОЙА т=10 5 рБ Й ФЕНРЕТБФХТЕ ф=273 л.
уПЗМБУОП ЪБЛПОХ бЧПЗБДТП: ПДЙОБЛПЧЩЕ ПВЯЕНЩ ТБЪМЙЮОЩИ ЗБЪПЧ РТЙ ПДЙОБЛПЧЩИ ХУМПЧЙСИ (ДБЧМЕОЙЙ Й ФЕНРЕТБФХТЕ) УПДЕТЦБФ ПДЙОБЛПЧПЕ ЮЙУМП НПМЕЛХМ.
вПМШЫПЕ РТБЛФЙЮЕУЛПЕ ЪОБЮЕОЙЕ ЙНЕЕФ УМЕДУФЧЙЕ ЙЪ ЪБЛПОБ бЧПЗБДТП: РТЙ ОПТНБМШОЩИ ХУМПЧЙСИ (О.Х.) ПДЙО НПМШ МАВПЗП ЗБЪБ ЪБОЙНБЕФ ПВЯЕН, ТБЧОЩК 22,4 М.
пВЯЕН 22,4 М ОБЪЩЧБАФ НПМСТОЩН (НПМШОЩН) ПВЯЕНПН ЗБЪБ Й ПВПЪОБЮБАФ УППФЧЕФУФЧЕООП VM = 22,4 М/НПМШ.
рТЙНЕТ: ХЗМЕЛЙУМЩК ЗБЪ CO2. йНЕЕН н(CO2) = 44 З/НПМШ. ъОБЮЙФ, ПДЙО НПМШ CO2 ЙНЕЕФ НБУУХ 44 З Й ЪБОЙНБЕФ ПВЯЕН (РТЙ О.Х.), ТБЧОЩК 22,4 М, Б ФБЛЦЕ УПДЕТЦЙФ Ч ЬФПН ПВЯЕНЕ 6,02·10 23 НПМЕЛХМ ЗБЪБ.
оЕФТХДОП РПЛБЪБФШ, ЮФП УЧСЪШ НЕЦДХ НБУУПК m Й ПВЯЕНПН V ЛПОЛТЕФОПЗП ЗБЪБ РТЙ О.Х. ПРТЕДЕМСЕФУС ЖПТНХМПК:
(1.3) |
еУМЙ ХУМПЧЙС, Ч ЛПФПТЩИ ОБИПДЙФУС ЗБЪ ПФМЙЮБЕФУС ПФ ОПТНБМШОЩИ, ФП ЙУРПМШЪХАФ ХТБЧОЕОЙЕ нЕОДЕМЕЕЧБ-лМБРЕКТПОБ, ЛПФПТПЕ УЧСЪЩЧБЕФ ЧУЕ ПУОПЧОЩЕ РБТБНЕФТЩ ЙДЕБМШОПЗП ЗБЪБ:
(1.4) |
ЗДЕ: P — ДБЧМЕОЙЕ ЗБЪБ, рБ;
V — ПВЯЕН ЗБЪБ, Н 3 ;
m — НБУУБ ЗБЪБ, З;
M — НПМШОБС НБУУБ ЗБЪБ, З/НПМШ;
R — ХОЙЧЕТУБМШОБС ЗБЪПЧБС РПУФПСООБС, R = 8,31 дЦ/(НПМШ·л);
T — ФЕНРЕТБФХТБ ЗБЪБ, л.
1.2.2 ъБЛПО дБМШФПОБ
еУМЙ НЩ ЧЕТОЕНУС Л ХТБЧОЕОЙА ИЙНЙЮЕУЛПК ТЕБЛГЙЙ, ТБУУНБФТЙЧБЕНПК Ч ТБЪДЕМЕ 1.1.1, ФП, У ХЮЕФПН НПМСТОЩИ ПВЯЕНПЧ ЗБЪПЧ, ЕЗП НПЦОП РТЕДУФБЧЙФШ Ч УМЕДХАЭЕН ЧЙДЕ
йЪ РТЙЧЕДЕООПЗП РТЙНЕТБ ЧЙДОП, ЮФП НБУУЩ ЗБЪПЧ ЪБНЕОЕОЩ ОБ НПМШОЩЕ ПВЯЕНЩ. пФУАДБ УМЕДХЕФ ЖПТНХМЙТПЧЛБ ЪБЛПОБ дБМШФПОБ: ПВЯЕНЩ ТЕБЗЙТХАЭЙИ ЗБЪПЧ Й РТПДХЛФПЧ ЙИ ТЕБЛГЙК ПФОПУСФУС ДТХЗ Л ДТХЗХ ЛБЛ ОЕВПМШЫЙЕ ГЕМЩЕ ЮЙУМБ (ЛПЬЖЖЙГЙЕОФЩ ХТБЧОЕОЙС ТЕБЛГЙЙ).
1.2.3 ъБЛПО РБТГЙБМШОЩИ ДБЧМЕОЙК
оБ РТБЛФЙЛЕ ЮБУФП РТЙИПДЙФУС ЧУФТЕЮБФШУС УП УНЕУША ТБЪМЙЮОЩИ ЗБЪПЧ (ОБРТЙНЕТ, ЧПЪДХИ), ч ЬФПН УМХЮБЕ ОЕПВИПДЙНП РТЙНЕОСФШ ЧЩЫЕТБУУНПФТЕООЩЕ ЗБЪПЧЩЕ ЪБЛПОЩ ДМС ЛБЦДПЗП ЗБЪБ Ч ПФДЕМШОПУФЙ Й ЪБФЕН УХННЙТПЧБФШ РПМХЮЕООЩЕ ЧЕМЙЮЙОЩ. рТЙ ЬФПН РПМШЪХАФУС ФБЛЦЕ ЪБЛПОПН РБТГЙБМШОЩИ ДБЧМЕОЙК: ПВЭЕЕ ДБЧМЕОЙЕ ЗБЪПЧПК УНЕУЙ ТБЧОП УХННЕ РБТГЙБМШОЩИ ДБЧМЕОЙК ПФДЕМШОЩИ ЗБЪПЧ, УПУФБЧМСАЭЙИ ДБООХА УНЕУШ, ФП ЕУФШ
тПВЭ = т1 + т2 + .. + тР | (1.5) |
йЪ ЖПТНХМЙТПЧЛЙ ЪБЛПОБ УМЕДХЕФ, ЮФП РБТГЙБМШОПЕ ДБЧМЕОЙЕ РТЕДУФБЧМСЕФ УПВПК ЮБУФЙЮОПЕ ДБЧМЕОЙЕ, УПЪДБЧБЕНПЕ ПФДЕМШОЩН ЗБЪПН. й ДЕКУФЧЙФЕМШОП, РБТГЙБМШОПЕ ДБЧМЕОЙЕ — ЬФП ФБЛПЕ ДБЧМЕОЙЕ, ЛПФПТПЕ ВЩ УПЪДБЧБМ ДБООЩК ЗБЪ, ЕУМЙ ВЩ ПО ПДЙО ЪБОЙНБМ ЧЕУШ ПВЯЕН.
рТЙНЕТ: ПРТЕДЕМЙФШ ДБЧМЕОЙЕ ЗБЪПЧПК УНЕУЙ, ЕУМЙ Ч ПВЯЕНЕ 11,2 М РТЙ О.Х. УПДЕТЦЙФУС 4 З о2, 14 З уп Й 56 З N2 .
пРТЕДЕМЙН У РПНПЭША ХТБЧОЕОЙС нЕОДЕМЕЕЧБ-лМБРЕКТПОБ РБТГЙБМШОЩЕ ДБЧМЕОЙС ЛБЦДПЗП ЙЪ ЗБЪПЧ, УПУФБЧМСАЭЙИ ДБООХА ЗБЪПЧХА УНЕУШ:
т(о2) = (m/M)RT/V = (4З/2З/НПМШ)·8,31·273л/0,0112Н Ъ = 4·105 рБ,
т(уп) = (14З/28З/НПМШ)·8,31·273л/0,0112Н Ъ = 10 5 рБ,
т(N2) = (56З/28З/НПМШ)·8,31·273л/0,0112Н Ъ = 4·10 5 рБ.
пВЭЕЕ ДБЧМЕОЙЕ ЗБЪПЧПК УНЕУЙ ТБЧОП:
чЕМЙЮЙОБ РБТГЙБМШОПЗП ДБЧМЕОЙС ПРТЕДЕМСЕФУС ОЕУЛПМШЛЙНЙ УРПУПВБНЙ, ОП ОБЙВПМЕЕ ЮБУФП ЧУФТЕЮБАЭЙКУС РТБЛФЙЮЕУЛЙ УРПУПВ ПУОПЧБО ОБ ЙУРПМШЪПЧБОЙЙ ЖПТНХМЩ
(1.6) |
ЗДЕ б — УПДЕТЦБОЙЕ ДБООПЗП ЗБЪБ Ч ЗБЪПЧПК УНЕУЙ Ч ПВЯЕНОЩИ %.
рТЙНЕТ: ПРТЕДЕМЙФШ НБУУХ ЛЙУМПТПДБ п2, УПДЕТЦБЭЕЗПУС Ч 1 Н Ъ ЧПЪДХИБ РТЙ ОПТНБМШОЩИ ХУМПЧЙСИ, ЕУМЙ РТПГЕОФОПЕ УПДЕТЦБОЙЕ ЛЙУМПТПДБ Ч ЧПЪДХИЕ УПУФБЧМСЕФ 21ПВ.%
рБТГЙБМШОПЕ ДБЧМЕОЙЕ п2 Ч ЧПЪДХИЕ ПРТЕДЕМСЕН РП ЖПТНХМЕ
т(п2) = 10 5 рБ·21%/100% = 0,21·10 5 рБ
пФУАДБ, УПЗМБУОП ХТБЧОЕОЙС нЕОДЕМЕЕЧБ-лМБРЕКТПОБ
m(O2) = PVM/RT = (0,21·10 5 рБ·1Н Ъ ·32З/НПМШ)/8,31·273л = 297 З
тБУУНПФТЙН ЧПЪНПЦОПУФШ ХЮЕФБ ЙЪНЕОЕОЙС ПВЯЕНБ ЙМЙ ДБЧМЕОЙС РТЙ РТПФЕЛБОЙЙ ИЙНЙЮЕУЛПК ТЕБЛГЙЙ, Ч ЛПФПТПК ХЮБУФЧХАФ ЙМЙ ПВТБЪХАФУС ЗБЪППВТБЪОЩЕ РТПДХЛФЩ. дМС ХЮЕФБ ЬФПЗП ОЕПВИПДЙНП ЧУРПНОЙФШ, ЮФП ЛПЬЖЖЙГЙЕОФЩ Ч ХТБЧОЕОЙЙ ИЙНЙЮЕУЛПК ТЕБЛГЙЙ РТСНП РТПРПТГЙПОБМШОЩ ЮЙУМХ НПМЕК ТЕБЗЙТХАЭЙИ Й ПВТБЪХАЭЙИУС ЧЕЭЕУФЧ. рТЙНЕОЙФЕМШОП Л ЗБЪБН ОЕПВИПДЙНП ХЮЕУФШ ФБЛЦЕ, ЮФП:
фБЛЙН ПВТБЪПН, УТБЧОЙЧБС ЛПЬЖЖЙГЙЕОФЩ ЙУИПДОЩИ ЧЕЭЕУФЧ Й РТПДХЛФПЧ ТЕБЛГЙЙ, НПЦОП УДЕМБФШ ЧЩЧПД ПВ ЙЪНЕОЕОЙЙ ПВЯЕНБ (ДБЧМЕОЙС) Ч ИПДЕ ИЙНЙЮЕУЛПК ТЕБЛГЙЙ.
оБРТЙНЕТ, Ч ИЙНЙЮЕУЛПК ТЕБЛГЙЙ
ЧУЕ ЧЕЭЕУФЧБ СЧМСАФУС ЗБЪБНЙ, чЙДОП, ЮФП ДП ТЕБЛГЙЙ ЙНЕМПУШ 3 НПМС ЗБЪБ (2 НПМС уп Й 1 НПМШ п2), Б РПУМЕ ТЕБЛГЙЙ ПУФБМПУШ 2 НПМС уп2. сУОП, ЮФП ПВЯЕН 3 НПМЕК ЗБЪБ (22,4·3=67,2М) ВПМШЫЕ ПВЯЕНБ 2 НПМЕК (22,4·2=44,8М), ФП ЕУФШ VОБЮ> VЛПО. ъОБЮЙФ, ДБООБС ТЕБЛГЙС РТПФЕЛБЕФ МЙВП У ХНЕОШЫЕОЙЕН ПВЯЕНБ (ЙЪПВБТОЩК РТПГЕУУ), МЙВП У ХНЕОШЫЕОЙЕ ДБЧМЕОЙС (ЙЪПИПТОЩК РТПГЕУУ).
ч УМХЮБЕ ИЙНЙЮЕУЛПК ТЕБЛГЙЙ
ЙНЕЕН ЗБЪППВТБЪОЩЕ ЧЕЭЕУФЧБ уп2 Й уп Й ФЧЕТДПЕ ЧЕЭЕУФЧП у. уТБЧОЙЧБЕН ЛПЬЖЖЙГЙЕОФЩ ФПМШЛП ДМС ЗБЪППВТБЪОЩИ ЧЕЭЕУФЧ Й ЙНЕЕН ДМС ЙУИПДОЩИ ЧЕЭЕУФЧ 1 Й ЛПОЕЮОЩИ ЧЕЭЕУФЧ 2. фБЛ ЛБЛ 1
Идеальный газ в физике — основные понятия, формулы и определение с примерами
Содержание:
Идеальный газ:
Наиболее простым из всех агрегатных состояний вещества является газообразное. Поэтому изучение свойств веществ начинают с газов. Газ (греч. chaos — хаос) — такое агрегатное состояние вещества, когда составляющие его частицы почти свободно и хаотически движутся между соударениями, во время которых происходит резкое изменение их скорости. Термин «газ» предложил в начале XVII в. нидерландский химик Ян Батист ван Гельмонт (1579— 1644).
Макро- и микропараметры:
При изучении механики в 9-м классе вы познакомились с понятием «состояние механической системы тел». Параметрами этого состояния являются координаты, скорости или импульсы тел. В тепловых процессах основными физическими величинами, характеризующими состояние макроскопических тел без учёта их молекулярного строения, являются давление
Одна из важнейших задач молекулярно-кпнетической теории состоит в установлении связи между макроскопическими и микроскопическими параметрами.
Идеальный газ
Для теоретического объяснения свойств газов используют их упрощённую модель — идеальный газ.
Идеальный газ — модель газа, удовлетворяющая следующим условиям: 1) молекулы газа можно считать материальными точками, которые хаотически движутся; 2) силы взаимодействия между молекулами идеального газа практически отсутствуют (потенциальная энергия их взаимодействия равна нулю); силы действуют только во время столкновений молекул, причём это силы отталкивания.
Поведение молекул идеального газа можно описать, используя законы Ньютона и учитывая, что между соударениями молекулы движутся практически равномерно и прямолинейно.
Модель идеального газа можно использовать в ограниченном диапазоне температур и при достаточно малых давлениях. Так, например, свойства водорода и гелия при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре близки к свойствам идеального газа.
Изучая физику в 7-м классе, вы узнали, что давление газа на стенки сосуда, в котором он находится, как и на любое тело, помещённое внутрь сосуда, создаётся в результате ударов частиц, образующих газ (рис. 14). Вследствие хаотичности их движения усреднённое по времени давление газа в любой части сосуда одинаково, и его можно определить по формуле
Выражение (3.1) называют основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа. Это уравнение позволяет рассчитать макроскопический параметр давление р идеального газа через массу молекулы, концентрацию молекул и среднюю квадратичную скорость их теплового движения, определяемую по формуле Формула (3.1) связывает между собой макро- и микроскопические параметры системы «идеальный газ».
Зависимость давления газа от среднего значения квадрата скорости теплового движения его молекул обусловлена тем, что с увеличением скорости, во-первых, возрастает импульс молекулы, а следовательно, и сила удара о стенку. Во-вторых, возрастает число ударов, так как молекулы чаще соударяются со стенками.
Обозначим через среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул. Тогда основное уравнение молекулярно-кинетической теории примет вид:
Из выражения (3.2) следует, что давление идеального газа зависит от средней кинетической энергии поступательного движения его молекул и их концентрации.
Баллон электрической лампы наполнен газом, плотность которого После включения лампы давление газа в ней увеличилось от Определите, на сколько при этом увеличился средний квадрат скорости теплового движения молекул газа.
Решение. Покажем, что между плотностью р газа и концентрацией его частиц существует связь. Плотность вещества газа равна отношению массы к предоставленному ему объёму. Поскольку произведение массы одной молекулы и числа N молекул равно массе вещества, то:
Тогда основное уравнение молекулярно-кинетической теории можно записать в виде: Следовательно, средний квадрат скорости теплового движения молекул газа Определим изменение среднего квадрата скорости теплового движения молекул газа после включения лампы:
Ответ:
В сосуде вместимостью находится одноатомный газ, количество вещества которого и давление Па. Определите среднюю кинетическую энергию теплового движения атомов этого газа.
Решение. Из основного уравнения молекулярно-кинетической теории, записанного в виде , следует, что Так как концентрация атомов а число атомов газа
Ответ:
Уравнение состояния идеального газа
Выясним, как связаны между собой макроскопические параметры идеального газа, которые характеризуют его равновесное состояние: давление, масса всего газа, объём, предоставленный ему, и температура.
Состояние макроскопической системы полностью определено, если известны её макроскопические параметры — давление р, масса температура и объём Уравнение, связывающее параметры данного состояния, называют уравнением состояния системы. Изменение параметров состояния системы с течением времени называют процессом.
Если при переходе идеального газа из одного состояния в другое число его т
молекул остается постоянным, т. е. масса и молярная масса газа не изменяются, то из уравнений и следует:
где — постоянная Больцмана; — параметры начального состояния газа, а — конечного. Из соотношений (5.1) следует, что
При неизменных массе и молярной массе идеального газа отношение произведения его давления и объёма к абсолютной температуре является величиной постоянной.
Уравнение (5.2) связывает два рассматриваемых состояния идеального газа независимо от того, каким образом газ перешёл из одного состояния в другое.
Уравнение состояния в виде (5.2) впервые вывел в 1834 г. французский физик Бенуа Клапейрон (1799—1864), поэтому его называют уравнением Клапейрона.
В справедливости уравнения состояния можно убедиться, воспользовавшись установкой, изображённой на рисунке 18. Манометром 1, соединённым с герметичным гофрированным сосудом, регистрируют давление газа внутри сосуда. Объём газа в сосуде можно рассчитать, используя линейку 2. Температура газа в сосуде равна температуре окружающей среды и может быть измерена термометром.
Измерив параметры газа в начальном состоянии, вычисляют отношение Затем помещают сосуд в горячую воду. При этом температура газа и его давление изменяются. Вращая винт 3, изменяют вместимость сосуда. Измерив снова давление газа и температуру а также рассчитав предоставленный ему объём вычисляют отношение Как показывают расчёты, уравнение состояния (5.2) выполняется в пределах погрешности эксперимента.
Уравнение состояния (5.2) можно применять для газов при следующих условиях:
- не очень большие давления (пока собственный объём всех молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с предоставленным ему объёмом);
- не слишком низкие или же высокие температуры (пока абсолютное значение потенциальной энергии межмолекулярного взаимодействия пренебрежимо мало по сравнению с кинетической энергией теплового движения молекул).
Поскольку число частиц то из уравнения (5.1) следует:
Величину, равную произведению постоянной Больцмана и постоянной Авогадро назвали универсальной газовой постоянной R:
С учётом выражения (5.4) уравнение (5.3) примет вид:
Поскольку количество вещества то формулу (5.5) можно записать в виде:
Уравнение состояния в виде (5.5) впервые получил русский учёный Д. И. Менделеев (1834—1907) в 1874 г., поэтому его называют уравнением Клапейрона—Менделеева.
Отметим, что уравнение Клапейрона—Менделеева связывает между собой макроскопические параметры конкретного состояния идеального газа. Используя уравнение Клапейрона-Менделеева, можно описать различные процессы, происходящие в идеальном газе.
Давление смеси газов
В повседневной жизни часто приходится иметь дело не с газом, состоящим из одинаковых молекул, а со смесью нескольких разнородных газов, не вступающих в химические реакции при рассматриваемых условиях. Например, воздух в комнате является смесью азота, кислорода, инертных газов и водорода, а также некоторых других газов.
Вследствие теплового движения частиц каждого газа, входящего в состав газовой смеси, они равномерно распределяются по всему предоставленному смеси объёму. Столкновения частиц обеспечивают в смеси тепловое равновесие.
Каждый газ вносит свой вклад в суммарное давление, производимое газовой смесью, создавая давление, называемое парциальным.
Парциальное давление — давление газа, входящего в состав газовой смеси, если бы он один занимал весь объём, предоставленный смеси, при той же температуре.
Смесь идеальных газов принимают за идеальный газ.
Из истории физики:
Фундаментальные исследования газовых смесей провёл английский учёный Джон Дальтон (1766-1844). Им сформулирован закон независимости парциальных давлений компонентов смеси (1801-1802). В 1802 г. на несколько месяцев раньше французского учёного Жозефа Гей-Люссака (1778-1850) Дальтон установил закон теплового расширения газов, а также ввёл понятие атомного веса.
При постоянных массе и молярной массе отношение произведения давления идеального газа и его объёма к абсолютной температуре является величиной постоянной (уравнение состояния идеального газа):
Парциальное давление — давление газа, входящего в состав газовой смеси, если бы он один занимал весь объём, предоставленный смеси, при той же температуре.
Баллон с газом, давление которого находился в неотапливаемом помещении, где температура воздуха После того как некоторое количество газа было израсходовано, баллон внесли в помещение, где температура воздуха Определите, какая часть газа была израсходована, если после длительного пребывания баллона в отапливаемом помещении давление газа в нём стало
Решение. Если пренебречь тепловым расширением баллона, то его вместимость не изменяется. Запишем уравнение Клапейрона—Менделеева для начального и конечного состоянии газа, считая его идеальным:
откуда
Ответ:
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа
В молекулярной физике изучаются свойства вещества во всех агрегатных состояниях, в том числе и газообразном. В природе почти нет отдельно взятого газа, реальный газ атмосферы представляют собой сложную систему разных газов.
Основная задача молекулярно-кинетической теории — установление связи между макроскопическими и микроскопическими параметрами, характеризующими свойства этой сложной системы. С этой целью реальный газ сложного состава заменяется упрощенной, идеализированной моделью.
Идеальный газ:
Первый шаг в создании любой физической теории состоит в построении идеализированной модели реального объекта. Такая модель всегда имеет упрощенный вид действительности, и с ее помощью изучаются количественные и качественные закономерности и свойства реального объекта с учетом определенных ограничений.
Для изучения свойств газов в молекулярно-кинетической теории применяется идеализированная модель — «идеальный газ».
Идеальный газ — это газ, удовлетворяющий следующим условиям:
- — линейные размеры молекул во много раз меньше расстояний между ними и не принимаются во внимание. Поэтому можно сказать, что молекулы идеального газа не взаимодействуют друг с другом, то есть потенциальная энергия взаимодействия молекул идеального газа равна нулю:
Поэтому идеальный газ можно сколько угодно сжимать; —только при соударении молекул друг с другом или со стенками сосуда между ними возникают силы отталкивания;
- — соударения молекул абсолютно упругие;
- — скорость молекул может иметь произвольные значения, движение каждой молекулы подчиняется законам классической механики.
Свойства идеального газа характеризуются микроскопическими и макроскопическими параметрами и связями между ними.
Микроскопические параметры газа — это параметры, характеризующие движение молекул газа. К ним относятся масса молекулы, его скорость, импульс и кинетическая энергия поступательного движения молекулы.
Макроскопическими являются такие параметры газа, как ее давление, объем и температура, определяющие свойства газа в целом.
Основной задачей молекулярно-кинетической теории является установление взаимной связи между микроскопическими параметрами, характеризующими молекулы газа, и макроскопическими (измеряемыми) величинами, характеризующими газ.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа:
Известно, что давление газа возникает в результате многочисленных непрерывных и беспорядочных соударений молекул газа о стенки сосуда, в котором он находится. Это давление равно среднему значению модуля равнодействующей силы, приходящейся на единицу площади:
В 1857 г. немецкий физик Рудольф Клаузиус (1822-1888), используя модель идеального газа, определил уравнение для давления газа, называемое основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа — это уравнение, связывающее макроскопический параметр газа — его давление, с микроскопическими параметрами, характеризующими молекулы газа:
Где — количественный коэффициент, характеризующий трехмерность пространства и выражающий равноправность всех трех направлений в хаотическом движении молекул, — масса одной молекулы, — концентрация молекул, — средняя квадратичная скорость молекул.
Концентрация молекул — это число молекул в единице объема:
Единица концентрации в СИ:
Средняя квадратичная скорость молекул равна корню квадратному из средней арифметической величины квадратов скоростей отдельных молекул:
Так как среднее значение квадрата скорости молекул связано со средним значением кинетической энергии их поступательного движения, то, следовательно, и давление идеального газа зависит от среднего значения кинетической энергии молекул:
Давление идеального газа прямо пропорционально концентрации молекул и среднему значению кинетической энергии молекул.
Если принять во внимание, что плотность газа в (6.1), то получится формула зависимости давления идеального газа от ее плотности:
Вы исследовали идеальный газ с позиций MKT и определили связь между его макроскопическими и микроскопическими параметрами.
Уравнение Клапейрона
Связь между тремя макроскопическими параметрами (давление, объем и температура), характеризующими состояние идеального газа, определяет уравнение состояние идеального газа.
Уравнение состояния идеального газа — это уравнение, описывающее состояние газа и устанавливающее связь между параметрами его начального и конечного состояний.
Если число молекул идеального газа остается постоянным, то есть масса и молярная масса не меняются, то при переходе идеального газа из одного состояния в другое, из формул (6.2) и (6.9) имеем для этих состояний:
Где — параметры идеального газа в начальном состоянии, — параметры идеального газа в конечном состоянии. При помощи простых математических преобразований выражений (6.14) для идеального газа данной массы получим:
или
Это уравнение (6.15), характеризующее состояние идеального газа, впервые в 1834 году получил французский физик Бенуа Клапейрон (1799-1864), поэтому его назвали уравнением Клапейрона.
Отношение произведения давления идеального газа данной массы на его объем к абсолютной температуре является постоянной величиной.
Уравнение Менделеева-Клапейрона:
Приняв во внимание формулу, связывающую число частичек вещества, общую массу вещества, молярную массу и число Авогадро,
в формуле (6.14), получим:
Произведение постоянной Больцмана на постоянную Авогадро также является постоянной величиной. Оно называется универсальной газовой постоянной, обозначается буквой и имеет числовое значение:
Приняв во внимание выражение (6.17) в (6.16), получаем выражение, характеризующее состояние идеального газа и называемое уравнением Менделеева-Клапейрона.
Физический смысл универсальной газовой постоянной определяется из последнего выражения.
Универсальная газовая постоянная равна отношению произведения давления и объема к абсолютной температуре одного моля любого газа.
Уравнение Менделеева-Клапейрона можно записать и в таком виде:
Где — плотность газа.
Рекомендую подробно изучить предметы: |
|
Ещё лекции с примерами решения и объяснением: |
- Уравнение МКТ идеального газа
- Уравнение состояния идеального газа
- Температура в физике
- Парообразование и конденсация
- Зависимость веса тела от вида движения
- Движение тел под воздействием нескольких сил
- Абсолютно упругие и неупругие столкновения тел
- Механизмы, работающие на основе правила моментов
При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org
Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи
Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей
Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.
Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.
http://cde.osu.ru/demoversion/course93/g1_2.html
http://www.evkova.org/idealnyij-gaz-v-fizike