Giải Vật lí 12 kết nối: Bài 11 Phương trình trạng thái của khí lí tưởng
Hướng dẫn giải Vật lí 12 kết nối tri thức: Giải bài 11 Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Bài được giải chi tiết, rõ ràng, dễ hiểu. Bài giải giúp học sinh nắm vững kiến thức trong sách giáo khoa, rèn kĩ năng giải bài tập và có phương pháp học tập hiệu quả.
Nội dung chi tiết
KHỞI ĐỘNG
Các định luật Boyle và Charles chỉ xác định mối liên hệ giữa hai cặp thông số “ áp suất – thể tích” và “ thể tích – nhiệt độ” của một khối lượng khí xác định. Vậy làm thế nào để xác định được mối liên hệ của cả ba thông số trạng thái của một khối lượng khí xác định?
Giải chi tiết:
Các định luật Boyle và Charles chỉ xác định mối liên hệ giữa hai cặp thông số “ áp suất – thể tích” và “ thể tích – nhiệt độ” của một khối lượng khí xác định. Để để xác định được mối liên hệ của cả ba thông số trạng thái của một khối lượng khí xác định ta cần dựa vào phương trình trạng thái của khí lí tưởng ( phương trình Clapeyron): pV=nRT. Trong đó, R là hằng số khí lí tưởng ( R=8,31 J/mol.K); n là số mol khí:
I. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG
Hoạt động : Hãy dựa vào các định luật Boyle, Charles và Hình 11.1 về quá trình chuyển trạng thái của một khối lượng khí xác định để lập phương trình dưới đây về mối liên hệ giữa ba thông số trạng thái của một khối lượng khí xác định:
hằng số (11.1)
Độ lớn của hằng số trên phụ thuộc vào lượng khí ta xét.
Giải chi tiết:
Ta có thể chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 1’( đẳng nhiệt) rồi từ trạng thái 1’ sang 2 ( đẳng áp) như Hình 11.1
Ta áp dụng định luật Boyle cho quá trình chuyển từ trạng thái 1 sang 1’:
Ta áp dụng định luật Charles cho quá trình chuyển từ trạng thái 1’ sang 2:
Hình 11.2 quá trình chuyển từ trạng thái . Kết hợp hai định luật Boyle và Charles, ta có:
hằng số.
Câu hỏi 1: Hãy lập phương trình bằng một cách biến đổi trạng thái khác cách trong Hình 11.1 để chứng tỏ: Quá trình chuyển trạng thái không phụ thuộc cách chuyển trạng thái mà chỉ phụ thuộc trạng thái đầu và trạng thái cuối.
Giải chi tiết:
Ta có thể chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 1’( đẳng áp) rồi từ trạng thái 1’ sang 2 ( đẳng nhiệt) .
Ta áp dụng định luật Charles cho quá trình chuyển từ trạng thái 1 sang 1’:
Ta áp dụng định luật Boyle cho quá trình chuyển từ trạng thái 1’ sang 2:
Quá trình chuyển từ trạng thái . Kết hợp hai định luật Boyle và Charles, ta có:
hằng số
Như vậy ở Hình 11.1 là từ trạng thái 1 sang trạng thái 1’( đẳng nhiệt) rồi từ trạng thái 1’ sang 2 ( đẳng áp) còn ở bài này là chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 1’( đẳng áp) rồi từ trạng thái 1’ sang 2 ( đẳng nhiệt) có thể chứng tỏ được chứng tỏ: Quá trình chuyển trạng thái không phụ thuộc cách chuyển trạng thái mà chỉ phụ thuộc trạng thái đầu và trạng thái cuối
Câu hỏi 2: Tại sao không gọi phương trình (11.1) là phương trình trạng thái của chất khí mà lại gọi là phương trình trạng thái của khí lí tưởng?
Giải chi tiết:
Phương trình (11.1) có dạng: hằng số
Phương trình này thể hiện mối quan hệ giữa áp suất (p), nhiệt độ (T), thể tích (V) của một lượng khí xác định. Tuy nhiên, chỉ áp dụng cho khí lí tưởng – một mô hình giả định cho khí với các đặc điểm như là:
- Các phân tử khí được coi là các chất điểm, không tương tác với nhau khi chưa va chạm.
- Các phân tử khí tương tác khi va chạm với nhau và va chạm với thành bình. Các va chạm này là va chạm hoàn toàn đàn hồi.
Tại sao không gọi phương trình trạng thái của chất khí là vì: các phân tử khí thực tế có kích thước, có lực tương tác với nhau và va chạm không hoàn toàn đàn hồi.
Hoạt động 1: Hãy biểu diễn bằng đồ thị trong hệ toạ độ (p-V) các quá trình chuyển trạng thái vẽ ở Hình 11.1.
Giải chi tiết:

Từ 12 là quá trình đẳng nhiệt
Từ 2 3 là quá trình đẳng áp
Hoạt động 2: Từ phương trình trạng thái của khí lí tưởng suy ra hệ thức liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối trong quá trình đẳng tích.
Giải chi tiết:
Ta có phương trình trạng thái của khí lí tưởng:
Mà thể tích không đổi nên hệ thức liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối là:
II. VẬN DỤNG
Hoạt động 1: Bóng thám không. Bóng thám không được sử dụng để thu thập thông tin về môi trường không khí và thời tiết. Bóng thường được bơm khí hiếm nhẹ hơn không khí, nhờ dó có thể bay lên các tầng không khí khác nhau để thu thập thông tin về nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tốc độ gió,,..
Người ta muốn chế tạo một bóng thám không có thể tăng bán kính lên tới 10 m , khi bay ở tầng khí quyển có áp suất 0,3.105 Pa và nhiệt độ 200 K. Hỏi bán kính của bóng khi vừa bơm xong phải bằng bao nhiêu? Biết bóng được bơm ở áp suất 1,02.105 Pa và nhiệt độ 300 K.
Giải chi tiết:
Bóng khi vừa bơm xong: ,
K ,
Bóng khi bay ở tầng khí quyển: ,
K,
,
Ta có phương trình khí lí tưởng:
Bán kính của bóng khi vừa bơm xong là:
m
Hoạt động 2: Túi khí. Trong ô tô, người ta thường đặt ở hệ thống tay lái một thiết bị nhằm bảo vệ người lái xe khi xe gặp tai nạn, gọi là “ túi khí”. Túi khí được chế tạo bằng vật liệu co giãn, chịu được áp suất lớn. Trong túi khí thường chứa chất NaN3, khi xe va chạm mạnh vào vật cản thì hệ thống cảm biến của xe sẽ kích thích chất rắn này làm nó phân huỷ tạo thành Na và khí N2. Khí N2 được tạo thành có tác dụng làm phồng túi lên, giúp người lái xe không bị va chạm trực tiếp vào hệ thống lái ( Hình 11.2).
a) Viết phương trình phân huỷ NaN3.
b) Tính lượng chất khí N2 được giải phóng khi xảy ra phản ứng phân huỷ NaN3, biết trong túi chứa 100 g NaN3 và thể tích mol là 24,0 lít/mol.
c) Biết thể tích túi khí khi phồng lên có độ lớn tới 48 lít. Bỏ qua thể tích khí có trong túi trước khi phồng lên và thể tích của Na được tạo thành trong túi do phản ứng phân huỷ. Tính áp suất của khí N2 trong túi khí khi đã phồng lên, biết nhiệt độ là 30℃
Giải chi tiết:
a) Phương trình phân huỷ là: NaN3 Na +
b) Số mol NaN3 là: mol
n N2 = n NaN3 =
.
=
mol
V N2 = . 24 = 55,38 lít.
c) Nhiệt độ là 30℃ = 303 K
Ta có: pV = nRT atm
Em có thể: Giải thích được một số hiện tượng, thiết bị có liên quan đến phương trình trạng thái của khí lí tưởng. Ví dụ: giải thích được cách sử dụng bình oxygen trong y tế, túi khí trên ô tô, tính được thể tích, khối lượng, nhiệt độ của chất khí tạo thành trong các phản ứng hoá học.
Giải chi tiết:
Cách sử dụng bình oxygen trong y tế:
- Khi mở van bình oxygen, áp suất khí trong bình (P) cao hơn ap suất khí bên ngoài (P0).
- Theo phương trình trạng thái của khí lí tưởng thì n (số mol khí) và R (hằng số khí) không đổi, nên thể tích khí (V) sẽ tăng khi áp suất (P) giảm.
- Khí oxygen từ bình sẽ di chuyển ra ngoài, cung cấp oxy cho bệnh nhân.
- Lưu lượng oxy được điều chỉnh bằng van điều chỉnh để phù hợp với nhu câu bệnh nhân.
Tài liệu cùng môn học
- Trắc nghiệm vật lí 12 kết nối tri thức
- Giáo án word vật lí 12 kết nối tri thức
- Giáo án ppt vật lí 12 kết nối tri thức
- Giáo án chuyên đề vật lí 12 kết nối tri thức
- Giáo án ppt chuyên đề vật lí 12 kết nối tri thức
- Giải vật lí 12 kết nối tri thức
- Phiếu bài tập vật lí 12 kết nối tri thức
- Giải chuyên đề vật lí 12 kết nối tri thức
- Lý thuyết vật lí 12 kết nối tri thức
- Trắc nghiệm đúng sai vật lí 12 kết nối tri thức
- Trắc nghiệm trả lời ngắn vật lí 12 kết nối tri thức
- Đề thi vật lí 12 kết nối tri thức
- Ppt trò chơi AI Vật lí 12 Kết nối tri thức
- Video AI mở đầu Vật lí 12 kết nối tri thức
Tài liệu khác
- Trắc nghiệm văn 12 kết nối tri thức
- Trắc nghiệm địa lí 12 kết nối tri thức
- Trắc nghiệm hóa học 12 kết nối tri thức
- Trắc nghiệm KTPL 12 kết nối tri thức
- Trắc nghiệm lịch sử 12 kết nối tri thức
- Trắc nghiệm sinh học 12 kết nối tri thức
- Trắc nghiệm toán 12 kết nối tri thức
- Trắc nghiệm quốc phòng 12 kết nối tri thức
- => Xem nhiều môn hơn