В сосуде находиться смесь газов кислорода и азота с равной
При работе со своими учениками, у меня накапливается много задач. Поэтому я публикую разборы задач в свободный доступ, стараюсь делать это максимально подробно и понятно, чтобы начинающие могли прочитать и разобраться в нужной для них теме. Ну а за подробными индивидуальными консультациями и репетиторством вы можете написать в мою группу в вк или в личные сообщения. Также большое количество разборов задач вы сможете найти в моей группе Репетитор IT mentor
Задача 1. На тело массой 100 кг, лежащее на наклонной плоскости, которая образует с горизонтом угол 40°, действует горизонтальная сила 1500 Н. Определить:
1) силу, прижимающую тело к плоскости;
2) силу трения тела о плоскость;
3) ускорение, с которым поднимается тело. Коэффициент трения k = 0.10; g = 10м/с².
Задача 2. Тело движется по горизонтальной плоскости под действием силы F, направленной под углом α к горизонту. Найти ускорение тела, если на него действует сила тяжести P, а коэффициент трения между телом и плоскостью равен k . При какой величине силы F движение будет равномерным.
Задача 3. Два шара массами m1 = 2.5 кг и m2 = 1.5 кг движутся навстречу друг другу со скоростями v1 = 6 м/c и v2 = 2 м/c . Определить: 1) скорости шаров после удара; 2) кинетические энергии шаров до и после удара; 3)энергию, затраченную на деформацию шаров при ударе. Удар считать прямым, неупругим.
Прикрепляю очередной разбор задачи по физике по теме закона сохранения импульса. Неупругие шары после удара не восстанавливают свою первоначальную форму. Таким образом, сил, которые отталкивали бы шары друг от друга, не возникает. Это значит, что после удара шары будут двигаться вместе (слипшись) с одной и той же скоростью . Эту скорость определим по закону сохранения импульса. Так как шары двигаются по одной прямой, то можно записать импульс системы до удара и после удара. Считаем, что в задаче не действует диссипативных сил (сил трения, сопротивления воздуха и т.д.), поэтому импульс вдоль оси Ox сохраняется, тогда (смотри решение на картинке). Расписал довольно подробно, но если что-то не будет понятно, то задавайте вопросы в комментариях.
Задача 4. Диск массой m, радиус которого R , вращается с угловой скоростью ω0 вокруг оси, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его центр. После прекращения действия на него силы диск останавливается в течение времени t. Определить угловое ускорение диска и тормозящий момент, действующий на него.
Задача 5. Два тела массами m1 и m2 связаны нитью, перекинутой через блок массой M . Найти ускорение тел, считая блок сплошным диском.
Задача 6. Шар катится по горизонтальной поверхности со скоростью v . На какую высоту h относительно своего первоначального положения поднимется шар, если он начнет вкатываться на наклонную плоскость без проскальзывания?
Задача 7. На краю вращающейся с угловой скоростью ω0 платформе стоит человек массой m. После того, как человек перешёл в другую точку платформы, угловая скорость её вращения стала равной ω. Найти расстояние от оси вращения до человека, считая платформу диском массой M и радиусом R.
Задача 8. Тело массой m брошено со скоростью v0 под углом α к горизонту. Найти кинетическую и потенциальную энергию тела в высшей точке траектории.
Задача 9. На горизонтальной поверхности находятся два тела массами m1 = 10 кг и m2 =15 кг, связанные нитью. К телу массой m2 прикладывают силу F = 100 Н, направленную под углом α = 60° к горизонту. Определить ускорение грузов и силу натяжения нити, соединяющей грузы. Трением пренебречь. (обязательно указать все силы на чертеже!)
Задача 10. На поверхности стола лежит груз массой m2 = 2 кг. На нити, прикрепленной к грузу m2 и перекинутой через невесомый блок, подвешен груз m1 = 1 кг. Коэффициент трения груза о поверхность стола 0,2. Найти ускорение грузов и силу натяжения нити.
Задача 11. Лодка массой 200 кг и длиной 3 м стоит неподвижно в стоячей воде. Мальчик массой 40 кг в лодке переходит с носа на корму. Определите, на какое расстояние при этом сдвинется лодка.
Считаем, что в нашей задаче не действует внешних сил, поэтому по теореме о центре массы системы грузов, можно считать, что координаты центра масс сохраняются в проекциях на ось OX (по оси OY движения не происходит). Проведем ось Y(ноль оси X) через центр лодки, тогда можно записать координаты человека и лодки до перехода человека с носа на корму.
Задача 12. Шарик массой 5 кг подвешен на нити. Нить может выдержать максимальное натяжение 100 Н. На какой минимальный угол от положения равновесия нужно отклонить нить с шариком, чтобы он оборвал нить, проходя через положение равновесия? (обязательно сделать рисунок, указать действующие силы!)
Задача 13. Два неупругих шара массами m1=2 кг и m2=3 кг движутся со скоростями соответственно v1=8 м/c и v2=4м/с. Определить количество теплоты, выделившееся при их столкновении. Рассмотреть 2 случая: 1) шары движутся навстречу друг другу; 2) меньший шар догоняет больший.
Задача 14. Тело совершает гармонические колебания по закону x(t) = 50⋅sin(π/3⋅t) (см). Определить полную энергию тела, если его масса 0,2 кг. Какая сила действует на тело в момент времени t = 0,5 с?
Задача 15. Два математических маятника, длины которых отличаются на Δℓ =16 см, совершают за одно и то же время: один − 10 колебаний, другой − 6 колебаний. Определить длины маятников.
Задача 16. Определить, сколько молей и молекул водорода содержится в объёме V = 5 м³ под давлением Р = 767 мм.рт.ст. при температуре t = 18 ° С. Какова плотность газа?
Задача 17. Сколько кислорода выпустили из баллона ёмкостью 1 дм3, если давление его изменилось от 14 атм до 7 атм, а температура от 27°С до 7 °С ?
Задача 18. В сосуде объёмом V = 2 м³ находится смесь m1 = 4 кг гелия и m2 = 2 кг водорода при температуре 27°С. Определить давление и молярную массу смеси газов.
Задача 19. В сосуде содержится смесь газов: гелия массой 12 г и водорода массой 2 г, температура в сосуде 77°С, давление 20 кПа. Определить молярную массу и плотность смеси газов.
Задача 20. Гелий массой 20 г нагрели от 100°С до 400°С, причем газу была передана теплота 30 кДж. Найти изменение внутренней энергии гелия и совершенную им работу.
Задача 21. При изотермическом расширении от 0,1 м3 трех молей газа его давление меняется от 4,48 атм до 1 атм. Найти совершаемую при этом работу и температуру, при которой протекает процесс.
Задача 22. Моль идеального газа, имевший первоначально температуру 300ºК, расширяется изобарически до тех пор, пока его объем не возрастет в 3 раза. Затем газ охлаждается изохорически до первоначальной температуры. Определить суммарное получаемое газом количество теплоты. Обязательно нарисовать графики процессов.
Задача 23. Азот массой m = 1 кг занимает при температуре Т1 = 300 К объём V = 0,5 м³. В результате адиабатного сжатия давление газа увеличилось в 3 раза. Определить конечный объём газа и конечную температуру.
Задача 24. Газ расширяется адиабатически, причём объём его увеличивается вдвое, а термодинамическая температура падает в 1,32 раза. Какое число степеней свободы i имеют молекулы этого газа?
Задача 25. Баллон ёмкостью V = 20 л с кислородом при давлении Р = 107 Па и температуре t1 = 70 ºС нагревается до температуры t2 = 270 ºС. Какое количество теплоты при этом поглощает газ?
Задача 26. Азот, занимающий при давлении, равном Р1 = 10⁵ Па объём V1 = 10 л, расширяется вдвое. Найти конечное давление и работу, совершённую газом в процессах: а) изобарном; б) изотермическом; в) адиабатном.
Задача 27. Кислород, масса которого 200 г, нагревают от температуры Т1 =300 К до Т2 = 400 К. Найти изменение энтропии, если известно, что начальное и конечное давление газа одинаковы и близки к атмосферному.
Задача 28. Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 1,5∙10⁵ Дж. Температура нагревателя Т1 = 400 К, температура холодильника Т2 = 260 К. Найти КПД машины, количество теплоты Q1, получаемое машиной за один цикл от нагревателя, и количество теплоты Q2, отдаваемое за один цикл холодильнику.
Задача 29. Найти суммарную кинетическую энергию Е поступательного движения всех молекул, содержащихся в объёме V = 1 дм³ газа при атмосферном давлении.
Задача 30. Чему равны средние кинетические энергии поступательного и вращательного движения молекул, содержащихся в 100 г водорода при температуре 400 К ? Чему равна полная внутренняя энергия газа?
Спасибо, что дочитали до конца, дорогие подписчики 🙂 Если вам интересен подобный контент и разборы задач, то оставляйте обратную связь в виде лайков и комментариев.
Еще много полезного и интересного вы сможете найти на ресурсах:
Репетитор IT mentor в VK
Репетитор IT mentor в Instagram
Репетитор IT mentor в Telegram
Physics.Math.Code в контакте (VK)
Physics.Math.Code в telegram
Physics.Math.Code в YouTube
Источник
АВТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА
Тема «Химическая термодинамика и кинетика»,
предполагающая изучение условий, влияющих на
скорость химической реакции, встречается в
школьном курсе химии дважды – в 9-м и в 11-м
классах. Однако именно эта тема является одной из
наиболее трудных и достаточно сложной не только
для понимания «средним» учеником, но даже для
изложения некоторыми учителями, особенно
неспециалистами, работающими в сельской
местности, для которых химия является
дополнительным предметом, с учетом часов
которого у педагога набирается ставка, а значит,
и надежда на более-менее приличную зарплату.
В условиях резкого уменьшения числа учащихся в
сельских школах, в силу хорошо известных причин,
учитель вынужден быть универсалом. Посетив 2–3
курса, он начинает преподавание предметов,
зачастую очень далеких от его основной
специальности.
Данная разработка ориентирована в первую
очередь на начинающих учителей и предметников,
вынужденных преподавать химию в условиях
рыночной экономики. Материал содержит задачи на
нахождение скоростей гетерогенных и гомогенных
реакций и увеличения скорости реакции при
повышении температуры. Несмотря на то, что данные
задачи базируются на школьном, хотя и сложном для
усвоения «средним» учеником материале,
целесообразно прорешать несколько из них на
уроке химии в
11-м классе, а остальные предложить на кружковом
или факультативном занятии учащимся, которые
планируют свою дальнейшую судьбу связать с
химией.
Помимо подробно разобранных и снабженных
ответами задач данная разработка содержит
теоретический материал, который поможет учителю
химии, в первую очередь неспециалисту, понять
суть этой сложной темы курса общей химии.
С опорой на предлагаемый материал можно создать
свой вариант урока-лекции, в зависимости от
способностей учащихся в классе, причем
использовать предложенную теоретическую часть
можно при изучении этой темы как в 9-м, так и в 11-м
классе.
Наконец, материал, содержащийся в данной
разработке, будет нелишним разобрать
самостоятельно выпускнику, готовящемуся к
поступлению в вуз, в том числе и в тот, в котором
химия является профилирующим предметом.
Условия, влияющие на скорость
химической реакции
1. Скорость химической реакции зависит от
природы реагирующих веществ.
П р и м е р ы.
Металлический натрий, имеющий щелочную
природу, бурно реагирует с водой с выделением
большого количества теплоты, в отличие от цинка,
имеющего амфотерную природу, который реагирует с
водой медленно и при нагревании:
Порошкообразное железо более энергично
взаимодействует с сильной минеральной соляной
кислотой, чем со слабой органической уксусной
кислотой:
2. Скорость химической реакции зависит от
концентрации реагирующих веществ, находящихся в
растворенном или газообразном состоянии.
П р и м е р ы.
В чистом кислороде сера горит более энергично,
чем на воздухе:
С 30%-м раствором соляной кислоты
порошкообразный магний реагирует более
энергично, чем с 1%-м ее раствором:
3. Скорость химической реакции прямо
пропорциональна площади поверхности
реагирующих веществ, находящихся в твердом
агрегатном состоянии.
П р и м е р ы.
Кусок древесного угля (углерод) очень трудно
поджечь спичкой, но древесная угольная пыль
сгорает со взрывом:
С + О2 = СО2.
Алюминий в виде гранулы не реагирует с
кристаллом йода количественно, но измельченный
йод энергично соединяется с алюминием в виде
пудры:
4. Скорость химической реакции зависит от
температуры, при которой происходит процесс.
П р и м е р.
При повышении температуры на каждые 10 °С
скорость большинства химических реакций
увеличивается в 2–4 раза. Конкретное увеличение
скорости химической реакции определяется особым
температурным коэффициентом 
(гамма).
Рассчитаем, во сколько раз возрастет скорость
реакции:
2NO + O2 = 2NO2,
если температурный коэффициент равен 3, а температура процесса
возросла с 10 °С до 50 °С.
Изменение температуры составляет:
t = 50 °С – 10 °С
= 40 °С.
Используем формулу:
где 
–
скорость химической реакции при повышенной
температуре, 
–
скорость химической реакции при начальной
температуре.
Тогда
Следовательно, скорость химической реакции при
повышении температуры с 10 °С до 50 °С
возрастет в 81 раз.
5. Скорость химической реакции зависит от
присутствия некоторых веществ.
Катализатор – это вещество, ускоряющее ход
химической реакции, но само в процессе реакции не
расходующееся. Катализатор понижает
активационный барьер химической реакции.
Ингибитор – это вещество, замедляющее ход
химической реакции, но само в процессе реакции не
расходующееся.
П р и м е р ы.
Катализатором, ускоряющим ход данной
химической реакции, является оксид марганца(IV).
Катализатором, ускоряющим ход данной
химической реакции, является красный фосфор.
Ингибитором, замедляющим ход данной химической
реакции, является вещество органической природы
– уротропин (гексаметилентетрамин).
• Скорость гомогенной химической реакции
измеряется числом молей вещества, вступившего в
реакцию или образовавшегося в результате
реакции за единицу времени в единице объема:
где гомог
– скорость химической реакции в гомогенной
системе, – число
молей одного из вступивших в реакцию или одного
из образовавшихся в результате реакции веществ, V
– объем,
t – время, – изменение числа молей
вещества за время реакции t.
Поскольку отношение числа молей вещества к
объему системы представляет собой концентрацию с,
то
Следовательно:
Скорость гомогенной химической реакции
измеряется в моль/(л•с).
Учитывая это, можно дать следующее определение:
• скорость гомогенной химической реакции
равна изменению концентрации одного из
вступивших в реакцию или одного из образующихся
в результате реакции веществ в единицу времени.
Если реакция протекает между веществами в
гетерогенной системе, то реагирующие вещества
соприкасаются между собой не во всем объеме, а
только на поверхности твердого тела. Так,
например, при горении кусочка кристаллической
серы молекулы кислорода реагируют только с теми
атомами серы, которые находятся на поверхности
кусочка. При измельчении кусочка серы площадь
реагирующей поверхности возрастает, и скорость
горения серы увеличивается.
В связи с этим определение скорости
гетерогенной химической реакции следующее:
• скорость гетерогенной химической реакции
измеряется числом молей вещества, вступившего в
реакцию или образовавшегося в результате
реакции в единицу времени на единице
поверхности:
где S – площадь поверхности.
Скорость гетерогенной химической реакции
измеряется в моль/(см2•с).
1. В сосуд для проведения химических реакций
ввели 4 моль оксида азота(II) и избыток кислорода.
Через 10 с количество вещества оксида азота(II)
оказалось равным 1,5 моль. Найдите скорость данной
химической реакции, если известно, что объем
сосуда равен 50 л.
2. Количество вещества метана в сосуде для
проведения химических реакций равно 7 моль. В
сосуд ввели избыток кислорода и смесь взорвали.
Опытным путем было установлено, что через 5 с
количество вещества метана уменьшилось в 2 раза.
Найдите скорость данной химической реакции, если
известно, что объем сосуда равен 20 л.
3. Начальная концентрация сероводорода в
сосуде для сжигания газов была равна 3,5 моль/л. В
сосуд ввели избыток кислорода и смесь взорвали.
Через 15 с концентрация сероводорода составила 1,5
моль/л. Найдите скорость данной химической
реакции.
4. Начальная концентрация этана в сосуде для
сжигания газов была равна 5 моль/л. В сосуд ввели
избыток кислорода и смесь взорвали. Через 12 с
концентрация этана составила 1,4 моль/л. Найдите
скорость данной химической реакции.
5. Начальная концентрация аммиака в сосуде
для сжигания газов была равна 4 моль/л. В сосуд
ввели избыток кислорода и смесь взорвали. Через 3
с концентрация аммиака составила 1 моль/л.
Найдите скорость данной химической реакции.
6. Начальная концентрация оксида углерода(II)
в сосуде для сжигания газов была равна 6 моль/л. В
сосуд ввели избыток кислорода и смесь взорвали.
Через 5 с концентрация оксида углерода(II)
уменьшилась вдвое. Найдите скорость данной
химической реакции.
7. Кусочек серы с площадью реагирующей
поверхности 7 см2 сожгли в кислороде с
образованием оксида серы(IV). За 10 с количество
вещества серы уменьшилось с 3 моль до 1 моль.
Найдите скорость данной химической реакции.
8. Кусочек углерода с площадью реагирующей
поверхности 10 см2 сожгли в кислороде с
образованием оксида углерода(IV). За 15 с
количество вещества углерода уменьшилось с 5
моль до 1,5 моль. Найдите скорость данной
химической реакции.
9. Кубик магния с общей площадью реагирующей
поверхности 15 см2 и количеством вещества
6 моль сожгли в избытке кислорода. При этом через 7
с после начала реакции количество вещества
магния оказалось равным 2 моль. Найдите скорость
данной химической реакции.
10. Брусок из кальция с общей площадью
реагирующей поверхности 12 см2 и
количеством вещества 7 моль сожгли в избытке
кислорода. При этом через 10 с после начала
реакции количество вещества кальция оказалось в
2 раза меньше. Найдите скорость данной химической
реакции.
Решения и ответы
1.
Дано:
1(NO) = 4 моль,
О2 – избыток,
t2 = 10 c,
t1 = 0 c,
2(NO) = 1,5
моль,
V = 50 л.
Найти:
р-ции.
Решение
2NO + О2 = 2NO2.
Используя формулу:
найдем скорость данной химической реакции:
р-ции
= (4 – 1,5)/(50•(10 – 0)) = 0,005 моль/(л•с).
Ответ. р-ции
= 0,005 моль/(л•с).
2.
Дано:
1(CH4) =
7 моль,
О2 – избыток,
t2 = 5 c,
t1 = 0 c,
2(CH4) =
3,5 моль,
V = 20 л.
Найти:
р-ции.
Решение
CH4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О.
Используя формулу:
найдем скорость данной химической реакции:
р-ции
= (7 – 3,5)/(20•(5 – 0)) = 0,035 моль/(л•с).
Ответ. р-ции
= 0,035 моль/(л•с).
3.
Дано:
с1(H2S) = 3,5 моль/л,
О2 – избыток,
t2 = 15 c,
t1 = 0 c,
с2(H2S) = 1,5 моль/л.
Найти:
р-ции.
Решение
2H2S + 3О2 = 2SО2 + 2Н2О.
Используя формулу:
найдем скорость данной химической реакции:
р-ции
= (3,5 – 1,5)/(15 – 0) = 0,133 моль/(л•с).
Ответ. р-ции
= 0,133 моль/(л•с).
4.
Дано:
с1(С2H6) = 5 моль/л,
О2 – избыток,
t2= 12 c,
t1 = 0 c,
c2(С2H6) = 1,4 моль/л.
Найти:
р-ции.
Решение
2С2H6 + 7О2 = 4СО2 + 6Н2О.
Используя формулу:
найдем скорость данной химической реакции:
р-ции
= (5 – 1,4)/(12 – 0) = 0,3 моль/(л•с).
Ответ. р-ции
= 0,3 моль/(л•с).
5.
Дано:
с1(NH3) = 4 моль/л,
О2 – избыток,
t2 = 3 c,
t1 = 0 c,
с2(NH3) = 1 моль/л.
Найти:
р-ции.
Решение
4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О.
Используя формулу:
найдем скорость данной химической реакции:
р-ции
= (4 – 1)/(3 – 0) = 1 моль/(л•с).
Ответ. р-ции.
= 1 моль/(л•с).
6. Ответ. р-ции.
= 0,6 моль/(л•с).
7.
Дано:
1(S) = 3 моль,
t2 = 10 c,
t1 = 0 с,
2(S) = 1 моль,
S(кус. S) = 7 см2.
Найти:
р-ции.
Решение
S + О2 = SО2.
Используя формулу:
найдем скорость данной химической реакции:
р-ции
= (3 – 1)/(7•(10 – 0)) = 0,0286 моль/(см2•с).
Ответ. р-ции
= 0,0286 моль/(см2•с).
8. Ответ. р-ции
= 0,0233 моль/(см2•с).
9.
Дано:
1(Мg) = 6
моль,
О2 – избыток,
t2 = 7 c,
t1 = 0 с,
2(Mg) = 2 моль,
S(куб. Мg) = 15 см2.
Найти:
р-ции.
Решение
2Мg + О2 = 2МgО.
Используя формулу:
найдем скорость данной химической реакции:
р-ции
= (6 – 2)/(15•(7 – 0)) = 0,0381 моль/(см2•с).
Ответ. р-ции
= 0,0381 моль/(см2•с).
10. Ответ. р-ции
= 0,0292 моль/(см2•с).
Литература
Глинка Н.Л. Общая химия, 27-е изд. Под ред.
В.А.Рабиновича. Л.: Химия, 1988; Ахметов Н.С. Общая
и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 1981; Зайцев
О.С. Общая химия. М.: Высш. шк,, 1983; Карапетьянц
М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия.
М.: Высш. шк., 1981; Корольков Д.В. Основы
неорганической химии. М.: Просвещение, 1982; Некрасов
Б.В. Основы общей химии. 3-е изд., М.: Химия, 1973; Новиков
Г.И. Введение в неорганическую химию. Ч. 1, 2.
Минск: Вышэйш. шк., 1973–1974; Щукарев С.А.
Неорганическая химия. Т. 1, 2. М.: Высш. шк., 1970–1974; Шретер
В., Лаутеншлегер К.-Х., Бибрак Х. и др. Химия.
Справочное изд. Пер. с нем. М.: Химия, 1989; Фельдман
Ф.Г., Рудзитис Г.Е. Химия-9. Учебник для 9 класса
средней школы. М.: Просвещение, 1990; Фельдман Ф.Г.,
Рудзитис Г.Е. Химия-9. Учебник для 9 класса
средней школы. М.: Просвещение, 1992.
В.А.Демидов,
учитель химии Синегорской средней школы
(с. Синегорье, Нагорский р-н, Кировская обл.)
Источник