В закрытом сосуде объемом 100 л находится воздух
Страница 5 из 12
5.81. В сосуде объемом V = 0,1 МПа находится азот при давлении p = 0,1 МПа. Какое количество теплоты Q надо сообщить азоту, чтобы: а) при p = const объем увеличился вдвое; б) при V = const давление увеличилось вдвое?
5.82. В закрытом сосуде находится масса m = 14г азота при давлении pх = 0,1 МПа и температуре t = 27° С. После нагревания давление в сосуде повысилось в 5 раз. До какой температуры t2 был нагрет газ? Найти объем V сосуда и количество теплоты Q, сообщенное газу.
5.83. Какое количество теплоты Qнадо сообщить массе
m = 12г кислорода, чтобы нагреть его на dt= 50° С при p = const ?
5.84. На нагревание массы m = 40 г кислорода от температуры t1 = 16° С до t2 = 40° С затрачено количество теплоты Q = 628Дж. При каких условиях нагревался газ (при постоянном объеме или при постоянном давлении)?
5.85. В закрытом сосуде объемом V = 10 л находится воздух при давлении p = 0,1 МПа. Какое количество теплоты Qнадо сообщить воздуху, чтобы повысить давление в сосуде в 5 раз?
5.86. Какую массу m углекислого газа можно нагреть при p = const от температуры t1 =20° С до t2=100° С количеством теплоты Q = 222Дж? На сколько при этом изменится кинетическая энергия одной молекулы?
5.87. В закрытом сосуде объем V = 2 л находится азот, плотность которого р = 1,4 кг/м3 Какое количество теплоты Q надо сообщить азоту, чтобы нагреть его на dT = 100 К?
5.88. Азот находится в закрытом сосуде объемом V = 3 л при температуре t1=27° С и давлении p1 = 0,ЗМПа. После нагревания давление в сосуде повысилось до p2=2,5МПа. Найти температуру t2азота после нагревания и количество теплоты Q, сообщенное азоту.
5.89. Для нагревания некоторой массы газа на dt1 =50° С при p = const необходимо затратить количество теплоты Q{= 670 Дж.
Если эту же массу газа охладить на dt2 = 100° С при V = const, то выделяется количество теплоты Q2=1005Дж. Какое число степеней свободы i имеют молекулы этого газа?
5.90. Масса m = 10 г азота находится в закрытом сосуде при температуре t1 = 7° С. Какое количество теплоты Qнадо сообщить азоту, чтобы увеличить среднюю квадратичную скорость его молекул вдвое? Во сколько раз при этом изменится температура газа? Во сколько раз при этом изменится давление газа на стенки сосуда?
5.91. Гелий находится в закрытом сосуде объемом V = 2 л при температуре t1 = 20° С и давлении p1= 100 кПа. Какое количество теплоты Q надо сообщить гелию, чтобы повысить его температуру на dt = 100° С? Каковы будут при новой температуре средняя квадратичная скорость его молекул, давление p2, плотность p2гелия и энергия теплового движения W его молекул?
5.92. В закрытом сосуде объемом V = 2 л находится масса m азота и масса m аргона при нормальных условиях. Какое количество теплоты Q надо сообщить, чтобы нагреть газовую смесь на dt = 100°С?
5.93. Найти среднюю арифметическую v, среднюю квадратичную sqr(v2)и наиболее вероятную vв скорости молекул газа, который при давлении p = 40 кПа имеет плотность p = 0,3 кг/м.
5.94. При какой температуре Т средняя квадратичная скорость молекул азота больше их наиболее вероятной скорости на dv = 50 м/с?
5.95. Какая часть молекул кислорода при t = 0° С обладает скоростями v от 100 до 110 м/с?
5.96. Какая часть молекул азота при t = 150° С обладает скоростями v от 300 до 325 м/с?
5.97. Какая часть молекул водорода при t = 0° С обладает скоростями v от 2000 до 2100 м/с?
5.98. Во сколько раз число молекул dN1, скорости которых лежат в интервале от vB до vB + dv , больше числа молекул dN2,
скорости которых лежат в интервале от sqr(v2)до sqr(v2) + dv ?
5.99. Какая часть молекул азота при температуре Т имеет скорости, лежащие в интервале от vB до vB + dv , где dv = 20 м/с.
если: а) Т = 400 К; б) Т = 900 К?
5.100. Какая часть молекул азота при температуре t = 150° С имеет скорости, лежащие в интервале от v1=300m/c до
v2 = 800 м/с?
Источник
4.11 Определить среднюю массовую теплоемкость при постоянном объеме, для азота в пределах 200-800ºC считая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной.
Ответ: cυm=0,8164 кДж/(кг·К).
4.12 Определить среднюю массовую теплоемкость при постоянном объеме для азота в пределах 200-800 ºC считая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной, если известно, что средняя мольная теплоемкость азота при постоянном давлении может быть определена по формуле
μcpm=28,7340+0,0023488t
Ответ: cυm=0,8122 кДж/(кг·К).
4.13 Воздух в количестве 6 м³ при давлении р1=0,3 МПа и температура t1=25 ºC нагревается при постоянном давлении до t2=130 ºC.
Определить количество подведенной к воздуху теплоты, считая c=const.
Ответ: Qp=2231 кДж.
4.14 В закрытом сосуде объемом V=300 л находится воздух при давлении р1=0,8 МПа и температуре t1=20 ºC.
Какое количество теплоты необходимо подвести для того, чтобы температура воздуха поднялась до t2=120 ºC? Задачу решить, принимая теплоемкость воздуха постоянной, а также учитывая зависимость теплоемкости от температуры. Определить относительную ошибку, получаемую в первом случае.
Ответ: Q=77,3 кДж, ε=0,25%.
4.15 Воздух охлаждается от 1000 до 100 ºC в процессе с постоянным давлением.
Какое количество теплоты теряет 1 кг воздуха? Задачу решить, принимая теплоемкость воздуха постоянной, а также учитывая зависимость теплоемкости от температуры. Определить относительную ошибку, получаемую в первом случае.
Ответ: 1) qcυ=const=-911,9 кДж/кг , 2) qcυ=f(t)=-990,1 кДж/кг.
4.16 Опытным путем найдены следующие значения истинной мольной теплоемкости кислорода при постоянном давлении:
для 0 ºC μcp=29,2741 кДж/(кмоль·К);
для 500 ºC μcp=33,5488 кДж/(кмоль·К);
для 1000 ºC μcp=35,9144 кДж/(кмоль·К).
По эти данным составить приближенное интерполяционное уравнение вида
μcp=a+bt+dt²
дающее зависимость истинной мольной теплоемкости кислорода при постоянном давлении от температуры.
Ответ: μcp=29,2741+0,010459t+0,000003818t².
4.17 Пользуясь формулой, полученной в предыдущей задаче, определить истинную мольную теплоемкость кислорода при постоянном давлении для температуры 700 ºC.
Сравнить полученное значение теплоемкости со значением его, взятым из таблиц.
Ответ: μcp1=38,46622 кДж/(кмоль·К), μcp2=34,746 кДж/(кмоль·К), ε=9,7%.
4.18 В сосуде объемом 300 л находится кислород при давлении р1=0,2 МПа и температуре t1=20 ºC.
Какое количество теплоты необходимо подвести, чтобы температура кислорода повысилась до t2=300 ºC? Какое давление установится при этом в сосуде? Зависимость теплоемкости от температуры принять нелинейной.
Ответ: Qυ=152,8 кДж, р2=0,39 МПа.
4.19 Найти количество теплоты, необходимое для нагрева 1 м³ (при нормальных условиях) газовой смеси состава rCO2=14,5%, rO2=6,5%, rN2=79,0% от 200 до 1200 ºC при и нелинейной зависимости теплоемкости от температуры.
Ответ: qp=1582,2 кДж/кг.
4.20 Газовая смесь имеет следующий состав по объему: CO2=0,12; O2=0,07; N2=0,75, H2O=0,06. Определить среднюю массовую теплоемкость cpm, если смесь нагревается от 100 до 300 ºC.
Ответ: cpm=1,0928 кДж/(кг·К).
Источник
Задача 28.
При 17°С некоторое количество газа занимает объем 580 мл. Какой объем займет это же количество газа при 100°С, если давление его останется неизменным?
Решение:
По закону Гей – Люссака при постоянном давлении объём газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре (Т):
V2 – искомый объём газа;
T2 – соответствующая V2 температура;
V1 – начальный объём газа при соответствующей температуре Т1.
По условию задачи V1 = 580мл; Т1 = 290К (273 + 17 = 290) и Т2 = 373К (273 + 100 = 373). Подставляя эти значения в выражение закона Гей – Люссака, получим:
Ответ: V2 = 746мл.
Задача 29.
Давление газа, занимающего объем 2,5л, равно 121,6 кПа (912мм рт. ст.). Чему будет равно давление, если, не изменяя температуры, сжать газ до объема в 1л?
Решение:
Согласно закону Бойля – Мариотта, при постоянной температуре давление, производимое данной массой газа, обратно пропорционально объёму газа:
Обозначив искомое давление газа через Р2, можно записать:
Ответ: Р2 = 304кПа (2280мм.рт.ст.).
Задача 30. На сколько градусов надо нагреть газ, находящийся в закрытом сосуде при 0 °С, чтобы давление его увеличилось вдвое?
Решение:
При постоянном объёме давление газа изменяется прямо пропорционально температуре:
По условию задачи Т1 = 0 °С + 273 = 273К; давление возросло в два раза: Р2 = 2Р1.
Подставляя эти значения в уравнение, находим:
Ответ: Газ нужно нагреть на 2730С.
Задача 31.
При 27°С и давлении 720 мм.рт. ст. объем газа равен 5л. Кой объем займет это же количество газа при 39°С и давлении 104кПа?
Решение:
Зависимость между объёмом газа, давлением и температурой выражается общим уравнением, объединяющим законы Гей-Люссака и Бойля-Мариотта:
где Р и V – давление и объём газа при температуре Т; Р0 и V0 – давление и объём газа при нормальных условиях. Данные задачи: V = 5л; Т = 298К (273 + 25 = 298); Р = 720 мм.рт.ст. (5,99 кПа); Р0 = 104 кПа; Т = 312К (273 + 39 = 312); Т = 273К. Подставляя данные задачи в уравнение, получим:
Ответ: V0 = 4,8л
Задача 32.
При 7°С давление газа в закрытом сосуде равно 96,0 кПа. Каким станет давление, если охладить сосуд до —33 °С?
Решение:
При постоянном объёме давление газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре:
Обозначим искомое давление через Р2, а соответствующую ему температуру через Т2. По условию задачи Р1 = 96,0 кПа; Т1 = 280К (273 + 7 = 280); Т2 = 240К (273 – 33 = 240). Подставляя эти значения в уравнение, получим:
Ответ: Р2 = 82,3кПа.
Задача 33.
При нормальных условиях 1г воздуха занимает объем 773 мл. Какой объем займет та же масса воздуха при 0 °С и )и давлении, равном 93,3 кПа (700мм. рт. ст.)?
Решение:
Зависимость между объёмом газа, давлением и температурой выражается общим уравнением, объединяющим законы Гей-Люссака и Бойля-Мариотта:
где Р и V – давление и объём газа при температуре Т; Р0 и V0 – давление и объём газа при нормальных условиях. Данные задачи: Р0 = 101,325кПа; V0 = 773мл; Т0 = 298К (273 + 25 = 298); Т = 273К; Р = 93,3кПа. Подставляя данные задачи и преобразуя уравнение, получим:
Ответ: V = 769, 07 мл.
Задача 34.
Давление газа в закрытом сосуде при 12°С равно 100 кПа (750мм рт. ст.). Каким станет давление газа, если нагреть сосуд до 30°С?
Решение:
При постоянном объёме давление газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре:
Обозначим искомое давление через Р2, а соответствующую ему температуру через Т2. По условию задачи Р1 = 100 кПа; Т1 = 285К (273 + 12 = 285); Т2 = 303К (273 + 30 = 303). Подставляя эти значения в уравнение, получим:
Ответ: Р2 = 106,3кПа.
Задача 35.
В стальном баллоне вместимостью 12л находится при 0°С кислород под давлением 15,2 МПа. Какой объем кислорода, находящегося при нормальных условиях можно получить из такого баллона?
Решение:
Зависимость между объёмом газа, давлением и температурой выражается общим уравнением, объединяющим законы Гей-Люссака и Бойля-Мариотта:
где Р и V – давление и объём газа при температуре Т; Р0 и V0 – давление и объём газа при нормальных условиях. Данные задачи: V = 12л; Т = 273К (273 + 0 = 2273); Р =15,2МПа); Р0 = 101,325кПа; Т0 = 298К (273 + 25 = 298). Подставляя данные задачи в уравнение, получим:
Ответ: V0 = 1,97м3.
Задача 36.
Температура азота, находящегося в стальном баллоне под давлением 12,5 МПа, равна 17°С. Предельное давление для баллона 20,3МПа. При какой температуре давление азота достигнет предельного значения?
Решение:
При постоянном объёме давление газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре:
Обозначим искомое давление через Р2, а соответствующую ему температуру через Т2. По условию задачи Р1 = 12,5МПа; Т1 = 290К (273 + 17 = 290); Р2 = 20,3МПа. Подставляя эти значения в уравнение, получим:
Ответ: Т2 = 1980С.
Задача 37.
При давлении 98,7кПа и температуре 91°С некоторое количество газа занимает объем 680 мл. Найти объем газа при нормальных условиях.
Решение:
Зависимость между объёмом газа, давлением и температурой выражается общим уравнением, объединяющим законы Гей-Люссака и Бойля-Мариотта:
где Р и V – давление и объём газа при температуре Т; Р0 и V0 – давление и объём газа при нормальных условиях. Данные задачи: Р0 = 101,325кПа; V = 680мл; Т0 = 298К (273 + 25 = 298); Т = 364К (273 + 91 = 364); Р = 98,7кПа. Подставляя данные задачи и преобразуя уравнение, получим:
<
Ответ: V0 = 542,3мл.
Задача 38.
При взаимодействии 1,28г металла с водой выделилось 380 мл водорода, измеренного при 21°С и давлении 104,5кПа (784мм рт. ст.). Найти эквивалентную массу металла.
Решение:
Находим объём выделившегося водорода при нормальных условиях, используя уравнение:
где Р и V – давление и объём газа при температуре Т = 294К (273 +21 = 294); Р0 = 101,325кПа; Т0 = 273К; Р = 104,5кПа. Подставляя данные задачи в уравнение,
получим:
Согласно закону эквивалентов, массы (объёмы) реагирующих друг с другом веществ m1 и m2 пропорциональны их эквивалентным массам (объёмам):
Мольный объём любого газа при н.у. равен 22,4л. Отсюда эквивалентный объём водорода равен 22,4 : 2 = 11,2л или 11200 мл. Тогда, используя формулу закона эквивалентов, рассчитаем эквивалентную массу металла:
Ответ: mЭ(Ме) = 39,4г/моль.
Задача 39.
Как следует изменить условия, чтобы увеличение массы данного газа не привело к возрастанию его объема: а) понизить температуру; б) увеличить давление; в) нельзя подобрать условий?
Решение:
Для характеристики газа количеством вещества (n, моль) применяется уравнение РV = nRT, или – это уравнение Клапейрона-Менделеева. Оно связывает массу (m, кг); температуру (Т, К); давление (Р, Па) и объём (V, м3) газа с молярной массой (М, кг/моль).
Тогда из уравнения Клапейрона-Менделеева объём газа можно рассчитать по выражению:
Отсюда следует, что V = const, если при увеличении массы (m) газа на некоторую величину будет соответственно уменьшена температура (T) системы на некоторое необходимое значение. Объём системы также не изменится при постоянной температуре, если при увеличении массы (m) газа на некоторую величину будет соответственно увеличено давление (P) системы на необходимую величину.
Таким образом, при увеличении массы газа объём системы не изменится, если понизить температуру системы или же увеличить давление в ней на некоторую величину.
Ответ: а); б).
Задача 40.
Какие значения температуры и давления соответствуют нормальным условиям для газов: а) t = 25 °С, Р = 760 мм. рт. ст.; б) t = 0 °С, Р = 1,013 • 105Па; в) t = 0°С, Р = 760 мм. рт. ст.?
Решение:
Состояние газа характеризуется температурой, давлением и объёмом. Если температура газа равна 0 °С (273К), а давление составляет 101325 Па (1,013 • 105) или 760 мм. рт. ст., то условия, при которых находится газ, принято считать нормальными.
Ответ: б); в).
Источник