Водород и кислород находятся в закрытом сосуде
Задача 8.
Скопировать ссылку на задачу
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.1
В результате некоторого процесса средняя кинетическая энергия поступательного теплового движения молекул идеального газа уменьшилась в 3 раза, а давление возросло в 2 раза. Во сколько раз изменилась концентрация молекул газа, если число молекул осталось неизменным?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.2
В сосуде находится некоторое количество идеального газа. Во сколько раз изменится температура газа, если он перейдёт из состояния 1 в состояние 2 (см. рисунок)?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.3
В закрытом сосуде находится идеальный газ. При некоторой температуре среднеквадратичная скорость теплового хаотического движения молекул равна 526 м/с, а давление газа равно 101450 Па. Чему равна плотность этого газа? Ответ выразите в кгм3кгм3 и округлите до десятых долей.
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.4
В баллоне емкостью 20 л находится кислород при температуре 16°C под давлением 107 Па Какой объем займет этот газ при нормальных условиях? Ответ выразите в кубических метрах с точностью до сотых.
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.5
При неизменной концентрации молекул идеального газа средняя квадратичная скорость теплового движения его молекул уменьшилась в 2 раза. Чему равно отношение конечного давления к начальному?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.6
В сосуде находится некоторое количество идеального газа. Он переходит из состояния 1 в состояние 2 (см. рисунок). Чему равно отношение температур T2T1?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.7
В сосуде постоянного объёма 16,62 л находится идеальный газ при неизменной температуре. Через маленькое отверстие в стенке сосуда газ очень медленно выпускают наружу. На графике показана зависимость давления p газа в сосуде от количества ν газа в нём. Чему равна температура газа? Ответ выразите в К.
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.8
В результате нагревания идеального газа средняя кинетическая энергия теплового движения его молекул увеличилась в 4 раза. Во сколько раз изменилась абсолютная температура газа?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.9
В сосуде находится некоторое количество идеального газа. Во сколько раз изменится температура газа, если он перейдёт из состояния 1 в состояние 2 (см. рисунок)?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.10
Кислород и водород находятся в закрытом сосуде в состоянии термодинамического равновесия друг с другом. Во сколько раз среднеквадратичная скорость молекул водорода отличается от среднеквадратичной скорости молекул кислорода?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.11
На графике изображена диаграмма «объём — температура» (VT-диаграмма). Неизменное количество идеального газа переводят из состояния 1 в состояние 2 (см. рисунок). Определите, во сколько раз давление газа в состоянии 2 отличается от давления газа в состоянии 1.
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.12
В результате некоторого процесса концентрация молекул идеального газа уменьшилась в 2 раза, а давление возросло в 4 раза. Во сколько раз изменилась средняя кинетическая энергия поступательного теплового движения молекул идеального газа, если число молекул было неизменным?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.13
В сосуде находится некоторое количество идеального газа. Во сколько раз изменится температура газа, если он перейдёт из состояния 1 в состояние 2 (см. рисунок)?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.14
Чему равно соотношение давлений в сосудах с кислородом и водородом ркрв если концентрации газов и среднеквадратичные скорости одинаковы?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.15
Объём 3 моль водорода в сосуде при температуре 300 К и давлении р1 равен V1 Во сколько раз отличается от него объём 3 моль кислорода при той же температуре и том же давлении?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.16
На графике показана зависимость давления от концентрации для двух идеальных газов при фиксированных температурах. Чему равно отношение температур T2T1 этих газов?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.17
При неизменной плотности одноатомного идеального газа давление этого газа увеличивают в 4 раза. Во сколько раз изменяется при этом среднеквадратичная скорость движения его атомов?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.18
На рисунке изображено изменение состояния постоянной массы разреженного аргона. Температура газа в состоянии 1 равна 27 °С. Какая температура соответствует состоянию 2? Ответ выразите в градусах Кельвина.
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.19
В сосуде находится некоторое количество идеального газа. Он переходит из состояния 1 в состояние 2 (см. рисунок). Чему равно отношение объёмов V1V2?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.20
В закрытом сосуде находится идеальный газ при давлении 105750 Па и температуре, соответствующей среднеквадратичной скорости теплового хаотического движения молекул 494 м/с. Чему равна плотность этого газа? Ответ выразите в кг/м3 и округлите до десятых долей.
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.21
В сосуде объёмом 1 л находится 10 г идеального газа при давлении 1 атм и температуре 300 К. Во втором сосуде объёмом 3 л находится 30 г того же газа при давлении 2 атм. Чему равна температура (в К) газа во втором сосуде?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.22
В результате охлаждения разреженного аргона его абсолютная температура уменьшилась в 4 раза. Во сколько раз уменьшилась при этом средняя кинетическая энергия теплового движения молекул аргона?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.23
При температуре T0 и давлении 40 кПа 2 моль идеального газа занимают объём V0. Каково давление 1 моль этого газа в объёме V0 при температуре 2T0? Ответ выразите в кПа.
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.24
В ходе эксперимента давление разреженного газа в сосуде снизилось в 5 раз, а средняя энергия теплового движения его молекул уменьшилась в 2 раза. Во сколько раз уменьшилась при этом концентрация молекул газа в сосуде?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.25
Газообразный азот находится в сосуде объёмом 33,2 литра. Давление газа 100 кПа, его температура 127 °С. Определите массу газа в этом сосуде. Ответ выразите в граммах и округлите до целого числа.
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.26
Конечная температура газа в некотором процессе — 373 °С. В ходе этого процесса объём идеального газа увеличился в 2 раза, а давление не изменилось. Какова была начальная абсолютная температура газа?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.27
Давление идеального газа при постоянной концентрации увеличилось в 2 раза. Во сколько раз изменилась его абсолютная температура?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.28
В сосуде объёмом 2 л находится 20 г идеального газа при давлении 2 атм и температуре 300 К. Во втором сосуде объёмом 3 л находится 30 г того же газа при температуре 450 К. Чему равно давление газа (в атм) во втором сосуде?
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.29
На графиках приведены зависимости давления p и объёма V от времени t для 0,2 молей идеального газа. Чему равна температура газа в момент t = 30 минут? Ответ выразите в градусах Кельвина с точностью до 10 К.
Показать ответ
Скопировать ссылку на задачу
Задача 8.30
Температура порции идеального газа уменьшилась на 773 К. На сколько уменьшилась средняя энергия хаотического теплового движения одной молекулы, входящей в состав этой порции газа? Ответ выразите в электронвольтах и округлите до десятых долей.
Показать ответ
Источник
ПЕРВЫЙ ТИП ЗАДАЧ: НЕТ ИЗМЕНЕНИЯ МАССЫ
В данной работе предлагается определенный подход к классификации и способам решения задач на газовые законы. Такой подход позволит быстро сориентироваться в большом количестве задач на свойства газов и применить к ним те или иные приемы решения.
Основные теоретические сведения
Состояние газа характеризуется совокупностью трех физических величин или термодинамических параметров:объемом газа V, давлением Р и температурой Т. Состояние газа, при котором эти параметры остаются постоянными считают равновесным состоянием.В этом состоянии параметры газа связаны между собой уравнением состояния. Самый простой вид уравнение состояния имеет для идеального газа. Идеальным газом называют газ, молекулы которого не имеют размеров (материальные точки) и взаимодействуют друг с другом лишь при абсолютно упругих соударениях (отсутствует межмолекулярное притяжение и отталкивание). Реальные газы тем точнее подчиняются законам идеальных газов, чем меньше размеры их молекул (т.е. газ одноатомный), и чем больше он разряжен.
Уравнение состояния идеального газа или уравнение Менделеева-Клапейрона имеет вид:
— универсальная газовая постоянная
Из этого закона вытекает, что для двух произвольных состояний газа справедливо равенство, называемое уравнением Клапейрона:
Так же для идеальных газов имеют место следующие экспериментальные законы:
Закон Бойля — Мариотта:
Закон Гей-Люссака:
Закон Шарля:
Если в сосуде находится смесь нескольких газов, не вступающих друг с другом в химические реакции, то результирующее давление определяется по закону Дальтона: давление смеси равно сумме давлений, производимых каждым газом в отдельности, как если бы он один занимал весь сосуд.
Задачи, решение которых основывается на данных уравнениях, можно разделить на две группы:
§ задачи на применение уравнения Менделеева-Клапейрона.
- задачи на газовые законы.
ЗАДАЧИ НА ПРИМЕНЕНИЕ УРАВНЕНИЯ МЕНДЕЛЕЕВА-КЛАПЕЙРОНА.
Уравнение Менделеева-Клапейрона применяют тогда, когда
I. дано только одно состояние газа изадана масса газа (или вместо массы используют количество вещества или плотность газа).
II. масса газа не задана, но она меняется, то есть утечка газа или накачка.
При решении задач на применение равнения состояния идеального газа надо помнить:
1.если дана смесь газов, то уравнение Менделеева-Клапейрона записывают для каждого компонента в отдельности.Связь между парциальными давлениями газов, входящих в смесь и результирующим давлением смеси, устанавливается законом Дальтона.
2.если газ меняет свои термодинамические параметры или массу, уравнение Менделеева-Клапейрона записывают для каждого состояния газа в отдельности и полученную систему уравнений решают относительно искомой величины.
§ Необходимо пользоваться только абсолютной температурой и сразу же переводить значения температуры по шкале Цельсия в значения по шкале Кельвина.
§ В задачах, где рассматривается движение сосуда с газом (пузырька воздуха, воздушного шара) к уравнению газового состояния добавляют уравнения механики.
§ если между газами происходит реакция, то надо составить уравнение реакции и определить продукты реакции
ПЕРВЫЙ ТИП ЗАДАЧ: НЕТ ИЗМЕНЕНИЯ МАССЫ
Определить давление кислорода в баллоне объемом V = 1 м 3 при температуре t=27 °С. Масса кислорода m = 0,2 кг.
V = 1 м 3 μ = 0,032кг/моль m = 0,2 кг t=27 °С |
V = 12 л μ =0,044кг/моль Т=300К Р =1 МПа |
V = 12 л Т=309К Р =0,7 МПа ρ = 12 кг/м 3 |
V = 12 л t=20°C Р =10 5 Па μ =0,002кг/моль |
Т2=200К ρ1 = ρ2 μ1 =0,032кг/моль μ2 =0,002кг/моль |
V=4·10 -3 м 3 m=0,012 кг t1=177°C ρ2=6·10 -6 кг /см 3 | Т1=450К 6 кг/м 3 | |||||||||||||||
Т2 -? |
V = 25 л μ1 = 0,028кг/моль m1 = 20 г μ2 = 0,004кг/моль m2 = 2 г Т=301К | 0,025м 3 0,02кг 0,002кг | Записываем уравнение Менделеева для каждого газа и находим из него давление газов По закону Дальтона результирующее давление в сосуде равно сумме парциальных давлений газов: | ||||||||||
Р-? |
μ1 = 0,002кг/моль m1 = 4 г μ2 = 0,032кг/моль m2 = 32 г t=7°С Р =93кПа | 0,004кг 0,032кг T=280K 93000Па | По закону Дальтона: | ||||||
ρ-? |
μа m1 = m2 = m3 = m μв μк Т |
μа m1 = m2 = m3 = m μв μк Р |
μа μв Т1 =Т Т2 =2Т Р1=Р Р2=3Р | ||||
ν1=1 моль ν2=2 моль Т1 =300К Т2 =3000К Р1=10 5 Па Р2=1,5∙10 5 Па | |||
V = 25 л μ1 = 2г/моль m1 = 0,5 г μ2 = 32г/моль m2 = 8 г | В сосуде будет происходить реакция водорода с кислородом с образованием воды: |
Р-? | Из уравнения реакции видно, что если в реакцию вступит весь водород, то кислорода только половина |
Источник
ЗАДАЧИ УРОКА:
- образовательная: проверить и обобщить
знания учащихся о физических и химических
свойствах кислорода и водорода; - развивающая: развитие способности к
анализу и логическому мышлению; - воспитательная: формировать навыки
взаимодействия и сотрудничества, чувство
ответственности.
ОБОРУДОВАНИЕ: дидактический материал; реактивы
для проведения демонстрационного опыта по
получению кислорода и водорода.
ТИП УРОКА: урок обобщения и систематизации
знаний, умений, навыков.
ХОД УРОКА
1. Организационный момент
Ребята, сегодня мы проводим обобщающий урок по
темам “Кислород”, “Водород”, на котором
должны закрепить и систематизировать знания,
полученные ранее. Наш урок будет необычным: мы
совершим путешествие в страну, где правят
Великий Кислород и Великий Водород. Это будет
непростая прогулка. В дороге вас ждут испытания,
преодолеть которые можно только с помощью
знаний, которые вы получили при изучении темы
“Кислород”, “Водород”. Итак, в дорогу,
друзья!
- Водород и кислород в природе.
- Водород и кислород – простые вещества.
- Химические свойства водорода и кислорода.
- Получение и собирание водорода и кислорода.
- Применение водорода и кислорода.
I. Водород и кислород в природе.
Водород – самый распространенный элемент в
космосе. Основная масса звезд состоит из
водорода: Юпитер, Сатурн – 92% Н, 8 % Н е, 0,1 % все
остальные химические элементы; водород
преимущественно составляет межзвездное
вещество. Водород входит в состав основного
вещества Земли – воды. Если посмотреть на схему
распространения химических элементов, то можно
увидеть, что доля водорода в земной коре
составляет около 1% ее массы. Однако, роль его в
природе определяется не массой, а числом атомов,
доля которых составляет около 17%. Множество
органических веществ представляют собой
соединения водорода с углеродом – нефть,
природный газ метан СН4 и другие
органические вещества.
Кислород – входит в состав оксидов, оснований,
солей, кислот, органических веществ. В том числе
живых организмов. В земной коре его 49%, в воде – 89%.
В состав воздуха (в виде простого вещества) – 20-21%
по объёму. Кислород в природе образуется в
процессе фотосинтеза.
II. Водород и кислород как простые вещества
.
Водород – первый химический элемент
периодической системы химических элементов Д. И.
Менделеева. Атомный номер водорода – 1,
относительная атомная масса равна 1,0079. В 1766 году
известный английский ученый Генри Кавендиш
получил “искусственный воздух” действием
цинка, железа или олова на разведенную соляную
или серную кислоту. Это было совершенно новое
вещество, которое хорошо горело и получило
название “горючего воздуха”. Но лишь в 1787 году
Лавуазье доказал, что этот “воздух” входит в
состав воды и дал ему название “ гидрогениум”, т.
е. “рождающий воду”, “водород”.
- Н – название водород, гидрогениум. (Hydrogenium).
- Валентность = 1 (Вопрос классу – что такое
валентность). - Аr (Н) = 1.
- Самый первый и самый легкий элемент.
- Соединения он образует с большинством
химических элементов. Названия соединений
водорода с неметаллами включают в себя название
неметалла и слово “водород” (HCl – хлороводород ,
HI – йодоводород , H2S – сероводород).
Кислород имеет формулу О2. При обычных
условиях кислород – газ без цвета, вкуса и
запаха, мало растворимый в воде, чуть тяжелее
воздуха. Жидкий кислород – (t кипения = – 1830С)
– голубого цвета, твёрдый кислород (t плавления
= – 2190С) – синего цвета. Атома кислорода
могут объединяться в молекулу О3 –
аллотропия.
- О – название кислород, оксигениум.
- Валентность = 2
- Аr (О) = 16.
- Немного тяжелее воздуха.
- Кислород поддерживает процессы горения и
медленного окисления, к которым относится,
например, дыхание.
III. Химические свойства водорода и кислорода.
1) Найдите общее и различное в строении и
свойствах кислорода и водорода?
2) Почему в атмосфере Земли не находится
водород?
3) Составьте уравнения реакций, соответствующие
цепочке превращений:
а) HCI —> H2 —> H2S —> SO2
б) H2O2 —> O2 —> CuO —> Cu
в) H2O —> H2 <— CH4 —> CO2
—> O2
IV. Получение и собирание водорода и кислорода:
Вопрос: в двух сосудах находятся кислород и
водород. Определите, где какой газ?
Ответ: лабораторные опыты учащихся
:
В прибор для получения газов положить гранулы Zn
и налить раствор HCl, что наблюдаем? Выделяется газ
– это водород. Какими свойствами он обладает?
HCl + Zn —> H2 + ?
Наполненную пробирку водородом, подносим
открытым концом к пламени – если услышим хлопок
со свистом, то водород загрязнен, если же хлопок
глухой – то водород чистый.
В пробирку насыпать перманганат калия,
положить немного ватки и закрыть газоотводной
трубкой. Закрепить в штативе и нагреть. Что
наблюдаем? Тлеющую лучинку вносим в пробирку с
газом. Что происходит? Какими свойствами
обладает этот газ?
KMnO4 —> ? + O2
Тлеющая лучинка вспыхивает. Значит – это
кислород.
V. Применение водорода и кислорода:
Учащиеся рассказывают, заранее
приготовившиеся, исторические очерки о
применении водорода и кислорода.
Физические и химические свойства водорода
имеют место применения в следующих областях:
из-за того, что он легче воздуха им долгое время
наполняли аэростаты, воздушные шары и дирижабли.
Водород используется в химической
промышленности для восстановления металлов,
получения летучих водородных соединений. В
будущем водород будет использоваться как
экологически чистое топливо. Братья – французы
Монгольфье первые осуществили идею подняться на
воздушном шаре, наполненном горячим воздухом. В
1783 году совершил полет на воздушном шаре,
наполненном водородом французский физик Ж.
Шарль. В 1794 году воздушные шары нашли
практическое применение в военном деле. В
последствии стали применять смесь водорода с
гелием. Это было более безопасно, так как
водородные шары часто воспламенялись. С 1932 по 1937
год немецкий дирижабль “Граф Цеппелин”
совершил 136 полетов из Европы в Южную Америку и 7
полетов – в США и перевез свыше 13 тысяч человек.
Потом дирижабли были постепенно вытеснены
успехами авиации и вертолетостроения. Сейчас
вновь обсуждаются вопросы создания современных
дирижаблей. Другое универсальное свойство
водорода – самая высокая теплопроводность среди
всех газов – находит применение в современной
энергетике для охлаждения электрических машин.
Кислород применяется в дыхательных смесях, для
резки металлов, для окисления горючего, топлива.
В конце урока графический диктант. 1-й вариант
выбирает утверждения, верные для кислорода, 2-й
вариант – для водорода.
1. Газ без цвета, запаха, вкуса, мало растворимый
в воде.
2. В реакциях, как правило, окислитель.
3. Имеет аллотропные модификации.
4. Используется как восстановитель в
металлургии.
5. Получают электролизом воды.
6. Самый распространённый элемент космоса.
7. Входит в состав воздуха.
8. Реагирует с неметаллами.
9. Входит в состав оксидов.
10. Легче воздуха.
Ответы:
I – O2 II – H2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 + + + – + – + + + – + – – + + + – + – +
ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА
Вот и подошло к концу наше путешествие по
стране Великого Кислорода и Великого водорода.
Пора подвести итоги нашего урока. Вы преодолели
множество препятствий и в этом вам помогли
знания, полученные на уроках.
В заключение учитель благодарит учащихся за
активное участие в уроке, выставляет оценки за
устные ответы. Письменная работа будет проверена
к следующему уроку.
Источник