Với giải bài tập Vật Lí lớp 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng sách Kết nối tri thức hay nhất, chi tiết giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 11.

Giải Vật Lí 12 Kết nối tri thức Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng

Giải Vật Lí 12 trang 45

Các định luật Boyle và Charles chỉ xác định mối liên hệ giữa hai cặp thông số

Giải Vật Lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Kết nối tri thức

Khởi động trang 45 Vật Lí 12: 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?

Lời giải:

Để xác định được mối liên hệ của cả ba thông số trạng thái của một khối lượng khí xác định ta sử dụng phương trình trạng thái pV = nRT.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay khác:

Hãy dựa vào các định luật Boyle Charles và Hình 11.1 về quá trình chuyển trạng thái

Giải Vật Lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Kết nối tri thức

Hoạt động trang 45 Vật Lí 12: 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:

$\frac{p_1{V}_1}{T_1}=\frac{p_2{V}_2}{T_2}\Rightarrow \frac{pV}{T}=$ hằng số

Độ lớn của hằng số trên phụ thuộc vào lượng khí ta xét.

Lời giải:

Quá trình đẳng nhiệt: p₁V₁ = p₂V^'₁ (1)

Quá trình đẳng áp: $\frac{V_1^{\text{'}}}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\Rightarrow V_1^{\text{'}}=\frac{V_2.T_1}{T_2}$ (2)

Thay (2) vào (1) được: $p_1{V}_1=p_2\frac{V_2{T}_1}{T_2}\iff \frac{p_1{V}_1}{T_1}=\frac{p_2{V}_2}{T_2}$

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay khác:

Lập phương trình p1V1/T1 = p2V2/T2 bằng một cách biến đổi trạng thái khác cách trong Hình 11.1

Giải Vật Lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Kết nối tri thức

Câu hỏi 1 trang 45 Vật Lí 12: Hãy lập phương trình $\frac{{\mathrm{p}}_1{\mathrm{V}}_1}{{\mathrm{T}}_1}=\frac{{\mathrm{p}}_2{\mathrm{V}}_2}{{\mathrm{T}}_2}$ 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.

Lời giải:

Xét quá trình (1) sang quá trình (1’) là quá trình đẳng áp, quá trình (1’) sang quá trình (2) là quá trình đẳng nhiệt.

Trạng thái 1: p₁; V₁; T₁

Trạng thái 1’: p₁; ; T₂

Trạng thái 2: p₂; V₂; T₂

Quá trình đẳng áp: $\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_1^{\text{'}}}{T_2}\Rightarrow V_1^{\text{'}}=\frac{V_1.T_2}{T_1}$ (2)

Quá trình đẳng nhiệt: $p_1{V}_1^{\text{'}}=p_2{V}_2$ (1)

Thay (1) vào (2) được: $p_1\frac{V_1{T}_2}{T_1}=p_2{V}_2\iff \frac{p_1{V}_1}{T_1}=\frac{p_2{V}_2}{T_2}$

Vậy: Quá trình chuyển trạng thái không phụ thuộc cách chuyển trạng thái mà chỉ phụ thuộc trạng thái đầu và trạng thái cuối.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay khác:

Tại sao không gọi phương trình 11.1 là phương trình trạng thái của chất khí mà lại gọi

Giải Vật Lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Kết nối tri thức

Câu hỏi 2 trang 45 Vật Lí 12: 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?

Lời giải:

Phương trình (11.1) $\frac{p.V}{T}=$ hằng số là phương trình trạng thái của khí lí tưởng vì phương trình thể hiện mối liên hệ giữa các đại lượng áp suất, thể tích, và nhiệt độ của một khối khí lý tưởng.

Phương trình này chỉ là gần đúng cho các khí thực. Nó sẽ chính xác hơn nếu khí thực nằm trong trạng thái gần với khí lý tưởng, như cho các khí đơn nguyên tử, ở nhiệt độ cao và áp suất thấp.

Tuy nhiên, sự khác biệt giữa khí lí tưởng và khí thực không lớn ở điều kiện bình thường về áp suất và nhiệt độ nên người ta vẫn có thể áp dụng các định luật của khí lí tưởng cho khí thực nếu không cần độ chính xác cao.

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay khác:

Hãy biểu diễn bằng đồ thị trong hệ toạ độ p - V các quá trình chuyển trạng thái

Giải Vật Lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Kết nối tri thức

Hoạt động 1 trang 45 Vật Lí 12: Hãy biểu diễn bằng đồ thị trong hệ toạ độ (p - V) các quá trình chuyển trạng thái vẽ ở Hình 11.1.

Lời giải:

Đồ thị biểu diễn quá trình chuyển trạng thái:

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay khác:

Từ phương trình trạng thái của khí lí tưởng suy ra hệ thức liên hệ giữa áp suất

Giải Vật Lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Kết nối tri thức

Hoạt động 2 trang 45 Vật Lí 12: 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.

Lời giải:

Từ phương trình: $\frac{p_1.V_1}{T_1}=\frac{p_2.V_2}{T_2}$ vì quá trình đẳng tích nên V₁ = V₂

Quá trình đẳng tích thu được: $\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}$ .

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay khác:

Bóng thám không Bóng thám không được sử dụng để thu thập thông tin về môi trường

Giải Vật Lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Kết nối tri thức

Hoạt động 1 trang 47 Vật Lí 12: 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 đó 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.

Lời giải:

Áp dụng phương trình trạng thái:

$\frac{p_1{V}_1}{T_1}=\frac{p_2{V}_2}{T_2}\iff \frac{1,{02.10}^5.\frac{4}{3}\pi .R_1^3}{300}=\frac{0,{3.10}^5.\frac{4}{3}.\pi {.10}^3}{200}\iff R_1=7,6m$

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay khác:

Túi khí Trong ô tô người ta thường đặt ở hệ thống tay lái một thiết bị

Giải Vật Lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Kết nối tri thức

Hoạt động 2 trang 47 Vật Lí 12: 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 °C.

Lời giải:

a) Phương trình: $2Na{N}_3\to 2Na+3N_2^{\uparrow }$

b) Số mol NaN₃: $n_{Na{N}_3}=\frac{100}{23+14.3}=1,54mol$

Thể tích khí N₂ sinh ra: $V_{N_2}=\frac{1,54.3}{2}.24=55,44$ lít

c) Áp dụng công thức:

$pV=nRT\iff p{\mathrm{.48.10}}^{-3}=\frac{1,54.3}{2}.8,31.(30+273)\iff p=1,{21.10}^{5}Pa$

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay khác:

Giải thích được một số hiện tượng thiết bị có liên quan đến phương trình trạng thái

Giải Vật Lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng - Kết nối tri thức

Em có thể trang 47 Vật Lí 12: 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.

Lời giải:

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).

Lời giải bài tập Vật lí 12 Bài 11: Phương trình trạng thái của khí lí tưởng hay khác: