题目
温度为 27 ,^circ mathrm(C) 的 1 , mathrm(mol) 氧气具有的平动动能和转动动能分别是( )A. 2493 , mathrm(J); 3740 , mathrm(J)B. 3740 , mathrm(J); 2493 , mathrm(J)C. 37400 , mathrm(J); 24930 , mathrm(J)D. 24930 , mathrm(J); 37400 , mathrm(J)
温度为 $27 \,^{\circ} \mathrm{C}$ 的 $1 \, \mathrm{mol}$ 氧气具有的平动动能和转动动能分别是( )
A. $2493 \, \mathrm{J}$; $3740 \, \mathrm{J}$
B. $3740 \, \mathrm{J}$; $2493 \, \mathrm{J}$
C. $37400 \, \mathrm{J}$; $24930 \, \mathrm{J}$
D. $24930 \, \mathrm{J}$; $37400 \, \mathrm{J}$
题目解答
答案
B. $3740 \, \mathrm{J}$; $2493 \, \mathrm{J}$
解析
考查要点:本题主要考查理想气体分子的动能按自由度分配的知识,涉及平动动能和转动动能的计算。
解题核心思路:
- 明确自由度分配:氧气为双原子分子,具有3个平动自由度和2个转动自由度。
- 应用能量均分定理:每个自由度的平均能量为 $\frac{1}{2}kT$,总动能需分别计算平动和转动部分。
- 单位换算与公式选择:题目给出1 mol气体,需用气体常数 $R = N_A k$,总动能公式为:
- 平动动能:$E_t = \frac{3}{2}RT$
- 转动动能:$E_r = RT$
破题关键点:
- 温度转换:$27 \, ^{\circ}\mathrm{C} = 300 \, \mathrm{K}$。
- 正确区分平动与转动自由度对应的能量系数。
公式推导与计算
平动动能计算
根据能量均分定理,平动动能为:
$E_t = \frac{3}{2} R T = \frac{3}{2} \times 8.31 \, \mathrm{J/(mol \cdot K)} \times 300 \, \mathrm{K} = 3739.5 \, \mathrm{J} \approx 3740 \, \mathrm{J}$
转动动能计算
转动动能为:
$E_r = R T = 8.31 \, \mathrm{J/(mol \cdot K)} \times 300 \, \mathrm{K} = 2493 \, \mathrm{J}$
结论:平动动能约为 $3740 \, \mathrm{J}$,转动动能为 $2493 \, \mathrm{J}$,对应选项 B。